CN105915320B - 一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法 - Google Patents

一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法，该方法假设信道矩阵已知，并对信道矩阵H进行基于修正的Gram Schmidt正交化的QR分解检测，得到Q、R分解矩阵及初次检测值向量；之后判断矩阵R是否为理想矩阵，若判断结果为否，则从系统中消除部分信号的干扰，对新的系统采用迫零检测算法，并更新重排已有的检测结果。在传统的SQRD检测未能得到理想解的情况下，本发明的检测方案重建系统后运用迫零检测算法更新已检测出的数据，提升了传统SQRD检测算法的性能，改善了射频测试系统的EVM指标。

Description

一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法
技术领域
本发明涉及80211ac的射频测试系统，尤其是一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法。
背景技术
无线局域网技术近年来得到了飞速的发展，它利用射频技术，实现信息的便利传输。较需要布线的有线网络而言，无线局域网技术具有安装便捷、易于网络规划和调整、易于扩展等优势，并能与互联网业务很好的融合，为用户提供便捷的高速上网服务。正因如此，无线局域网技术经历了802.11a、802.11b、802.11g、802.11n等几代发展。现在，第五代无线局域网标准IEEE 802.11ac提案已被提出。802.11ac被称为“甚高吞吐量(Very HighThroughput)”，目标是带来吉比特级别的无线局域网传输速度。
IEEE 802.11ac的核心技术来自IEEE 802.11n，工作在5GHz的频段，并且极大地扩大了11n的信号带宽。新的无线局域网标准的理论传输速率达到6Gb/s，满足了人们对高速移动通信设备多媒体通信业务的需求。IEEE 802.11ac在工作频段与信号带宽、MCS、空间流数等方面都进行了改进，保持向下兼容性，从而更进一步地提升数据的传输速率。IEEE802.11ac最多支持8个空间流数且支持多用户系统，在多用户的传输系统中最多支持4个用户，每个用户最多支持4个空间流数，且总的空间流数不能超过8个。
802.11ac协议的提出也给测试设备带来了全新的挑战，基于射频一致性的Wlan综测仪将面临信道带宽增加、非连续信道测试、测试更多频带、测试256QAM调制方案、更高带宽的频谱模板测试等一系列的技术难点。检测模块在射频测试系统接收机中具有重要的作用，射频测试系统的关键指标之一为误差矢量幅度，检测算法会对星座图做出改善并直接影响到误差矢量幅度的测试结果。
现有的检测算法主要可以分为最优检测算法、次优检测算法、线性检测算法、干扰消除算法等。最优检测算法的性能最佳，但是算法复杂度过高，并不适用于实际的通信系统。次优检测算法降低了最优检测算法的复杂度，但性能也低于最优检测算法，仍不适用于对系统速度要求较高的场景。线性检测算法复杂度较低，但性能最差。干扰消除算法的性能和复杂度适中，如何进一步地降低干扰消除算法的复杂度或者提升算法的性能通常是研究的方向。本发明在已有的SQRD检测算法的基础上引入了判决机制，从而在牺牲部分复杂度的基础上进一步地提高了算法的性能。
发明内容
发明目的：为解决上述技术问题，本发明提供一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法。该方法能够为射频测试系统提供一种低复杂度、性能较优的检测方案，满足射频测试系统实时测试的要求，并进一步改善测试指标。
技术方案：为实现上述技术效果，本发明提供的技术方案为：一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法，该方法包括步骤：
