多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法
【專利摘要】多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，包括，在發(fā)送端，個(gè)發(fā)送天線相同子載波位置上插入循環(huán)前綴，所述循環(huán)前綴長(zhǎng)度應(yīng)小于數(shù)據(jù)符號(hào)的長(zhǎng)度；信號(hào)經(jīng)無(wú)線信道傳輸，且存在定時(shí)同步偏差，所述信道為獨(dú)立準(zhǔn)靜態(tài)瑞利平衰落多輸入多輸出信道；在接收端，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，獲得初期信號(hào)的估計(jì)值；獲得的初始信號(hào)的估計(jì)值經(jīng)并行干擾消除技術(shù)處理，獲得較為準(zhǔn)確的信號(hào)；將獲得的較為準(zhǔn)確的信號(hào)再次經(jīng)并行干擾消除技術(shù)處理，獲得更為準(zhǔn)確的信號(hào)，本發(fā)明能夠更加高效和準(zhǔn)確的解決定時(shí)偏差帶來(lái)的問題，同時(shí)可以根據(jù)系統(tǒng)要求靈活調(diào)節(jié)初始值獲取的方式和干擾消除的迭代次數(shù)，達(dá)到更好的系統(tǒng)性能。
【專利說(shuō)明】多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多天線單載波頻分多址技術(shù)，具體涉及多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法。
【背景技術(shù)】
[0002]上行鏈路傳輸方案(簡(jiǎn)稱LTE-Advanced)是 LTE (Long Term Evolution)的演進(jìn)，它不僅是3GPP形成國(guó)際電信聯(lián)盟ITU IMT-Advanced技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要來(lái)源，還是一個(gè)后向兼容的技術(shù)，要完全兼容LTE。LTE-Advanced相對(duì)于LTE系統(tǒng)，主要增強(qiáng)了峰值速率、傳輸時(shí)延、頻譜效率、VoIP容量、系統(tǒng)帶寬等方面的需求。
[0003]LTE-Advanced上行鏈路傳輸方案采用多天線單載波頻分多址(簡(jiǎn)稱MMOSC-FDMA)技術(shù)，將經(jīng)典的正交頻分復(fù)用技術(shù)和單載波傳輸方案融合在一起，具有較低的峰均比(簡(jiǎn)稱PAPR)的優(yōu)點(diǎn)。相比多載波傳輸技術(shù)，單載波頻分多址技術(shù)能有效降低待發(fā)射信號(hào)的峰均比，從而相應(yīng)地提高了功放的效率和增加小區(qū)的覆蓋面積，這就為研制低價(jià)格、低功耗、小尺寸的移動(dòng)終端提供了條件。LTE-Advanced上行鏈路利用多輸入多輸出(ΜΜ0)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)空間分集，使空間成為一種可以用于提高性能的資源，并能夠增加無(wú)線系統(tǒng)的覆蓋范圍，有效提高系統(tǒng)的傳輸性能。
[0004]在無(wú)線通信系統(tǒng)中，由于受到無(wú)線信道傳輸特性的影響，接收端與發(fā)送端的定時(shí)通常會(huì)不完全一致，從而導(dǎo)致定時(shí)偏移。當(dāng)MMO SC-FDMA系統(tǒng)存在定時(shí)偏移的時(shí)候，它就會(huì)破壞子載波之間的正交性，導(dǎo)致碼間干擾(簡(jiǎn)稱ISI)和子載波間干擾(簡(jiǎn)稱ICI)，使發(fā)送的信息不能正確恢復(fù)，誤碼率增加，系統(tǒng)性能大大降低。對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)而言，只有發(fā)送端和接收端同步才有信息的可靠性傳輸。
[0005]就目前而言，對(duì)于SC-FDMA技術(shù)而言，該技術(shù)的研究成熟度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上正交頻分多址(簡(jiǎn)稱0FDMA)技術(shù)，特別是針對(duì)MMO SC-FDMA系統(tǒng)的定時(shí)同步研究非常少。在傳統(tǒng)的OFDM技術(shù)定時(shí)同步算法中，大多先進(jìn)行粗估計(jì)，再進(jìn)行細(xì)估計(jì)，以此來(lái)確定在接收端快速傅里葉變換(簡(jiǎn)稱FFT)檢測(cè)窗口的起始位置，從而達(dá)到符號(hào)定時(shí)同步的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，與傳統(tǒng)方法相比能有效提高傳輸系統(tǒng)性能。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，所述方法包括以下步驟:
步驟一:發(fā)送端，在個(gè)發(fā)送天線相同子載波位置上插入循環(huán)前綴，所述循環(huán)前綴長(zhǎng)度應(yīng)小于數(shù)據(jù)符號(hào)的長(zhǎng)度；
步驟二:信號(hào)經(jīng)無(wú)線信道傳輸，且存在定時(shí)同步偏差，所述信道為獨(dú)立準(zhǔn)靜態(tài)瑞利平衰落多輸入多輸出信道；
