[發(fā)明專利]一種基于預(yù)編碼的信道均衡方法及其通信系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910193311.3
• 申請(qǐng)日: 2009-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN101764772A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永強(qiáng);伍沛然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州杰賽科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H04L25/03
• 分類號(hào): H04L25/03;H04L27/26
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 王茹;曾旻輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線寬帶接入技術(shù)領(lǐng)域，具體提出一種基于預(yù)編碼的信道均 衡方法，以及一種基于預(yù)編碼的通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

信道均衡技術(shù)作為一種用于高速無線通信有效的抗多徑衰落技術(shù)，被3G 長期演進(jìn)系統(tǒng)LTE采用。在數(shù)據(jù)傳輸率很高時(shí)，由于多徑最大時(shí)延大大超過 單個(gè)傳輸符號(hào)的持續(xù)時(shí)間，導(dǎo)致在某個(gè)時(shí)刻收到的數(shù)據(jù)是之前數(shù)十甚至數(shù)百 個(gè)符號(hào)的疊加，因此在接收端恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)流異常困難。從數(shù)學(xué)本質(zhì)上講， 信道均衡器首先通過信道估計(jì)模塊估計(jì)出信道的沖激相應(yīng)矩陣，再對(duì)接收的 信號(hào)進(jìn)行信道矩陣求逆操作，從而恢復(fù)出數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的信道均衡技術(shù)主要在 時(shí)域進(jìn)行，但隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率越來越高，時(shí)域均衡的復(fù)雜度 也隨之增大，往往需要數(shù)百個(gè)延遲器和乘法器，這在高速數(shù)據(jù)流傳輸?shù)倪^程 中是很難實(shí)現(xiàn)的。而另一方面，快速傅里葉變換算法FFT的高速電路實(shí)現(xiàn)使 得諸如OFDM、MC-CDMA之類基于頻域操作的新技術(shù)大量涌現(xiàn)。此類技術(shù) 是在頻域進(jìn)行映射和加載，真正傳輸過程卻是在時(shí)域完成，因此發(fā)送端需要 進(jìn)行IFFT操作。眾所周知，IFFT操作會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的峰均比問題，所以使用頻 域均衡技術(shù)，則FFT和IFFT操作都能在接收機(jī)完成，從而有效解決峰均比的 問題。

信道均衡可以根據(jù)多種準(zhǔn)則進(jìn)行，迫零ZF(Zero-Forcing)、最小均方差 MMSE(Minimum-Mean-Square-Error)、最大比合并MRC (Maximum-Ratio-Combining)、等增益合并EGC(Equal-Gain-Combining)是 四種最常用的準(zhǔn)則。其中，使用ZF準(zhǔn)則進(jìn)行信道均衡可以完全消除碼間干擾 ISI(Inter-Symbol?Interference)，但代價(jià)是可能在某些頻點(diǎn)將噪聲放得很大， 導(dǎo)致整體性能的損失。而使用MMSE準(zhǔn)則進(jìn)行信道均衡不會(huì)放大噪聲，但卻 不能完全消除ISI，對(duì)存在的殘留ISI需要進(jìn)行進(jìn)一步處理。現(xiàn)有技術(shù)最新方 案是在發(fā)送端采用T-H(Tomlinson-Harashima)預(yù)編碼來去除殘留的ISI。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡系統(tǒng)信號(hào)流程 圖。在發(fā)送端，發(fā)送機(jī)首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行MQAM調(diào)制，然后數(shù)據(jù)進(jìn)入T-H預(yù)編 碼模塊進(jìn)行串符干擾的預(yù)消除，編碼后的數(shù)據(jù)加上循環(huán)前綴后，通過天線發(fā) 送出去。在接收端，接收機(jī)首先將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去除循環(huán)前綴的操作，然 后通過FFT將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域，利用導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)，獲得各徑信道 增益后，利用迫零、最小均方差、最大比合并和等增益合并這些不同準(zhǔn)則進(jìn) 行頻域均衡，由于發(fā)射端已經(jīng)做了T-H預(yù)編碼，所以此時(shí)頻域均衡后可完全 消除ISI，從而恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。

圖2是現(xiàn)有基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案相比單獨(dú)MMSE 頻域均衡的4QAM仿真圖，其中，縱坐標(biāo)BER表示比特誤碼率，橫坐標(biāo)Eb/No 表示信噪比。從圖中可以看出，雖然三種基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均 衡方案在低信噪比下不如MMSE頻域均衡，但是隨著信噪比的提高，他們的 性能優(yōu)勢(shì)將逐步體現(xiàn)，由圖可見，在信噪比超過12dB后，MMSE頻域均衡的 性能逐漸落后于三種基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案。所以，利用 T-H預(yù)編碼技術(shù)進(jìn)行殘留ISI的消除可以帶來性能的顯著提高，而且這種性能 的提高將隨著調(diào)制階數(shù)的上升而進(jìn)一步加強(qiáng)，如圖3所示，在16QAM調(diào)制下， 三種基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻均衡方案全都超越了最優(yōu)的MMSE頻 域均衡。原因在于高階調(diào)制下，殘留的ISI對(duì)系統(tǒng)性能的惡化將變得非常顯著， 從而嚴(yán)重遏制誤碼性能。從圖中可以看出，基于原始信道矩陣QR分解的時(shí)頻 均衡方案在高信噪比下斜率并非十分陡峭，出現(xiàn)了不同程度的差錯(cuò)平底，這 是由于這些方案中采用了QR分解技術(shù)，這樣會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)塊尾部某些子數(shù)據(jù)流 的信噪比明顯低于頭部的數(shù)據(jù)，即接收信噪比不均勻，使得低信噪比的尾部 數(shù)據(jù)將會(huì)在高信噪比下拖累系統(tǒng)性能。如圖4所示，圖4為基于原始信道矩 陣QR分解的時(shí)頻均衡方案在高信噪比下出現(xiàn)的差錯(cuò)平底示意圖，這種情況下 無論信噪比如何提高，總有一部分?jǐn)?shù)據(jù)的有效信噪比達(dá)不到要求；同時(shí)，從 圖中還可以看出，雖然現(xiàn)有技術(shù)可以完全消除ISI，但是同時(shí)放大了噪聲，使 得中低信噪比的區(qū)域，系統(tǒng)性能仍然較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提出一種基于預(yù)編碼的信道均衡方法，以及一種基 于預(yù)編碼的通信系統(tǒng)，既能消除在高信噪比下產(chǎn)生的差錯(cuò)平底，又能改善低 信噪比下的系統(tǒng)性能。