(1)定义接收端的接收信号向量为发送端的发送符号向量为其中nR、nT分别为所述80211ac射频一致性测试系统中接收天线和发射天线的个数；对所述80211ac射频一致性测试系统进行信道估计，得到信道矩阵H；
(2)对信道矩阵H进行基于修正的Gram Schmidt正交化的QR分解，得到信道矩阵H的Q、R分解矩阵及估计信号向量A，并用矩阵S表示QR分解过程中发送符号向量调整的顺序：：
A＝QHY
其中，QH为Q的共轭转置矩阵；
(3)根据估计信号向量A进行初次检测，得到检测值向量为：
其中，表示第k个发送符号的检测值，
式中，nT为所述80211ac射频一致性测试系统中发射天线个数，ak为估计信号向量A中的第k个估计值，rk，i为R矩阵的第k行的第i个元素，rk，k为矩阵R的第k个对角线元素，Quant为量化判决算子；
(4)判断步骤(2)中得到的矩阵R的对角线元素是否按照数值从小到大的顺序排列，若判断结果为是，则判定矩阵R为理想解，并输出检测值向量；若判断结果为否，则进入步骤(5)；
(5)将步骤(3)得到的检测值向量的前n个值作为已知值，n＜nT，并从接收信号向量中消除已知值的干扰，得到新的接收信号向量；同时，删除信道矩阵H中与已知值对应的列向量，得到消除干扰后的信道矩阵；
(6)根据消除干扰后的信道矩阵和新的接收信号向量，采用迫零检测算法得到迫零检测值向量
(7)将步骤(6)得到的迫零检测值向量与步骤(3)得到的前n个检测值合并；并将合并后的所有检测值按照矩阵S中记录的顺序进行重排，得到最终的检测值向量。
进一步的，所述步骤(1)中信道估计的方法为：
根据所述80211ac射频一致性测试系统接收机端的接收数据，利用80211ac协议中规定的VHT-LTF字段进行最小二乘法计算得到信道矩阵H。
进一步的，所述步骤(4)中判定矩阵R是否为理想解的方法为：
将矩阵R的前nT-2个对角线元素分别与和进行比对，若前nT-2个对角线元素中存在任何一个元素大于或则判断矩阵R不是理想解；否则，判定矩阵R为理想解。
进一步的，所述步骤(5)中得到的新的接收信号向量为：
其中，Hk为信道矩阵H的第k列向量。
进一步的，所述步骤(6)中采用迫零检测算法得到新的检测值向量的方法为：
(6-1)定义消除干扰后的信道矩阵为计算对应的迫零加权矩阵为：
(6-2)用迫零加权矩阵GZF左乘干扰消除后的接收信号向量，并对其结果进行量化得到迫零检测值向量
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
在传统的SQRD检测法未能得到理想解的情况下，本发明的检测方案重建系统后运用迫零检测算法更新已检测出的数据，提升了传统SQRD检测算法的性能，改善了射频测试系统的EVM指标。
附图说明
图1为本发明实施例中的接收机系统框图；
图2为IEEE 80211ac协议的帧结构图；
图3为本发明实施例的算法流程图；
图4为实施例与ZF OSIC检测法、QR检测法和SQRD检测法的BER曲线对比图；
图5为实施例中迫零检测算法得到的星座图；
图6为实施例中SQRD检测算法得到的星座图；
图7为本发明实施例提供的检测算法得到的星座图。
具体实施方式
本发明所提供的一种基于IEEE 80211ac射频测试系统接收机的检测方法包含以下的步骤：
1)对于接收机端的接收信号，经过同步、频偏估计与补偿、SIG字段解析等步骤后，利用VHT LTF字段进行最小二乘信道估计，得到信道矩阵；
2)对步骤1)中得到的信道矩阵进行修正的Gram Schmidt正交化过程，得到QR分解的结果，并利用传统的逐层干扰消除算法完成检测，得到初次的检测结果，其具体步骤为：
2.1)对信道矩阵进行修正的Gram Schmidt正交化，与传统的QR分解过程不同的是，在正交化的过程中，应设法令R矩阵的对角线元素从上到下按从小到大的顺序排列；
2.2)用Q的共轭转置矩阵左乘接收信号，并记为A，用rk，k表示R矩阵第k层对角线元素，用表示第k个发送符号的检测值，则初始的检测结果可通过下式确定：
