循环前缀缺失下STBC‑OFDM系统的信号检测方法

摘要

循环前缀缺失下STBC‑OFDM系统的信号检测方法，属于无线通信技术领域。本发明通过消除符号间干扰和循环卷积的重构，使OFDM传输系统等效为N个并行的、具有不同增益的高斯信道，再利用天线间信道矩阵的正交性完成对STBC‑OFDM符号的检测。对于两发一收的STBC‑OFDM系统首先对第一时隙接收的数据进行符号间干扰消除，对两个时隙循环卷积的初次近似，然后利用空间信道矩阵的正交性和频域信道矩阵的对角性，完成对STBC‑OFDM系统的数据检测，最后通过迭代对两个时隙数据的循环前缀加以修复，同时对第二时隙接收数据进行符号间干扰消除，提高数据检测的精度。

主权项

循环前缀缺失下STBC‑OFDM系统的信号检测方法，包括如下步骤：S1：由于信道状态信息可以通过信道估计得到，接收端对第i‑1帧数据已经完成检测，所以这两个量都是已知的；利用已知的信道状态信息和前一帧数据，得到第i帧数据响应yⁱ中的符号间干扰其中0≤k≤L；设天线1第i帧发送的频域符号数据表示为天线2第i帧发送的频域符号数据表示为由于通信系统是STBC‑OFDM系统，则天线1第i+1帧发送的频域符号数据为天线2第i+1帧发送的频域符号数据为分别对和作长度为N的IFFT变换有：$x_1^i=F_N^H{X}_1^i,x_2^i=F_N^H{X}_2^i,x_1^{i+1}=-F_N^H{\left(X_2^i\right)}^{*},x_2^{i+1}=F_N^H{\left(X_1^i\right)}^{*}---\left(1\right)$设接收端第i帧的数据响应表示为yⁱ，由于在慢时变信道下，连续两个OFDM符号数据持续时间内信道CIR基本不变，因此：$y_k^i=\left\{\begin{array}{cc}\underset{l=0}{\overset{k}{\Sigma }}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=0}{\overset{k}{\Sigma }}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}+n_k^i& 0\le k<L\\ \underset{l=0}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=0}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+n_k^i& L\le k<N\end{array}\right.---\left(2\right)$其中，i表示接收端数据响应帧的序号，k表示OFDM数据单元内第k+1个采样点，N表示OFDM数据单元长度；表示接收端第i帧的数据响应中第k+1个采样点的噪声；h_1,l表示发射天线1到接收天线间的信道信息，h_2,l表示发射天线2到接收天线间的信道信息，l表示归一化的第l条多径信道，L表示归一化的最大多径信数量；第i帧数据响应yⁱ中的符号间干扰部分可以表示为：$y_{\mathrm{Re}\_ISI}^i\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}---\left(3\right)$S2：利用第i+1帧时刻接收数据的前样本L对yⁱ进行循环前缀初次重构；$y_{Add}^i\left(k\right)={\xi }_k{y}_k^{i+1},0\le k<L---\left(4\right)$yⁱ⁺¹的前L个样本可以表示为：$y_k^{i+1}=\begin{array}{cc}\underset{l=0}{\overset{k}{\Sigma }}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i+1}+\underset{l=0}{\overset{k}{\Sigma }}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i+1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{2,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+n_k^i& 0\le k<L\end{array}---\left(5\right)$根据干扰功率最小准则，得到比例系数为：${\xi }_k=\frac{\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{1,l}\right|}^2+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{2,l}\right|}^2}{\underset{l=0}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{1,l}\right|}^2+\underset{l=0}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{2,l}\right|}^2}---\left(6\right)$S3：对进行干扰消除和初次循环前缀重构得到${\tilde{y}}_k^i=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^i-y_{\mathrm{Re}\_ISI}^i\left(k\right)+y_{Add}^i\left(k\right),0\le k<L\\ y_k^i,L\le k<N\end{array}\right.---\left(7\right)$S4：由于第i帧数据尚未检测得到，无法对第i+1帧数据进行符号间干扰消除，只能进行循环前缀的初次重构，有：$y_{Add}^{i+1}\left(k\right)={\xi }_k{y}_k^{i+2},0\le k<L---\left(8\right)$其中表示接收端第i+2帧前L个样本；S5：对进行干扰消除和初次循环前缀重构得到${\tilde{y}}_k^{i+1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^{i+1}+y_{Add}^{i+1}\left(k\right),0\le k<L\\ y_k^{i+1},L\le k<N\end{array}\right.