CN108768474B - 一种基于5g通信网络的mimo检测均衡方法及*** - Google Patents

一种基于5g通信网络的mimo检测均衡方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法及***，该均衡方法包括：基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值；对信道冲击响应进行共轭操作，得到共轭信道冲击响应；根据发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应计算均衡因子；通过均衡因子和接收信号得到均衡估计值。本发明实施例根据发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值计算均衡方法的均衡因子，通过均衡因子得到均衡估计值，通过该均衡估计值消除多输入多输出***中由于信号失真引起的信号之间干扰的问题，降低误码率，提高通信的性能。

Description

一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法及***
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法及***。
背景技术
大规模多输入多输出***被公认为是第5代无线通信***的重要技术之一。该技术通过在基站和用户端配备大量天线来提供更高的频谱效率，更快的峰值数据速率以及比传统小规模MIMO***更好的能量效率。然而，伴随着天线数目的大量增加，在大规模MIMO***中基带算法的复杂度也在急剧增加。其中，上行链路的最佳多用户检测方法，例如最大似然检测和最大后验方法在计算复杂度方面将变得难以承受。因此，更加可行和高效的检测器设计吸引了大量关注。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的至少一个实施例提供了一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法，包括：
基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值；
对所述信道冲击响应进行共轭操作，得到共轭信道冲击响应；
根据所述发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应计算MIMO的均衡因子；
通过所述均衡因子和所述接收信号得到均衡估计值。
基于上述技术方案，本发明实施例还可以做出如下改进。
可选的，所述获取信道传输过程中的发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值，具体包括：
基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号和接收信号；
通过所述发射信号和接收信号计算所述信道冲击响应和所述噪声方差。
可选的，所述根据所述发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应计算均衡因子，具体包括：
将所述发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应代入如下计算公式计算所述均衡因子：
W＝(HHH+σ2I)-1HH；
其中，W为所述均衡因子，H为所述信道冲击响应，HH为所述共轭信道冲击响应，σ2为所述噪声方差值，I为所述发射信号。
可选的，所述通过所述均衡因子和所述接收信号得到均衡估计值，具体包括：
将所述均衡因子和所述接收信号通过如下估计值计算公式计算得到所述均衡估计值：
S＝W×r＝(HHH+σ2I)-1HHr；
其中，S为所述均衡估计值，W为所述均衡因子，H为所述信道冲击响应，HH为所述共轭信道冲击响应，σ2为所述噪声方差值，I为所述发射信号，r为所述接收信号。
可选的，该均衡方法还包括：
通过所述估计值计算公式得到如下第二估计值计算公式：
Figure BDA0001637827760000021
通过算数逻辑单元先计算所述第二估计值计算公式中的如下部分得到第一结果：
Figure BDA0001637827760000022
通过另一算数逻辑单元计算所述第二估计值计算公式中的另一部分得到第二结果：
Figure BDA0001637827760000023
将所述第一结果和第二结果相乘得到所述均衡估计值。
本发明实施例还提供了一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡***，包括：获取子***、计算子***、处理子***；
所述获取子***，用于基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值；
所述计算子***，用于对所述信道冲击响应进行共轭操作，得到共轭信道冲击响应；
所述计算子***，还用于根据所述发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应计算MIMO的均衡因子；
所述处理子***，用于通过所述均衡因子和所述接收信号得到均衡估计值。
可选的，所述获取子***包括：信道估计模块和噪声方差估计模块；
所述信道估计模块，用于根据所述发射信号和接收信号得到信道冲击响应；
所述噪声方差估计模块，用于根据所述发射信号和接收信号得到所述噪声方差值。
