專利名稱：一種分布式多入多出系統(tǒng)的信號檢測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，特別涉及通信技術中的多天線系統(tǒng)的信號檢測技術。
背景技術：
信息論研究表明，多徑散射信道蘊藏著巨大的理論容量，在多徑分量豐富的環(huán)境下，多入多出天線(MIMO，Multiple In Multiple Out)系統(tǒng)能夠充分利用多徑分量，F(xiàn)oschini等人首先提出了一種在多天線系統(tǒng)中使用的對角分層空時結構(Diagonally Bell LabsLayered Space-Time Wireless Communication Architecture，D_BLAST)，在發(fā)射機和接收機都使用多天線結構，發(fā)射信息按照對角線進行空時編碼，在獨立的瑞利衰落環(huán)境下，這種結構獲得了巨大的理論容量，它的容量隨發(fā)射天線的數(shù)目線性增長，可以達到90％的仙農(nóng)信道容量，但是D_BLAST系統(tǒng)的一個缺陷就是復雜度太高，不適合理論應用。G.D.Golden等人在D_BLAST的基礎上提出了一種簡化的版本，就是V_BLAST(Vertical BLAST)，該系統(tǒng)已經(jīng)在實驗室進行了實驗驗證，在室內(nèi)慢衰落的環(huán)境下，該系統(tǒng)的頻譜效率高達40bit/s/Hz。
按照收發(fā)天線的位置不同，MIMO系統(tǒng)可分為發(fā)射天線分布式MIMO(DistributedTransmit Antennas MIMO，DTA-MIMO)和集中式MIMO(Centralized MIMO)。集中式MIMO，它將多個發(fā)射天線集中在一起，集站或者手機端，集中式MIMO的各個發(fā)射信號是同步到達接收天線端的，即同一接收天線接收到的各個發(fā)射天線的信號時延是相同的；分布式MIMO，可以看作一種分布式天線系統(tǒng)(Distributed Antenna System，DAS)，它將多個天線組分布到不同的地理區(qū)域中，不同位置的天線組經(jīng)過光纖或同軸電纜與中心信號處理器相連。分布式MIMO的各個發(fā)射天線的信號是異步到達接收天線的，即同一接收天線接收到的各個發(fā)射天線的信號時延是不同的與發(fā)射天線集中在集站的集中式MIMO相比，分布式MIMO的收發(fā)天線間的鏈路更加獨立，發(fā)射天線間的空間相關性更弱，能達到更高的系統(tǒng)容量，另一方面，由于發(fā)射天線分布與小區(qū)的不同地理位置，分布式MIMO能有效的縮短信號的接入距離，降低對發(fā)射信號的功率要求，提高小區(qū)覆蓋率。
基于分布式MIMO的以上優(yōu)點和實施的低復雜度，對分布式MIMO的研究迅速發(fā)展。目前，對分布式MIMO的研究主要有綜合考慮大尺度衰落和小尺度衰落的分布式信道模型，分布式MIMO的誤碼率和信道容量，在分布式MIMO的信號檢測方面，據(jù)我們所知，還沒有一種有效的方法去檢測分布式系統(tǒng)的發(fā)射信號。
若假設到達接收機的信號是同步的，那么很多集中式MIMO系統(tǒng)存在眾多成熟的信號檢測算法，如最大似然算法、迫零算法，最小均方誤差算法等等，以集中式MIMO的迫零算法為例，我們介紹集中式MIMO的信號檢測算法。
該系統(tǒng)的具體實施框圖如圖1所示下面介紹一下原始的V_BLAST檢測算法的基本原理，我們假設整個V_BLAST系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過編碼，調(diào)制處理，具體的操作過程不在這里贅述，我們假設系統(tǒng)有MT個發(fā)射天線，MR個接收天線。
