一种相关载波联合检测的方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域, 特别是涉及用于通信系统的相关时空频译 码方案, 具体的讲是一种相关载波联合检测的方法。 背景技术
随着无线通信的迅速发展, 用户急剧增加, 使得 PCS (个人通信系统) 的带宽显得拥挤不堪, 频带资源成为最宝贵的资源。 频带利用率的提高成 为最迫切的需要。 目前较为流行的一种技术是使用天线阵列来实现 MIM0 (多 入多出), 在理论和仿真中 MIM0 的确能达到频谱效率的提高, 具体内容可 参见参考文献 [1]、 [2]、 [3]、 [4]、 [5]。 也有一些人对 MIM0 系统进行简 化, 并通过实验-险证其可行性, 具体内容可参见参考文献 [6]、 [7]、 [8]。 另外一种技术是对传统的调制解调技术进行改进来提高频谱效率。 传统的 调制解调技术使用互相不重叠的载波来传送信息, 载波之间的距离至少是 单个载波的宽度, 这些载波之间还要用带通滤波器相互分离, 由于滤波器 的特性不理想, 使得载波之间要有一个保护带, 因此频带使用率很低。 OFDM
(具体内容可参见参考文献 [9] )技术能够使用相互重叠的正交频率来进行 调制解调, 他不再需要对每个载波都加一个滤波器来分离, 而且正交载波 之间的距离为单个载波宽度的一半, 所以这种技术使频谱利用率大大提高, 比传统的调制解调技术节省了将近 50%的带宽。 他所付出的代价就是对正 交频率要求非常严格,且系统复杂度比较大和非线性等问题。 S. B Weins tein
(具体内容可参见参考文献 [12] )等人证明 OFDM可以用 FFT来实现,使 OFDM 的使用速度大大提高。 文献 [10]系统地介绍了 OFDM的各个部分及其应用。 现在又把这两种技术结合使用的趋势, 文献 [11]给出了一些 MIM0- OFDM 的 信道容量的理论值。 另外一些技术把多载波系统和现在流行的 CDMA技术结 合起来, 称之为多载波 CDMA, 并通过仿真说明其频谱效率有较大提高, 参 见参考文献 [13]、 [14]、 [15]。
所有上面的工作都没有涉及到相关载波的情况。 如果两个载波的距离 比单个载波宽度的一半还小, 传统方法和 OFDM就没有办法解调。 发明内容
本发明的目的在于, 提供一种相关载波联合检测的方法, 以解决任意 两个载波(包括相关和非相关)的解调问题, 在两个载波衰落基本独立的时 候(载波之间的距离大于相关带宽), 本发明能够近似达到正交载波( OFDM ) 的性能, 如果此时这两个载波的距离比单个载波宽度的一半还小, 这就使 得频谱利用率比 OFDM进一步提高。 同时解决解调时复杂度比较大的问题, 使其复杂度与 OFDM近似。
本发明的技术方案为:
一种相关载波联合检测的方法, 包括: 发射端将待发送的信号进行编 码、 调制, 接收端将所接收的信号进行解调、 译码, 其特征在于: 釆用联 合检测对调制解调进行优化, 使得接收端能够对任意两个载波进行解调。 给编译码子系统提供更好的度量。。 所述的采用联合检测对调制解调进行优 化是指: 采用联合检测的度量计算得出度量值; 使得在解调时, 不仅能把 本载波的信号得到, 而且还能考虑到相邻载波的影响。
好的度量使得正确信号的度量尽量小, 其他信号的度量尽量大; 编译 码可得到更好的度量值。
所述的采用联合检测的度量计算得出度量值是指:
所述的采用联合检测的度量计算应满足以下条件:
Metric =| - x\ xhi -x2' xh2 χ β^ ~κ,' \\2 +\\r2 -x2' xh2 - x[ xh、 x e 'W2' ||2 HI (xx xf - x[ χΗΊ) + (x2 xh2x ejW2~w'' -x2' xhzx eJW2—w'' ) + nx e~JWi' ||2
+ \\{xs xY1-x1' xV1) + ( , χΛ, x eJW'-W2'― x[ xh、x e ~W2' ) + nx e'^2' ||2 由此可以看出理想联合检测需要采样级的信道估计来计算 x2 xh2xeJ^', 然而在实际系统当中不可能给出每个采样值的衰落系数, 但是在慢衰落信道中可以近似地认为在一个符号的时间内信道的衰落系数
是个常数, 此时 这样在实际工程中才好实现; 下 面我们得到一个简化近似的度量计算方法:
