CN101931593B - 一种信道均衡方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道均衡方法及其装置，其包括以下步骤：对接收信号进行信道匹配，获得待处理信号；对所述待处理信号进行最小均方误差-块判决反馈均衡处理，获得系列检测结果；抽取所述系列检测结果中的最后一个输出作为已检测符号；将所述已检测符号作为干扰，从接收信号中消除，生成新的接收信号。本发明能够对MMSE-IC信道均衡方法进行优化处理，获得额外增益。

Description

一种信道均衡方法及其装置

技术领域

本发明属于通信系统联合检测技术领域，尤其涉及的是MMSE-IC（Minimum Mean Square Error-Interference Cancellation，最小均方误差-干扰消除方法）信道均衡方法的一种优化实现方法。

背景技术

现有技术中，突发模式（GSM，TDD-CDMA等）的通信系统也称为块传输系统。当信号带宽大于信道的相干带宽，就会产生符号间干扰（ISI，Inter Symbol Interference），这样的信道称为ISI信道或频率选择性衰落信道。当宽带通信越来越普遍，通信中的ISI问题越来越突出，是制约接收机性能的重要因素。一般对抗ISI问题的方法是均衡。块传输系统有其特有的矩阵形式均衡方法，或称为块均衡方法。

常用的块均衡方法有最小均方误差-块线性均衡（MMSE-BLE,MinimumMean Square Error-Block Linear Equalization）和最小均方误差-块判决反馈均衡（MMSE-BDFE,Minimum Mean Square Error-Block Decision FeedbackEqualization）。常用于V-BLAST下的MMSE-IC均衡方法也可应用于块传输系统的均衡，它是一种MMSE滤波和串行干扰消除相结合的方法。

由于时分双工-码分多址（Time Division Duplex-Code Division MultipleAccess，TDD-CDMA）也是一种块传输系统，因此也可采用块均衡方法。对于TDD-CDMA系统将矩阵形式的均衡方法和数据检测结合起来，这就是所谓的联合检测算法。联合检测技术既能克服远近效应，又能减轻由多径信道产生的符号间干扰和多址干扰（MAI，Multiple-access interference）。CDMA系统可以分为异步CDMA和同步CDMA。异步CDMA一般不能保证扩频码之间在不对齐情况下的正交性，因此本质上就会有MAI。同步CDMA系统中的扩频码一般是正交的，在非频率选择选择性衰落信道中，并无ISI，也无MAI。但在频率选择选择性衰落信道中，多个路径传播的信号产生了ISI，并且破坏了扩频码之间的正交性，引起了MAI。宽带系统实际中经历的信道是频率选择性衰落的，因此ISI和MAI是影响宽带CDMA的性能的主要因素。

实际上，MMSE-IC中的MMSE滤波就是一个MMSE-BLE过程。通常并没有对MMSE-IC中的MMSE-BLE过程进行优化，所以输出结果不能获得额外的增益，抗噪声能力较差，需要进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种信道均衡方法及其装置，其能够对MMSE-IC信道均衡方法进行优化处理，获得额外增益，且提高抗噪声能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种信道均衡方法，其包括以下步骤：

A、对接收信号进行信道匹配，获得待处理信号；

B、对所述待处理信号进行最小均方误差-块判决反馈均衡，获得系列检测结果；

C、抽取所述系列检测结果中的最后一个输出作为已检测符号；

D、将所述已检测符号作为干扰，从接收信号中消除，生成新的接收信号。

所述的方法，其中，还包括一判断步骤：判断是否检测完所述接收信号中的所有符号，若没有，则返回步骤A重复执行均衡过程，直到检测出所有符号；否则，输出结果。

所述的方法，其中，所述步骤D包括：

对所述已检测符号进行判决，选择该已检测符号最可能对应的发射符号；

把判决得到的符号作为干扰，将该干扰从所述接收信号中去除，获得所述新的接收信号。

所述的方法，其中，从所述接收信号中除去所述干扰的过程按照下式进行：

${r_i}^{\′\′}=r_i-{\left(H\right)}_i\×{\tilde{s}}_i$

其中，r_i表示接收信号；r_i″表示所述新的接收信号；(H)_i表示H的第i列，这里的H表示信道冲激响应矩阵；

表示所述干扰。

所述的方法，其中，所述最小均方误差-块判决反馈均衡方法中，对待处理信号依次进行前向替换、后向替换处理；并在所述后向替换处理中添加所述块判决反馈处理。

所述的方法，其中，在所述后向替换处理中添加所述块判决反馈处理的过程按照以下公式进行：

${\hat{c}}_n=z_n-e_n^T{(L-I)}^H[0,..,0,{\tilde{c}}_{n+1},...{\tilde{c}}_{N-i+1}{]}^T$

