CN106856462B - 空间调制多径衰落信道下的检测方法 - Google Patents

空间调制多径衰落信道下的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及空间调制多径衰落信道下的检测方法。本发明主要包括根据已经先验对比似然函数比，求出传输向量均值和方差，然后软干扰消除接收符号，执行MMSE检测，计算出检测结果。本发明的有益效果为：本发明提出了一种适用ZP‑SC‑GSM***的检测方法。

Description

空间调制多径衰落信道下的检测方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及空间调制多径衰落信道下的检测方法。
背景技术
本发明涉及广义空间调制(Generalized Spatial Modulation,GSM)技术，时域Turbo均衡(time domain turbo equalization，TDTE)检测技术，SS-TDTE(symbol-by-symbol aided TDTE)检测技术，及其相关的MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术。
MIMO调制技术是一种无线环境下的高速传输技术，由于发射端和接收端配置多根天线单元，信号通过发送端和接收端的多根天线进行传送和接收，大大的改善了通信质量。同时空间自由度的充分利用，通过多天线实现多发多收，可以改善了信道容量，被视为下一代移动通信的核心技术。
空间调制技术作为一种新颖的多天线传输技术，这些年来受到业界的广泛关注，从单一激活天线的空间调制已扩展到多根激活天线的广义空间调制，进一步提高了频带效率。但是，采用多根激活天线发送也给***的解调带来了困难。
本发明研究一种SS-TDTE检测方法用于小型的GSM***中，该方法是对传统的TDTE检测算法的改进。ZP-SC-GSM***，基于GSM***的调制模式，传送Nt符号有0符号导致不相互独立，并且变得不确定，无法直接通过对比似然函数比值(log-likelihood ratios，LLRs)直接获得Le(bn(k))，因此传统适用于V-BLAST***的TDTE检测方法不适用于ZP-SC-GSM***。
发明内容
本发明的目的，就是针对传统TDTE(时域Turbo均衡)检测方法不适用于小型GSM(广义空间调制)***中，提出了一种适用于小型GSM***的检测算法。
1.传统TDTE检测算法：
以TDTE检测方法用于V-BLAST(垂直分层空时码)***为例，V-BLAST***传送符号xk(k＝1,…,K)，TDTE检测方法可以很好的检测出来，其中xk为k时刻的V-BLAST符号，不包含零符号时表示为：
其中是一个携带l＝log2(L)比特信息，由bq(k)＝[b(q-1)l+1(k),...,bql(k)]进行L-PSK调制得到的符号；Nt为发送端天线个数。假设这个数据帧的长度为K，每个数据帧的前面添加P-1长度的0，接收数据可表示为：
在上式接收信号在N＝N1+N2+1时隙，用MMSE辅助Turbo均衡，可以得到：
其中，以及是NNr×(N+p-1)Nt的子信道矩阵，即
2.本发明的检测算法(symbol-by-symbol(SS)TDTE，SS-TDTE)
与V-BLAST***不同的是，在ZP-SC-GSM***零符号被视为星座点需要进行SIC(软干扰消除)过程和MMSE解码。在每一个时隙，一个GSM符号编码比特的先验似然信息(LLRs)是由发送天线中的多个激活天线计算得来，而不是通过其中一根激活天线计算。
类似传统的TDTE检测，MMSE辅助turbo均衡软输出利用接收信号y(k)在N＝N1+N2+1时隙，其中xk为GSM符号。在这，传统TDTE检测算法和提出的SS-TDTE检测算法有两大不同之处：(1)在中，计算s(k)的均值和方差是以向量与向量的关系求得，而不是符号与符号的关系求得；(2)在k时刻，编码比特的外部信息LLRs计算是根据向量与向量的关系来求出。
如图2所示，新的检测算法包括以下步骤：
第一步：先验似然信息(Log Likelihood Ratios,LLRs)La(bn(k))。
其中，bn(k)是接收端接收L-PSK调制符号的一个比特信息，P(bn(k)＝1)和P(bn(k)＝0)分别表示bn(k)＝1和bn(k)＝0的概率。
第二步：在ZP-SC-GSM***中，同一时刻发送端发送的数据是不独立的，组成一个GSM符号向量。在已知的先验LLRsLa(bn(k))的情况下，要得到发送信号s(k)的均值和方差v(k)，必须将GSM符号作整体考虑：
其中，为GSM符号集合，P(xk＝β)是xk＝β的概率可表示为：
其中，B为每一个GSM符号上携带的比特数。
之后，第k个GSM符号向量xk可以表示为