式中，nT为所述80211ac射频一致性测试系统中发射天线个数，ak为估计信号向量A中的第k个估计值，rk，i为R矩阵的第k行的第i个元素，rk，k为矩阵R的第k个对角线元素，Quant为量化判决算子；
3)对步骤2)中得到的R矩阵的对角元素进行是否是理想解的判断，具体步骤为：判断步骤2)中得到的矩阵R的对角线元素是否按照数值从小到大的顺序排列，若判断结果为是，则判定矩阵R为理想解，并输出检测值向量；若判断结果为否，则进入步骤4)；
4)消除系统中已检测出的n层信号的干扰，n＜nT，得到一个等效的新系统，运用迫零检测算法得到新的检测值，并更新初始检测结果，对检测结果按发送信号顺序进行重排，具体步骤为：
4.1)用Y表示实际的接收信号，对k从1到n，将n个检测结果当作已知值，并从系统中消除已知值的干扰，得到新的等效系统，通过下式完成这一步：
且每一次需要将信道矩阵对应的列向量删除；
4.2)消除干扰后的信道矩阵应该只有nR-n列向量，其对应的迫零加权矩阵为：
4.3)用迫零加权矩阵左乘干扰消除后的接收信号，并对结果进行量化得到迫零检测的检测值，更新初始检测结果；
4.4)根据修正Gram Schmidt正交化过程中对信道矩阵调整的顺序重排检测结果，以和发送信号顺序对应。
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
图1是射频测试系统接收机的模块框图，由MIMO接收机框图可以看到，接收机将首先对传统的前导字段进行处理，获取L-SIG和VHT-SIG-A字段的信息，再对之后的VHT字段进行处理，以得到解码后的Data字段。
图2为协议中规定的IEEE 802.11ac信号的帧格式，802.11ac只有一种帧格式，保持向下兼容，包含前导码及数据字段，L-LTF字段信道估计的结果将用于对L-SIG和VHT-SIG-A字段的均衡，VHT-LTF字段信道估计的结果则用于Data字段的检测。
图3为本实施例的详细算法流程图。流程图可分为两个部分，第一部分是基于修正的Gram Schmidt正交化过程的QR分解及初次检测，第二部分为二次检测。此处假定信道矩阵已估计得到，则图3所示算法包含以下步骤：
Step1：进行基于修正Gram Schmidt正交化的QR分解及检测。在得到信道矩阵H的QR分解时，与Gram Schmidt正交化方法不同的是对矩阵Q的列进行了置换。在对H进行Schmidt正交化过程中，首先令Q矩阵等于H矩阵，r1，1应该是q1的范数值，qi表示H的第i个列向量。而修正的Schmidt正交化方法则是对Q的列进行重排，使得范数值最小的列矢量位于第一列。在第i次正交化过程中，q1，q2，...，qi-1已经被确定，在剩下的中选择范数最小的一列并令重复以上过程，最终得到的R矩阵主对角线元素将会是从小到大的顺序。
Step2：利用修正Gram Schmidt正交化的结果进行初次检测。用Q的共轭转置矩阵左乘接收信号，并记为A，用rk，k表示R矩阵第k层对角线元素，用表示第k个发送符号的检测值，则初始的检测结果可通过下式确定：
Quant表示对[]中的数据进行量化。
Step3：判断此次QR分解的过程是否是理想的。对于R矩阵的对角线元素，从r1，1开始，判断r1，1的大小是否超过了rn-1，n-1和rn，n。若超过了则表明并不是理想解，停止判断，并进入到Step4。否则接着对r2，2元素进行同样的判断，直到rn-2，n-2判断结束，结束检测。
Step4：对初始检测结果进行最后两层信号的重新检测，并更新检测结果。具体可分为以下步骤：
S4.1用Y表示实际的接收信号，设n＝2，k取值从1到nT-2，将nT-2个检测结果当作已知值，并从系统中逐个消除已知值的干扰，得到新的等效系统，通过下式完成这一步：
且每一次需要将信道矩阵对应的列向量删除；
S4.2消除干扰后的信道矩阵应该只有两个列向量，其对应的迫零加权矩阵为：