其中，

表示所述系列检测结果；z_n表示进行所述前向替换后的处理结果；

是第n个元素为1的单位向量；L为对角元素为1的下三角矩阵；I表示单位矩阵；□{·}是判决算子；N是一个块中的符号数。

本发明还提供了一种信道均衡装置，包括：信道匹配模块，用于对接收信号进行信道匹配、并获得待处理信号；中间处理模块，用于对所述待处理信号进行最小均方误差-块判决反馈均衡，并获得系列检测结果；选择模块，用于对所述系列检测结果进行选择，并抽取最后一个输出作为已检测符号；干扰消除处理模块，用于将已检测符号作为干扰，从接收信号中消除，并生成新的接收信号；及判断模块，用于判断是否检测完所述接收信号中的所有符号，若没有则重新启动所述信道匹配模块，否则输出结果；

所述的装置，其中，所述干扰消除处理模块包括：判决单元，用于对所述已检测符号进行判决，选择该已检测符号最可能对应的发射符号；及剔除单元，用于把判决得到的符号作为干扰，将该干扰从所述接收信号中去除，获得所述新的接收信号；

其中，所述干扰消除处理模块接收信号中除去所述干扰的过程按照下式进行：

其中，r_i表示输入的符号；r_i″表示所述新的接收信号；(H)_i表示H的第i列，这里的H表示信道冲激响应矩阵；

表示所述干扰；

所述的装置，其中，所述中间处理模块包括：前向处理单元，用于对所述待处理信号进行前向替换处理；后向处理单元，用于对所述前向替换处理结果进行后向替换处理，并添加判决反馈处理。

发明效果：本发明将MMSE-IC中的MMSE-BLE过程改成MMSE-BDFE过程对MMSE-IC信道均衡方法进行优化，获得了一种最小均方误差-干扰消除及块判决反馈相结合的均衡方法。MMSE-BDFE过程中解出的最后一个输出具有额外的判决增益，因此改进后的MMSE-IC有较好的性能。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明实施例的方法流程图；

图3为K=8时，MMSE-BDFE与MMSE-IC-BDFE的抗噪声能力效果图；

图4为K=16时，MMSE-BDFE与MMSE-IC-BDFE的抗噪声能力效果图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的信道均衡方法，包括以下步骤：

步骤100，对接收信号进行信道匹配，获得待处理信号；

步骤200，对所述待处理信号进行最小均方误差-块判决反馈均衡，获得系列检测结果；

步骤300，抽取所述系列检测结果中的最后一个输出作为已检测符号；

步骤400，将所述已检测符号作为干扰，从接收信号中消除，生成新的接收信号。

本发明通过将MMSE-IC中的MMSE-BLE过程改成MMSE-BDFE过程对MMSE-IC信道均衡方法进行优化，获得了一种最小均方误差、干扰消除及块判决反馈相结合的均衡方法。由于MMSE-BDFE过程中解出的最后一个输出具有额外的判决增益，因此改进后的MMSE-IC有较好的性能，抗干扰性强，以下结合图2的具体实施例详细说明上述四个步骤的具体实现方法以及本发明所带来的技术效果。

假设接收信号为r，对应的发射符号包含Ｎ个符号，对应的信道冲激响应矩阵H也就对应有Ｎ列相对应的数组，图2给出具体的方法流程图。

如图2所示，上述步骤100中对接收信号r进行信道匹配，获得待处理信号M，其采用如下公式(1)来实现，

$M=H_i^H{r}_i---\left(1\right)$

其中，r_i表示第i次循环的输入信号；H_i表示包含H的第i到N列组成的矩阵。

上述步骤200对所述待处理信号进行最小均方误差-块判决反馈均衡算法，获得系列检测结果。此处的最小均方误差-块判决反馈均衡算法在具体实现时，是在常规Cholesky算法（包括前向替换和后向替换过程）中的后向替换过程内，添加块判决反馈处理过程，单独的Cholesky算法属于现有技术已经公开的算法，在此不作详细说明。具体过程参见图2所示，如下：

首先，对步骤100处理获得的结果进行前向替换处理，即对M进行前向替换，得到z，如下式(2)所示：

$z=L^H\hat{s}={\left(\mathrm{LD}\right)}^{-1}{H_i}^H{r}_i,i=1,\·\·\·,N---\left(2\right)$

其中，L为对角元素为1的下三角矩阵；D为对角矩阵；N是一个块中的符号数，

为已检测符号。

然后，在z的后向替换处理中，按照以下公式(3)和(4)添加块判决反馈处理：

${\hat{c}}_n=z_n-e_n^T{(L-I)}^H[0,..,0,{\tilde{c}}_{n+1},...{\tilde{c}}_{N-i+1}{]}^T---\left(3\right)$