步驟三:在個(gè)接收天線的接收端，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，獲得初期信號(hào)的估計(jì)值； 步驟四:將步驟三所述獲得的初始信號(hào)的估計(jì)值經(jīng)并行干擾消除技術(shù)處理，即根據(jù)獲得的信號(hào)初始值對(duì)所有天線的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，部分求和，得到當(dāng)前天線的干擾信號(hào)，從總的接收信號(hào)中將干擾信號(hào)消除,將消除后的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波、判決,獲得較為準(zhǔn)確的信號(hào);
步驟五:將步驟四獲得的較為準(zhǔn)確的信號(hào)再次經(jīng)并行干擾消除技術(shù)處理，即將步驟四獲得的較為準(zhǔn)確的信號(hào)再次進(jìn)行重構(gòu)，部分求和，得到當(dāng)前天線的干擾信號(hào)，從所述的較為準(zhǔn)確的信號(hào)中將干擾信號(hào)消除，消除后的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波、判決，獲得更為準(zhǔn)確的信號(hào)。
[0008]所述的步驟三中獲得初期信號(hào)估計(jì)值的方法采用信道傳輸矩陣的QR分解的方法、或線性迫零、最小均方誤差、以及串行干擾消除等方法及其上述方法的組合方式獲取。
[0009]所述的信道傳輸矩陣QR分解的方法為在接收端，對(duì)信道傳輸矩陣進(jìn)行QR分解變換，得到的酉矩陣與上三角矩陣的乘積，使用Q矩陣的共軛矩陣矩陣左乘接收向量，得到改進(jìn)接收矢量，通過判決獲得信號(hào)的初始值。
[0010]所述的循環(huán)前綴是每幀數(shù)據(jù)符號(hào)尾部的復(fù)制部分，其長(zhǎng)度小于每幀數(shù)據(jù)符號(hào)長(zhǎng)度，與數(shù)據(jù)符號(hào)形成發(fā)送幀通過天線發(fā)送出去。
[0011]所述的獨(dú)立準(zhǔn)靜態(tài)瑞利平衰落多輸入多輸出信道，其元素為獨(dú)立同分布的均值為
O、方差為的復(fù)高斯隨機(jī)變量，噪聲為均值為零、方差為的加性高斯白噪聲。
[0012]在信號(hào)的接收端，接收信號(hào)的采樣頻率與載波頻率均無(wú)偏移，且無(wú)信道估計(jì)偏差。
[0013]在信號(hào)發(fā)送端，所有發(fā)送天線使用同一個(gè)本振。
[0014]在信號(hào)接收端，所有接收天線使用同一個(gè)本振。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:該方法充分利用多天線單載波頻分多址系統(tǒng)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)以及干擾消除技術(shù)，能夠更加高效和準(zhǔn)確的解決定時(shí)偏差帶來(lái)的問題，同時(shí)可以根據(jù)系統(tǒng)要求靈活調(diào)節(jié)初始值獲取的方式和干擾消除的迭代次數(shù)，達(dá)到更好的系統(tǒng)性能，同時(shí)，本發(fā)明提供的方法與現(xiàn)有方法相比，能簡(jiǎn)化接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低接收機(jī)的復(fù)雜度和成本，具有很好的實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的多天線單載波頻分多址技術(shù)整體系統(tǒng)框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的單載波頻分多址符號(hào)插入循環(huán)前綴的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的QR分解檢測(cè)聯(lián)合并行干擾消除的方框圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的QR分解檢測(cè)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)方框圖。
[0020]圖5為本發(fā)明的并行干擾消除方法的詳細(xì)結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[0022]如圖1所示，圖中準(zhǔn)確的反映了多天線單載波頻分多址(簡(jiǎn)稱MMO SC-FDMA)技術(shù)在發(fā)送和接收信號(hào)時(shí)，信號(hào)處理的全部過程，包括:單載波頻分多址(簡(jiǎn)稱SC-FDMA)調(diào)制解調(diào)器，離散傅里葉變換/離散傅里葉逆變換(簡(jiǎn)稱DFT/IDFT)，循環(huán)前綴(簡(jiǎn)稱CP)的添加與去除、定時(shí)偏移的添加、檢測(cè)與干擾消除器等。
[0023]如圖2所示，SC-FDMA符號(hào)插入循環(huán)前綴CP，循環(huán)前綴CP長(zhǎng)度應(yīng)小于數(shù)據(jù)符號(hào)DATA的長(zhǎng)度，添加循環(huán)前綴CP能夠?qū)苟鄰綍r(shí)延，同時(shí)，循環(huán)前綴的添加與本發(fā)明添加定時(shí)偏移有直接關(guān)系。
[0024]如圖3所示，將接收到的信號(hào)與信道傳輸矩陣進(jìn)行QR分解檢測(cè)，作為第一步提高信號(hào)初始值的精度；接著第二步并行干擾消除算法采用并行方式消除符號(hào)間的干擾，即在所有信號(hào)被檢測(cè)之后，同時(shí)將干擾從接收信號(hào)中消除，以進(jìn)一步提高M(jìn)MO SC-FDMA系統(tǒng)的性能。
