CN103188053A - 循环前缀缺失下stbc-ofdm系统的信号检测方法 - Google Patents

Abstract

循环前缀缺失下STBC-OFDM系统的信号检测方法，属于无线通信技术领域。本发明通过消除符号间干扰和循环卷积的重构，使OFDM传输系统等效为N个并行的、具有不同增益的高斯信道，再利用天线间信道矩阵的正交性完成对STBC-OFDM符号的检测。对于两发一收的STBC-OFDM系统首先对第一时隙接收的数据进行符号间干扰消除，对两个时隙循环卷积的初次近似，然后利用空间信道矩阵的正交性和频域信道矩阵的对角性，完成对STBC-OFDM系统的数据检测，最后通过迭代对两个时隙数据的循环前缀加以修复，同时对第二时隙接收数据进行符号间干扰消除，提高数据检测的精度。

Description

循环前缀缺失下STBC-OFDM系统的信号检测方法

技术领域

本发明属于无线与移动通信技术领域，具体涉及一种在STBC-OFDM系统中循环前缀缺失的条件下，采用符号间干扰消除和循环前缀的重构技术，并通过迭代进一步对符号间干扰消除和循环前缀重构的修复，进而到达理想的检测性能的信号检测方法。

背景技术

空时分组码（Space Time Block Codes,STBC）技术作为一种有效的抗衰落发射分集技术，编译码实现相对简单，采用最大似然（ML）译码，这种译码只涉及简单的线性处理运算。但一般适用于窄带无线系统平坦衰落信道，对于有明显多径的信道，则需要复杂的信道均衡技术，系统设计将会变的非常复杂。

而正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技术能将高速串行数据流转化为低速并行数据流，可以将频率选择性衰落信道转换成并行平坦衰落子信道，同时，OFDM技术利用DFT（Discrete Fourier Transform）变换实现正交多载波调制，实现技术简单，并且能提高频谱效率，实用性受到广泛的关注，已经应用到LTE（Long TermEvolution）和地面广播数字系统中。本发明就是基于STBC和OFDM技术相结合。

当信道存在恶劣的多径效应时，会引入符号间干扰（Inter-Symbol Interference，ISI），而ISI会破坏OFDM系统的传输特性，造成系统性能的迅速恶化。因此，如何利用信道信息对OFDM数据进行有效检测，提高系统抗干扰能力是未来无线通信传输系统的核心技术之一。在无循环前缀保护的OFDM系统中，在多径时延较小时，残余符号间干扰消除算法（ResidualISI cancellation，RISIC）和循环前缀重构（Cyclic Prefix Reconstruction，CPR）算法能够有效的消除符号间干扰，达到对OFDM符号的有效检测。具体可参考文献：Dukhyun Kim;Stuber,G.L.Residual ISI cancellation for OFDM with application to HDTV broadcasting，IEEE Trans.Commun.,vol.16,no.8,pp.1590-1599,Oct.1998;及Cheol-Jin Park;Gi-Hong Im;EfficientCyclic Prefix Reconstruction for Coded OFDM Systems,IEEE Commun.lett.,vol.8,no.5,pp.274-276,May.2004。但是这些方法都只运用在单发单收的系统中，对于两发一收的STBC-OFDM系统，鲜有作者对这种情况下检测方法进行分析。针对STBC技术的特点，利用时间进行分集，两个时隙数据作为一个组来处理，对于第二时隙干扰的消除部分是通过迭代完成的，具体不同时隙的干扰消除项的求法不同，以及迭代对循环前缀的修复部分也需区别分析，简而言之，收端对每组内的两个时隙采取不同的干扰消除和循环前缀重构方法，并通过迭代实现在无循环前缀保护下数据的有效检测。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术在向STBC多天线推广时存在的问题，提出一种循环前缀缺失下STBC-OFDM系统的信号检测方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

循环前缀缺失下STBC-OFDM系统的信号检测方法，如图2所示，包括如下步骤：

S1：由于信道状态信息可以通过信道估计得到，接收端对第i-1帧数据已经完成检测，所以可以假设这两个量都是已知的；利用已知的信道状态信息和前一帧数据，得到第i帧数据响应yⁱ中的符号间干扰

