一种双向QR分解检测方法和装置
技术领域
本发明涉及通信领域,具体来说,涉及一种双向QR分解检测方法和装置。
背景技术
重叠复用系统(OvXDM系统,其中,X可代表时间T、频率F、码分C、空间S或混合H等)中常用的译码方法包括维特比译码等,其译码方法是基于图形译码,复杂度受状态数影响。因此,对于重叠复用系统而言,当重叠复用次数K较大时,其译码复杂度呈指数率增长,且需要较大的存储容量,使得实际工程中较难实现。
针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题,本发明提出一种双向QR分解检测方法和装置,该双向QR分解检测方法和装置用于重叠复用系统。
本发明的技术方案是这样实现的:
根据本发明的一个方面,提供了一种双向QR分解检测方法。
该双向QR分解检测方法包括:步骤S1,获取接收序列,其中,接收序列是根据复用波形矩阵对输入信号进行编码调制后经过高斯信道得到的序列;步骤S2,采用双向QR分解算法对接收序列进行检测,其中,步骤S2包括:对接收序列进行后向QR分解和前向QR分解,以获取第一软判决值和第二软判决值,其中,第一软判决值和第二软判决值对接收序列的检测顺序相反;根据第一软判决值和第二软判决值,对接收序列进行检测。
根据本发明的一个实施例,在双向QR分解检测方法中,接收序列为:
r=HX+n
其中,r为接收序列,H为复用波形矩阵,X为待发送序列,n为高斯白噪声序列。
根据本发明的一个实施例,对接收序列进行后向QR分解,以获取第一软判决值包括:将预知的复用波形矩阵分解为一个酉矩阵和一个上三角矩阵;根据酋矩阵特性,对接收序列进行矩阵相乘处理,获得第一数据序列,其中,第一数据序列为:
y=RX+η
其中,y为第一数据序列,R为上三角矩阵,η为高斯白噪声序列;
根据第一数据序列和上三角矩阵,获取第一软判决值,其中,第一软判决值为:
其中,为第一数据序列中第k1个元素yk1对应的第一软判决值,Rk1,k1为上三角矩阵中的第k1行第k1列的元素,为Rk1,k1的共轭,L为待发送序列的长度,Rk1,p为上三角矩阵中的第k1行第p列的元素,x'p为待发送序列中的元素xp对应的硬判决值。
根据本发明的一个实施例,对接收序列进行前向QR分解,以获取第二软判决值包括:
对接收序列进行矩阵乘法处理,获得处理后的数据序列,同时获得处理后的重叠复用矩阵和处理后的待发送序列,处理后的数据序列为:
其中,为处理后的数据序列,为处理后的重叠复用矩阵,为处理后的待发送序列,S为接收序列进行矩阵乘法运算对应的矩阵,n为高斯白噪声序列;以及
将处理后的重叠复用矩阵分解为一个酉矩阵和一个上三角矩阵;
根据酉矩阵特性,对处理后的数据序列进行矩阵乘法处理,获得第二数据序列,第二数据序列为:
其中,为的共轭转置,为第二数据序列,为上三角矩阵,为酉矩阵;
根据第二数据序列和上三角矩阵,以获取第二软判决值,其中,第二软判决值为:
其中,为第二数据序列中对应的第二软判决值,为上三角矩阵中的第k2行第k2列的元素,为的共轭,L为待发送序列的长度,为上三角矩阵中的第k2行第p列的元素,为处理后的待发送序列元素对应的硬判决值。
根据本发明的一个实施例,根据第一软判决值和第二软判决值,对接收序列进行检测包括:
根据第一软判决值和第二软判决值,获取第三判决值,以及根据第三判决值,对接收序列进行检测,其中,第三判决值为:
其中,(Rk,k)*为Rk,k的共轭运算,为接收序列rk对应的第三判决值,Rk,k为后向QR分解中对应的上三角矩阵的第k行第k列的元素,为前向QR分解中对应的上三角矩阵的第L-k+1行第L-k+1列的元素,yk为第一数据序列的第k个元素,为第二数据序列的第L-k+1个元素,x'p为待发送序列中的元素xp对应的硬判决值,为处理后的待发送序列元素对应的硬判决值。
根据本发明的另一方面,提供了一种双向QR分解检测装置。
