專利名稱：簡化的迫零均衡濾波器計算方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及兩種通信接收機中使用的迫零均衡濾波器(ZF-BLE)的簡化計算方法，尤其涉及TD-SCDMA接收機或者其他通信接收機中兩種改進的ZF-BLE快速計算方法。
背景技術(shù)：
在通信系統(tǒng)中，接收方要對接收信號進行濾波，濾除噪音干擾，恢復出傳送的數(shù)據(jù)。迫零均衡濾波器(ZF-BLE)就是一種可以選擇的方法。TD-SCDMA系統(tǒng)使用了ZF-BLE，為了實現(xiàn)ZF-BLE過程，接收機經(jīng)過了如下一些處理對接收信號進行數(shù)據(jù)部分和訓練序列部分的分離，并選擇訓練序列部分進行多用戶的聯(lián)合信道估計。
利用多用戶的聯(lián)合信道響應，構(gòu)造系統(tǒng)矩陣。系統(tǒng)矩陣反映了多用戶信源從發(fā)射端到接收端經(jīng)歷的過程，包括了擴頻加擾、無線信道的傳輸。
實施迫零均衡濾波器算法，計算公式d^|Rn=σ2I=(AHA)-1AHy]]> 表示傳送數(shù)據(jù)的估計，是[NK×1]的列向量，N表示每個用戶的數(shù)據(jù)數(shù)量，K表示用戶數(shù)量；Rn＝σ2I是多用戶白噪音的協(xié)方差矩陣，是[K×K]矩陣；A是系統(tǒng)矩陣，它是[(LN+W-1)×NK]矩陣，L表示擾碼長度，W表示窗長；y表示接收信號，在一倍碼片速率情況下，是[NK×1]的列向量；H表示共軛轉(zhuǎn)置；AHA是系統(tǒng)矩陣的協(xié)方差矩陣，它是[NK×NK]矩陣。
公式里AHy表示匹配濾波，可以用滑動相關(guān)來實現(xiàn)。(AHA)-1表示均衡器，需要求解[NK×NK]矩陣的逆，一般的方法是用上下三角矩陣分解，對非零元素遞推的方法求逆。因為[NK×NK]矩陣規(guī)模較大，使計算量大，誤差易發(fā)散。
由于無線通信信道噪音和干擾的存在，使信道響應估計包含了誤差，造成系統(tǒng)矩陣A失真。如果使用遞推的方法來求逆，會使后序信號的信號處理的信噪比進一步惡化，誤碼率增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供兩種簡單的ZF-BLE計算方法，這兩種方法是有效的，計算量小的，改進的ZF-BLE計算方法?？梢詼p少計算量，加快計算速度，減少設備量，降低接收機成本。此技術(shù)既可以應用在系統(tǒng)一側(cè)，也可以應用在移動臺一側(cè)。
本發(fā)明提出了兩種簡化的計算方法，方法一，對MAI進行均衡，放棄對ISI的均衡。
該方法包括如下6個步驟步驟1.每個用戶的信道響應hk和每個用戶的擾碼信道碼ScrambleOVSFk卷積，得到Bk向量Bk＝hkScrambleOVSFkBk是[(L+W-1)×1]復數(shù)列向量；步驟2.K個用戶的Bk排列成簡化的新的系統(tǒng)矩陣B，是[(L+W-1)×K]矩陣；步驟3.求B矩陣的協(xié)方差矩陣BHB，是[K×K]矩陣；步驟4.求矩陣BHB的逆(BHB)-1，是[K×K]矩陣；步驟5.對匹配濾波后的[NK×1]列向量AHy，重新排列MF＝reshape(AHy，k，N)它是[K×N]矩陣，reshape表示重新排列；步驟6.實施均衡，d^|Rn=σ2I=(BHB)-1MF.]]>方法二，對MAI和ISI同時進行均衡。
該方法包括如下8個步驟
步驟1.每個用戶的信道響應hk和每個用戶的擾碼信道碼ScrambleOVSFk卷積，得到Bk向量Bk＝hkScrambleOVSFk，Bk是[(L+W-1)×1]復數(shù)列向量；步驟2.K個用戶的Bk排列成簡化的系統(tǒng)矩陣B，它是[(L+W-1)×K]矩陣；步驟3.對矩陣B進行分解Bu＝B(1:W-1，1:K)，Bd＝B(L+1:L+W-1，1:K)，其中表示矩陣行、列的排列；步驟4.直接計算出AHA中的分塊矩陣ara，它是[2K×2K]矩陣ara=BHBBdHBuBuHBdBHB;]]>步驟5.計算ara的逆矩陣ara-1，是一個[2K×2K]分塊矩陣，ara-1=abca;]]>步驟6.對匹配濾波后的[NK×1]列向量AHy，重新排列MF＝reshape(AHy，K，N)，它是[K×N]矩陣，reshape表示重新排列；步驟7.均衡的具體計算方法是，用矩陣a、b、c分別去乘以數(shù)據(jù)MF，d^a=aMF,]]>d^b=bMF,]]>d^c=cMF,]]> 都是[K×N]矩陣；步驟8.把 的第1列置0，得到 把 的第N列置0，得到 然后把 和 對應項相加，得到數(shù)據(jù)的估計 d^=d^a+d^b0+d^c0.]]>