其中，表示所述系列检测结果；z_n表示进行所述前向替换后的处理结果；

是第n个元素为1的单位向量；L为对角元素为1的下三角矩阵；I表示单位矩阵；□{·}是判决算子；N是一个块中的符号数。

如图2所示，上述步骤200中将获得一系列的检测结果

所以在步骤300中，抽取系列检测结果

中的最后一个输出作为已检测符号

即

通过此步骤可以逐次把

提取出来，这样就将块判决反馈应用于干扰消除中。

如图2所示，上述步骤300的干扰消除处理过程包括以下两步：

首先，对已检测符号进行判决，选择该已检测符号最可能对应的发射符号，即

然后，把判决得到的符号作为干扰，将该干扰从输入的符号中去除，获得所述用于输出的符号，如下式：

${r_i}^{\′\′}=r_i-{\left(H\right)}_i\×{\tilde{s}}_i---\left(5\right)$

其中，r_i表示输入的符号；r_i′′表示所述用于输出的符号；(H)_i表示H的第i列，这里的H表示信道冲激响应矩阵；表示所述干扰。

如图2所示，在具体实现时需要逐一对一定数量的符号进行信号均衡处理，而处理得结果是需要对所有的符号都进行检测，所以，在图1中，本发明还包括一判断步骤500：判断是否检测完所述接收信号中的所有符号，若没有，则返回步骤A重复执行均衡过程，直到检测出所有符号；否则，输出结果。

总之，如图2所示，本发明通过添加块判决处理将MMSE-IC的每一步中的MMSE-BLE过程都进行了优化，改变为MMSE-BDFE过程，得到的方法能获得额外的增益。每次MMSE-BDFE算法得到的符号是MMSE-BDFE过程中解出的最后一个输出。改用MMSE-BDFE后，解出的最后一个元素有额外的判决增益，因此改进后的MMSE-IC有较好的性能。改进后的MMSE-IC称为最小均方误差-干扰消除-块判决反馈均衡，即MMSE-IC-BDFE方法，它在传统的MMSE-IC上进行优化获得了额外的增益，但又不同于传统的MMSE-BDFE方法，它结合了干扰消除方法，其抗噪声性能更强，具体可参见图3和图4。

上述图2所示的本发明的方法写为伪码，如下所示：

i=1to ^N

%滤波

为对r_i进行MMSE-BDFE算法得到的向量

为

的第一个元素（最后一个输出）

%判决

%干扰消除

$r_{i+1}=r_i-{\left(H\right)}_i\·{\tilde{s}}_i$

i←i+1

将上述方法应用于TD-SCDMA系统（一种TDD-CDMA）中的联合检测算法可以获得较好的性能。使用在TD-SCDMA标准中推荐的多径衰落信道参数，如下表1（多径衰落信道参数）所示：

采用上述case3的参数，假设信道在一个突发周期内是接近非时变的，即在一个突发周期内信道抽头是固定的。最大的时间延迟为16个码片周期。所有用户使用相同的扩频因子Q，并且Q=16，N=32；载波频率为2GHz。对于接收机，信道冲激响应分别通过传统的MMSE-BDFE与本发明MMSE-IC-BDFE方法进行均衡处理，对应的抗噪声能力图分别如图3和图4所示。

如图3所示，活动码道数K=8时的MMSE-BDFE与MMSE-IC-BDFE的性能比较；图3中横坐标E_d/N₀表示信噪比，纵坐标BER表示比特错误率，可见，MMSE-IC-BDFE比MMSE-BDFE具有更好的抗噪声能力。

如图4所示，活动码道数K=16时的MMSE-BDFE与MMSE-IC-BDFE的性能比较；图4中横坐标E_d/N₀表示信噪比，纵坐标BER表示比特错误率，可见，MMSE-IC-BDFE比MMSE-BDFE具有更好的抗噪声能力。

基于上述方法，本发明可以通过软件编程的形式对计算机内部性能进行改进，和/或通过添加硬件功能模块、或者修改硬件结果来在通用设备上实现上述方法所带来的功能。比如，本发明还提供了一种信道均衡装置，所述装置包括：信道匹配模块，用于对接收信号进行信道匹配、并获得待处理信号；中间处理模块，用于对所述待处理信号进行最小均方误差-块判决反馈均衡，并获得系列检测结果；选择模块，用于对所述系列检测结果进行选择，并抽取最后一个输出作为已检测符号；干扰消除处理模块，用于将所述已检测符号作为干扰，从接收信号中消除，并生成新的接收信号；及判断模块，用于判断是否检测完所述接收信号中的所有符号，若没有则重新启动所述信道匹配模块，否则输出结果。