---\left(9\right)$S6：对步骤S3得到的和步骤S3得到的进行傅里叶变换，得到频域响应和S7：信道均衡和信号检测；因为前面对接收数据进行符号间干扰的消除和循环前缀的重构，所以有：${\tilde{y}}_k^i=h_{1,eqv}{x}_1^i+h_{2,eqv}{x}_2^i+n_k^i---\left(10\right)$其中h_1,eqv和h_2,eqv都是循环移位矩阵，分别代表发射天线1和发射天线2到接收天线间的等价信道矩阵，其形式可以表示为：$h_{i,eqv}=\left[\begin{array}{cccccc}{h}_{i,0}& 0& \mathrm{...}& h_{i,L}& \mathrm{...}& h_{i,1}\\ h_{i,1}& h_{i,0}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& h_{i,2}\\ h_{i,2}& h_{i,1}& h_{i,0}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& h_{i,3}\\ \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}\\ \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}\\ 0& \mathrm{...}& h_{i,L}& h_{i,L-1}& \mathrm{...}& h_{i,0}\end{array}\right],i=1,2---\left(11\right)$则的频域响应为：${\tilde{Y}}^i={\tilde{Y}}_1^i+{\tilde{Y}}_2^i=H_1{X}_1^i+H_2{X}_2^i+W^i---\left(12\right)$其中：$\left\{\begin{array}{c}{H}_1=F_N{h}_{1,eqv}{F}_N^H\\ H_2=F_N{h}_{2,eqv}{F}_N^H\end{array}\right.---\left(13\right)$这里H₁,H₂都是对角矩阵；同理，接收的第i+1帧数据的频域响应为：${\tilde{Y}}^{i+1}={\tilde{Y}}_1^{i+1}+{\tilde{Y}}_2^{i+1}=-H_1{\left(X_2^i\right)}^{*}+H_2{\left(X_1^i\right)}^{*}+W^{i+1}---\left(14\right)$得到：$\left[\begin{array}{c}{\tilde{Y}}^i\\ {\left({\tilde{Y}}^{i+1}\right)}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{H}_1& H_2\\ H_2^{*}& -H_1^{*}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_1^i\\ X_2^i\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{W}^i\\ W^{i+1}\end{array}\right]---\left(15\right)$式子左右乘以等效信道矩阵完成信道均衡，再基于最小均方误差准则判决得到发送的信号和再做N点的IFFT得到发送的时域信号和S8：对的循环前缀重构部分进行修正，有：${\tilde{y}}_k^{i,I=1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^i-y_{\mathrm{Re}\_ISI}^i\left(k\right)+y_{Add}^{i,I=1}\left(k\right),0\le k<L\\ y_k^i,L\le k<N\end{array}\right.---\left(16\right)$其中：$y_{Add}^{i,I=1}\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{1,l}{\hat{x}}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{2,l}{\hat{x}}_{2,<k-l>N}^i---\left(17\right)$S9：对进行干扰消除和循环前缀修正，表示为：${\tilde{y}}_k^{i+1,I=1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_k^{i+1}-y_{\mathrm{Re}\_ISI}^{i+1,I=1}\left(k\right)+y_{Add}^{i+1,I=1}\left(k\right),0\le k<L\\ y_k^{i+1},L\le k<N\end{array}\right.---\left(18\right)$其中：$y_{Add}^{i+1,I=1}\left(k\right)=-\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{1,l}{F}_N^H{\left({\hat{X}}_{2,<k-l>N}^i\right)}^{*}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{2,l}{F}_N^H{\left({\hat{X}}_{1,<k-l>N}^i\right)}^{*}---\left(19\right)$$y_{\mathrm{Re}\_ISI}^{i+1,I=1}\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{1,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{2,l}^i{x}_{2,<k-l>N}^i---\left(20\right)$S10：更新；利用迭代后更新的接收数据响应和返回步骤S6，分别更新频域响应和重复执行S6至S10得到迭代后检测数据和继续迭代，直到达到事先设置的迭代次数M，记最后检测数据为和