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一种结合频偏补偿的联合检测方法和装置

阅读：731发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种结合频偏补偿的联合检测方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明的一种结合频偏补偿的联合检测方法，该方法包括：修改系统模型，设Δf为接收方和发送方之间的频偏，Ts为符号间隔，由于频偏的存在，数据模型修正为：e＝(e1，e2，e3，....，eN*Q+W-1)T＝AFd+n其中，A为系统传输矩阵，d为原始数据符号序列，e为接收数据序列，n为加性噪声；F矩阵反映了频偏对原始数据的影响。本发明方法使系统模型更逼近真实情况，联合检测精度更高。同时在数据检测阶段进行前期频偏补偿，进一步提高精度，提高接收性能。，下面是一种结合频偏补偿的联合检测方法和装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种结合频偏补偿的联合检测方法，该方法包括：修改系统模型，设Δf为接收方和发送方之间的频偏，Ts为符号间隔，由于频偏的存在，系统模型修正为：
e＝(e1，e2，e3，....，eN*Q+W-1)T＝AFd+n
其中，A为系统传输矩阵，d为原始数据符号序列，e为接收数据序列， n为加性噪声，N为均衡块长度，Q为扩频码长度，W为信道冲击响应窗长； F矩阵反映了频偏对原始数据的影响，所述F矩阵为：

0是均衡块中第一个符号对应的相位偏移。
2.根据权利要求1所述的联合检测方法，其特征在于，该方法的主要步骤如下：
步骤1：取i＝1，2，...，N，i代表不同组合信道响应块序号，重复以下步骤2到步骤4；
步骤2：确定修正因子：对数据块1进行联合检测时，
0＝2π(M/2+N)*Δf*Ts；对数据块2进行联合检测时， 0＝-2π(M/2+1)*Δf*Ts；M为midamble码长度除以扩频码长度得到的数值，数据块1为时分同步码分多址TD-SCDMA数据突发结构中 midamble部分之前的N个符号，数据块2为TD-SCDMA数据突发结构中 midamble部分之后的N个符号；
步骤3：取k＝(i-1)*Q+1，...，i*Q+W-1，重复步骤4；
步骤4：如果vk i不等于0， v k i = v k i * w i ;
vk i代表系统传输矩阵A的第i个组合信道响应块的第k个元素，k代表组合信道响应块的元素索引；
步骤5：由新得到vk i按照原系统传输矩阵的结构生成新的系统传输矩阵 A；
步骤6：运用以下公式进行ZF-BLE联合检测：
d ^ ZF - BLE = ( A H R n - 1 A ) - 1 A H R n - 1 e
= d + ( Σ · Γ ) - 1 ( Γ H · Σ ) - 1 A H R n - 1 n
代表迫零数据块线性均衡器ZF-BLE方法的数据估计，Rn代表噪声n的协方差矩阵，Г代表对角元素全为1的上三角矩阵，∑代表对角矩阵；
或运用以下公式进行MMSE-BLE联合检测：
d ^ MMSE - BLE = ( A H R n - 1 A + R d - 1 ) - 1 A H R n - 1 e

= diag ( W 0 ) · d + dia ‾ g ( W 0 ) · d ‾ + ( A H R n - 1 A + R d - 1 ) - 1 A H R n - 1 n
代表最小均方差数据块线性均衡器MMSE-BLE方法的数据估计， Rx代表数据d的协方差矩阵，I代表单位矩阵，W0等价于 (I+(RdAHRn -1A)-1)-1。
3.一种结合频偏补偿的联合检测装置，其特征在于，其包括信道估计器、A矩阵生成器、A矩阵修正器、联合检测器以及频偏估计器；
输入信号的midamble序列部分被送到所述信道估计器，利用解卷积或 fft/ifft方法产生信道冲击响应h(t)，并被送到A矩阵生成器；
A矩阵生成器形成系统传输矩阵A，其中 V i = v 1 i · · · v Q + W - 1 i 为系统传输矩阵A的第i个组合信道响应块，由扩频码c和信道冲击响应h(t)卷积生成，产生的系统传输矩阵A被送到所述A矩阵修正器，Q为扩频码长度，W为信道冲击响应窗长；
所述A矩阵修正器利用频偏估计器送来的频偏Δf修正系统传输矩阵A，修正后的系统传输矩阵A被送到联合检测器；
所述联合检测器使用ZF-BLE方法或MMSE-BLE方法实现联合检测，产生的调制符号被送到频偏估计器；
所述频偏估计器利用调制符号携带的信息，估计频偏，产生的频偏Δf被送到A矩阵修正器。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种移动通信系统的改善联合检测性能的方法和装置，尤其涉及TD-SCDMA移动通信系统的新颖的结合频偏补偿的联合检测方法和装置。

