CN104468040B - 一种基于信号特征的无线通信球解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信号特征的无线通信球解码算法，在每个解码周期，所述解码过程包括如下步骤：1、在确定进行解码的之前，搜集或者通过估计获得参与本次解码的信道信息，以及信噪比信息，根据信道信息和信噪比信息，对信道矩阵进行分解；2、在解码过程中，对接收信号进行一定角度的旋转，旋转角度与调制方式有关；通过对旋转后的接收信号进行变换，将旋转因子引入解码；利用发送信号特征对进行酉变换以后的接收信号进行扩维；3、对扩维信号进行一定排列，通过球解码搜索，得出合适的旋转因子，旋转因子对应的信号即为估计信号。具有可适用于各种调制方式的解调，能获得接近球解码的误码性能，计算复杂度低于传统的球形解码算法等优点。

Description

一种基于信号特征的无线通信球解码方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术，特别涉及一种基于信号特征的无线通信球解码方法，该解码方法是一种无线通信系统中简化型的球形解码接收机检测方法。

背景技术

无线通信业务日益增长的需要对无线系统的容量提出了新的挑战。在移动通信系统和无线局域网(WLAN)系统中，这一挑战更加明显。为了应对这一挑战，多输入多输出(MIMO)技术可以通过收发端采用多根天线来提高系统性能。当前，基站端MIMO技术的应用尤为广泛。

MIMO系统在发射端采用多根发射天线用于数据发射，而在接收端采用多根接收天线用于数据接收。当天线阵列中不同天线之间的间隔大于相干距离时，MIMO系统就可以利用天线阵列内多根天线之间的空间差异提高通信系统容量，改善通信质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于信号特征的无线通信球解码方法，该解码方法是一种MIMO终端的接收方法，能够以较低的复杂度获取接近理论最优的接收性能，以解决当前MIMO接收机在保证优良误码性能的同时复杂度高的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于信号特征的无线通信球解码方法，包括以下步骤：

目标终端首先搜集或者通过估计获得参与本次解码的信道信息以及信噪比息；

目标终端将信道矩阵分解为适合球形解码的形式；

目标终端对接收信号进行一定角度旋转使得旋转后的信号呈现对称的星座特性；

目标终端利用信道矩阵分解的信息对旋转后的接收信号进行变换；

目标终端利用旋转后的信号对进行酉变换以后的接收信号进行扩维，以同时利用酉变换以后的接收信号本身及其共轭所携带的信息；

目标终端需要对扩维信号进行一定的排列是指对扩维进行合适的排列使其具备适合球解码搜索的形式；

目标终端需要对排列后的扩维信号进行球解码搜索，搜索合适的旋转因子，计算出旋转因子对应的发射信号。

本发明的工作原理：本发明利用发射信号的特征，将对发送信号的传统球解码搜索转化成对发送信号对应旋转因子的球解码搜索。该发明创造将接收端天线可用的虚拟维度增加一倍，即在接收端虚拟天线的数目是实际天线数目的两倍，从而可实现对噪声的更有效抑制。本发明可适用于现有各种调制方式的解调，能获得接近球解码的误码性能，计算复杂度明显低于传统的球形解码方法。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明将对发射信号的搜索转化为对旋转因子的搜索，比现有的球解码方法复杂度更低，因为球解码搜索的星座点矢量组合数远远多于旋转因子矢量的组合数，因此可以极大的降低搜索的复杂度，目标终端对接收信号的扩维过程相当于增加了接收天线的数目，大大提高的方法对噪声的抑制，从而保证了误码性能。另外，仿真结果表明，采用本发明方法的接收机以较低的复杂度获得了接近理论最优的误码性能，并适用于当前各种主流的调制方式，如M-QAM,M-PSK等。

附图说明

图1为本发明的一种基于信号特征的无线通信球解码方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种基于信号特征的无线通信球解码方法，包括以下步骤：