輸入的信號首先進行串并轉換，將輸入的數(shù)據(jù)流分成并行的MT路，經(jīng)過散射分量豐富的信道以后，在接收端被MR個接收天線同時接收，將接收到的信號進行迫零檢測，最后將數(shù)據(jù)輸出。
我們假設發(fā)射天線發(fā)射的信號M維矢量我們定義為a=a1a2···aMTT,]]>ai表示第i個發(fā)射天線的數(shù)據(jù)，對應的接收信號矢量為r=r1r2···rMR]]>r＝Ha+v(1)其中 hij表示從第j個發(fā)射天線到第i個接收天線的信道衰落系數(shù)，在集中式MIMO中，我們假設不同的hij之間相互獨立，不影響本發(fā)明的一般性，v表示接收到的信號所含的高斯噪聲矢量。V_BLAST直接求逆的迫零檢測方法如下該方法是最簡單最直接的譯碼方法，原理是直接對信道矩陣進行求逆操作，然后用該逆矩陣左乘接收的信號矢量，再同時對各個分量進行譯碼，該方法的缺點就是譯碼效果最差。內(nèi)容詳見G.D.Golden，C.J.Foschini，“Detection algorithm and initial laboratory，resultsusing V_BLAST space-time communication architecture”，IEEE ECTRONICS LETTERS 7thJan1999，Vol.35 No.1，
綜上所述，分布式MIMO系統(tǒng)相比跟現(xiàn)有的集中式MIMO系統(tǒng)，它們存在的優(yōu)點是(1)與發(fā)射天線集中在集站的集中式MIMO相比，分布式MIMO的收發(fā)天線間的鏈路更加獨立，發(fā)射天線間的空間相關性更弱，能達到更高的系統(tǒng)容量。
(2)由于發(fā)射天線分布與小區(qū)的不同地理位置，分布式MIMO能有效的縮短信號的接入距離，降低對發(fā)射信號的功率要求，提高小區(qū)覆蓋率。
分布式MIMO系統(tǒng)的發(fā)射天線在地域上分布較遠，從不同發(fā)射天線到達接收天線的信號是不同步的，集中式MIMO的信號檢測算法，如最大似然算法、迫零算法和最小均方誤差算法等都不再適用。
本發(fā)明提出了一種新的分布式發(fā)射天線MIMO系統(tǒng)的信號檢測方法。該方法通過接收端的預處理，能有效地解決發(fā)射天線分布引起的接收端信號不同步問題，本方法不需要增加發(fā)射端的處理，并且推導的信號檢測矩陣表達式為把集中式MIMO的檢測算法推廣到DTA-MIMO信號檢測中提供了途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是提供一種適用于分布式多入多出(簡稱MIMO)系統(tǒng)的通用的信號檢測方法，即采用本發(fā)明的檢測方法，在不顯著增加接收機復雜度的前提下，有效的解決分布時延引起的接收端信號不同步問題，將分布式MIMO系統(tǒng)信號檢測問題轉化為集中式MIMO的信號檢測問題，這樣可以將已有的成熟的集中式MIMO的各種檢測方法應用在分布式MIMO系統(tǒng)中。
發(fā)射機模型本文所討論的DTA-MIMO系統(tǒng)模型如圖2所示，MT個發(fā)射天線隨機分布于蜂窩小區(qū)中，MR個接收天線固定于同一移動臺上。
假設發(fā)射機采用BPSK調(diào)制，第k個發(fā)射天線上的發(fā)射信號可用下式表示sk(t)=Σi=-LLEsMTck(i)g(t-iT)cosωct---(2)]]>其中，Es為符號能量，發(fā)射天線采用平均功率分配，每個發(fā)射天線的發(fā)射功率為 ωc為載波角頻率，ck(i)∈{-1，1}，k＝1，...，MT；i＝-L，...，L；-L和L分別為發(fā)射天線傳輸符號的起始時刻和中止時刻。S＝2L+1為每個天線上傳輸符號的長度，假設-L-1和L+1時刻無符號傳輸，即ck(-L-1)＝ck(L+1)＝0。g(t)為發(fā)射天線的基帶波形，滿足g(t)=0t∉