背景技术

TD-SCDMA系统运用了联合检测技术，关于联合检测算法请参考 A.Klein在1993年IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS 上发表的《Linear unbiased data estimation in mobile radio systems applying CDMA》。为了阐述本发明的需要，现简单介绍现有的联合检测算法：
首先现有联合检测确定数据模型为：
e＝(e1，e2，e3，....，eN*Q+W-1)T＝Ad+n (1)
A为系统传输矩阵，d为原始数据符号序列，e为接收数据序列，n为加性噪声。数据d的协方差矩阵为：
R d = E [ d H · d ] = σ d 2 · I - - - ( 2 )
噪声n的协方差矩阵为：
R n = E [ n H · n ] = σ n 2 · I - - - ( 3 )
如图1所示描述了系统传输矩阵A的结构。其中Vi，1＜i＜N，称为组合信道响应块，由扩频码c和信道冲击响应h卷积生成，Q为扩频码长度，W为信道冲击响应窗长，N为均衡块长度。
如图2所示是联合检测ZF-BLE方法的结构图，由一个匹配滤波器 210，白化滤波器220，ISI和MAI消除器230组成。ZF-BLE方法是根据 MLSE(最大似然序列)准则，最小化下面二次方程：
( e - A d ^ ZF - BLE ) H R n - 1 ( e - A d ^ ZF - BLE ) - - - ( 4 )
最后ZF-BLE得到的数据估计为：
d ^ ZF - BLE = ( A H R n - 1 A ) - 1 A H R n - 1 e - - - ( 5 )
= d + ( Σ · Γ ) - 1 ( Γ H · Σ ) - 1 A H R n - 1 n
如图3所示是联合检测MMSE-BLE结构图，由一个ZF-BLE检测器200， wiener滤波器310组成，MMSE-BLE方法是根据MMSE(最小均方误差)准则最小化下面方程
E ( ( d ^ MMSE - BLE - d ) H ( d ^ MMSE - BLE - d ) ) - - - ( 6 )
MMSE-BLE得到数据估计为：
d ^ MMSE - BLE = ( A H R n - 1 A + R d - 1 ) - 1 A H R n - 1 e
= ( I + ( R d A H R n - 1 A ) - 1 ) - 1 · d ^ ZF - BLE def ‾ ‾ W 0 · d ^ ZF - BLE - - - ( 7 )
= diag ( W 0 ) · d + diag ‾ ( W 0 ) · d ‾ + ( A H R n - 1 A + R d - 1 ) - 1 A H R n - 1 n
由此可见系统传输矩阵A在联合检测算法里起着决定性的作用，修改A矩阵构造使其更符合实际传输环境将大大改善联合检测效果。从现有的系统传输矩阵A的构造方法可以看出，在一个长度为N的均衡块内，每一个组合信道响应块Vi，1＜i＜N，对应一个数据符号，它们都是由扩频码c和信道冲击响应h卷积生成，所以在整个均衡块内N个组合信道响应块Vi取同样的值。
上述现有技术方法可以适用于移动台静止，信道衰落变化缓慢的情况，但是因为移动通信信道往往具有快衰落的特性，在一个均衡块长度N 内，实际的组合信道响应往往有较大变化，这时现有方法的处理性能就要下降。
移动通信信道具有快衰落特性的一个重要的因素就是发送方和接收方存在着频率偏移。在移动通信系统中，发送方把信息调制到载波fc，接收方要准确接收信息必须再生这个载波。虽然这个载波名义上发送方和接收方事先都已知，还是有两个主要原因使得发送方和接收方存在着频率偏移：1.移动台本地时钟精度不高；2.移动台位置移动带来的多普勒频移。要想取得稳定可靠的接收性能，接收端必须有效地估计和补偿频偏。现有的TD-SCDMA系统频率补偿方法是：将解调后的数据重新调制，在接收端重现调制信号，然后计算出与相应的接收信号之间的相位差，由此来估计和补偿频偏。这种方法是在数据解调以后进行频偏补偿，但这种方法模拟真实情况差，检测精度不高。