Metric =|| -JCJ Λι x A2 x f
x ||
2
其中 i 是本地调制信号, 2是载波 1, 2衰落系数, Ι = ^ ^7和 /2 =^?是跟频率有关的系数, 每次收到一个符号, 只须计算一次; 由此 可以看出他仅比 OFDM多个系数/; f2, 与其计算量在一个数量级上。
本发明还可对编译码进行优化, 既: 对所述信号进行交织, 使得联合 检测能够近似达到 OFDM处理正交载波的性能。 所述的对编译码进行优化还 可采用卷积码、 或 Trel l i s码、 或 Turbo码等对编译码进行优化; 此处仅 使用 75全速率编码及 vi terbi译码, 和不编码及线性译码对编译码来验证 联合解调的性能。 本发明提供了一种相关载波联合检测的方法, 解决了任意两个载波(包 括相关和非相关)的解调问题, 在两个载波衰落基本独立的时候(载波之间 的距离大于相关带宽), 本发明能够近似达到正交载波(OFDM ) 的性能, 如 果此时这两个载波的距离比单个载波宽度的一半还小, 这就使得频谱利用 率比 OFDM进一步提高。 这种方法在解调时不仅能把本载波的信号得到, 同 时还考虑到相邻载波对他的影响, 并通过简化算法的近似, 使其复杂度与 OFDM相近似。 以此相关载波的联合检测能够达到提高系统容量和频谱效率 的作用。 附图说明
图 1为多个载波频率重叠示意图;
图 1 为收发信机示意图;
图 3为联合解调仿真曲线图。 具体实施方式
如图 1 所示, 我们仅对所示的 3个载波的情况进行了仿真(事实上任 意两个载波都可以进行联合检测)。 图 2是两个载波的收发信机示意图。 由 图 1、 图 2 我们可以看出多载波系统分为编码、 调制、 解调、 译码这四部 分其中编译码系统和调制解调系统自成一个子系统。 我们可以对这两个系 统分别进行优化, 对编译码系统的优化可以采用现有的^ ί艮多技术, 包括 Convolut ion code (卷积码)、 Trel l i s code、 Turbo code 等等, 在此我 们仅为了方便与 OFDM 系统进行多载波性能的比较, 使用 75 全速率编码 ( vi terbi 译码)和不编码 (线性译码) 两种方案。 对调制解调系统的优 化我们的目标是给编译码系统提供更好的度量值。 好的度量有两个特点: 正确信号的度量尽量小; 其他信号的度量尽量大。 对于现行的调制解调系 统, 通常是不考虑相邻载波的情况, 这就要求传送载波之间要相互正交, 或使载波之间距离足够远并使用滤波器把载波分离, 才能使载波之间没有 干扰, 保证信号的正确解调。 而在无线通信中, 由于带宽受限, 又想提高 容量(传信率), 就试图使用非正交载波传送信息, 从而必然引入载波之间 的干扰, 这样正确信号的度量值就不为零, 这必然会使译码器的性能下降。 一种非常理想的方法是, 信号在没有高斯白噪声的情况下是如何通过信道 并到达接收机的, 本地产生的比较信号就怎样运算并得到一个比较值, 这 样在没有高斯白噪声的情况下, 正确信号的度量一定为 0, 其他信号的最 小度量体现了编码方案的纠错能力。 经过仿真观测, 这种方法的确能达到 上述要求, 但由于本地产生的信号过程过于复杂 (需调制 乘信道估计 解调) 且需给出采样级上的理想信道估计, 实际系统当中肯定不能运用, 但可以在理论上给出一种最好的情况来分析, 在实际是实现的时候, 我们 可以对算法进行近似和简化, 使它的计算量能够让实际系统所忍受。 下面 我们分析一下接收机受到信号的情况
系统的接收机是这样的:
收到信号^^;^ + ^^ ^^^ + ^ (两个中频信号的和)
其中 ^和/ ¾是釆样值的衰落因子
为了方便处理, 我们首先把信号解调
用载波 1解调后 ri ^X{ x +x2xh2x ejw^' 用载波 2解调后 r2 = χ2 x 2 + x x ejn' +nx e-jW2t 其中 和 ^是经过统计平均的符号级衰落因子, ^^7和^ 7是热 噪声产生的, xA2 Xe , '和 Xi xAi xe ,-> 是相邻频率之间的干扰。
这里我们引入联合检测和单独解调 (OFDM ) 的概念, 我们先看看他们 的度量计算方法(于正确信号之间的度量)
若采用 OFDM单独解调的度量计算方法度量值为
Metric =\\ r, - x[ x A, ||2 +\\r2 -x2' x h2 ||2
