循环前缀缺失下VBLAST-OFDM系统的信号检测方法

摘要

循环前缀缺失下VBLAST-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，再利用迫零准则或最小均方误差准则完成对VBLAST-OFDM符号的检测。对于两发两收的VBLAST-OFDM系统首先根据天线间信道参量的不同，分别对两根接收天线进行符号间干扰消除和循环卷积的初次近似，再利用迫零准则或最小均方误差准则对空间频域信道矩阵化简，消除载波间干扰和天线间干扰，完成对VBLAST-OFDM系统的数据检测，最后通过迭代对两根接收天线数据的循环前缀加以修复，提高数据检测的精度。

主权项

1.循环前缀缺失下VBLAST-OFDM系统的信号检测方法，具体包括如下步骤：S1：由于信道状态信息可以通过信道估计得到，接收端对两根发射天线第i-1帧数据已经完成检测，所以可以假设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，得到接收天线1数据中的符号间干扰和接收天线2数据中的符号间干扰设发送天线1第i帧发送的频域OFDM符号为，发送天线2第i帧发送的频域OFDM符号为，对频域符号作长度为N的IFFT变换，则第i帧发送天线时域符号可以表示为，$x_1^i=F_N^H{X}_1^i,x_2^i=F_N^H{X}_2^i---\left(1\right)$对于接收天线1第i帧的接收数据表示为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：$y_{1,k}^i=\left\{\begin{array}{c}\underset{l=0}{\overset{k}{\Sigma }}{h}_{11,l}{x}_{1,<k-1>N}^i+\underset{l=0}{\overset{k}{\Sigma }}{h}_{12,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{11,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{12,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}+n_k^{i}0\le k<L\\ \underset{l=0}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{11,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=0}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{12,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+n_k^{i}L\le k<N\end{array}\right.----\left(2\right)$其中，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；表示发射天线1到接收天线1之间的信道信息，表示发射天线2到接收天线1之间的信道信息，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；则：$y_{1,\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{11,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{12,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}0\le k<L---\left(3\right)$同理可知：$y_{2,\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{21,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i-1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{22,l}{x}_{2,<k-l>N}^{i-1}0\le k<L---\left(4\right)$其中，表示发射天线1到接收天线2之间的信道信息，表示发射天线2到接收天线2之间的信道信息；S2：利用两根接收天线第i+1帧接收数据和的前L个样本对和进行循环前缀初次重构，其中，表示需要重构的数据部分；表示需要重构的数据部分；$y_{1,\mathrm{Add}}^i\left(k\right)={\xi }_{1,k}{y}_{1,k}^{i+1},0\le k<L---\left(5\right)$其中：${\xi }_{1,k}=\frac{\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{11,l}\right|}^2+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{12,l}\right|}^2}{\underset{l=0}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{11,l}\right|}^2+\underset{l=0}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{12,l}\right|}^2}---\left(6\right)$的前L个样本可以表示为：$y_{l,k}^{i+1}=\underset{l=0}{\overset{k}{\Sigma }}{h}_{11,l}{x}_{1,<k-l>N}^{i+1}+\underset{l=0}{\overset{k}{\Sigma }}{h}_{12,l}{x}_{2,<k-1>N}^{i+1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{11,l}{x}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{12,l}{x}_{2,<k-l>N}^i+n_{l,k}^{i}0\le k<L---\left(7\right)$同样地，有：$y_{2,\mathrm{Add}}^{i+1}\left(k\right)={\xi }_{2,k}{y}_{2,k}^{i+2}---\left(8\right)$其中：${\xi }_{2,k}=\frac{\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{21,l}\right|}^2+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{22,l}\right|}^2}{\underset{l=0}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{21,l}\right|}^2+\underset{l=0}{\overset{L}{\Sigma }}{\left|h_{22,l}\right|}^2},0\le k<L---\left(9\right)$的前L个样本可以表示为：$y_{2,k}^{i+1}=\underset{l=0}{\overset{k}{\Sigma }}{h}_{21,l}{x}_{1,<k-1>N}^{i+1}+\underset{l=0}{\overset{k}{\Sigma }}{h}_{22,l}{x}_{2,<k-1>N}^{i+1}+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{21,l}{x}_{1,<k-1>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{22,l}{x}_{2,<k-1>N}^i+n_{2,k}^{i}0\le k<L---\left(10\right)$S3：对进行干扰消除和初次循环前缀重构得到${\tilde{y}}_{1,k}^i=\left\{\begin{array}{c}{y}_{1,k}^i-y_{1,\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)+y_{1,\mathrm{Add}}^i\left(k\right),0\le k<L\\ y_{1,k}^i,L\le k<N\end{array}\right.----\left(11\right)$S4：对进行干扰消除和初次循环前缀重构得到${\tilde{y}}_{2,k}^i=\left\{\begin{array}{c}{y}_{2,k}^i-y_{2,\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)+y_{2,\mathrm{Add}}^i\left(k\right),0\le k<L\\ y_{2,k}^i,L\le k<N\end{array}\right.----\left(12\right)$S5：对步骤S3得到的和步骤S4得到的进行傅里叶变换，得到频域响应和S6：信道均衡和信号检测；由于经过ISI消除和循环前缀重构，接收天线1接收第i帧数据和接收天线2接收第i帧数据可以近似表示为：${\tilde{y}}_{1,k}^i=h_{11,\mathrm{eqv}}{x}_1^i+h_{12,\mathrm{eqv}}{x}_2^i---\left(13\right)$${\tilde{y}}_{2,k}^i=h_{21,\mathrm{eqv}}{x}_1^i+h_{22,\mathrm{eqv}}{x}_2^i---\left(14\right)$其中h_11,eqv,h_12,eqv,h_21,eqv和h_22,eqv都是循环移位矩阵，形式可以表示为：$h_{\mathrm{eqv}}=\begin{array}{c}\left[\begin{array}{cccccc}{h}_0& 0& ···& h_L& ···& h_1\\ h_1& h_0& ···& ···& ···& h_2\\ h_2& h_1& h_0& ···& ···& ···\\ ···& ···& ···& ···& ···& ···\\ ···& ···& ···& ···& ···& ···\\ 0& ···& h_L& h_{L-1}& ···& h_0\end{array}\right]\end{array}---\left(15\right)$则频域响应分别表示为：${\tilde{Y}}_1^i=H_{11}{X}_1^i+H_{12}{X}_2^i+W_1^i---\left(16\right)$${\tilde{Y}}_2^i=H_{21}{X}_1^i+H_{22}{X}_2^i+W_2^i---\left(17\right)$其中：$\left\{\begin{array}{c}{H}_{11}=F_N{h}_{11,\mathrm{eqv}}{F}_N^H,H_{12}=F_N{h}_{12,\mathrm{eqv}}{F}_N^H\\ H_{21}=F_N{h}_{21,\mathrm{eqv}}{F}_N^H,H_{22}=F_N{h}_{22,\mathrm{eqv}}{F}_N^H\end{array}\right.----\left(18\right)$这里H₁₁,H₁₂,H₂₁和H₂₂都是对角矩阵令$H=\left[\begin{array}{cc}{H}_{11}& H_{12}\\ H_{21}& H_{22}\end{array}\right],$采用MMSE准则，消除天线间干扰，得到频域均衡器Q：$Q=\frac{H^H}{H{H}^H+{\sigma }^{2}I}---\left(19\right)$完成频域均衡后，再基于最小均方误差准则判决得到发送的信号和再做N点的IFFT得到发送的时域信号和S7：对的循环前缀重构部分进行修正，有：${\tilde{y}}_{1,k}^{i,I=1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_{1,k}^i-y_{1,\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)+y_{1,\mathrm{Add}}^{i,I=1}\left(k\right),0\le k<L\\ y_{1,k}^i,L\le K<N\end{array}---\left(20\right)\right.$其中：$y_{1,\mathrm{Add}}^{i,I=1}\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{11,l}{\hat{x}}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{12,l}{\hat{x}}_{2,<k-l>N}^{i}0\le k<L---\left(21\right)$S8：对进行干扰消除和循环前缀修正，表示为：${\tilde{y}}_{2,k}^{i,I=1}=\left\{\begin{array}{c}{y}_{2,k}^i-y_{2,\mathrm{Re}\_\mathrm{ISI}}^i\left(k\right)+y_{2,\mathrm{Add}}^{i,I=1}\left(k\right),0\le k<L\\ y_{2,k}^i,L\le k<N\end{array}---\left(22\right)\right.$其中：$y_{2,\mathrm{Add}}^{i,I=1}\left(k\right)=\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{21,l}{\hat{x}}_{1,<k-l>N}^i+\underset{l=k+1}{\overset{L}{\Sigma }}{h}_{22,l}{\hat{x}}_{2,<k-l>N}^{i}0\le k<L---\left(23\right)$S9：更新；利用迭代后更新的接收数据响应和返回步骤S5重复上述过程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