发明内容

本发明的目的及所要解决的技术问题是：解决现有技术中系统传输矩阵A没有很好逼近真实情况，在高速变化存在频偏的信道环境下精度低的问题，提供一种新颖的结合频偏补偿的联合检测技术，修正系统传输矩阵A，使系统模型更逼近真实情况，联合检测精度更高。同时在数据检测阶段进行前期频偏补偿，进一步提高精度，提高接收性能。
本发明的技术方案如下：
一种结合频偏补偿的联合检测方法，该方法包括：修改系统模型，设 Δf为接收方和发送方之间的频偏，Ts为符号间隔，由于频偏的存在，系统模型修正为：
e＝(e1，e2，e3，....，eN*Q+W-1)T＝AFd+n
其中，A为系统传输矩阵，d为原始数据符号序列，e为接收数据序列，n为加性噪声，N为均衡块长度，Q为扩频码长度，W为信道冲击响应窗长；F矩阵反映了频偏对原始数据的影响。
所述的联合检测方法，其中，所述F矩阵为：

0是均衡块中第一个符号对应的相位偏移。
所述的联合检测方法，其中，该方法的主要步骤如下：
步骤1：取i＝1，2，...，N，i代表不同组合信道响应块序号，重复以下步骤2到步骤4；
步骤2：确定修正因子：wi＝e-j{ 0 +2πΔf(i-1)Ts}，对数据块1进行联合检测时，0＝2π(M/2+N)*Δf*Ts；对数据块2进行联合检测时， 0＝-2π(M/2+1)*Δf*Ts；M为midamble码长度除以扩频码长度得到的数值，数据块1为时分同步码分多址TD-SCDMA数据突发结构中midamble部分之前的N个符号，数据块2为TD-SCDMA数据突发结构中midamble部分之后的N个符号；
步骤3：取k＝(i-1)*Q+1，...，i*Q+W-1，重复步骤4；
步骤4：如果vk i不等于0， v k i = v k i * w i ;
vk i代表系统传输矩阵A的第i个组合信道响应块的第k个元素，k代表组合信道响应块的元素索引；
步骤5：由新得到vk i按照原系统传输矩阵的结构生成新的系统传输矩阵A；
步骤6：运用公式(5)进行ZF-BLE联合检测：
d ^ ZF - BLE = ( A H R n - 1 A ) - 1 A H R n - 1 e
= d + ( Σ · Γ ) - 1 ( Γ H · Σ ) - 1 A H R n - 1 n - - - ( 5 )
代表迫零数据块线性均衡器ZF-BLE方法的数据估计，Rn代表噪声n的协方差矩阵，Γ代表对角元素全为1的上三角矩阵，∑代表对角矩阵；
或运用公式(7)进行MMSE-BLE联合检测：
d ^ MMSE - BLE = ( A H R n - 1 A + R d - 1 ) - 1 A H R n - 1 e
= ( I + ( R d A H R n - 1 A ) - 1 ) - 1 · d ^ ZF - BLE def ‾ ‾ W 0 · d ^ ZF - BLE .
= diag ( W 0 ) · d + diag ‾ ( W 0 ) · d ‾ + ( A H R n - 1 A + R d - 1 ) - 1 A H R n - 1 n - - - ( 7 )
代表最小均方差数据块线性均衡器MMSE-BLE方法的数据估计，Rd代表数据d的协方差矩阵，I代表单位矩阵，W0等价于 (I+(RdAHRn -1A)-1)-1。
一种结合频偏补偿的联合检测装置，其中，其包括信道估计器、A矩阵生成器、A矩阵修正器、联合检测器以及频偏估计器；
输入信号的midamble序列部分被送到所述信道估计器，利用解卷积或fft/ifft方法产生信道冲击响应h(t)，并被送到A矩阵生成器；
A矩阵生成器形成系统传输矩阵A，其中 V i = [ v 1 i . . . v Q + W - 1 i ] 为系统传输矩阵A的第i个组合信道响应块，由扩频码c和信道冲击响应h(t)卷积生成，产生的系统传输矩阵A被送到所述A矩阵修正器，Q为扩频码长度， W为信道冲击响应窗长；
所述A矩阵修正器利用频偏估计器送来的频偏Δf修正系统传输矩阵 A，修正后的系统传输矩阵A被送到联合检测器；
所述联合检测器使用ZF-BLE方法或MMSE-BLE方法实现联合检测，产生的调制符号被送到频偏估计器；
所述频偏估计器利用调制符号携带的信息，估计频偏，产生的频偏Δf 被送到A矩阵修正器。
本发明所提供的一种结合频偏补偿的联合检测方法和装置，修正系统传输矩阵A，使系统模型更逼近真实情况，联合检测精度更高。同时在数据检测阶段进行前期频偏补偿，进一步提高精度，提高接收性能。
附图说明
图1是现有技术的系统传输矩阵A的结构；
图2是现有技术的联合检测ZF-BLE结构；
图3是现有技术的联合检测MMSE-BLE结构；
图4是本发明方法的TD-SCDMA数据突发结构；
图5是本发明方法的结合频偏补偿的联合检测实现框图；
图6是本发明方法的系统传输矩阵修正方法实现框图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：
本发明所述的结合频偏补偿的联合检测的方法如下：
首先修改系统模型，设Δf为接收方和发送方之间的频偏，Ts为符号间隔，由于频偏的存在系统模型修正为：
e＝(e1，e2，e3，...，eN*Q+W-1)T＝AFd+n (8)
A为系统传输矩阵，d为原始数据符号序列，e为接收数据序列，n 为加性噪声。系统传输矩阵A的构造形式仍如图1所示，其中 V i = [ v 1 i . . . v Q + W - 1 i ] , 1≤i≤N为系统传输矩阵A的第i个组合信道响应块，由扩频码c和信道冲击响应h卷积生成，，N为均衡块长度。F矩阵反映了频偏对原始数据的影响。