,]]>||g(t)||2=∫0Tg*(t)g(t)dt=1,]]>其中T為符號周期。
信道模型本文采用DTA-MIMO的單用戶信道模型，不考慮路徑衰落和陰影衰落，僅考慮小尺度衰落對信號的影響。MT個發(fā)射天線分布于小區(qū)中，MR個接收天線固定于移動臺，發(fā)射端未進行編碼。信源比特流經(jīng)調(diào)制后分成MT路符號流并從對應的MT個發(fā)射天線上發(fā)送，某一時刻i從MT個發(fā)射天線上發(fā)射的符號總能量為Es。假定無線環(huán)境散射充分，不同發(fā)射天線到接收天線經(jīng)歷獨立的瑞利衰落，hjk′(i)為i時刻從發(fā)射天線k到接收天線j的信道衰落因子，為獨立同分布，零均值，方差為1的隨機變量。發(fā)射天線分布于小區(qū)中，不同發(fā)射天線到達同一接收天線的分布時延不同；而接收天線固定于移動臺，同一發(fā)射天線到達不同接收天線的時延相同，設為τk。在接收端，不同接收天線的加性白高斯噪聲不相關，其均值為0，方差為σ2。
為了方便的描述本發(fā)明的內(nèi)容，作一術語定義集中式MIMO檢測方法，指的是根據(jù)集中式發(fā)射天線系統(tǒng)的表達式(1)式衍生出來的各種檢測方法。
本發(fā)明提供了一種分布式MIMO系統(tǒng)的信號檢測方法，其特征是它包括下面的步驟(如圖3所示)步驟1假設發(fā)射天線的數(shù)目為MT，接收天線的數(shù)目是MR，S為每個天線上傳輸符號的長度。
首先確定第j個(j∈1，2，...MR)接收天線上的接收信號為rj(t)=Σi=-LLΣk=1MTEsMThjk′(i)ck(i)g(t-iT-τk)cosωc(t-τk)+nj(t)---(3)]]>其中，nj(t)是加性高斯白噪聲，功率譜密度為σ2；hjk′(i)是i時刻從發(fā)射天線k到接收天線j的信道衰落因子；τk為第k個發(fā)射天線在信道中的時延，0≤τ1<···<τMT<T;]]>
步驟2 然后將接收天線j接收到的信號進行匹配濾波，其功能由一個匹配濾波器組實現(xiàn)，匹配濾波器組的每一個匹配濾波器對應一對發(fā)射天線和接收天線之間的鏈路，將天線j接收到的信號送入發(fā)射天線m的匹配濾波器后第l時刻的輸出yjm(l)=∫lT+τm(l+1)T+τmrj(t)cosωc(t-τm)g(t-lT-τm)dt---(4)]]>步驟3 經(jīng)過步驟2匹配濾波之后的信號，在t時刻連續(xù)進行采樣(t＝(l+1)T+τm，l＝-L，…，L，2L+1)，τm為第m個發(fā)射天線的時延，獲得采樣值ymj(-L)，ymj(-L+1)，...，ymj(L)，同理可得采樣其他發(fā)射天線匹配濾波之后的信號為y1j(-L)，y1j(-L+1)，...，y1j(L)，...，yMTj(-L)，yMTj(-L+1)，...，yMTj(L)。
步驟4 將步驟3之后得到的采樣信號進行重新組合，以MT個發(fā)射天線為一組，可得MTS維的向量Yj=[yj1(-L),···,yjMT(-L),···,yj1(L),···,yjMT(L)]T.]]>步驟5 引入l時刻接收天線j的對角信道矩陣Hi(l)=diag([hj1(l),···,hjMT(l)]),]]>取l＝-L，…，L，j＝1，2，...，MT，構建從時刻-L到L的MTS維的對角矩陣Hj=diag{[hj1(-L),···,hjMT(-L),···,hj1(L),···,hjMT(L)]}.]]>步驟6 引入SMT*SMT的對稱Toeplitz相關矩陣 其中，R(l-i)，其元素為Rmk(l-i)，Rmk(l-i)=cosωc(τk-τm)∫lT+τm(l+1)T+τm[g(t-iT-τk)g(t-lT-τm)]dt---(6)]]>步驟7 引入從時刻-L到L的MTS維發(fā)射信號向量c=[c1(-L),···cMT(-L),···,c1(L),···cMT(L)]T.]]>步驟8 引入從時刻-L到L的MTS維噪聲信號向量