[0025]如圖4所示，QR分解檢測(cè)器包括:共軛轉(zhuǎn)置器、乘法器、累加求和器、加法器、判決器，通過對(duì)信道傳輸矩陣進(jìn)行QR分解變換，得到的酉矩陣與上三角矩陣的乘積，使用Q的共軛矩陣左乘接收向量，得到改進(jìn)接收矢量，通過判決獲得信號(hào)的初始值。
[0026]如圖5所示，并行干擾消除器包括:乘法器、累加求和器、減法器、共軛轉(zhuǎn)置器、匹配濾波器、判決器，根據(jù)獲得的信號(hào)初始值對(duì)所有天線的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，部分求和，得到當(dāng)前天線的干擾信號(hào)，之后從總的接收信號(hào)中將干擾信號(hào)減去消除，消除后的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波、判決，獲得較為準(zhǔn)確的信號(hào)。
[0027]以上所述的本發(fā)明的實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神原則之內(nèi)所作出的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟一:發(fā)送端，在個(gè)發(fā)送天線相同子載波位置上插入循環(huán)前綴，所述循環(huán)前綴長(zhǎng)度應(yīng)小于數(shù)據(jù)符號(hào)的長(zhǎng)度； 步驟二:信號(hào)經(jīng)無(wú)線信道傳輸，且存在定時(shí)同步偏差，所述信道為獨(dú)立準(zhǔn)靜態(tài)瑞利平衰落多輸入多輸出信道； 步驟三:在個(gè)接收天線的接收端，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，獲得初期信號(hào)的估計(jì)值； 步驟四:將步驟三所述獲得的初始信號(hào)的估計(jì)值經(jīng)并行干擾消除技術(shù)處理，即根據(jù)獲得的信號(hào)初始值對(duì)所有天線的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，部分求和，得到當(dāng)前天線的干擾信號(hào)，從總的接收信號(hào)中將干擾信號(hào)消除，將消除后的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波、判決，獲得較為準(zhǔn)確的信號(hào)； 步驟五:將步驟四獲得的較為準(zhǔn)確的信號(hào)再次經(jīng)并行干擾消除技術(shù)處理，即將步驟四獲得的較為準(zhǔn)確的信號(hào)再次進(jìn)行重構(gòu)，部分求和，得到當(dāng)前天線的干擾信號(hào)，從所述的較為準(zhǔn)確的信號(hào)中將干擾信號(hào)消除，消除后的信號(hào)進(jìn)行匹配濾波、判決，獲得更為準(zhǔn)確的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，其特征在于:所述的步驟三中獲得初期信號(hào)估計(jì)值的方法采用信道傳輸矩陣的QR分解的方法、或采用線性迫零、最小均方誤差、以及串行干擾消除方法及其上述方法的組合方式獲取。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，其特征在于:所述的獲得初期信號(hào)估計(jì)值采用的信道傳輸矩陣QR分解的方法是在接收端，對(duì)信道傳輸矩陣進(jìn)行QR分解變換，得到的酉矩陣與上三角矩陣的乘積，使用Q矩陣的共軛矩陣矩陣左乘接收向量，得到改進(jìn)接收矢量，通過判決獲得信號(hào)的初始值。
4.如權(quán)利要求1所述的多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，其特征在于:所述的循環(huán)前綴是每幀數(shù)據(jù)符號(hào)尾部的復(fù)制部分，其長(zhǎng)度小于每幀數(shù)據(jù)符號(hào)長(zhǎng)度，與數(shù)據(jù)符號(hào)形成發(fā)送幀通過天線發(fā)送出去。
5.如權(quán)利要求1所述的多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，其特征在于:所述的獨(dú)立準(zhǔn)靜態(tài)瑞利平衰落多輸入多輸出信道，其建模元素為獨(dú)立同分布的均值為O、方差為的復(fù)高斯隨機(jī)變量，噪聲為均值為零、方差為的加性高斯白噪聲。
6.如權(quán)利要求1所述的多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，其特征在于:在信號(hào)接收端，接收信號(hào)的采樣頻率與載波頻率均無(wú)偏移，且無(wú)信道估計(jì)偏差。
7.如權(quán)利要求1所述的多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，其特征在于:在信號(hào)發(fā)送端，所有發(fā)送天線使用同一個(gè)本振。
8.如權(quán)利要求1所述的多天線單載波頻分多址系統(tǒng)定時(shí)同步并行干擾消除方法，其特征在于:在信號(hào)接收端，所有接收天線使用同一個(gè)本振。
【文檔編號(hào)】H04J1/12GK103634259SQ201310635685
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】彭端, 郭寧, 彭珞麗 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)