设天线1第i帧发送的频域符号数据表示为

天线2第i帧发送的频域符号数据表示为由于通信系统是STBC-OFDM系统，则天线1第i+1帧发送的频域符号数据为

天线2第i+1帧发送的频域符号数据为

（发送端发送的数据模型如图1(a)所示），分别对

和

作长度为N的IFFT变换有：

$x_1^i=F_N^H{X}_1^i,x_2^i=F_N^H{X}_2^i,x_1^{i+1}=-F_N^H{\left(X_2^i\right)}^{*},x_2^{i+1}=F_N^H{\left(X_1^i\right)}^{*}---\left(1\right)$

设接收端第i帧的数据响应表示为yⁱ，由于在慢时变信道下，连续两个OFDM符号数据持续时间内信道CIR基本不变，因此：

$y_k^i=\left\{\begin{array}{c}\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}+n_k^{i}0\&le;k<L\\ \underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+n_k^{i}L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，k表示OFDM数据单元内第k+1个采样点，N表示OFDM数据单元长度；

表示发射天线1到接收天线间的信道信息，

表示发射天线2到接收天线间的信道信息，l表示归一化的第l条多径信道，L表示归一化的最大多径信数量。

第i-1帧数据对第i帧数据干扰部分可以表示为：

$y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}---\left(3\right)$

S2：利用第i+1帧时刻接收数据的前样本L对yⁱ进行循环前缀初次重构；

$y_{\mathrm{Add}}^i\left(k\right)={\mathrm{\&xi;}}_k{y}_k^{i+1},0\&le;k<L---\left(4\right)$

yⁱ⁺¹的前L个样本可以表示为：

$y_k^{i+1}=\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i+1}+\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i+1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+n_k^{i}0\&le;k<L---\left(5\right)$

根据干扰功率最小准则，得到比例系数为：

${\mathrm{\&xi;}}_k=\frac{\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{1,l}\right|}^2+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{2,l}\right|}^2}{\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{1,l}\right|}^2+\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{2,l}\right|}^2}---\left(6\right)$

S3：对

进行干扰消除和初次循环前缀重构得到

${\tilde{y}}_k^i=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^i-y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)+y_{\mathrm{Add}}^i\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^i,L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(7\right)$

S4：由于第i帧数据尚未检测得到，无法对第i+1帧数据进行符号间干扰消除，只能进行循环前缀的初次重构，有：

$y_{\mathrm{Add}}^{i+1}\left(k\right)={\mathrm{\&xi;}}_k{y}_k^{i+2},,0\&le;k<L---\left(8\right)$

其中

表示接收端第i+2帧前L个样本。

S5：对

进行干扰消除和初次循环前缀重构得到

${\tilde{y}}_k^{i+1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^{i+1}+y_{\mathrm{Add}}^{i+1}\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^{i+1},L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(9\right)$

S6：对步骤S3得到的

和步骤S3得到的进行傅里叶变换，得到频域响应

和

S7：信道均衡和信号检测；

因为前面对接收数据进行符号间干扰的消除和循环前缀的重构，所以有：

${\tilde{y}}_k^i=h_{1,\mathrm{eqv}}{x}_1^i+h_{2,\mathrm{eqv}}{x}_2^i---\left(10\right)$

其中h_1,eqv和h_2,eqv都是循环移位矩阵，形式可以表示为：

$h_{\mathrm{eqv}=}\left[\begin{array}{cccccc}{h}_0& 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_L& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_1\\ h_1& h_0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_2\\ h_2& h_1& h_0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_3\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_L& h_{L-1}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_0\end{array}\right]---\left(11\right)$

则

的频域响应为：

${\tilde{Y}}^i={\tilde{Y}}_1^i+{\tilde{Y}}_2^i=H_1{X}_1^i+H_2{X}_2^i+W^i---\left(12\right)$

其中：

$\left\{\begin{array}{c}{H}_1=F_N{h}_{1,\mathrm{eqv}}{F}_N^H\\ H_2=F_N{h}_{2,\mathrm{eqv}}{F}_N^H\end{array}\right.---\left(13\right)$