nj=[nj1(-L),···,njMT(-L),···,nj1(L),···,njMT(L)]T.]]>步驟9 從時刻-L到L的S維匹配濾波器輸出矢量Yj可表示為 步驟10 采用集中式MIMO中的迫零檢測算法進行信號檢測，(7)式兩邊同乘以 得 步驟11 將MR個接收天線得到的 進行合并，再進行解調(diào)，恢復出原始比特序列。
經(jīng)過以上步驟后，就可以實現(xiàn)檢測出分布式MIMO系統(tǒng)的信號。
需要說明的是，本發(fā)明步驟中的4、5、6、7、8可以交換順序，步驟10中可以采用迫零算法，或者最大似然算法(窮舉所有可能的發(fā)射信號組合，從中選擇一組，將其帶入(7)式，使得到的接收信號與實際接收信號的均方誤差最小)，或者任何現(xiàn)有的成熟的集中式MIMO的檢測算法，均不影響本發(fā)明的一般性。
本發(fā)明是把分布式MIMO系統(tǒng)的信號檢測問題，通過公式(7)，轉化成了一個集中式MIMO的信號檢測問題，在此之后可以按照以前集中式MIM0的各種解法進行信號檢測。
接收機部分的工作原理為了檢測不同發(fā)射天線到達接收機的不同步信號，接收機端對接收信號先作預處理，然后在此基礎之上進行傳統(tǒng)的集中式MIMO的信號檢測，其系統(tǒng)框圖如圖4所示。
在接收端以第j個接收天線上的接收信號為例，rl(t)=Σi=-LLΣk=1MTEsMThjk′(i)ck(i)g(t-iT-τk)cosωc(t-τk)+nj(t)---(8)]]>其中，nj(t)是加性高斯白噪聲，功率譜密度為σ2；hjk′(i)是i時刻從發(fā)射天線k到接收天線j的信道衰落因子τk為第k個發(fā)射天線在信道中的時延，不失一般性，設0≤τ1<···<τMT<T.]]>接收信號通過發(fā)射天線m的匹配濾波器后l時刻的輸出為
yjm(l)=∫lT+τm(l+1)T-τmrj(t)cosωc(t-τm)g(t-lT-τm)dt---(9)]]>將(8)式代入(9)式得yjm(l)=Σi=-LLΣk=1MT12EsMThjk′(i)ck(i)∫lT-τm(l+1)T+τm{g(t-iT-τk)g(t-lT-τm)[cos(2ωct-ωcτk-ωcτm)---(10)]]>+cosωc(τk-τm)]}dt+∫lT-τm(l-1)T+τmnj(t)cosωc(t-τm)g(t-lT-τm)dt]]>其中，乘以cosωc(t-τm)對接收信號進行解調(diào)，乘以g(t-lT-τm)并在[lT+τm，(l+1)T+τm]上積分，去除了與l時刻無關的符號的影響，并體現(xiàn)出l時刻的接收信號可能受到相鄰時刻不同天線符號的影響，即由時延引起的異步性。
設hjk(i)=12hjk′(i)---(11)]]>njm(l)=∫lT-τm(l-1)T-τmnj(t)cosωc(t-τm)g(t-lT-τm)dt---(12)]]>Rmk(l-i)=cosωc(τk-τm)∫lT+τm(l+1)T+τm[g(t-iT-τk)g(t-lT-τm)]dt---(13)]]>其中，由于g(t)僅在
內(nèi)有值Rmk(l-i)＝0 |l-i|＞1 (14)對于積分Σi=-LLΣk=1M12EsMThjk′(i)ck(i)∫lT-τm(l-1)T-τm{g(t-iT-τk)g(t-lT-τm)cos(2ωct-ωcτk-ωcτm)}dt---(15)]]>當T＞＞Tc時，式(15)約等于0。