其中，q＝(1,...,Nt)，Nt为发送端天线数。最后通过公式(2-7)，可以求出发送信号s(k)的均值向量和方差向量v(k)，其中，
在提出的SS-TDTE检测方法上，第一步计算出整个GSM向量的均值和方差，之后获得激活天线上每个符号的均值和方差。这是区别于传统TDTE检测算法之处。
第三步：在第k时隙，对第q个符号进行软干扰消除(soft-interference-cancellation，SIC)。在这一步，零符号在GSM星座中视为零点。此时，SIC过程与传统的TDTE检测SIC过程一致。即
其中，而Nt为发送端天线数。
第四步：进行MMSE检测。类似于传统的TDTE检测中对应的MMSE，xk中第q个符号有公式9估计得：
其中，hs是信道矩阵的第s列，Nt为发送端天线数，可以通过公式10得到。
其中
第五步：根据估计的计算出LLRs Le(bn(k))。由于零符号被视为星座点，估计值同样可以被假定为满足高斯分布则的近似条件概率密度分布为：
其中，uk,s和是通过公式(10-11)得到：
其中，是集合的一个符号，是L-PSK符号集合，s＝(P+N2-1)Nt+q，hs是信道矩阵的第s列。
在ZP-SC-GSM***中，估计符号里面携带的编码比特数是不确定的，对外部信息LLRs不能用传统TDTE检测中公式来直接计算概率密度分布。提出SS-TDTE检测，就是为了解决这一问题，利用Nt各发送天线的估计概率求出对应的外部信息LLRs Le(bn(k))。Nt个天线上估计符号向量对应一个GSM符号向量其中 的概率由下面公式得到：
根据公式(11-14)，利用公式15，求出所需要的外部信息LLRs Le(bn(k))(n＝1,...,B),(k＝1,...,K)。
最后，将得到的Le(bn(k))信息进行译码即可以恢复出发送比特。
本发明的有益效果为：本发明提出了一种适用ZP-SC-GSM***的检测方法。
附图说明
图1是利用TDTE检测的ZP-SC-GSM***框图；在接收端，利用已知的La(bn(k))，进行SS-TDTE检测过程，求出Le(bn(k))，并通过Le(bn(k))信息进行译码即可恢复出发送比特。
图2是本发明提出的新检测算法SS-TDTE流程图，该检测方法用于零前缀单符号广义空间调制***。
具体实施方式
如图2所示，本发明的检测算法包括以下步骤：
第一步：先验似然信息(Log Likelihood Ratios,LLRs)La(bn(k))。
其中，bn(k)是接收端接收L-PSK调制符号的一个比特信息，P(bn(k)＝1)和P(bn(k)＝0)分别表示bn(k)＝1和bn(k)＝0的概率。
第二步：在ZP-SC-GSM***中，同一时刻发送端发送的数据是不独立的，组成一个GSM符号向量。在已知的先验LLRsLa(bn(k))的情况下，要得到发送信号s(k)的均值和方差v(k)，必须将GSM符号作整体考虑：
其中，为GSM符号集合，P(xk＝β)是xk＝β的概率可表示为：
其中，B为每一个GSM符号上携带的比特数。
之后，第k个GSM符号向量xk可以表示为
其中，q＝(1,...,Nt)，Nt为发送端天线数。最后通过公式(2-7)，可以求出发送信号s(k)的均值向量和方差向量v(k)，其中，
在提出的SS-TDTE检测方法上，第一步计算出整个GSM向量的均值和方差，之后获得激活天线上每个符号的均值和方差。这是区别于传统TDTE检测算法之处。
第三步：在第k时隙，对第q个符号进行软干扰消除(soft-interference-cancellation，SIC)。在这一步，零符号在GSM星座中视为零点。此时，SIC过程与传统的TDTE检测SIC过程一致。即
其中，而Nt为发送端天线数。
第四步：进行MMSE检测。类似于传统的TDTE检测中对应的MMSE，xk中第q个符号有公式9估计得：
其中，s＝(P+N2-1)Nt+q，hs是信道矩阵的第s列，Nt为发送端天线数，可以通过公式10得到。
其中
第五步：根据估计的计算出LLRs Le(bn(k))。由于零符号被视为星座点，估计值同样可以被假定为满足高斯分布则的近似条件概率密度分布为：
其中，uk,s和是通过公式(10-11)得到：
其中，是集合的一个符号，是L-PSK符号集合，s＝(P+N2-1)Nt+q，hs是信道矩阵的第s列。
在ZP-SC-GSM***中，估计符号里面携带的编码比特数是不确定的，对外部信息LLRs不能用传统TDTE检测中公式来直接计算概率密度分布。提出SS-TDTE检测，就是为了解决这一问题，利用Nt各发送天线的估计概率求出对应的外部信息LLRs Le(bn(k))。Nt个天线上估计符号向量对应一个GSM符号向量其中 的概率由下面公式得到：
根据公式(11-14)，利用公式15，求出所需要的外部信息LLRs Le(bn(k))(n＝1,...,B),(k＝1,...,K)。
最后，将得到的Le(bn(k))信息进行译码即可以恢复出发送比特。