S4.3用迫零加权矩阵左乘干扰消除后的接收信号，并对结果进行量化得到迫零检测的检测值，更新初始检测结果；
S4.4根据修正Gram Schmidt正交化过程中对信道矩阵调整的顺序重排检测结果，以和发送信号顺序对应。
图4表示的不同检测算法之间的性能对比，包括ZF OSIC、QRD、SQRD以及本发明的算法。从仿真结果可以看到，本发明算法的性能要优于SQRD检测，且与ZF OSIC检测性能相近。
图5到图7给出了不同检测算法的星座图，星座图可以直观地反映出EVM指标。星座图的点越密集，越靠近标准星座点，计算出来的EVM值越低。图5所示的ZF检测算法星座图的点最为杂乱，图7所示本发明所提算法的星座图的点最为密集，性能最佳。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法，其特征在于，该方法包括步骤：
(1)定义接收端的接收信号向量为发送端的发送符号向量为其中nR、nT分别为所述80211ac射频一致性测试系统中接收天线和发射天线的个数；对所述80211ac射频一致性测试系统进行信道估计，得到信道矩阵H；
(2)对信道矩阵H进行基于修正的Gram Schmidt正交化的QR分解，得到信道矩阵H的Q、R分解矩阵及估计信号向量A，并用矩阵S记录QR分解过程中发送符号向量调整的顺序：
A＝QHY
其中，QH为Q的共轭转置矩阵；
(3)根据估计信号向量A进行初次检测，得到检测值向量为：
其中，表示第k个发送符号的检测值，
式中，nT为所述80211ac射频一致性测试系统中发射天线个数，ak为估计信号向量A中的第k个估计值，rk，i为R矩阵的第k行的第i个元素，rk，k为矩阵R的第k个对角线元素，Quant为量化判决算子；
(4)判断步骤(2)中得到的矩阵R的对角线元素是否按照数值从小到大的顺序排列，若判断结果为是，则判定矩阵R为理想解，并输出检测值向量；若判断结果为否，则进入步骤(5)；
(5)将步骤(3)得到的检测值向量的前n个值作为已知值，n＜nT，并从接收信号向量中消除已知值的干扰，得到新的接收信号向量；同时，删除信道矩阵H中与已知值对应的列向量，得到消除干扰后的信道矩阵；
(6)根据消除干扰后的信道矩阵和新的接收信号向量，采用迫零检测算法得到迫零检测值向量
(7)将步骤(6)得到的迫零检测值向量与步骤(3)得到的前n个检测值合并；并将合并后的所有检测值按照矩阵S中记录的顺序进行重排，得到最终的检测值向量。
2.根据权利要求1所述的一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中信道估计的方法为：
根据所述80211ac射频一致性测试系统接收机端的接收数据，利用80211ac协议中规定的VHT-LTF字段进行最小二乘法计算得到信道矩阵H。
3.根据权利要求1所述的一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中判定矩阵R是否为理想解的方法为：
将矩阵R的前nT-2个对角线元素分别与和进行比对，若前nT-2个对角线元素中存在任何一个元素大于或则判断矩阵R不是理想解；否则，判定矩阵R为理想解。
4.根据权利要求1所述的一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法，其特征在于，所述步骤(5)中得到的新的接收信号向量为：
其中，Hk为信道矩阵H的第k列向量。
5.根据权利要求1所述的一种基于80211ac射频一致性测试系统接收机的检测方法，其特征在于，所述步骤(6)中采用迫零检测算法得到新的检测值向量的方法为：
(6-1)定义消除干扰后的信道矩阵为计算对应的迫零加权矩阵为：
(6-2)用迫零加权矩阵GZF左乘干扰消除后的接收信号向量，并对其结果进行量化得到迫零检测值向量
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