这里H₁,H₂都是对角矩阵

同理，接收的第i+1帧数据的频域响应为：

${\tilde{Y}}^{i+1}={\tilde{Y}}_1^{i+1}+{\tilde{Y}}_2^{i+1}=-H_1{\left(X_2^i\right)}^{*}+H_2{\left(X_1^i\right)}^{*}+W^{i+1}---\left(14\right)$

得到：

$\left[\begin{array}{c}{\tilde{Y}}^i\\ {\left({\tilde{Y}}^{i+1}\right)}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{H}_1& H_2\\ H_2^{*}& -H_1^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_1^i\\ X_2^i\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{W}^i\\ W^{i+1}\end{array}\right]---\left(15\right)$

式子左右乘以等效信道矩阵 $Q=\left[\begin{array}{cc}{H}_1^{*}& H_2\\ H_2^{*}& -H_1\end{array}\right],$ 完成信道均衡，再基于最小均方误差准则判决得到发送的信号

和

再做N点的IFFT得到发送的时域信号

和

S8：对

的循环前缀重构部分进行修正，有：

${\tilde{y}}_k^{i,I=1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^i-y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)+y_{\mathrm{Add}}^{i,I=1}\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^i,L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(16\right)$

其中：

$y_{\mathrm{Add}}^{i,I=1}\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{\hat{x}}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{\hat{x}}_{2,<k-l>N}^i---\left(17\right)$

S9：对

进行干扰消除和循环前缀修正，表示为：

${\tilde{y}}_k^{i+1,I=1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^{i+1}-y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^{i+1,I=1}\left(k\right)+y_{\mathrm{Add}}^{i+1,I=1}\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^{i+1},L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(18\right)$

其中：

$y_{\mathrm{Add}}^{i+1,I=1}\left(k\right)=-\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{F}_N^H{\left({\hat{X}}_{2,<k-l>N}^i\right)}^{*}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{F}_N^H{\left({\hat{X}}_{1,<k-l>N}^i\right)}^{*}---\left(19\right)$

$y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^{i+1,I=1}\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i---\left(20\right)$

S10：更新；

利用迭代后更新的接收数据响应

和

返回步骤S6重复上述过程得到迭代后检测数据

和

继续迭代，直到达到事先设置的迭代次数M，记最后检测数据为

和 ${\hat{x}}_2^{i,I=M}.$

本发明的有益效果：本发明提出的方法解决了循环前缀缺失下SISO-OFDM系统信号检测向STBC-OFDM系统推广时存在的问题，对于STBC要求第i,i+1帧作为一组来处理的技术特点，分别对第i,i+1帧进行符号间干扰消除和循环卷积重构，特别是第i+1帧的符号间干扰消除是通过迭代更新来完成的，从而实现循环前缀缺失下STBC-OFDM系统有效的信号检测。

附图说明

图1为本发明采用的数据结构模型示意图。

图2为本发明流程示意图。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施实例。需要说明的是：实例中的参数并不影响本发明的一般性。

循环前缀缺失下STBC-OFDM系统的信号检测方法，如图2所示，包括如下步骤：

S1：由于信道状态信息可以通过信道估计得到，接收端对第i-1帧数据已经完成检测，所以可以假设这两个量都是已知的；利用已知的信道状态信息和前一帧数据，得到第i帧数据响应yⁱ中的符号间干扰

设天线1第i帧发送的频域符号数据表示为

天线2第i帧发送的频域符号数据表示为

由于通信系统是STBC-OFDM系统，则天线1第i+1帧发送的频域符号数据为

天线2第i+1帧发送的频域符号数据为

（发送端发送的数据模型如图1(a)所示），分别对和作长度为N的IFFT变换有：

$x_1^i=F_N^H{X}_1^i,x_2^i=F_N^H{X}_2^i,x_1^{i+1}=-F_N^H{\left(X_2^i\right)}^{*},x_2^{i+1}=F_N^H{\left(X_1^i\right)}^{*}---\left(21\right)$

设接收端第i帧的数据响应表示为yⁱ，由于在慢时变信道下，连续两个OFDM符号数据持续时间内信道CIR基本不变，因此：

$y_k^i=\left\{\begin{array}{c}\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}+n_k^{i}0\&le;k<L\\ \underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+n_k^{i}L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(22\right)$