圖1是迫零均衡濾波器110在通信系統(tǒng)中的位置示意圖；圖2是本發(fā)明第一種方法210和第二種方法410中的迫零均衡濾波器的示意圖；圖3是本發(fā)明第一種方法210所涉及矩陣和變換關(guān)系示意圖；圖4是本發(fā)明第二種方法410所涉及矩陣和變換關(guān)系示意圖。
具體實施例方式
首先描述本發(fā)明的原理。TD-SCDMA系統(tǒng)采用了迫零均衡濾波器(ZF-BLE)聯(lián)合檢測方法，經(jīng)過AHy匹配濾波后的符號要被(AHA)-1均衡，消除ISI和MAI。ISI是前后符號的交叉干擾，是多徑干擾造成，MAI是多用戶干擾。本發(fā)明第一種方法的思路是放棄對次要干擾ISI的均衡，只對主要的干擾MAI均衡，具體操作時沒有使用傳統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣A，而是定義了簡化的新的系統(tǒng)矩陣B，它規(guī)模小，減少了計算量。這種方法可以用在郊區(qū)，多徑干擾少的環(huán)境的基站和手機。本發(fā)明第二種方法對ISI和MAI干擾同時進行均衡。運用了簡化的矩陣ara-1，它規(guī)模小，減少了計算量，但是帶來了一定的誤差，這些誤差是在容許的范圍。這種方法可以用在城市，多徑干擾大的環(huán)境的基站和手機。
傳統(tǒng)的方法是用B矩陣構(gòu)成系統(tǒng)矩陣A，計算A的相關(guān)矩陣AHA，針對其中中非零元素，用遞推方法求其逆，其缺點如前述。本發(fā)明第一種方法是直接計算B的相關(guān)矩陣的逆(BHB)-1；本發(fā)明第二種方法，是直接計算相關(guān)矩陣AHA的分塊矩陣ara的逆ara-1。
第一種方法用(BHB)-1對匹配濾波以后，重新排列的公式(2)的數(shù)據(jù)MF，進行MAI均衡。第二種方法用ara-1對MF，進行ISI和MAI均衡。
這樣的處理方式，減少了計算量。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。
首先描述本發(fā)明的第一種方法。每個用戶的信道響應hk和每個用戶的擾碼信道碼ScrambleOVSFk卷積，得到Bk向量Bk＝hkScrambleOVSFk，Bk是[(L+W-1)×1]復數(shù)列向量。
接著K個用戶的Bk排列成簡化的新的系統(tǒng)矩陣B，它是[(L+W-1)×K]矩陣，并且求出B矩陣的協(xié)方差矩陣BHB，它是[K×K]矩陣。
在圖3中，相關(guān)矩陣BHBkron310，輸入上一步驟中形成的簡化的系統(tǒng)矩陣B的協(xié)方差矩陣BHB，在對角線上按數(shù)據(jù)量N排列BHB，形成分塊矩陣BHBkron。用公式表示，BHBkron＝kron(eye(N)，BHB)，它是[NK×NK]矩陣，eye是[N×N]單位矩陣，kron表示重復排列，是MATLAB語言的函數(shù)。此過程在第一種方法的步驟里并沒有具體實施，而是說明BHBkron相當傳統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣A的，協(xié)方差AHA。
BHB求逆器320，對上述形成的BHB求逆操作，得到(BHB)-1。
相關(guān)矩陣BHBkron的逆矩陣330，因為(BHBkron)-1＝(BHB)-1kron?？梢栽趯蔷€上按數(shù)據(jù)量N排列(BHB)-1，形成分塊矩陣(BHB)-1kron。用公式表示，(BHB)-1kron＝kron(eye(N)，(BHB)-1)，它是[NK×NK]矩陣。此過程在方法一的步驟里并沒有具體實施，而是說明(BHB)-1kron相當傳統(tǒng)的協(xié)方差AHA的逆矩陣(AHA)-1。
通過對(BHB)-1kron的分析，對匹配濾波后的[NK×1]列向量AHy重新排列操作MF＝reshape(AHy，K，N)，然后，可以直接實施均衡操作d^|Rn=σ2I=(BHB)-1MF,]]>得到最終的估計數(shù)據(jù) 下面描述本發(fā)明的第二種方法。對第一種方法中得到的[(L+W-1)×K]矩陣B進行分解Bu＝B(1:W-1，1:K)，Bd＝B(L+1:L+W-1，1:K)，其中:表示矩陣行、列的排列。