基于以上假設，式(10)簡化為yjm(l)=EsMTΣk=1MT[Rmk(1)hjk(l-1)ck(l-1)+Rmk(0)hjk(l)ck(l)+Rmk(-1)hjk(l+1)ck(l+1)]+nm(l)---(16)]]>引入MT*MT的信道相關矩陣R(l-i)，其元素為Rmk(l-i)。 R(l-i)滿足R(l-i)＝0 |l-i|＞1 (17)R(l-i)＝RT(l-i) (18)當0≤τ1<···<τMT<T]]>時，R(1)為對角線全零的上三角矩陣。
引入l時刻接收天線j的對角信道矩陣Hj(l)=diag([hj1(l),···,hjMT(l)]),]]>接收天線j在l時刻的匹配濾波器輸出向量Yj(l)可表示為Yj(l)=EsMT[R(1)Hj(l-1)c(l-1)+R(0)Hj(l)c(l)+R(-1)Hj(l+1)c(l+1)]+nj(l)---(19)]]>其中，Yj(l)=[yj1(l),···,yjMT(l)]H,]]>nj(l)=[nj1(l),···,njMT(l)]H,]]>c(l)=[c1(l),···,cMT(l)]H.]]>上式充分體現(xiàn)出由分布式發(fā)射天線時延導致的接收信號不同步，一個符號可能受到不同發(fā)射天線相鄰時隙符號的影響。由于每個天線上的發(fā)送信號被分為長度為S＝2L+1的序列，MT個不同步的發(fā)射天線上的信號可等效為S*MT個等效同步傳輸信號。
引入SMT*SMT的對稱Toeplitz矩陣 和SMT*SMT的對角信道矩陣 分別為 Hj=diag{[hj1(-L),···,hjMT(-L),···,hj1(L),···,hjMT(L)]}---(21)]]>從時刻-L到L的S維匹配濾波器輸出矢量Yj可表示為 其中，Yj=[yj1(-L),···,yjMT(-L),···,yj1(L),···,yjMT(L)],]]>c=[c1(-L),···cMT(-L),···,c1(L),···cMT(L)],]]>nj=[nj1(-L),···,njMT(-L),···,nj1(L),···,njMT(L)].]]>如式(22)所示，發(fā)射天線分布式MIMO系統(tǒng)相同時刻符號到達的異步性，可以通過將-L到L時刻到達的符號進行聯(lián)合處理得到解決。式(22)與傳統(tǒng)的集中式MIMO的矩陣表達式有相似的形式，為將集中式MIMO的檢測算法引入分布式發(fā)射天線MIMO的檢測提供了一條途徑。
需要說明的是，在上述介紹中，在信號的最后檢測部分，如(22)式所示，我們是以最簡單的迫零檢測算法為例，還可以采用最大似然，最小均方誤差，軟干擾抵消等等檢測方法，均不影響本發(fā)明所述方法的一般性，作為一個例子，說明分布式MIMO系統(tǒng)的一種通用的信號預處理方法，通過本發(fā)明所述的方法，可以將分布式MIMO系統(tǒng)信號檢測問題轉化為集中式MIM0的信號檢測問題，在傳統(tǒng)的集中式MIMO的基礎上，增加一個分布式MIMO系統(tǒng)的信號預處理模塊，就可以將分布式MIMO的信號檢測問題轉化為集中式MIMO的信號檢測問題。
本發(fā)明由系統(tǒng)發(fā)射機模塊和接收機模塊兩部分組成。
本發(fā)明發(fā)射機部分組成本發(fā)明的發(fā)射部分包括數(shù)據(jù)源單元1、串并轉換單元2、發(fā)射天線陣列單元3，如圖2所示。
本發(fā)明發(fā)射機部分工作過程首先，將已經(jīng)經(jīng)過處理(編碼，交織，調(diào)制)的數(shù)據(jù)經(jīng)過串并轉換單元2轉換成M路并行的數(shù)據(jù)流，M路并行的數(shù)據(jù)流通過光纜或者同軸電纜等媒介，將該數(shù)據(jù)送入發(fā)射天線陣列單元3發(fā)射出去。