该双向QR分解检测装置包括:获取模块,用于获取接收序列,其中,接收序列是根据复用波形矩阵对输入信号进行编码调制后经过高斯信道得到的序列;双向检测模块,用于采用双向QR分解算法对接收序列进行检测,其中,双向检测模块包括:分解模块,用于对接收序列进行后向QR分解和前向QR分解,以获取第一软判决值和第二软判决值,其中,第一软判决值和第二软判决值对接收序列的检测顺序相反;检测模块,用于根据第一软判决值和第二软判决值,对接收序列进行检测。
根据本发明的一个实施例,接收序列为:
r=HX+n
其中,r为接收序列,H为复用波形矩阵,X为待发送序列,n为高斯白噪声序列。
根据本发明的一个实施例,分解模块包括:后向QR分解模块,且后向QR分解模块包括:第一分解子模块,用于将预知的复用波形矩阵分解为一个酉矩阵和一个上三角矩阵;第一获得模块,用于根据酋矩阵特性,对接收序列进行矩阵相乘处理,获得第一数据序列,其中,第一数据序列为:
y=RX+η
其中,y为第一数据序列,R为上三角矩阵,η为高斯白噪声序列;
第一获取模块,用于根据第一数据序列和上三角矩阵,获取第一软判决值,其中,第一软判决值为:
其中,为第一数据序列中第k1个元素yk1对应的第一软判决值,Rk1,k1为上三角矩阵中的第k1行第k1列的元素,为Rk1,k1的共轭,L为待发送序列的长度,Rk1,p为上三角矩阵中的第k1行第p列的元素,x'p为待发送序列中的元素xp对应的硬判决值。
根据本发明的一个实施例,分解模块包括:前向QR分解模块,且前向QR分解模块包括:第二获得模块,用于对接收序列进行矩阵乘法处理,获得处理后的数据序列,同时获得处理后的重叠复用矩阵和处理后的待发送序列,处理后的数据序列为:
其中,为处理后的数据序列,为处理后的重叠复用矩阵,为处理后的待发送序列,S为接收序列进行矩阵乘法运算对应的矩阵,n为高斯白噪声序列;以及第二分解子模块,用于将处理后的重叠复用矩阵分解为一个酉矩阵和一个上三角矩阵;第三获得模块,用于根据酉矩阵特性,对处理后的数据序列进行矩阵乘法处理,获得第二数据序列,第二数据序列为:
其中,为的共轭转置,为第二数据序列,为上三角矩阵,为酉矩阵;第二获取模块,用于根据第二数据序列和上三角矩阵,以获取第二软判决值,其中,第二软判决值为:
其中,为第二数据序列中对应的第二软判决值,为上三角矩阵中的第k2行第k2列的元素,为的共轭,L为待发送序列的长度,为上三角矩阵中的第k2行第p列的元素,为处理后的待发送序列元素对应的硬判决值。
根据本发明的一个实施例,检测模块包括:第三获取模块,用于根据第一软判决值和第二软判决值,获取第三判决值,以及根据第三判决值,对接收序列进行检测,其中,第三判决值为:
其中,(Rk,k)*为Rk,k的共轭运算,为接收序列rk对应的第三判决值,Rk,k为后向QR分解中对应的上三角矩阵的第k行第k列的元素,为前向QR分解中对应的上三角矩阵的第L-k+1行第L-k+1列的元素,yk为第一数据序列的第k个元素,为第二数据序列的第L-k+1个元素,x'p为待发送序列中的元素xp对应的硬判决值,为处理后的待发送序列元素对应的硬判决值。
本发明的有益技术效果在于:
本发明通过利用重叠复用系统的编码特性,并结合多天线系统中的双向QR分解检测方法,对传输数据进行相应译码,从而解决了传统的译码方法,如维特比等译码、MAP、Log-MAP方法,其计算量较大和复杂度较高,且需要较大的存储容量,工程难以实现的问题,从而降低了重叠复用系统的译码复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种可选的双向QR分解检测方法的流程图;
图2是根据本发明实施例的一种可选的重叠复用系统的卷积编码等效模型的示意图;
图3是根据本发明实施例的一种可选的重叠时分复用系统的发送端编码框图;
