一种正交时序复用系统的符号检测方法技术方案

本发明专利技术属于通信领域，具体涉及一种正交时序复用系统的符号检测方法；所述方法包括通过在接收端接收到时域向量后，利用信道特性在时域中逐块进行MMSE均衡得到每个时域块的估计符号向量；为进一步消除残余符号的干扰，估计符号向量经过判决后作为高斯

【技术实现步骤摘要】
一种正交时序复用系统的符号检测方法


[0001]本专利技术属于通信领域，具体涉及一种正交时序复用系统的符号检测方法。

技术介绍

[0002]未来无线通信系统要求在各种新兴应用，如低地球轨道卫星、高速列车、无人机等高速移动场景中进行可靠数据传输。然而，高移动性无线通信系统中存在高多普勒频移，当前广泛采用的正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统会遭受严重的载波间干扰(ICI,Inter
‑
Carrier Interference)。正交时频空间(OTFS,Orthogonal Time Frequency Space)调制在快衰落信道中性能表现卓越，具有高频谱效率和较低的峰均功率比等优点。OTFS将信息符号调制在时延
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多普勒域，而不是传统的时间
‑
频率域，这使得每个数据帧中的符号都经历了近似恒定的时延
‑
多普勒域非衰落信道，很好的解决了OFDM在高速移动环境下的不足。尽管OTFS可以提供良好的误码性能，但时频域中的二维预编码会增加收发器的调制复杂度。
[0003]最近，Thaj等人提出了一种新颖的二维调制方案：正交时序复用(OTSM,Orthogonal Time Sequency Multiplexing)调制，其关键思想是将信息符号调制在时延
‑
序列域。如图1所示，OTSM沿序列域进行沃尔什
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哈达玛逆变换(IWHT,Inverse Walsh
‑
Hadmard Transform)将置于时延
‑
序列域中的信息符号转换为时延
‑
时间域，最后在时域中进行信号传输和接收。与OTFS沿多普勒域进行IFFT相比，沃尔什
‑
哈达玛变换(WHT,Walsh
‑
Hadmard Transform)只涉及加法和减法运算，因此OTSM有着更低的调制复杂度。同时，OTSM有着与OTFS类似的性能，为高移动性无线信道实现可靠通信提供了一种低复杂度调制方案。
[0004]对于二维调制的检测算法方面，2018年，Raviteja等人利用时延
‑
多普勒域信道的稀疏性提出了一种基于消息传递(MP,Message Passing)的迭代检测算法，但MP算法需要通过大量迭代不断逼近最优性能，计算复杂度极高。2020年，Thaj等人针对OTFS提出了一种基于最大比合并(MRC,Maximal Ratio Combining)的低复杂度迭代判决反馈均衡器(DFE,Decision Feedback Equalizer)。仿真结果表明，与目前最先进的MP检测器相比，该检测器在性能和复杂度上都得到了很好的提高。2021年，Thaj等人针对OTSM提出了一种低复杂度迭代检测器，首先在时频域设计一个单抽头最小均方均衡器抑制载波间干扰，随后在时域中采用高斯
‑
赛德(GS,Gauss
‑
Seidel)迭代检测进一步消除残余符号干扰。然而在高多普勒频移无线信道中，单抽头最小均方均衡器性能十分有限，严重影响GS迭代检测算法的收敛速度和误码性能。