为了有效的添加块判决反馈处理，在中间处理模块中还设置有：前向处理单元，用于对待处理信号进行前向替换处理；后向处理单元，用于对前向替换处理结果进行后向替换处理，并添加块判决反馈处理。另外，上述干扰消除处理模块还可以设置：判决单元，用于对所述已检测符号进行判决，选择该已检测符号最可能对应的发射符号；及剔除单元，用于把判决得到的符号作为干扰，将该干扰从所述接收信号中去除，获得所述新的接收符号。上述各个功能模块或单元的实现方法具体参见上述关于方法的相关说明，在此不作重复说明。

综上所述，本发明的均衡方法获得额外增益，提高抗干扰性能，也可以用于联合检测。联合检测一般用于TDD-CDMA系统。经历ISI信道的TDD-CDMA系统与单用户系统有类似的信道模型，只不过信道卷积矩阵为多个用户组合信道冲激响应（包含了用户扩频码和信道冲激响应）组成的卷积矩阵。由于有类似的信道模型，检测时可以使用类似的算法，只不过检测出的符号包括各个符号周期内各个用户的符号。

应当理解的是，上述针对本发明较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种信道均衡方法，其包括以下步骤：

A、对接收信号进行信道匹配，获得待处理信号；

B、对所述待处理信号进行最小均方误差-块判决反馈均衡，获得系列检测结果；

C、抽取所述系列检测结果中的最后一个输出作为已检测符号；

D、将所述已检测符号作为干扰，从接收信号中消除，生成新的接收信号；

其中，所述步骤D包括：

对所述已检测符号进行判决，选择该已检测符号最可能对应的发射符号；

把判决得到的符号作为干扰，将该干扰从所述接收信号中去除，获得所述新的接收信号；

还包括一判断步骤：判断是否检测完所述接收信号中的所有符号，若没有，则返回步骤A重复执行均衡过程，直到检测出所有符号；否则，输出结果；

从所述接收信号中除去所述干扰的过程按照下式进行：

$r_i^{\text{'}}=r_i-{\left(H\right)}_i\×{\tilde{s}}_i$

其中，r_i表示输入的符号；r_i″表示所述新的接收信号；(H)_i表示H的第i列，这里的H表示信道冲激响应矩阵；

表示所述干扰；

所述最小均方误差-块判决反馈均衡处理方法中，对待处理信号依次进行前向替换、后向替换处理；并在所述后向替换处理中添加所述块判决反馈处理；

在所述后向替换处理中添加所述块判决反馈处理的过程按照以下公式进行：

${\hat{c}}_n=z_n-e_n^T{(L-I)}^H{[0,..,0,{\tilde{c}}_{n+1},...{\tilde{c}}_{N-i+1}]}^T$

其中，表示所述系列检测结果；z_n表示进行所述前向替换后的处理结果；

是第n个元素为1的单位向量；L为对角元素为1的下三角矩阵；I表示单位矩阵；是判决算子；N是一个块中的符号数。

2.一种信道均衡装置，其特征在于，所述装置包括：

信道匹配模块，用于对接收信号进行信道匹配、并获得待处理信号；

中间处理模块，用于对所述待处理信号进行最小均方误差-块判决反馈处理，并获得系列检测结果；

选择模块，用于对所述系列检测结果进行选择，并抽取最后一个输出作为已检测符号；

干扰消除处理模块，用于将所述已检测符号作为干扰，从接收信号中消除，并生成新的接收信号；及

判断模块，用于判断是否检测完所述接收信号中的所有符号，若没有则重新启动所述信道匹配模块，否则输出结果；

其中，所述干扰消除处理模块包括：判决单元，用于对所述已检测符号进行判决，选择该已检测符号最可能对应的发射符号；及剔除单元，用于把判决得到的符号作为干扰，将该干扰从所述接收信号中去除，获得所述新的接收信号；

其中，所述干扰消除处理模块接收信号中除去所述干扰的过程按照下式进行：

其中，r_i表示输入的符号；r_i″表示所述新的接收信号；(H)_i表示H的第i列，这里的H表示信道冲激响应矩阵；

表示所述干扰；

所述中间处理模块包括：

前向处理单元，用于对所述待处理信号进行前向替换处理；

后向处理单元，用于对所述前向替换处理结果进行后向替换处理，并添加块判决反馈处理；

在所述后向替换处理中添加所述块判决反馈处理的过程按照以下公式进行：

${\hat{c}}_n=z_n-e_n^T{(L-I)}^H{[0,..,0,{\tilde{c}}_{n+1},...{\tilde{c}}_{N-i+1}]}^T$

其中，

表示所述系列检测结果；z_n表示进行所述前向替换后的处理结果；

是第n个元素为1的单位向量；L为对角元素为1的下三角矩阵；I表示单位矩阵；

是判决算子；N是一个块中的符号数。

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