图4是根据本发明实施例的一种可选的重叠时分复用系统的K路复用波形排列;
图5是根据本发明实施例的一种可选的重叠频分复用系统发送端编码框图
图6是根据本发明实施例的一种可选的重叠频分复用系统的K路复用波形排列;
图7是根据本发明实施例的一种可选的重叠时分复用系统的接收端框图;
图8是根据本发明实施例的一种可选的重叠频分复用系统的接收端框图;
图9是根据本发明实施例的一种可选的双向QR分解检测装置的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例,提供了一种双向QR分解检测方法。
如图1所示,根据本发明实施例的双向QR分解检测方法包括:步骤S101,获取接收序列,其中,接收序列是根据复用波形矩阵对输入信号进行编码调制后经过高斯信道得到的序列;步骤S103,采用双向QR分解算法对接收序列进行检测,其中,步骤S103包括:步骤S105,对接收序列进行后向QR分解和前向QR分解,以获取第一软判决值和第二软判决值,其中,第一软判决值和第二软判决值对接收序列的检测顺序相反;步骤S107,根据第一软判决值和第二软判决值,对接收序列进行检测。
借助于上述区别技术特征,通过利用重叠复用系统的编码特性,并结合多天线系统中的双向QR分解检测方法,对传输数据进行相应译码,从而解决了传统的译码方法,如维特比等译码、MAP、Log-MAP方法,其计算量较大和复杂度较高,且需要较大的存储容量,工程难以实现的问题,从而降低了重叠复用系统的译码复杂度。
为了更好的描述本发明,下面通过具体的实施例对上述技术方案进行详细的描述。
本发明的技术方案适用于重叠复用系统,该重叠复用系统可表示为重叠时分复用(Overlapped Time Division Multiplexing,OvTDM)系统、重叠频分复用(OverlappedFrequency Division Multiplexing,OvFDM)系统、重叠码分复用(Overlapped CodeDivision Multiplexing,OvCDM)系统、重叠空分复用(Overlapped Space DivisionMultiplexing,OvSDM)系统、重叠混合复用(Overlapped Hybrid Division Multiplexing,OvHDM)系统等,其系统等效模型如附图2所示。为了更好的描述本发明的技术方案,下面以重叠复用系统为例进行说明。
此外,根据重叠复用系统的系统特性,首先,假设重叠复用系数为K,复用波形的抽头系数分别定义为[h0,h1,…,hK-1]。此时,根据重叠复用关系的卷积特性,若设实信息比特序列长度为L,重叠复用系统编码后比特序列为N,其中N=L+K-1,则此时,复用波形H可用矩阵形式表示为:
并且该复用波形矩阵的大小为N×L。
另外,设重叠复用系统编码后的输出向量为Y=[y0,…,yN-1]T,输入向量为X=[x1,…,xL-1]T,则重叠复用系统的编码过程可表示为Y=HX,即:
则此时,接收序列r可表示为:
其中,[n0,n1,…,nN-1]T为高斯白噪声序列。
此外,接收端根据已知的复用波形矩阵H和接收序列r,进行相应译码。上述接收序列r与多天线接收序列结构模型相似,均为r=HX+n,其中X为待传送序列,n为白噪声序列,r为接收序列,不同之处在于矩阵H所代表不同:在多天线系统中H表示信道参数矩阵,而在重叠复用系统中则表示复用波形矩阵。同时,多天线检测算法包含传统的检测算法,如最小二乘检测算法、最小均方误差检测、最大似然检测以及串行干扰抵消检测、QR分解,由于两者结构相似,因而可将检测算法用于对重叠复用系统数据进行相应译码。
另外,本发明主要介绍将双向QR分解用于重叠复用系统数据检测中,其余在此不赘述。
首先,QR分解是将矩阵分解为一个酉矩阵和一个上三角矩阵的乘积。QR算法一方面简化了线性迫零的算法,另一方面也增强了算法的稳定性。将复用波形矩阵H的QR分解为:
H=QR
其中,Q为N×L的酉矩阵,满足QHQ=IL,R是L×L的上三角矩阵,如下所示:
利用QR分解算法对复用波形矩阵H进行QR分解相比于传统的检测算法,如迫零检测,可以相应降低检测复杂度。同时,利用r=HX+n,可化简得到下式:
此外,还可将上式可以得到另一种形式:
此外,接收矢量第k个元素yk为:
yk=Rk,k·xk+ηk+dk,
其中xk的软判决估计值为:
其中,
其中,Rk,p代表矩阵R的(k,p)个元素,x'p是xp的硬判决,为xk的软判决,为Rk,k的共轭。先对xL进行检测,最后检测x1,在此称为后向QR检测。
此外,越是后来检测的信号其误差越大,也就是说x1,x2的检测误差远远高于xL,xL-1的检测误差,为了减少x1,x2的检测误差,也可按相反的方向进行检测,也就是先检测x1,x2,最后检测xL,xL-1,称之为前向QR检测,其具体操作如下所示:
定义L×L的矩阵S为:
则SX=[xL,xL-1,...,x1]T,SS=SST=I,其中I为L×L的单位矩阵,定义如下:
其中而后对进行QR分解则可得到:
则的软判决估计值为:
其中,以及为的硬判决。此时,检测顺序与后向QR检测顺序相反。同时,综合前向QR检测和后向QR检测,称之为双向QR分解,可得出:
从而,根据此检测方法,对所有信号进行相应的估计。
此外,为了更好的理解本发明的技术方案,下面通过具体的实施例进行详细的描述。
将该检测算法替代现有的重叠复用系统中的译码方法,对应的重叠复用系统编码处理过程如下所示:
根据设计参数在调制域内生成包络波形;
波形在调制域内按预定的移位间隔进行移位,得到调制域内的各移位包络波形;
将移位包络波形写成矩阵形式,再与待调制序列中的符号相乘,得到调制域内的复调制包络波形。
此外,下面以OvTDM系统为例,其发送端编码具体处理步骤如下:
(1)首先设计生成发送信号的包络波形h(t);
(2)将(1)中所设计的包络波形h(t)经特定时间移位后,形成其它各个时刻发送信号包络波形h(t-i×ΔT)。
(3)将包络波形h(t-i×ΔT)写成复用波形矩阵H形式,然后与所要发送的符号向量x相乘,形成发射信号波形。
其中,OvTDM系统发送端编码处理框图如附图3所示,重叠复用方法遵循平行四边形规则,如附图4所示.
另外,以OvFDM系统为例,其发送端系统编码具体处理步骤如下:
(1)首先设计生成发送信号的频谱信号H(f)。
(2)将(1)所设计的谱信号H(f)经特定载波频谱间隔ΔB移位后,形成其它各个频谱间隔为ΔB的子载波频谱波形H(f-i×ΔB)。
(3)将频谱波形H(f-i×ΔB)写成矩阵H形式,然后与所要发送的符号向量x相乘,形成复调制信号的频谱S(f)。
(4)将(3)生成的复调制信号的频谱进行离散傅氏反变换,最终形成时间域的复调制信号,发送信号可表示为:
Signal(t)TX=ifft(S(f))
其中,OvFDM系统发送端编码处理框图如附图5所示,重叠复用方法遵循平行四边形规则,如附图6所示。
此外,重叠复用系统的接收端处理过程:
对接收端接收到的信号进行预处理,得到预处理的信号;
对所述预处理信号在对应域内按照上述双向QR分解检测算法进行信号检测,得到输入的信息流;
其中所述预处理过程包括:对接收端接收到的信号进行同步、信道估计、均衡处理等运算;
此外,以OvTDM系统为例,其接收端处理过程如附图7所示,具体步骤如下:
(1)首先对接收信号进行同步,包括载波同步、帧同步、符号时间同步等;
(2)按照上述检测算法对预处理后的数据进行相应检测。
另外,以OvFDM系统为例,其接收端处理过程如附图8所示,具体步骤如下:
(1)首先对接收信号进行fft(傅里叶变换)运算,使时域信号转换到频域;
(2)对频域信号进行同步,包括载波同步、帧同步、符号时间同步等;
(3)按照上述检测算法对预处理后的数据进行相应检测。
