一种基于预编码的信道均衡方法及其通信系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于预编码的信道均衡方法，包含：对原始信道矩阵Ｈ的扩展信道矩阵Ｈ进行ＱＲ分解，获得Ｒ矩阵和Ｑ矩阵；再根据这两个矩阵进行均衡：在发送端，根据Ｒ矩阵对经过调制的数据进行Ｔ－Ｈ预编码处理；在接收端，根据Ｑ矩阵对经过频域信号处理的数据进行接收滤波处理。本发明专利技术还提出一种基于预编码的通信系统，包括基于扩展信道的ＱＲ分解模块。通过基于扩展信道的ＱＲ分解，本发明专利技术实现了对中低信噪比区域的系统性能进行改善。同时，本发明专利技术还提出对ＱＲ分解结果进行Ｓｏｒｔ排序算法操作和ＰＳＡ排序修正算法操作的优化方案，进一步提高了系统的误码性能。

Channel equalization method based on precoding and communication system thereof

The invention provides a channel equalization method based on pre encoding includes: extended channel matrix H of the original H channel matrix is decomposed by QR, R matrix and Q matrix; then according to the equilibrium of these two matrices: at the sending end, according to the R matrix of the modulated data T H pre encoding processing; at the receiving end, according to the Q matrix on the frequency domain signal processing data receiving filter. The invention also provides a communication system based on precoding, comprising an QR decomposition module based on an extended channel. Through the QR decomposition based on the extended channel, the invention realizes the improvement of the system performance in the medium to low signal-to-noise ratio region. At the same time, the optimization scheme of Sort sorting algorithm operation and PSA sort correction algorithm operation is put forward to further improve the BER performance of QR system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线宽带接入
，具体提出一种基于预编码的信道均衡方法，以及一种基于预编码的通信系统。
技术介绍
信道均衡技术作为一种用于高速无线通信有效的抗多径衰落技术，被3G长期演进系统LTE采用。在数据传输率很高时，由于多径最大时延大大超过单个传输符号的持续时间，导致在某个时刻收到的数据是之前数十甚至数百个符号的叠加，因此在接收端恢复出原始数据流异常困难。从数学本质上讲，信道均衡器首先通过信道估计模块估计出信道的冲激相应矩阵，再对接收的信号进行信道矩阵求逆操作，从而恢复出数据。传统的信道均衡技术主要在时域进行，但随着现代通信系统的数据传输率越来越高，时域均衡的复杂度也随之增大，往往需要数百个延迟器和乘法器，这在高速数据流传输的过程中是很难实现的。而另一方面，快速傅里叶变换算法FFT的高速电路实现使得诸如OFDM、MC-CDMA之类基于频域操作的新技术大量涌现。此类技术是在频域进行映射和加载，真正传输过程却是在时域完成，因此发送端需要进行IFFT操作。众所周知，IFFT操作会导致严重的峰均比问题，所以使用频域均衡技术，则FFT和IFFT操作都能在接收机完成，从而有效解决峰均比的问题。 信道均衡可以根据多种准则进行，迫零ZF(Zero-Forcing)、最小均方差MMSE(Minimum-Mean-Square-Error)、最大比合并MRC(Maximum-Ratio-Combining)、等增益合并EGC(Equal-Gain-Combining)是四种最常用的准则。其中，使用ZF准则进行信道均衡可以完全消除码间干扰ISI(Inter-Symbol Interference)，但代价是可能在某些频点将噪声放得很大，导致整体性能的损失。而使用MMSE准则进行信道均衡不会放大噪声，但却不能完全消除ISI，对存在的残留ISI需要进行进一步处理。现有技术最新方案是在发送端采用T-H(Tomlinson-Harashima)预编码来去除残留的ISI。 图1为现有技术中基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡系统信号流程图。在发送端，发送机首先对数据进行MQAM调制，然后数据进入T-H预编码模块进行串符干扰的预消除，编码后的数据加上循环前缀后，通过天线发送出去。在接收端，接收机首先将收到的数据进行去除循环前缀的操作，然后通过FFT将数据转换到频域，利用导频数据进行信道估计，获得各径信道增益后，利用迫零、最小均方差、最大比合并和等增益合并这些不同准则进行频域均衡，由于发射端已经做了T-H预编码，所以此时频域均衡后可完全消除ISI，从而恢复出原始数据。 图2是现有基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方案相比单独MMSE频域均衡的4QAM仿真图，其中，纵坐标BER表示比特误码率，横坐标Eb/No表示信噪比。从图中可以看出，虽然三种基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方案在低信噪比下不如MMSE频域均衡，但是随着信噪比的提高，他们的性能优势将逐步体现，由图可见，在信噪比超过12dB后，MMSE频域均衡的性能逐渐落后于三种基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方案。所以，利用T-H预编码技术进行残留ISI的消除可以带来性能的显著提高，而且这种性能的提高将随着调制阶数的上升而进一步加强，如图3所示，在16QAM调制下，三种基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方案全都超越了最优的MMSE频域均衡。原因在于高阶调制下，残留的ISI对系统性能的恶化将变得非常显著，从而严重遏制误码性能。从图中可以看出，基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方案在高信噪比下斜率并非十分陡峭，这是由于这些方案中采用了QR分解技术，这种基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方法会导致数据块尾部某些子数据流的信噪比明显低于头部的数据，即接收信噪比不均匀，使得低信噪比的尾部数据将会在高信噪比下拖累系统性能。如图4所示，图4为数据块信号强示意图，由图中可以看出，现有技术采用了QR分解，虽然可以完全消除ISI，但是同时放大了噪声，使得中低信噪比的区域，系统性能仍然较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种基于预编码的信道均衡方法及其通信系统，能够对中低信噪比区域的系统性能进行改善。 本专利技术提出的基于预编码的信道均衡方法，包括 步骤S100，对原始信道矩阵H的扩展信道矩阵H进行QR分解，获得R矩阵和Q矩阵； 步骤S200，根据所述R矩阵和所述Q矩阵进行均衡，包括 步骤S201，在发送端，根据所述R矩阵对调制后的数据进行T-H预编码； 步骤S202，在接收端，根据所述Q矩阵对频域信号处理后的数据进行接收滤波。 本专利技术还同时提出一种基于预编码的通信系统，包括发送端和接收端；所述发送端包含调制模块、T-H预编码模块、增加循环前缀模块和发送天线，所述接收端包含接收天线、去除循环前缀模块、频域信号处理模块、接收滤波模块、取模模块和解调模块；其特征在于，所述通信系统还包括基于扩展信道的QR分解模块，用于根据原始信道矩阵H的扩展信道矩阵H进行QR分解，获得R矩阵和Q矩阵，并将所述R矩阵发送至所述T-H预编码模块，将所述Q矩阵发送至所述接收滤波模块； 所述基于扩展信道的QR分解模块先对所述扩展矩阵H进行QR分解，获得R矩阵和Q矩阵； 在发送端，所述调制模块对数据进行调制，所述T-H预编码模块根据接收的R矩阵，对调制后的数据进行T-H预编码，所述增加循环前缀模块接收所述T-H预编码模块输出的数据，对数据增加循环前缀后经由所述发送天线发射出去； 在接收端，所述接收天线接收数据，并发送至所述去除循环前缀模块去除循环前缀，然后由所述频域信号处理模块对去除循环前缀的数据进行频域信号处理，所述接收滤波模块根据接收的Q矩阵，对频域信号处理后的数据进行接收滤波，再由所述取模模块对数据进行取模操作，最后数据被发送至所述解调模块进行解调。 现有技术对原始信道矩阵H进行QR分解，所得到的接收信号的最终判决变量的信号强度是完全由R矩阵的对角元素diag{R}所决定，实际效果在消除ISI同时放大了噪声，导致在中低信噪比区域噪声放大的坏处大于消除ISI带来的好处。而本专利技术的方案所得到的接收信号的最终判决变量的信号强度不仅仅取决于diag(R)，还与σQ2H(RPH)-1diag(R)有关，这一项包含了噪声的方差信息σ，在ISI消除与噪声放大中取得平衡，实现了对中低信噪比区域的系统性能进行改善。 附图说明 图1为基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡系统信号流程图； 图2是现有基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方案相比单独MMSE频域均衡的4QAM仿真图； 图3是三种基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方案相比单独MMSE频域均衡的16QAM仿真图； 图4为基于原始信道矩阵QR分解的均衡方法数据块信号强示意图； 图5为基于预编码的信道均衡方法流程图； 图6为MMSE-QR-THP与QR-THP单载波均衡系统得误码率仿真图； 图7为使用Sort排序算法和PSA排序修正算法的MMSE-QR-THP单载波均衡系统误码率仿真图； 图8为基于扩展信道矩阵QR分解的通信系统信号流程示意图； 图9为一个T-H预编码模块结构示意图。 具体实施例方式 本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于预编码的信道均衡方法，其特征在于，包括：步骤Ｓ１００，对原始信道矩阵Ｈ的扩展信道矩阵Ｈ进行ＱＲ分解，获得Ｒ矩阵和Ｑ矩阵；步骤Ｓ２００，根据所述Ｒ矩阵和所述Ｑ矩阵进行均衡，包括：步骤Ｓ２０１，在发送端，根据所述Ｒ矩阵对调制后的数据进行Ｔ－Ｈ预编码；步骤Ｓ２０２，在接收端，根据所述Ｑ矩阵对频域信号处理后的数据进行接收滤波。