可选的，所述计算子***，具体用于将所述发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应代入如下计算公式计算所述均衡因子：
W＝(HHH+σ2I)-1HH；
其中，W为所述均衡因子，H为所述信道冲击响应，HH为所述共轭信道冲击响应，σ2为所述噪声方差值，I为所述发射信号。
可选的，所述处理子***，具体用于通过所述计算子***将所述均衡因子和所述接收信号通过如下估计值计算公式计算得到所述均衡估计值：
S＝W×r＝(HHH+σ2I)-1HHr；
其中，S为所述均衡估计值，W为所述均衡因子，H为所述信道冲击响应，HH为所述共轭信道冲击响应，σ2为所述噪声方差值，I为所述发射信号，r为所述接收信号。
可选的，所述计算子***包括：至少两个算数逻辑单元；
所述处理子***，还用于通过所述估计值计算公式得到如下第二估计值计算公式：
Figure BDA0001637827760000041
通过算数逻辑单元先计算所述第二估计值计算公式中的如下部分得到第一结果：
Figure BDA0001637827760000042
通过另一算数逻辑单元计算所述第二估计值计算公式中的另一部分得到第二结果：
Figure BDA0001637827760000043
通过所述计算子***将所述第一结果和第二结果相乘得到所述均衡估计值。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实施例根据发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值计算均衡方法的均衡因子，通过均衡因子得到均衡估计值，通过该均衡估计值消除多输入多输出***中由于信号失真引起的信号之间干扰的问题，降低误码率，提高通信的性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法流程图；
图2是本发明另一实施例提供的一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法流程图；
图3是本发明又一实施例提供的一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法流程图；
图4是本发明又一实施例提供的一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡***结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法，包括：
S11、基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值。
具体的，在本实施例中，在MIMO***，即多输入多输出***中，发射信号和接收信号的个数较多，基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号和接收信号，通过发射信号和接收信号计算传输信道的信道冲击响应和噪声方差，例如，信道冲击响应计算方法包括LS最小二乘估计法、DFT估计方法、MMSE估计方法和MLS估计方法；噪声方差的计算方法包括LS差分算法、DFT频域噪声方差估计法、基于MMSE噪声方差估计算法。
S12、对信道冲击响应进行共轭操作，得到共轭信道冲击响应。
S13、根据发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应计算MIMO的均衡因子。
具体的，在本实施例中，通过信道传输过程中的发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应，计算MIMO的均衡因子，例如，均衡的常用算法包括匹配滤波方法、ZF均衡方法和MMSE均衡方法，通过上述方法和本实施例中提供的参数可计算出相应的均衡因子，在本步骤中，通过信道冲击响应计算共轭信道冲击响应，由此将信道冲击响应的虚部和实部转换为相应的实数，方便进行计算。
S14、通过均衡因子和接收信号得到均衡估计值。
具体的，通过计算得到的均衡因子和最终接收到的接收信号得到相应的均衡估计值，通过该均衡估计值可对接收信号进行均衡处理，可以保证较好的解调性能。
上述实施例中，通过获取到的MIMO***中的发射信号和接收信号，计算该***中的信道冲击响应和噪声方差值，根据发射信号、信道冲击响应和噪声方差值计算该MIMO***的均衡因子，通过均衡因子和接收信号得到相应的均衡估计值，用于对接收信号进行均衡处理，降低解调后的信号误码率，提高通信的性能。
在本实施例中，获取信道传输过程中的发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值，具体包括：
基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号和接收信号，在MIMO***中，发射信号和接收信号的量都十分巨大，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高***信道容量，虽然大量的数据可以提高通信的质量，但是会增加计算过程的难度，在本方案中基于蚁群算法根据自身的链路信息素浓度选择发射信号和接收信号，减少数据处理量，提高计算效率。