Claims (1)

1.空间调制多径衰落信道下的检测方法，所述的检测方法用于ZP-SC-GSM***，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：先验似然信息La(bn(k))：
其中，bn(k)是接收端接收L-PSK调制符号的一个比特信息，P(bn(k)＝1)和P(bn(k)＝0)分别表示bn(k)＝1和bn(k)＝0的概率；
第二步：在ZP-SC-GSM***中，同一时刻发送端发送的数据是不独立的，组成一个GSM符号向量在已知的先验LLRsLa(bn(k))的情况下，要得到发送信号s(k)的均值和方差v(k)，须将GSM符号作整体考虑：
其中，为GSM符号集合，P(xk＝β)是xk＝β的概率可表示为：
其中，B为每一个GSM符号上携带的比特数；
则第k个GSM符号向量xk为：
其中，q＝(1,...,Nt)，Nt为发送端天线数；通过如下公式7，得出发送信号s(k)的均值向量和方差向量v(k)，其中，
第三步：在第k时隙，对第q个符号进行软干扰消除；将零符号在GSM星座中视为零点；此时，SIC过程与传统的TDTE检测SIC过程一致：
其中，而
第四步：进行MMSE检测：xk中第q个符号通过公式9估计得：
其中，s＝(P+N2-1)Nt+q，hs是信道矩阵的第s列，通过公式10得到：
其中
第五步：根据估计的计算出LLRs Le(bn(k))：由于零符号被视为星座点，估计值同样可以被假定为满足高斯分布则的近似条件概率密度分布为：
其中，uk,s和通过如下公式12和公式13得到：
其中，是集合的一个符号，是L-PSK符号集合，s＝(P+N2-1)Nt+q，hs是信道矩阵的第s列；
在ZP-SC-GSM***中，估计符号里面携带的编码比特数是不确定的，利用Nt个发送天线的估计概率求出对应的外部信息LLRs Le(bn(k))；Nt个天线上估计符号向量对应一个GSM符号向量其中的概率由如公式14得到：
根据公式14，利用如下公式15，求出所需要的外部信息LLRs Le(bn(k))(n＝1,...,B),(k＝1,...,K)：
最后，将得到的Le(bn(k))信息进行译码即可以恢复出发送比特。
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