本發(fā)明接收機部分本發(fā)明接收機部分組成包括接收天線陣列單元4、匹配濾波器模塊7、數(shù)據(jù)采樣模塊8、接收天線分布式MIMO迫零檢測模塊9、信號累加模塊10組成。如圖4所示。
本發(fā)明接收機部分工作過程工作過程接收端的MR個接收天線首先進行將信號接收下來，然后分別送入MT個匹配濾波器模塊進行匹配濾波，將匹配濾波之后的信號通過模塊8進行采樣處理，接著將采樣之后的信號，按照(4)式～(17)式所述的具體流程進行處理，具體方法如上所示，最后將MR路解調(diào)出的數(shù)據(jù)送入信號累加模塊10進行合并處理，如圖4所示。
本發(fā)明接收機部分創(chuàng)新點以往的MIMO檢測算法僅適用于在接收端接收到不同發(fā)射天線信號同步到達的情況，在分布式MIMO系統(tǒng)里面，由于發(fā)射天線所處的區(qū)域的差異，不同的發(fā)射天線到達接收天線處的信號是不同步，在這種異步情況下，我們提出一種信號檢測方法，將-L到L時刻到達的符號進行聯(lián)合處理，來克服分布式MIMO系統(tǒng)所遇到的異步性問題，并結合已有的集中式MIMO的信號檢測方法，得到最終的信號解調(diào)結果。
本發(fā)明接收機部分的實質(zhì)對接收到的信號進行匹配濾波，然后將濾波之后的信號進行采樣處理，由于每個天線上的發(fā)送信號被分為長度為S＝2L+1的序列，MT個不同步的發(fā)射天線上的信號可等效為S*MT個等效同步傳輸信號，之后的等效信號就可以采用現(xiàn)存的集中式MIMO的信號檢測方法進行處理了。
綜上所述，采用本發(fā)明的分布式MIMO的信號檢測方法，可以充分利用分布式MIMO的特點，在原有集中式MIMO處理方法上稍等改動，就可以將分布式MIMO的異步性問題轉化成同步性問題，只是在原來硬件基礎上增加一些復雜度，就可以獲得較大的性能改善。


圖1是傳統(tǒng)的集中式MIMO系統(tǒng)的工作原理圖其中，1是數(shù)據(jù)源單元、2是串并轉換單元、3是發(fā)射天線，4是接收天線、5是迫零檢測單元、6是解調(diào)數(shù)據(jù)儲存器單元，TX表示發(fā)射天線，RX表示接收天線，S/P表示串并轉換圖2是分布式MIMO的發(fā)射端工作原理圖其中，1是數(shù)據(jù)源單元、2是串并轉換單元、3是發(fā)射天線，τ1，τ2，...，τMT分別對應于發(fā)端、第2、...，第MT個發(fā)射天線到達接收機的傳播時延，MR表示接收端移動臺的天線數(shù)；圖3本發(fā)明的工作流程4本發(fā)明接收端原理示意圖其中，4是接收天線、7是匹配濾波器模塊、8是數(shù)據(jù)采樣模塊、9是分布式MIMO的迫零檢測模塊、10是信號合并累加模塊；t＝(l+1)T+τm表示采樣時刻， 表示合并之后的信號。
具體實施例方式本發(fā)明的一個具體實施例如下所述，參數(shù)設定不影響一般性，假設數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)采用BPSK調(diào)制，發(fā)射天線數(shù)MT＝4，接收天線數(shù)MR＝4，MT個發(fā)射天線隨機分布于蜂窩小區(qū)中，MR個接收天線固定于同一移動臺上。
信道模型不考慮路徑衰落和陰影衰落，僅考慮小尺度衰落對信號的影響。MT個發(fā)射天線分布于小區(qū)中，MR個接收天線固定于移動臺，發(fā)射端未進行編碼。信源比特流經(jīng)調(diào)制后分成MT路符號流并從對應的MT個發(fā)射天線上發(fā)送。假定無線環(huán)境散射充分，不同發(fā)射天線到接收天線經(jīng)歷獨立的瑞利衰落。發(fā)射天線分布于小區(qū)中，不同發(fā)射天線到達同一接收天線的分布時延不同，如圖2所示；而接收天線固定于移動臺，同一發(fā)射天線到達不同接收天線的時延相同，設為τk。在接收端，不同接收天線的加性自高斯噪聲不相關，其均值為0，方差為σ2。
