[发明专利]一种基于统计方法的增强型最大比合并检测方法和接收机

说明书

技术领域

本发明属于多天线无线通信网络技术领域，特别涉及一种基于统计方法的增强型最大比合并(EMRC)检测方法。

背景技术

大规模天线阵列(MassiveMIMO)是指基站配备上百根天线的多用户无线通信系统，它以其极大频谱效率被列入5G的候选技术之一。然而大规模的天线阵列导致了基站处理基带信号的复杂度随天线数量直线飙升。为了能够实时处理信号，简单的线性接收机就成为MassiveMIMO下的必要条件。

最大比合并(MRC)接收机以其简单的结构、优越的性能成为MassiveMIMO下的理想接收机，不过其性能的优越性只有在瑞利信道下才能实现。然而在MassiveMIMO系统中经常会涉及一些视距场景：比如空旷的蜂窝场景，一些微小区场景以及多数毫米波场景。此时MRC接收机的性能会大打折扣，且无法利用多天线带来的优势。迫零(ZF)接收机虽然在更一般的信道上比MRC接收机有更好的性能，但其计算复杂度随多用户数量的立方增长。当用户数量较多时，ZF接收机的复杂度将远大于MRC接收机。

综上所述，如何设计一个结构简单且适用性好的线性接收机成为MassiveMIMO下的主要议题之一。

发明内容

针对以上问题，本发明设计了一种基于统计方法的增强型最大比合并(EMRC)检测方法和接收机。该方法通过对估计信道矩阵左乘功能矩阵后得到检测矩阵，采用与MRC接收机相同的形式处理接收信号。增强型最大比合并接收机拥有简单的线性结构且可以弥补现有MRC接收机在莱斯信道下的性能不足并且在莱斯因子很高的场景(视距场景)下拥有与ZF接收机相似的性能但处理复杂度大为降低。

本发明公开了一种基于统计方法的增强型最大比合并检测方法，包括如下步骤：

第一步，接收信号。

接收信号表示为其中，y为M×1接收信号向量，y_i表示第i根天线接收的信号，为归一化的发送信噪比，G是M×K信道矩阵(M为天线阵列中的天线数量，K为用户数量)，g_ij表示第j个用户到第i根天线上的传输系数，x为K×1上行传输数据向量，x_j表示第j个用户的上传信号，n是M×1噪声向量，n_i表示第i根天线上的噪声信号；

第二步，产生功能矩阵Q。

其中Q是M×M功能矩阵,M为天线阵列中天线数量；

第三步，生成检测矩阵T。

检测矩阵对信道估计矩阵中的元素按照功能矩阵Q进行加权，其中T是M×K检测矩阵，是M×K信道估计矩阵；

第四步，获得检测信号r，其元素由r＝T^Hy获得(相当于对接收信号y中的元素按照检测矩阵T进行加权，)，其中r是K×1检测信号向量，r_j表示第j个用户的检测信号。

本发明还提供一种基于统计方法的增强型最大比合并接收机，包括检测信号模块，用于接收天线信号y；信道估计模块，用于对接收信号进行信道估计得到信道估计矩阵检测矩阵生成模块，用于生成检测矩阵T；功能矩阵生成模块，用于生成功能矩阵Q；所述接收机配有M根天线，接收信号包括导频信号和用户信号，所述的导频信号将作用于信道估计模块用以产生信道估计矩阵，所述的用户信号作用于检测信号模块用以产生K个用户的检测输出信号。

本发明的优点在于：

1、在一般信道下(莱斯信道)，利用估计信道矩阵的统计性能，大大削弱了多用户间的干扰，提高了用户接收信号的信号干扰噪声比(SINR)，改善了系统的性能，在发送信噪比不变的情况下提高了原有MRC接收机的传输速率。

2、充分利用了多天线的优势，在天线数量M增大的情形，系统性能会稳定提升，特别适合用在MassiveMIMO场景。

3、本发明提供的增强型最大比合并接收机结构简单，仅比原有MRC接收机多了一个Q矩阵的加权模块就可换取明显的检测增益。

4、在一些特殊情形下，达到了与ZF接收机近似相同的性能，但计算复杂度大大降低，节省了硬件的成本。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于统计方法的增强型最大比合并检测方法的流程图；

图2是本发明提供的一种基于统计方法的增强型最大比合并接收机示意图；

图3是不同天线数量以及不同莱斯因子下的EMRC与MRC频谱效率仿真结果图；

图4是不同莱斯因子以及不同发送信噪比下的EMRC与MRC频谱效率仿真结果图；