技术实现思路

[0005]基于现有技术存在的问题，为实现高移动性无线信道中数据的可靠传输，本专利技术针对OTSM系统提出了一种新的二级均衡器，来实现对发送符号向量的检测估计。首先在时域中对接收到的时域块逐块进行MMSE检测，随后利用GS迭代算法进一步消除残余符号干
扰。为进一步降低系统复杂度，本专利技术还利用信道矩阵的稀疏性和带状结构对估计出的符号向量进行低复杂度LU分解，并通过前向替换和后向替换算法避免了矩阵求逆运算。
[0006]本专利技术提供如下技术方案，以实现上述技术目的：
[0007]一种正交时序复用系统的符号检测方法，所述方法包括：
[0008]接收时域向量后，对每个时域块逐块进行MMSE均衡处理，得到每个时域块的符号向量；
[0009]将每个时域块的符号向量判决后作为高斯
‑
赛德迭代检测算法的初始值进行迭代检测，得到每个时域块的符号向量的估计值；
[0010]将每个时域块的符号向量矩阵化后，得到时延
‑
时间域信息符号；
[0011]对所述时延
‑
时间域信息符号进行沃尔什
‑
哈达玛变换，得到发送的时延
‑
序列域信息符号的估计值。
[0012]进一步的，所述得到每个时域块的符号向量的过程包括：
[0013]对进行MMSE均衡处理的带状矩阵进行LU矩阵分解，得到下三角矩阵L和上三角矩阵U；所述带状矩阵包括信道矩阵和噪声矩阵；
[0014]根据接收到的时域向量和上三角矩阵U的逆矩阵U
‑1，使用带状矩阵的反向替换算法求解出第一时域向量；
[0015]根据求解出的第一时域向量和下三角矩阵L的逆矩阵L
‑1，使用带状矩阵的前向替换算法求解出第二时域向量；
[0016]根据求解出的第二时域向量和时域块的信道矩阵，使用稀疏矩阵向量乘法求解出每个时域块的符号向量。
[0017]进一步的，对每个时域块进行MMSE均衡处理所采用的公式表示为：
[0018][0019]其中，表示估计出的第n个时域块的符号向量；r
n
表示第n个接收到的时域块；H
n
表示第n个时域块的信道矩阵，上标H表示矩阵的共轭转置；表示高斯白噪声的方差，且为带状矩阵。
[0020]进一步的，对MMSE均衡处理过程中的带状矩阵进行LU矩阵分解后，符号向量表示为：
[0021][0022]其中，令其中，令表示第一时域向量的第n个时域块，令表示第一时域向量的第n个时域块，令表示第二时域向量的第n个时域块。
[0023]进一步的，所述使用带状矩阵的反向替换算法求解出第一时域向量包括采用第一分段公式分别计算出区间为[1,α
‑
1]的第一时域向量以及区间为[α,M
‑
1]的第一时域向量；其中，所述第一分段公式表示为：
[0024][0025]α表示信道时延扩展长度，M表示每个时域块向量r
n
的长度，r
n
表示第n个接收到的
时域块；r
(1)
(k)表示长度为k的第一时域向量，r(k)表示长度为k的接收时域向量，L(k,k
‑
i)表示下三角矩阵第k行k
‑
i列的值，r
(1)
(k
‑
i)表示长度为(k
‑
i)的第一时域向量，M>α。
[0026]进一步的，所述使用带状矩阵的前向替换算法求解出第二时域向量包括采用第二分段公式区间为[M
‑
1,M
‑
α]的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正交时序复用系统的符号检测方法，其特征在于，所述方法包括：接收时域向量后，对每个时域块逐块进行低复杂度MMSE均衡处理，得到每个时域块的符号向量；将每个时域块的符号向量判决后作为高斯
‑
赛德迭代检测算法的初始值进行迭代检测，得到每个时域块的符号向量的估计值；将每个时域块的符号向量矩阵化后，得到时延
‑
时间域信息符号；对所述时延
‑
时间域信息符号进行沃尔什
‑
哈达玛变换，得到发送的时延
‑
序列域信息符号的估计值。2.根据权利要求1所述的一种正交时序复用系统的符号检测方法，其特征在于，所述得到每个时域块的符号向量的过程包括：对进行MMSE均衡处理的带状矩阵进行LU矩阵分解，得到下三角矩阵L和上三角矩阵U；所述带状矩阵包括信道矩阵和噪声矩阵；根据接收到的时域向量和上三角矩阵U的逆矩阵U
‑1，使用带状矩阵的反向替换算法求解出第一时域向量；根据求解出的第一时域向量和下三角矩阵L的逆矩阵L
‑1，使用带状矩阵的前向替换算法求解出第二时域向量；根据求解出的第二时域向量和时域块的信道矩阵，使用稀疏矩阵向量乘法求解出每个时域块的符号向量。3.根据权利要求1或2所述的一种正交时序复用系统的符号检测方法，其特征在于，对每个时域块进行MMSE均衡处理所采用的公式表示为：其中，表示估计出的第n个时域块的符号向量；r
n
表示第n个接收到的时域块；H
n
表示第n个时域块的信道矩阵，上标H表示矩阵的共轭转置；表示高斯白噪声的方差，且为带状矩阵。4.根据权利要求3所述的一种正交时序复用系统的符号检测方法，其特征在于，对MMSE均衡处理过程中的带状矩阵进行LU矩阵分解后，符号向量表示为：其中，令其中，令表示第一时域向量的第n个时域块，令表示第一时域向量的第n个时域块，令表示第二时域向量的第n个时域块。5.根据权利要求2所述的一种正交时序复用系统的符号检测方法，其特征在于，所述使用带状矩阵的反向替换算法求解出第一时域向量包括采用第一分段公式分别计算出区间为[1,α
‑
1]的第一时域向量以及区间为[α,M
‑
1]的第一时域向量；其中，所述第一分段公式表示为：
α表示信道时延扩展长度，M表示每个时域块向量r
n
的长度，r
n
表示第n个接收到的时域块，r
(1)
(k)表示长度为k的第一时域向量，r(k)表示长度为k的接收时域向量，L(k,k
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙锟，李国军，叶昌荣，谢文希，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：