根据本发明的实施例,还提供了一种双向QR分解检测装置。
如图9所示,根据本发明实施例的一种双向QR分解检测装置包括:获取模块91,用于获取接收序列,其中,接收序列是根据复用波形矩阵对输入信号进行编码调制后经过高斯信道得到的序列;双向检测模块(未示出),用于采用双向QR分解算法对接收序列进行检测,其中,所述双向检测模块包括:分解模块,用于对接收序列进行后向QR分解和前向QR分解,以获取第一软判决值和第二软判决值,其中,第一软判决值和第二软判决值对接收序列的检测顺序相反;检测模块94,用于根据第一软判决值和第二软判决值,对接收序列进行检测。
根据本发明的一个实施例,接收序列为:r=HX+n,其中,r为接收序列,H为复用波形矩阵,X为待发送序列,n为高斯白噪声序列。
根据本发明的一个实施例,分解模块包括:分解模块包括:后向QR分解模块92,且后向QR分解模块92包括:第一分解子模块(未示出),用于将预知的复用波形矩阵分解为一个酉矩阵和一个上三角矩阵;第一获得模块,用于根据酋矩阵特性,对接收序列进行矩阵相乘处理,获得第一数据序列,其中,第一数据序列为:
y=RX+η
其中,y为第一数据序列,R为上三角矩阵,η为高斯白噪声序列;
第一获取模块(未示出),用于根据第一数据序列和上三角矩阵,获取第一软判决值,其中,第一软判决值为:
其中,为第一数据序列中第k1个元素yk1对应的第一软判决值,Rk1,k1为上三角矩阵中的第k1行第k1列的元素,为Rk1,k1的共轭,L为待发送序列的长度,Rk1,p为上三角矩阵中的第k1行第p列的元素,x'p为待发送序列中的元素xp对应的硬判决值。
根据本发明的一个实施例,分解模块包括:前向QR分解模块,且前向QR分解模块包括:第二获得模块(未示出),用于对接收序列进行矩阵乘法处理,获得处理后的数据序列,同时获得处理后的重叠复用矩阵和处理后的待发送序列,处理后的数据序列为:
其中,为处理后的数据序列,为处理后的重叠复用矩阵,为处理后的待发送序列,S为接收序列进行矩阵乘法运算对应的矩阵,n为高斯白噪声序列;以及第二分解子模块,用于将处理后的重叠复用矩阵分解为一个酉矩阵和一个上三角矩阵;第三获得模块(未示出),用于根据酉矩阵特性,对处理后的数据序列进行矩阵乘法处理,获得第二数据序列,第二数据序列为:
其中,为的共轭转置,为第二数据序列,为上三角矩阵,为酉矩阵;第二获取模块(未示出),用于根据第二数据序列和上三角矩阵,以获取第二软判决值,其中,第二软判决值为:
其中,为第二数据序列中对应的第二软判决值,为上三角矩阵中的第k2行第k2列的元素,为的共轭,L为待发送序列的长度,为上三角矩阵中的第k2行第p列的元素,为处理后的待发送序列元素对应的硬判决值。
根据本发明的一个实施例,检测模块94包括:第三获取模块(未示出),用于根据第一软判决值和第二软判决值,获取第三判决值,以及根据第三判决值,对接收序列进行检测,其中,第三判决值为:
其中,(Rk,k)*为Rk,k的共轭运算,为接收序列rk对应的第三判决值,Rk,k为后向QR分解中对应的上三角矩阵的第k行第k列的元素,为前向QR分解中对应的上三角矩阵的第L-k+1行第L-k+1列的元素,yk为第一数据序列的第k个元素,为第二数据序列的第L-k+1个元素,x'p为待发送序列中的元素xp对应的硬判决值,为处理后的待发送序列元素对应的硬判决值。
综上所述,借助于本发明的上述技术方案,通过利用重叠复用系统的编码特性,并结合多天线系统中的双向QR分解检测方法,对传输数据进行相应译码,从而解决了传统的译码方法,如维特比等译码、MAP、Log-MAP方法,其计算量较大和复杂度较高,且需要较大的存储容量,工程难以实现的问题,从而降低了重叠复用系统的译码复杂度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。