正交频分复用系统中空频发射分集的非相干检测方法

摘要

本发明属于数字信息传输技术领域。主要步骤为：1)发送已知的初始传送信号序列；2)将随后输入的频域信号序列在频率域上进行差分编码；3)将上述得到的序列进行空频编码；4)在得到的时域信号中插入合适的保护间隔，组成各自发射链路的完整OFDM信号帧；5)将信号帧进行成形滤波、数模变换和前端处理，分别通过两个天线在预定的频道带宽中发射出去；6)在接收端经过OFDM解调后，在连续两帧的接收信号间进行频率域差分解码，完成非相干检测。本发明简单、快速，在接收端无须进行信道估计，同时也使系统获得了分集增益。

主权项

1、正交频分复用系统中空频发射分集的非相干检测方法，其特征在于，所述方法是一种基于空时分组编码的非相干检测方法，其发射端在数字集成电路中是按照以下步骤依次实现的：步骤1.发送传输初始化序列X(k，1)，它在发射和接收端均为已知；设在第t-1时段，经过差分编码后得到的传输序列为X′(k，l-1)，其按照子载波序号分为偶数子序列X_e′(m，l-1)和奇数子序列X_o′(m，l-1)，它们的长度均为N/2，当前t时段的频域输入序列为X(k，l)，其中k表示子载波序号，0≤k≤N-1，N为OFDM系统中的子载波数，l表示信号帧序号，偶数子序列和奇数子序列分别为X_e(m，l)和X_o(m，l)，0≤m≤N/2-1；在此，定义传输一个OFDM信号帧的时间为一个时段；步骤2.第t时段的频域输入序列X(k，l)经过频率域差分映射后得，$\left\{\begin{array}{c}{\alpha }_F\left(m\right)=X_e(m,l){X_e}^{*}(m,1)+{X_o}^{*}(m,l)X_o(m,1)\\ {\beta }_F\left(m\right)=X_e(m,l){X_o}^{*}(m,1)-{X_o}^{*}(m,l)X_e(m,1)\end{array}\right.,0\le m\le N/2-1,$其中，*表示复数共轭运算；步骤3.经过差分编码，可得第t时段的传输序列为，$\left\{\begin{array}{c}{X_e}^{\prime }(m,l)={\alpha }_F\left(m\right){X_e}^{\prime }(m,l-1)+{\beta }_F\left(k\right){X_o}^{\prime }(m,l-1)\\ {X_o}^{\prime }(m,l)={{\alpha }_F}^{*}\left(m\right){X_o}^{\prime }(m,l-1)-{{\beta }_F}^{*}\left(K\right){X_e}^{\prime }(m,l-1)\end{array}\right.,0\le m\le N/2-1;$步骤4.将X_e′(m，l)和X_o′(m，l)分别作N/2点反离散傅里叶变换，得到的时域偶数子序列和奇数子序列分别为x_1e(n，l)和x_1o(n，l)；步骤5.在第t时段，发射天线为Tx1的第一个传输链路的时域序列为：$\left\{\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{Tx}1}(n,l)=[x_{1e}(n,l)+x_{1o}(n,l)W_N^{-n}]/2\\ x_{\mathrm{Tx}1}(n+N/2,l)=[x_{1e}(n,l)-x_{1o}(n,l)W_N^{-n}]/2\end{array}\right.,0\le n\le N/2-1,$其中，$W_N^k=e^{-j\frac{2\pi }{N}k};$步骤6.将x_1e(n，l)和x_1o(n，l)经过空频编码后得到发射天线为Tx2的第二个传输链路的时域偶数子序列和奇数子序列，$\left\{\begin{array}{c}{x}_{2e}(n,l)={x_{1o}}^{*}({(-n)}_{N/2},l)\\ x_{2o}(n,l)=-{x_{1e}}^{*}({(-n)}_{N/2},l)\end{array}\right.,0\le n\le N/2-1,$其中，*表示复数共轭运算，(n)_N/2表示对n取模N/2运算；步骤7.在第t时段，发射天线为Tx2的第二个传输链路的时域序列为：$\left\{\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{Tx}2}(n,l)=[x_{2e}(n,l)+x_{2o}(n,l)W_N^{-n}]/2\\ x_{\mathrm{Tx}2}(n+N/2,l)=[x_{2e}(n,l)-x_{2o}(n,l)W_N^{-n}]/2\end{array}\right.,0\le n\le N/2-1;$步骤8.按照OFDM系统的信道帧结构，在两个发射链路的时域信号序列中分别插入设定的保护间隔形式和保护间隔数据，将其和步骤(5)以及步骤(7)得到的帧体x_Tx1(n，l)、x_Tx2(n，l)分别组成两个发射链路各自完整的信号帧；步骤9.将上述完整的OFDM信号进行成形滤波和数模变换处理，然后经过包含频率上变换和功放在内的前端处理，最后分别通过天线Tx1和Tx2在预定的频道带宽中发射出去，完成发射天线分集；其接收端在数字集成电路中是按照以下步骤依次实现的：步骤1’.在接收端经过OFDM解调后，连续两帧的接收信号在第2m、2m+1个子载波上的样值分别记为R_F(2m，l-1)、R_F(2m+1，l-1)、R_F(2m，l)以及R_F(2m+1，l)；步骤2’.计算下述两个变量：$R_{F1}\left(m\right)={\left[\begin{array}{c}{R}_F(2m,l-1)\\ {R_F}^{*}(2m+1,l-1)\end{array}\right]}^H\left[\begin{array}{c}{R}_F(2m,l)\\ {R_F}^{*}(2m+1,l)\end{array}\right]$$R_{F2}\left(m\right)={\left[\begin{array}{c}{R}_F(2m+1,l-1)\\ {{-R}_F}^{*}(2m,l-1)\end{array}\right]}^H\left[\begin{array}{c}{R}_F(2m,l)\\ {R_F}^{*}(2m+1,l)\end{array}\right],0\le m\le N/2-1;$步骤3’.令H_i，t(k)表示在第t个时间段内第i个传输链路的子信道k上的复值信道冲激响应，假设在相邻的两个时间段以及相邻的两个子载波之间的信道响应近似相同，即：H_i(m)＝H_i，l-1(2m)≈H_i，l-1(2m+1)≈H_i，l(2m)≈H_i，l(2m+1)，i＝1，2，0≤m≤N/2-1，由于当信号星座图以及传输初始化序列设定时，每对变量(α_F(m)，β_F(m))的取值集合E也已固定，遍历E中所有可能的取值，计算下式：(R_F1(m)-Gα_F(m))²+(R_F2(m)-Gβ_F(m))²，其中G＝|H₁(m)|²+|H₂(m)|²，当上式取最小值时，即可估计出(α_F(m)，β_F(m))；步骤4’.经过频率域差分逆映射，得到对第t时段的输入序列的最终估计：$\left\{\begin{array}{c}{X}_e(m,l)={\alpha }_F\left(m\right)X_e(m,1)+{\beta }_F\left(k\right)X_o(m,1)\\ X_o(m,l)={{\alpha }_F}^{*}\left(m\right)X_o(m,1)-{{\beta }_F}^{*}\left(K\right)X_e(m,1)\end{array}\right.,0\le m\le N/2-1.$