步骤S101、从接收信号中提取辅助信号和待解调的数据信号，其中待解调的数据信号在下文中特指为接收信号，记为y,同时真实发射信号记为x；

步骤S102、通过提取辅助信号，对参与本次通信的信道进行估计得出信道矩阵，或者通过其他方式获取信道信息，信道矩阵记为H,同时用w表示本次通信的噪声；

步骤S103、对接收信号y＝Hx+w按照一定角度θ旋转，即：

y exp(jθ)＝Hx exp(jθ)+w exp(jθ)；

对于PSK信号，θ可取0度，对于QAM信号，θ可取45度，以满足如下条件：

conj(z)＝M z,其中M＝diag([l₁,l₂…])为对角阵，称为旋转因子；

步骤S104、对通过信道估计得到的信道矩阵H进行QR分解，即H＝QR；

步骤S105、对步骤S103中旋转后的信号进行变换，即

Q^H y exp(jθ)＝R x exp(jθ)+Q^H w exp(jθ)；

并进行如下变量替换：

s＝Q^H y exp(jθ),z＝x exp(jθ),n＝Q^H w exp(jθ),

得到如下简化模型：

s＝Rz+n；

步骤S106、对S105中得到的的模型进行扩维，得到如下扩维模型：

s_e＝R_ez+n_e，

其中，s_e＝[s；conj(s)],R_e＝[R；conj(R)M],n_e＝[n；conj(n)]；

步骤S107、对扩维信号的se按行排序，使得R_e＝[R；conj(R)M]由如下形式：

变成如下准上三角矩阵：

其中，r_pq＝[r_pq,conj(r_pq)l_q]^T,仍然记排序以后的扩维模型为：

s_e＝R_ez+n_e，

步骤S108，对旋转因子M矩阵进行搜索，找到满足条件min||s_e-R_ez||²<d²的矩阵M₀，并记录搜索过程中的软比特信息。其中搜索半径d初始值可以设置为无穷大。

步骤S109,M₀其对应的z₀就是旋转后的估计信号，即x₀＝z₀exp(-jθ)，输出软比特信息。

至此，本发明中的接收方法流程结束；由上述本发明的具体实现可见，本发明适用于当前主流的调制方式，球形搜索过程无须设置初始半径，可用于软译码检测和硬译码检测。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于信号特征的无线通信球解码方法，其特征在于，在每个解码周期，所述解码过程包括如下步骤：

步骤1、在确定进行解码之前，搜集或者通过估计获得参与本次解码的信道矩阵，以及信噪比信息，根据信噪比信息，对信道矩阵进行分解；

步骤2、在解码过程中，首先对接收信号进行一定角度的旋转，使得旋转后的信号呈现对称的星座特性，旋转角度与调制方式有关；通过对旋转后的接收信号进行变换，将旋转因子引入解码，所述旋转因子，是指调制信号对称星座点之间的相位差；利用发送信号特征对进行酉变换以后的接收信号进行扩维；

步骤3、对扩维信号进行合适的排列使其具备上三角矩阵或者上三角块矩阵的适合球解码搜索的形式，通过球解码搜索，得出合适的旋转因子，旋转因子对应的信号即为估计信号；对排列后的扩维信号进行球解码，通过定义一个旋转因子，使得对排列后的扩维信号进行球解码搜索，由对发射信号的搜索转化为对旋转因子的搜索。

2.根据权利要求1所述的基于信号特征的无线通信球解码方法，其特征在于，所述信噪比信息是指本次通信发射信号的功率和噪声功率之比。

3.根据权利要求1或2所述的基于信号特征的无线通信球解码方法，其特征在于，所述对信道矩阵进行分解是指利用信噪比信息将信道矩阵分解为适合球形解码的形式。

4.根据权利要求3所述的基于信号特征的无线通信球解码方法，其特征在于，所述对旋转后的接收信号进行变换，是指用所述分解得到的矩阵左乘旋转后的接收信号。

5.根据权利要求1所述的基于信号特征的无线通信球解码方法，其特征在于，所述利用发送信号特征对进行酉变换以后的接收信号进行扩维，是指在解码过程中，通过广义线性滤波的形式，同时利用酉变换以后的接收信号本身及其共轭所携带的信息进行扩维。