圖4中，系統(tǒng)矩陣A的相關(guān)矩陣510，直接計算出AHA中的分塊矩陣ara，ara=BHBBdHBuBuHBdBHB,]]>AHA是由分塊矩陣ara在矩陣對角線上排列構(gòu)成。AHA在第二種方法的步驟里并沒有具體計算，而是用來說明傳統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣A的，協(xié)方差AHA的構(gòu)成。
求逆器520直接對ara求逆操作，得到ara-1。它也是分塊矩陣，由分塊矩陣a、b、c構(gòu)成，ara-1=abca.]]>簡化的AHA的逆矩陣530，按照每個用戶的數(shù)據(jù)數(shù)量N，在矩陣的對角線上排列分塊矩陣ara-1，得到簡化的均衡器矩陣(AHA)-1kron。此過程在方法二的步驟里并沒有具體實施，而是說明(AHA)-1kron。相當傳統(tǒng)的協(xié)方差AHA的逆矩陣(AHA)-1。
通過對(AHA)-1kron的分析，可以利用小的分塊矩陣a、b、c直接對匹配濾波以后的數(shù)據(jù)MF進行均衡操作，d^a=aMF,]]>d^b=bMF,]]>d^c=cMF,]]> 都是[K×N]矩陣。然后，把 的第1列置0，得到 把 的第N列置0，得到 然后把 和 對應項相加，得到數(shù)據(jù)的估計d^:d^=d^a+d^b0+d^c0,]]>因而得到最終的估計數(shù)據(jù) 以上所述兩種簡化算法，一般的通信系統(tǒng)工程師就可以在設備中順利實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種迫零均衡濾波器簡化計算的方法，其中包括步驟1.每個用戶的信道響應hk和每個用戶的擾碼信道碼ScrambleOVSFk卷積，得到Bk向量Bk＝hkScrambleOVSFk，Bk是[(L+W-1)×1]復數(shù)列向量；步驟2.K個用戶的Bk排列成簡化的系統(tǒng)矩陣B，它是[(L+W-1)×K]矩陣；步驟3.求B矩陣的協(xié)方差矩陣BHB，它是[K×K]矩陣；步驟4.求矩陣BHB的逆(BHB)-1，是[K×K]矩陣；步驟5.對匹配濾波后的[NK×1]列向量AHy，重新排列MF＝reshape(AHy，K，N)，它是[K×N]矩陣，reshape表示重新排列；步驟6.實施均衡，d^|Rn=σ21=(BHB)-1MF.]]>
2.一種迫零均衡濾波器簡化計算方法，其中包括步驟1.每個用戶的信道響應hk和每個用戶的擾碼信道碼ScrambleOVSFk卷積，得到Bk向量Bk＝hkScrambleOVSFk，Bk是[(L+W-1)×1]復數(shù)列向量；步驟2.K個用戶的Bk排列成簡化的系統(tǒng)矩陣B，它是[(L+W-1)×K]矩陣；步驟3.對矩陣B進行分解Bu＝B(1:W-1，1:K)，Bd＝B(L+1:L+W-1，1:K)，其中:表示矩陣行、列的排列；步驟4.直接計算出AHA中的分塊矩陣ara，它是[2K×2K]矩陣ara=BHBBdHBuBuHBdBHB;]]>步驟5.計算ara的逆矩陣ara-1，是一個[2K×2K]分塊矩陣，ara-1=abca;]]>步驟6.對匹配濾波后的[NK×1]列向量AHy，重新排列MF＝reshape(AHy，K，N)，它是[K×N]矩陣，reshape表示重新排列；步驟7.均衡的具體計算方法是，用矩陣a、b、c分別去乘以數(shù)據(jù)MF，d^a=aMF,]]>d^b=bMF,]]>d^c=cMF,]]> 都是[K×N]矩陣；步驟8.把 的第1列置0，得到 把 的第N列置0，得到 然后把 和 對應項相加，得到數(shù)據(jù)的估計 d^=d^a+d^b0+d^c0.]]>
全文摘要
本發(fā)明涉及兩種通信接收機中使用的迫零均衡濾波器(ZF－BLE)的簡化計算方法。在TD－SCDMA通信系統(tǒng)中，第一種方法計算出簡化的系統(tǒng)矩陣B，由此計算出B的相關(guān)矩陣B
文檔編號H04B7/26GK1885727SQ20061008963
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者倪明 申請人:北京北方烽火科技有限公司