0是均衡块中第一个符号对应的相位偏移，参考图4，描述了TD-SCDMA 一种具体数据突发结构，数据块1、数据块2都含N*Q个码片(相当于N 个符号)，midamble序列含M*Q个码片。由于TD-SCDMA的信道估计是利用midamble部分得到的，midamble序列的中点可看作相位参考点，那么对数据块1进行联合检测时，0＝2π(M/2+N)*Δf*Ts；对数据块2进行联合检测时，0＝-2π(M/2+1)*Δf*Ts。
由新定义的系统模型可知，用矩阵A、F的乘积来取代原来的系统传输矩阵A，更逼近真实信道特性，必将在联合检测中带来性能增益。
本发明所述的结合频偏补偿的联合检测系统传输矩阵A修正的核心步骤如下，如图6所示的：
步骤1：取i＝1，2，...，N，i代表不同组合信道响应块序号，重复步骤2 到步骤4；
步骤2：确定修正因子：wi＝e-j{ 0 +2πΔf(i-1)Ts}。对数据块1进行联合检测时，0＝2π(M/2+N)*Δf*Ts；对数据块2进行联合检测时， 0＝-2π(M/2+1)*Δf*Ts。
步骤3：取k＝(i-1)*Q+1，...，i*Q+W-1，W为用户信道窗宽，重复步骤4；
步骤4：如果vk i不等于0， v k i = v k i * w i ;
步骤5：由新得到vk i按照图1的结构生成新的系统传输矩阵A。
步骤6：运用图2的结构和公式(5)进行ZF-BLE联合检测，或运用
图3的结构和公式(7)进行MMSE-BLE联合检测。
如图4所示是本发明方法的TD-SCDMA数据突发结构，中间midamble 部分为M*Q码片，数据块1，数据块2都为N个符号，相当于N*Q个码片。
如图5所示是结合频偏补偿的联合检测实现框图，由信道估计器510， A矩阵生成器520，A矩阵修正器530，联合检测器540，频偏估计器550 组成。
输入信号的midamble序列部分被送到信道估计器510，利用解卷积或 fft/ifft方法产生信道冲击响应h(t)，具体方法在A.Klein在1993年 IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS上发表的《Linear unbiased data estimation in mobile radio systems applying CDMA》上有详细描述。产生的信道冲击响应h(t)被送到A矩阵生成器520。
A矩阵生成器520按照图1的结构形成系统传输矩阵A。其中 V i = [ v 1 i . . . v Q + W - 1 i ] 为系统传输矩阵A的第i个组合信道响应块，由扩频码 c和信道冲击响应h卷积生成。产生的系统传输矩阵A被送到A矩阵修正器530。
A矩阵修正器530使用本发明描述的方法，利用频偏估计器550送来的频偏Δf修正系统传输矩阵A。修正后的系统传输矩阵A被送到联合检测器540。
联合检测器540可以使用图2描述的ZF-BLE方法或图3描述的 MMSE-BLE方法实现联合检测。产生的调制符号被送到频偏估计器550。
频偏估计器550利用调制符号携带的信息，估计频偏，在初始状态，还未估计出频偏时，可产生Δf＝0。产生的频偏Δf被送到A矩阵修正器 530。

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