其中，k表示OFDM数据单元内第k+1个采样点，N表示OFDM数据单元长度；

表示发射天线1到接收天线间的信道信息，

表示发射天线2到接收天线间的信道信息，l表示归一化的第l条多径信道，L表示归一化的最大多径信数量。

第i-1帧数据对第i帧数据干扰部分可以表示为：

$y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}---\left(23\right)$

S2：利用第i+1帧时刻接收数据的前样本L对yⁱ进行循环前缀初次重构；

$y_{\mathrm{Add}}^i\left(k\right)={\mathrm{\&xi;}}_k{y}_k^{i+1},0\&le;k<L---\left(24\right)$

yⁱ⁺¹的前L个样本可以表示为：

$y_k^{i+1}=\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i+1}+\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i+1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+n_k^{i}0\&le;k<L---\left(25\right)$

根据干扰功率最小准则，得到比例系数为：

${\mathrm{\&xi;}}_k=\frac{\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{1,l}\right|}^2+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{2,l}\right|}^2}{\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{1,l}\right|}^2+\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{2,l}\right|}^2}---\left(26\right)$

S3：对

进行干扰消除和初次循环前缀重构得到

${\tilde{y}}_k^i=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^i-y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)+y_{\mathrm{Add}}^i\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^i,L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(27\right)$

S4：由于第i帧数据尚未检测得到，无法对第i+1帧数据进行符号间干扰消除，只能进行循环前缀的初次重构，有：

$y_{\mathrm{Add}}^{i+1}\left(k\right)={\mathrm{\&xi;}}_k{y}_k^{i+2},,0\&le;k<L---\left(28\right)$

其中

表示接收端第i+2帧前L个样本。

S5：对

进行干扰消除和初次循环前缀重构得到

${\tilde{y}}_k^{i+1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^{i+1}+y_{\mathrm{Add}}^{i+1}\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^{i+1},L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(29\right)$

S6：对步骤S3得到的

和步骤S3得到的

进行傅里叶变换，得到频域响应和

S7：信道均衡和信号检测；

因为前面对接收数据进行符号间干扰的消除和循环前缀的重构，所以有：

${\tilde{y}}_k^i=h_{1,\mathrm{eqv}}{x}_1^i+h_{2,\mathrm{eqv}}{x}_2^i---\left(30\right)$

其中h_1,eqv和h_2,eqv都是循环移位矩阵，形式可以表示为：

$h_{\mathrm{eqv}=}\left[\begin{array}{cccccc}{h}_0& 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_L& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_1\\ h_1& h_0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_2\\ h_2& h_1& h_0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_3\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_L& h_{L-1}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_0\end{array}\right]---\left(31\right)$

则

的频域响应为：

${\tilde{Y}}^i={\tilde{Y}}_1^i+{\tilde{Y}}_2^i=H_1{X}_1^i+H_2{X}_2^i+W^i---\left(32\right)$

其中：

$\left\{\begin{array}{c}{H}_1=F_N{h}_{1,\mathrm{eqv}}{F}_N^H\\ H_2=F_N{h}_{2,\mathrm{eqv}}{F}_N^H\end{array}\right.---\left(33\right)$

这里H₁,H₂都是对角矩阵

同理，接收的第i+1帧数据的频域响应为：

${\tilde{Y}}^{i+1}={\tilde{Y}}_1^{i+1}+{\tilde{Y}}_2^{i+1}=-H_1{\left(X_2^i\right)}^{*}+H_2{\left(X_1^i\right)}^{*}+W^{i+1}---\left(34\right)$

得到：

$\left[\begin{array}{c}{\tilde{Y}}^i\\ {\left({\tilde{Y}}^{i+1}\right)}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{H}_1& H_2\\ H_2^{*}& -H_1^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_1^i\\ X_2^i\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{W}^i\\ W^{i+1}\end{array}\right]---\left(35\right)$

式子左右乘以等效信道矩阵 $Q=\left[\begin{array}{cc}{H}_1^{*}& H_2\\ H_2^{*}& -H_1\end{array}\right],$ 完成信道均衡，再基于最小均方误差准则判决得到发送的信号和

再做N点的IFFT得到发送的时域信号

和

S8：对

的循环前缀重构部分进行修正，有：

${\tilde{y}}_k^{i,I=1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^i-y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)+y_{\mathrm{Add}}^{i,I=1}\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^i,L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(36\right)$

