[发明专利]多输入多输出-正交频分复用无线通信系统的球形检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，更具体的，涉及一种多输入多输出-正交频分复用MIMO-OFDM(Multiple Input and Multiple Output，MIMO-Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)系统的球型检测方法。

背景技术

多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output，MIMO)技术作为未来宽带无线通信的关键技术，它充分利用空间资源以提高频谱效率，在不需要损失频带和发射功率资源的前提下，能有效的提高系统能量。但它却无法克制多径衰落现象。正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing，OFDM)技术通过把高速数据分配至多个相互正交的子载波上进行传输，把频率选择性衰落信道变成了平坦衰落信道，可以有效地对抗多径衰落。MIMO-OFDM系统将两者的优势集合，有着更高的实用意义。传统的MIMO-OFDM系统的检测算法有迫零检测(ZF)，最小均方误差检测(MMSE)，最大似然检测(ML)等。其中ML可以得到最好的误码性能，但其复杂度也是非常高，往往难以应用；基于树搜索的球型算法可以逼近ML的误码性能，且复杂度与ML算法相比显著降低。球型算法主要解决两个问题(1)半径的选取(2)判断某一星座点是否在搜索范围内。其中半径的选取直接影响到算法的性能，如果半径选取过大会导致搜索范围过大，复杂度会接近ML的指数级增长，如果半径选取过小可能导致搜索失败，重新搜索。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种多输入多输出-正交频分复用无线通信系统检测方法，提高系统的运算性能，大为减少系统运算时间，在得到较好误码性能的前提下有效地降低系统的复杂度。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种多输入多输出-正交频分复用无线通信系统的球型检测算法，其特征在于首先对信号进行QR预处理，并以预处理结果和原信号之间的欧式距离作为初始半径，具体操作步骤如下：

(1)输入发射信号、信道、噪声；

(2)对信号进行OFDM处理；

(3))将处理后的信号进行QR检测得次优解

(4)选取初始半径C₀：将判决结果与原信号y之间的欧式距离作为球型算法的初始半径C₀；

(5)进行球型译码检测，得到最终结果，其步骤如下：

(5.1)令初始半径为C₀，设信号向量搜索首先从最后一层第M层开始，以C₀为半径确定第M层搜索范围；

(5.2)在椭球内搜索发射信号的星座点；

(5.3)当搜到一个星座点s，那么且以此信号与原信号的欧式距离作为新的半径，回到步骤5.2，继续搜索发射信号的星座点；

(5.4)否则，转到下一层重复搜索，

(5.5)直到第一层将已搜索到的作为搜索结果经星座图逆映射并串转换后输出。

在步骤(2)中，OFDM处理分为以下几个步骤：首先将发射信号串并转换为M层并行数据流，在每个子载波上通过星座图映射后；再经傅里叶反变换将信号从频域调制到时域，为防止符号间干扰在信号前加循环前缀CP；最后在接收端经过信道衰落和噪声影响后的信号，首先去循环前缀CP，再对信号进行傅里叶变换解调后输出。

在步骤(3)中，将处理后的信号进行检测得次优解是：将OFDM处理后的信号，在每个子载波上进行QR检测，根据QR检测原理：

对于MIMO-OFDM系统中有：

y_K＝H_KS_K+n_K，K＝0，1，...N-1，                        (1)

式中S_K，y_K，n_K，H_K分别表示发射天线向量S_n，接收向量y_n，加性白噪声n_n，信道矩阵脉冲响应H_n的FFT变换，K为第k个子载波数。

对信道矩阵进行QR分解：

其中Q是一个M×N的酉矩阵，满足Q^HQ＝I_M，Q^H是Q矩阵的共轭转置，I_M是M×M的单位矩阵，而R是一个N×N阶上三角矩阵，对(1)式左乘Q^H可得：