=|| x, xhi - x[ xh^ + x2 x h2 x ejn' +nx e~jw'' ||2 +\\x2 xh2 x^ + , χΛ, x e —W2' +nxe~ 由此可看出单独解调仅需要给出符号级的信道估计, 这种度量计算的 方法类似于对正交频率进行解调译码的情况, 即认为若没有高斯白噪声, 接收到的信号用载波 1 解调后就应该是; cl X , 用载波 2 解调后就应该是 X h2。 而实际情况并非这样, 还应包括一项干扰。 若载波之间正交, 则干 扰为零, 若不正交, 则或大或小随信道特性变化。 用这种方法来解调, 即 使找到正确的信号值(x x,并且^= ), 其度量仍然不为零。 这样随着信 道特性的变化, 很难保证正确信号的度量值永远比其他信号的度量值小, 当然就更难保证译码的正确性了。 后面的仿真结果也说明了, 如果两载波 非正交, 即使噪声再小, 译码也会出错。 我们下面的度量计算法方法就把 这个干扰项考虑在内。
若采用联合检测的度量计算方法度量值为,
Metric =|r, -x[xhi -x2' xh2 x ejW2'w>l +\\r2 - x2' xhi - x\ xh、 x e Jw>~W2' ||2
HI (Λ:, x ^ - x\ x^) + (x2 h2 x x h2 xeJW2'w'') + nxe' ' ||2
+ \\(xs xh^-x2' V2) + (X] xh{ x ejWi-^' - x[ x Λ, xeJw'-W2') + nxe'^1 ||2 由此可以看出理想联合检测需要采样级的信道估计来计算
x2 h2xe^)l , 但实际系统当中不可能给出每个采样值的衰落系数, 而我 们在慢衰落信道中也可以近似认为在一个符号的时间内信道的衰落系数是 个常数, jtb0tAi X e^-2) =^x e (-v,-2)' , 这样才工程中才好实现。 下面我们 得到一个简化近似的度量计算方法。
其中 χί 是本地调制信号, 2是载波 1, 2 衰落系数(可用信道估 计求出), /i:^^和/ 2=^^是跟频率有关的系数, 每次收到一个符号, 只须计算一次。 由此可以看出仅比 OFDM多个系数/ 与其计算量在一个 数量级上。
如图 3所示, 仿真结果如下:
其中 1.0E-7就是仿真结果的 0 (方便对数表示)。
以上所有仿真结果均是在以下条件下仿真的:
移动速度为 5km/h;
信道模型 (单径衰落信道)
卷积码的码序列长度为 512个符号 +2个伪符号;
QPSK调制;
信道交织长度 9800符号;
统计量 107个点;
信道估计采用理想信道估计。
由图 3可见,对于全速率编码方案:相关载波不能用 OFDM的方法解调, 因为无论信噪比多高, 都会出现很高的误码率, 用联合检测能够近似达到 OFDM 处理正交载波的性能, 尤其是经过交织在高信噪比时与 OFDM趋于一 致。
对于不编码方案: 与编码方案有类似的结果。 在同等情况下, 不编码 方案比全速率编码方案要好一些。 在高信噪比时, 这种差距逐渐缩小。
交织对系统的性能的改善仅在很高的信噪比下才有效, 在 ^氐信噪比下
性能反而更差 (这可能是由于全速率编码的纠错性能很差, 在低信噪比是 使用交织, 使差错均匀化, 从而扩大误码范围)。
由以上所作的仿真可以得出以下结论: 对于频率相差是带宽的 1 /4 的 两相关载波系统, 仅使用单独解调无法工作, 必须使用联合检测才能使系 统正常工作起来, 并能达到与 OFDM处理 2正交载波近似的性能, 而带来的 计算复杂度与 OFDM相差不多。 以此相关载波的联合检测能够达到提高系统 容量和频谱效率的作用。
本发明提供了一种相关载波联合检测的方法, 解决了任意两个载波(包 括相关和非相关)的解调问题, 在两个载波衰落基本独立的时候(载波之间 的距离大于相关带宽), 本发明能够近似达到正交载波(OFDM ) 的性能, 如 果此时这两个载波的距离比单个载波宽度的一半还小, 这就使得频谱利用 率比 OFDM进一步提高。 这种方法在解调时不仅能把本载波的信号得到, 同 时还考虑到相邻载波对他的影响, 并通过简化算法的近似, 使其复杂度与 OFDM相近似。 以此相关载波的联合检测能够达到提高系统容量和频谱效率 的作用。
以上具体实施方式仅用于说明本发明, 而非用于限定本发明。
本发明涉及的参考文献如下:
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