其中：

$y_{\mathrm{Add}}^{i,I=1}\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{\hat{x}}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{\hat{x}}_{2,<k-l>N}^i---\left(37\right)$

S9：对

进行干扰消除和循环前缀修正，表示为：

${\tilde{y}}_k^{i+1,I=1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^{i+1}-y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^{i+1,I=1}\left(k\right)+y_{\mathrm{Add}}^{i+1,I=1}\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^{i+1},L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(38\right)$

其中：

$y_{\mathrm{Add}}^{i+1,I=1}\left(k\right)=-\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{F}_N^H{\left({\hat{X}}_{2,<k-l>N}^i\right)}^{*}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{F}_N^H{\left({\hat{X}}_{1,<k-l>N}^i\right)}^{*}---\left(39\right)$

$y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^{i+1,I=1}\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i---\left(40\right)$

S10：更新；

利用迭代后更新的接收数据响应

和

返回步骤S6重复上述过程得到迭代后检测数据

和

继续迭代，直到达到事先设置的迭代次数M，记最后检测数据为

和 ${\hat{x}}_2^{i,I=M}.$

本发明提出的方法解决了循环前缀缺失下SISO-OFDM系统信号检测向STBC-OFDM系统推广时存在的问题，对于STBC要求第i,i+1帧作为一组来处理的技术特点，分别对第i,i+1帧进行符号间干扰消除和循环卷积重构，特别是第i+1帧的符号间干扰消除是通过迭代更新来完成的，从而实现循环前缀缺失下STBC-OFDM系统有效的信号检测。

Claims (1)

1.循环前缀缺失下STBC-OFDM系统的信号检测方法，包括如下步骤：

S1：由于信道状态信息可以通过信道估计得到，接收端对第i-1帧数据已经完成检测，所以可以假设这两个量都是已知的；利用已知的信道状态信息和前一帧数据，得到第i帧数据响应yⁱ中的符号间干扰

设天线1第i帧发送的频域符号数据表示为

天线2第i帧发送的频域符号数据表示为

由于通信系统是STBC-OFDM系统，则天线1第i+1帧发送的频域符号数据为

天线2第i+1帧发送的频域符号数据为

分别对

和

作长度为N的IFFT变换有：

$x_1^i=F_N^H{X}_1^i,x_2^i=F_N^H{X}_2^i,x_1^{i+1}=-F_N^H{\left(X_2^i\right)}^{*},x_2^{i+1}=F_N^H{\left(X_1^i\right)}^{*}---\left(1\right)$

设接收端第i帧的数据响应表示为yⁱ，由于在慢时变信道下，连续两个OFDM符号数据持续时间内信道CIR基本不变，因此：

$y_k^i=\left\{\begin{array}{c}\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}+n_k^{i}0\&le;k<L\\ \underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+n_k^{i}L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，k表示OFDM数据单元内第k+1个采样点，N表示OFDM数据单元长度；

表示发射天线1到接收天线间的信道信息，

表示发射天线2到接收天线间的信道信息，l表示归一化的第l条多径信道，L表示归一化的最大多径信数量；

第i-1帧数据对第i帧数据干扰部分可以表示为：

$y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}---\left(3\right)$

S2：利用第i+1帧时刻接收数据的前样本L对yⁱ进行循环前缀初次重构；

$y_{\mathrm{Add}}^i\left(k\right)={\mathrm{\&xi;}}_k{y}_k^{i+1},0\&le;k<L---\left(4\right)$

yⁱ⁺¹的前L个样本可以表示为：

$y_k^{i+1}=\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i+1}+\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i+1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+n_k^{i}0\&le;k<L---\left(5\right)$

根据干扰功率最小准则，得到比例系数为：

${\mathrm{\&xi;}}_k=\frac{\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{1,l}\right|}^2+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{2,l}\right|}^2}{\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{1,l}\right|}^2+\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|h_{2,l}\right|}^2}---\left(6\right)$

S3：对

进行干扰消除和初次循环前缀重构得到

${\tilde{y}}_k^i=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^i-y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)+y_{\mathrm{Add}}^i\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^i,L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(7\right)$