發(fā)射的數(shù)據(jù)經(jīng)過BPSK調(diào)制之后，進行串并轉換，分成MT路信號流，MT路信號流通過光纜或者同軸電纜等媒介后送入發(fā)射天線發(fā)射出去，發(fā)射出去的信號經(jīng)過空間信道之后，接收端的MR個接收天線同時接收到MT路不同的信號，在接收端以第j個接收天線上的接收信號為rj(t)=Σi=-LLΣk=1MTEsMThjk′(i)ck(i)g(t-iT-τk)cosωc(t-τk)+nj(t)---(23)]]>如圖4所示，接收信號通過發(fā)射天線m的匹配濾波器后l時刻的輸出為yjm(l)=∫lT-τm(l-1)T-τmrj(t)cosωc(t-τm)g(t-lT-τm)dt---(24)]]>將(23)式帶入(24)式，并進行化簡得到y(tǒng)jm(l)=EsMTΣk=1MT[Rmk(1)hjk(l-1)ck(l-1)+Rmk(0)hjk(l)ck(l)+Rmk(-1)hjk(l+1)ck(l+1)]+njm(l)---(25)]]>其中Rmk(l-i)=cosωc(τk-τm)∫lT+τm(l+1)T+τm[g(t-iT-τk)g(t-lT-τm)]dt---(26)]]>njm(l)=∫lT-τm(l+1)T+τmnj(t)cosωc(t-τm)g(t-lT-τm)dt---(27)]]>hjk(i)=12hjk′(i)---(28)]]>引入MT*MT的信道相關矩陣R(l-i)，其元素為Rmk(l-i)。 R(l-i)滿足R(l-i)＝|l-i|＞1(29)R(l-i)＝RT(l-i) (30)當0≤τ1<···<τMT<T]]>時，R(1)為對角線全零的上三角矩陣。
引入l時刻接收天線j的對角信道矩陣Hj(l)=diag([hj1(l),···,hjMT(l)]),]]>接收天線j在l時刻的匹配濾波器輸出向量Yj(l)可表示為Yj(l)=EsMT[R(1)Hj(l-1)c(l-1)+R(0)Hj(l)c(l)+R(-1)Hj(l+1)c(l+1)]+nj(l)---(31)]]>其中，Yj(l)=[yj1(l),···,yjMT(l)]H,nj(l)=[nj1(l),···,njMT(l)]H,]]>c(l)=[c1(l),···,cMT(l)]H.]]>
引入SMT*SMT的對稱Toeplitz矩陣 和SMT*SMT的對角信道矩陣 分別為 Hj=diag{[hj1(-L),···,hjMT(-L),···,hj1(L),···,hjMT(L)]}---(33)]]> 其中，Yj=[yj1(-L),···,yjMT(-L),···,yj1(L),···,yjMT(L)],]]>c=[c1(-L),···cMT(-L),···,c1(L),···cMT(L)],]]>nj=[nj1(-L),···,njMT(-L),···,nj1(L),···,njMT(L)].]]>對(34)式進行迫零檢測，得到從第j個接收天線恢復出的-L到L時刻共SMT個符號，而不僅僅是某一個時刻發(fā)送的MT個符號，如下式所示 分布式MIMO的接收機端，對每個接收天線做如式(35)所示的迫零檢測，并把檢測出的MR組向量 進行合并，再進行解調(diào)，恢復出原始比特序列b^=sgn{Σj=1MRc^j}---(36)]]>本發(fā)明的具體實施方式
，可以通過軟件編程實現(xiàn)，也可以通過硬件來實現(xiàn)。
綜上所述，本發(fā)明提出了一種檢測分布式MIMO下行鏈路中不同步信號的迫零算法，它通過匹配濾波器預處理，在不顯著增加接收機復雜度的情況下，有效地解決了發(fā)射天線分布引起的到達信號不同步的問題，由于分布式MIMO的巨大優(yōu)勢，分布式MIMO在未來的陸地無線通信系統(tǒng)中會收到越來越多的關注，本發(fā)明有效的解決了分布式MIMO的信號檢測問題，在硬件上易于實現(xiàn)，有著巨大的市場利益和廣闊的市場應用前景。