通过发射信号和接收信号计算信道冲击响应和噪声方差；具体的，在本实施例中，通过蚁群算法对发射信号和接收信号进行处理，根据自身的链路信息素浓度选择发射信号和接收信号计算信道冲击响应和噪声方差，降低发射信号和接收信号的数量，提高计算效率。
如图2所示，本发明实施例还提供了一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法，包括：
S21、基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值。
具体的，在本实施例中，在MIMO***，即多输入多输出***中，发射信号和接收信号的个数较多，获取信道传输过程中的发射信号和接收信号，通过发射信号和接收信号计算传输信道的信道冲击响应和噪声方差。
S22、对信道冲击响应进行共轭操作，得到共轭信道冲击响应。
S23、将发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应代入如下计算公式计算均衡因子：
W＝(HHH+σ2I)-1HH；
其中，W为均衡因子，H为信道冲击响应，HH为共轭信道冲击响应，σ2为噪声方差值，I为发射信号。
S24、将均衡因子和接收信号通过如下估计值计算公式计算得到均衡估计值：
S＝W×r＝(HHH+σ2I)-1HHr；
其中，S为均衡估计值，W为均衡因子，H为信道冲击响应，HH为共轭信道冲击响应，σ2为噪声方差值，I为发射信号，r为接收信号。
上述实施例中，通过发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应计算出该MIMO传输***的均衡因子，并将其与接收信号相乘，其中，上述公式中的接收信号和发射信号均为接收信号的比特值和发射信号的比特值，得到均衡估计值，通过该均衡估计值对接收信号进行均衡处理，提高对均衡过后的接收信号的解调新能，降低了误码率。
如图3所示，本发明实施例还提供了一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法，包括：
S31、基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值。
具体的，在本实施例中，在MIMO***，即多输入多输出***中，发射信号和接收信号的个数较多，获取信道传输过程中的发射信号和接收信号，通过发射信号和接收信号计算传输信道的信道冲击响应和噪声方差。
S32、对信道冲击响应进行共轭操作，得到共轭信道冲击响应。
S33、将发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应代入如下计算公式计算均衡因子：
W＝(HHH+σ2I)-1HH；
其中，W为均衡因子，H为信道冲击响应，HH为共轭信道冲击响应，σ2为噪声方差值，I为发射信号。
S34、将均衡因子和接收信号通过如下第二估计值计算公式计算得到均衡估计值：
Figure BDA0001637827760000081
S35、通过算数逻辑单元先计算第二估计值计算公式中的如下部分得到第一结果：
Figure BDA0001637827760000082
S36、通过另一算数逻辑单元计算第二估计值计算公式中的另一部分得到第二结果：
Figure BDA0001637827760000083
S37、将第一结果和第二结果相乘得到均衡估计值。
其中，S为均衡估计值，W为均衡因子，H为信道冲击响应，HH为共轭信道冲击响应，σ2为噪声方差值，I为发射信号，r为接收信号。
具体的，在本实施例中，对上述实施例中的估计值计算公式进行变形得到上述第二估计值计算公式，第一结果对应的公式为矩阵求逆，第二结果对应的公式为匹配滤波；其中，噪声方差和发射信号为实数，信道冲击响应和共轭信道冲击响应互为共轭，由于除法指令在处理器中占用的指令较长，会占用整个计算***的处理进程，因此，在实现时，先将顺序变换的矩阵进行输出，与匹配滤波进行矩阵相乘，得到第一结果，同时进行除法运算得到第二结果，这样既减少了运算次数，同时提高了除法运算时进程利用率。
如图4所述，本发明实施例还提供了一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡***，包括：获取子***、计算子***、处理子***；计算子***包括：至少两个算数逻辑单元；
在本实施例中，获取子***，用于基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值，具体的，获取子***包括信道估计模块和噪声方差估计模块；信道估计模块，用于根据发射信号和接收信号得到信道冲击响应；噪声方差估计模块，用于根据发射信号和接收信号得到噪声方差值。
在本实施例中，计算子***，用于对信道冲击响应进行共轭操作，得到共轭信道冲击响应。
在本实施例中，计算子***，还用于根据发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应计算MIMO的均衡因子，具体的，将发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应代入如下计算公式计算均衡因子：
W＝(HHH+σ2I)-1HH；
其中，W为均衡因子，H为信道冲击响应，HH为共轭信道冲击响应，σ2为噪声方差值，I为发射信号。
在本实施例中，处理子***，用于通过均衡因子和接收信号得到均衡估计值，具体的，通过计算子***将均衡因子和接收信号通过如下估计值计算公式计算得到均衡估计值：
S＝W×r＝(HHH+σ2I)-1HHr；