【技术特征摘要】
1.一种基于预编码的信道均衡方法，其特征在于，包括步骤S100，对原始信道矩阵H的扩展信道矩阵H进行QR分解，获得R矩阵和Q矩阵；步骤S200，根据所述R矩阵和所述Q矩阵进行均衡，包括步骤S201，在发送端，根据所述R矩阵对调制后的数据进行T-H预编码；步骤S202，在接收端，根据所述Q矩阵对频域信号处理后的数据进行接收滤波。2.根据权利要求1所述的基于预编码的信道均衡方法，其特征在于，所述步骤S100的过程具体包括先对原始信道矩阵H的扩展信道矩阵H进行QR分解，再对QR分解的结果执行Sort排序算法操作，获得R矩阵和Q矩阵。3.根据权利要求2所述的基于预编码的信道均衡方法，其特征在于，步骤S100中，对QR分解的结果执行Sort排序算法操作，获得R矩阵和Q矩阵的过程具体包含对QR分解的结果执行Sort排序算法操作，再对Sort排序算法操作后的结果执行PSA排序修正算法操作进行修正，获得R矩阵和Q矩阵。4.一种基于预编码的通信系统，包括发送端和接收端；所述发送端包含调制模块、T-H预编码模块、增加循环前缀模块和发送天线，所述接收端包含接收天线、去除循环前缀模块、频域信号处理模块、接收滤波模块、取模模块和解调模块；其特征在于，所述通信系统还包括基于扩展信道的QR分解模块，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍沛然，张永强，
申请(专利权)人：广州杰赛科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]