權利要求
1.一種分布式多入多出系統(tǒng)的信號檢測方法，其特征是它包括下面的步驟步驟1假設發(fā)射天線的數(shù)目為MT，接收天線的數(shù)目是MR，首先確定第j個(j∈1，2，...MR)接收天線上的接收信號為rj(t)=Σi=-LLΣk=1MTEsMTh′jk(i)ck(i)g(t-iT-τk)cosωc(t-τk)+nj(t)]]>其中，nj(t)是加性高斯白噪聲，功率譜密度為σ2；h′jk(i)是i時刻從發(fā)射天線k到接收天線j的信道衰落因子τk為第k個發(fā)射天線在信道中的時延，0≤τl<…<τMT<T;]]>步驟2然后將接收天線j接收到的信號進行匹配濾波，其功能由一個匹配濾波器組實現(xiàn)，匹配濾波器組的每一個匹配濾波器對應一對發(fā)射天線和接收天線之間的鏈路，將天線j接收到的信號送入發(fā)射天線m的匹配濾波器后第l時刻的輸出yjm(l)=∫lT+τm(l+1)T+τmrj(t)cosωc(t-τm)g(t-lT-τm)dt]]>步驟3經(jīng)過步驟2匹配濾波之后的信號，在t時刻連續(xù)進行采樣t＝(l+1)T+τm，l＝-L，…，L，2L+1，τm為第m個發(fā)射天線的時延，獲得采樣值yjm(-L)，yjm(-L+1)，...，yjm(L)；同理可得采樣其他發(fā)射天線匹配濾波之后的信號為yj1(-L)，yj1(-L+1)，...，yj1(L)，...，yjMT(-L)，yjMT(-L+1)，...，yjMT(L)；步驟4將步驟3之后得到的采樣信號進行重新組合，以MT個發(fā)射天線為一組，可得MTS維的向量Yj=[yj1(-L),...,yjMT(-L),...,yj1(L),...,yjMT(L)]T;]]>步驟5引入l時刻接收天線j的對角信道矩陣Hj(l)=diag([hjl(l),...,hjMT(l)]),]]>取l＝-L，…，L，j＝1，2，...，MT，構建從時刻-L到L的MTS維的對角矩陣Hj=diag{[hjl(-L),...,hjMT(-L),...,hjl(L),...,hjMT(L)]};]]>步驟6引入SMT*SMT的對稱Toeplitz相關矩陣 其中，R(l-i)，其元素為Rmk(l-i)，Rmk(l-i)=cosωc(τk-τm)∫lT+τm(l+1)T+τm[g(t-iT-τk)g(t-lT-τm)]dt]]>步驟7引入從時刻-L到L的MTS維發(fā)射信號向量c=[c1(-L),...cMT(-L),...,c1(L),...cMT(L)]T;]]>步驟8引入從時刻-L到L的MTS維噪聲信號向量nj=[nj1(-L),...,njMT(-L),...,nj1(L),...,njMT(L)]T;]]>步驟9從時刻-L到L的S維匹配濾波器輸出矢量Yj可表示為 步驟10采用集中式MIMO中的迫零檢測算法進行信號檢測，上式兩邊同乘以 得 步驟11將MR個接收天線得到的 進行合并，再進行解調(diào)，恢復出原始比特序列。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于分布式MIMO系統(tǒng)的通用的信號檢測方法，它首先對接收到的信號進行匹配濾波，然后將濾波之后的信號進行采樣處理，由于每個天線上的發(fā)送信號被分為長度為S＝2L+1的序列，M
文檔編號H04L1/02GK1787400SQ20041008144
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權日2004年12月10日
發(fā)明者田斌, 唐友喜, 孔婷, 趙宏志 申請人:電子科技大學