其中，S为均衡估计值，W为均衡因子，H为信道冲击响应，HH为共轭信道冲击响应，σ2为噪声方差值，I为发射信号，r为接收信号；
或者，处理子***，通过估计值计算公式得到如下第二估计值计算公式：
Figure BDA0001637827760000101
通过算数逻辑单元先计算第二估计值计算公式中的如下部分得到第一结果：
Figure BDA0001637827760000102
通过另一算数逻辑单元计算第二估计值计算公式中的另一部分得到第二结果：
Figure BDA0001637827760000103
通过计算子***将第一结果和第二结果相乘得到均衡估计值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡方法，其特征在于，包括：
基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号和接收信号；
通过所述发射信号和接收信号计算所述信道冲击响应和噪声方差；
对所述信道冲击响应进行共轭操作，得到共轭信道冲击响应；
根据所述发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应计算MIMO的均衡因子；
通过所述均衡因子和所述接收信号得到均衡估计值。
2.根据权利要求1所述的MIMO检测均衡方法，其特征在于，所述根据所述发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应计算MIMO的均衡因子，具体包括：
将所述发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应代入如下计算公式计算所述均衡因子：
W＝(HHH+σ2I)-1HH；
其中，W为所述均衡因子，H为所述信道冲击响应，HH为所述共轭信道冲击响应，σ2为所述噪声方差值，I为所述发射信号。
3.根据权利要求2所述的MIMO检测均衡方法，其特征在于，所述通过所述均衡因子和所述接收信号得到均衡估计值，具体包括：
将所述均衡因子和所述接收信号通过如下估计值计算公式计算得到所述均衡估计值：
S＝W×r＝(HHH+σ2I)-1HHr；
其中，S为所述均衡估计值，W为所述均衡因子，H为所述信道冲击响应，HH为所述共轭信道冲击响应，σ2为所述噪声方差值，I为所述发射信号，r为所述接收信号。
4.根据权利要求3所述的MIMO检测均衡方法，其特征在于，该均衡方法还包括：
通过所述估计值计算公式得到如下第二估计值计算公式：
Figure FDA0002551376440000021
通过算数逻辑单元先计算所述第二估计值计算公式中的如下部分得到第一结果：
Figure FDA0002551376440000022
通过另一算数逻辑单元计算所述第二估计值计算公式中的另一部分得到第二结果：
Figure FDA0002551376440000023
将所述第一结果和第二结果相乘得到所述均衡估计值。
5.一种基于5G通信网络的MIMO检测均衡***，其特征在于，包括：获取子***、计算子***、处理子***；
所述获取子***，用于基于蚁群算法获取信道传输过程中的发射信号、接收信号、信道冲击响应和噪声方差值；
所述获取子***包括：信道估计模块和噪声方差估计模块；
所述信道估计模块，用于根据所述发射信号和接收信号得到信道冲击响应；
所述噪声方差估计模块，用于根据所述发射信号和接收信号得到所述噪声方差值；
所述计算子***，用于对所述信道冲击响应进行共轭操作，得到共轭信道冲击响应；
所述计算子***，还用于根据所述发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应计算MIMO的均衡因子；
所述处理子***，用于通过所述均衡因子和所述接收信号得到均衡估计值。
6.根据权利要求5所述的MIMO检测均衡***，其特征在于，所述计算子***，具体用于将所述发射信号、信道冲击响应、噪声方差值和共轭信道冲击响应代入如下计算公式计算所述均衡因子：
W＝(HHH+σ2I)-1HH；
其中，W为所述均衡因子，H为所述信道冲击响应，HH为所述共轭信道冲击响应，σ2为所述噪声方差值，I为所述发射信号。
7.根据权利要求6所述的MIMO检测均衡***，其特征在于，所述处理子***，具体用于通过所述计算子***将所述均衡因子和所述接收信号通过如下估计值计算公式计算得到所述均衡估计值：
S＝W×r＝(HHH+σ2I)-1HHr；
其中，S为所述均衡估计值，W为所述均衡因子，H为所述信道冲击响应，HH为所述共轭信道冲击响应，σ2为所述噪声方差值，I为所述发射信号，r为所述接收信号。
8.根据权利要求7所述的MIMO检测均衡***，其特征在于，所述计算子***包括：至少两个算数逻辑单元；
所述处理子***，还用于通过所述估计值计算公式得到如下第二估计值计算公式：
Figure FDA0002551376440000031
通过算数逻辑单元先计算所述第二估计值计算公式中的如下部分得到第一结果：
Figure FDA0002551376440000032
通过另一算数逻辑单元计算所述第二估计值计算公式中的另一部分得到第二结果：
Figure FDA0002551376440000033
通过所述计算子***将所述第一结果和第二结果相乘得到所述均衡估计值。
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