S4：由于第i帧数据尚未检测得到，无法对第i+1帧数据进行符号间干扰消除，只能进行循环前缀的初次重构，有：

$y_{\mathrm{Add}}^{i+1}\left(k\right)={\mathrm{\&xi;}}_k{y}_k^{i+2},,0\&le;k<L---\left(8\right)$

其中

表示接收端第i+2帧前L个样本；

S5：对

进行干扰消除和初次循环前缀重构得到

${\tilde{y}}_k^{i+1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^{i+1}+y_{\mathrm{Add}}^{i+1}\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^{i+1},L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(9\right)$

S6：对步骤S3得到的

和步骤S3得到的

进行傅里叶变换，得到频域响应

和

S7：信道均衡和信号检测；

因为前面对接收数据进行符号间干扰的消除和循环前缀的重构，所以有：

${\tilde{y}}_k^i=h_{1,\mathrm{eqv}}{x}_1^i+h_{2,\mathrm{eqv}}{x}_2^i---\left(10\right)$

其中h_1,eqv和h_2,eqv都是循环移位矩阵，形式可以表示为：

$h_{\mathrm{eqv}=}\left[\begin{array}{cccccc}{h}_0& 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_L& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_1\\ h_1& h_0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_2\\ h_2& h_1& h_0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_3\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_L& h_{L-1}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& h_0\end{array}\right]---\left(11\right)$

则

的频域响应为：

${\tilde{Y}}^i={\tilde{Y}}_1^i+{\tilde{Y}}_2^i=H_1{X}_1^i+H_2{X}_2^i+W^i---\left(12\right)$

其中：

$\left\{\begin{array}{c}{H}_1=F_N{h}_{1,\mathrm{eqv}}{F}_N^H\\ H_2=F_N{h}_{2,\mathrm{eqv}}{F}_N^H\end{array}\right.---\left(13\right)$

这里H₁,H₂都是对角矩阵

同理，接收的第i+1帧数据的频域响应为：

${\tilde{Y}}^{i+1}={\tilde{Y}}_1^{i+1}+{\tilde{Y}}_2^{i+1}=-H_1{\left(X_2^i\right)}^{*}+H_2{\left(X_1^i\right)}^{*}+W^{i+1}---\left(14\right)$

得到：

$\left[\begin{array}{c}{\tilde{Y}}^i\\ {\left({\tilde{Y}}^{i+1}\right)}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{H}_1& H_2\\ H_2^{*}& -H_1^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_1^i\\ X_2^i\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{W}^i\\ W^{i+1}\end{array}\right]---\left(15\right)$

式子左右乘以等效信道矩阵 $Q=\left[\begin{array}{cc}{H}_1^{*}& H_2\\ H_2^{*}& -H_1\end{array}\right],$ 完成信道均衡，再基于最小均方误差准则判决得到发送的信号和

再做N点的IFFT得到发送的时域信号

和

S8：对

的循环前缀重构部分进行修正，有：

${\tilde{y}}_k^{i,I=1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^i-y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)+y_{\mathrm{Add}}^{i,I=1}\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^i,L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(16\right)$

其中：

$y_{\mathrm{Add}}^{i,I=1}\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{\hat{x}}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{\hat{x}}_{2,<k-l>N}^i---\left(17\right)$

S9：对

进行干扰消除和循环前缀修正，表示为：

${\tilde{y}}_k^{i+1,I=1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^{i+1}-y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^{i+1,I=1}\left(k\right)+y_{\mathrm{Add}}^{i+1,I=1}\left(k\right),0\&le;k<L\\ y_k^{i+1},L\&le;k<N\end{array}\right.---\left(18\right)$

其中：

$y_{\mathrm{Add}}^{i+1,I=1}\left(k\right)=-\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{F}_N^H{\left({\hat{X}}_{2,<k-l>N}^i\right)}^{*}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{F}_N^H{\left({\hat{X}}_{1,<k-l>N}^i\right)}^{*}---\left(19\right)$

S10：更新；

$y_{\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^{i+1,I=1}\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i---\left(20\right)$

利用迭代后更新的接收数据响应和

返回步骤S6重复上述过程得到迭代后检测数据

和

继续迭代，直到达到事先设置的迭代次数M，记最后检测数据为

和 ${\hat{x}}_2^{i,I=M}.$

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