專(zhuān)利名稱(chēng)：基于非參量估計(jì)ica的mimo-ofdm系統(tǒng)盲去卷積方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，特別涉及概率密度函數(shù)估計(jì)、Parzen窗估計(jì)、高斯 核估計(jì)、擬牛頓、最小互信息熵、獨(dú)立成分分析、自適應(yīng)信道估計(jì)、MIMO-OFDM系 統(tǒng)、盲去卷積等技術(shù)，具體是一種基于非參量估計(jì)ICA的MIMO-OFDM系統(tǒng)盲去卷積方 法。
背景技術(shù)：
MIMO-OFDM技術(shù)是第四代移動(dòng)通信的核心技術(shù)之一。MIMO (Multiple InputMultiple Output,多入多出)技術(shù)利用多天線(xiàn)來(lái)抑制信道衰落，該技術(shù)通過(guò)使用多副 天線(xiàn)來(lái)利用空間自由度，從而使系統(tǒng)獲得空間復(fù)用增益或空間分集增益。MIMO技術(shù)通 過(guò)在發(fā)射端和接收端同時(shí)配置多個(gè)天線(xiàn)，可以大幅度地提高信道的容量。理論證明，當(dāng) MIMO信道的天線(xiàn)間的信道衰落彼此獨(dú)立時(shí)，信道的容量和收發(fā)兩端的最小天線(xiàn)數(shù)成正 比。OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)技術(shù)，是多載 波調(diào)制(MCM)技術(shù)的一種。MCM的基本思想是把數(shù)據(jù)流串并變換為H路速率較低的 子數(shù)據(jù)流，然后將H路數(shù)據(jù)流調(diào)制到H路子載波后并行傳輸。因此，OFDM的基本原 理就是把高速的數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，分配到傳輸速率相對(duì)較低的若干個(gè)子信道中進(jìn)行 傳輸。由于每個(gè)子信道中的符號(hào)周期會(huì)相對(duì)增加，因此可以減輕由無(wú)線(xiàn)信道的多徑時(shí)延 擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)信道造成的影響。并且還可以在OFDM符號(hào)之間插入保護(hù)間 隔，使保護(hù)間隔大于無(wú)線(xiàn)信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣就可以最大限度地消除由于多徑而 帶來(lái)的符號(hào)間干擾(ISI)。在MIMO-OFDM系統(tǒng)中，由于引入保護(hù)間隔，消除了碼間干擾ISI，然而系統(tǒng)
中存在子信道間干擾ICI和多址干擾MAI，需要進(jìn)行時(shí)間均衡和空間均衡，但目前普遍采 用的方法，效果欠佳。獨(dú)立成分分析(Independent Component Analysis，ICA)是一種新的信號(hào)處理方
法，其目的在于從未知源信號(hào)的觀測(cè)混合信號(hào)中分離出相互獨(dú)立的源信號(hào)。ICA在消 除噪聲的同時(shí)，對(duì)其它信號(hào)的細(xì)節(jié)幾乎沒(méi)有破壞，其去噪性能也往往要比傳統(tǒng)方法好得 多。獨(dú)立變量分析是基于高階統(tǒng)計(jì)特性的分析方法，在很多應(yīng)用中，對(duì)高階統(tǒng)計(jì)特性的 分析更符合實(shí)際。近年來(lái)，用ICA處理盲源信號(hào)分離問(wèn)題(Blind Source Separation，BSS) 已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。并已成功的應(yīng)用于神經(jīng)計(jì)算，醫(yī)學(xué)信號(hào)處理，語(yǔ)音信 號(hào)處理，通信，人臉識(shí)別，圖像特征提取等諸多領(lǐng)域。ICA算法對(duì)于MIMO均衡器的 統(tǒng)一和優(yōu)化設(shè)計(jì)更是一種很有前途的工具，主要用于抑制多址干擾等，并且已經(jīng)開(kāi)始在 CDMA系統(tǒng)中用于多用戶(hù)檢測(cè)算法中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種全新的MIMO-OFDM系統(tǒng)盲均衡方法，有效實(shí)現(xiàn)空 間均衡，有效抑制MIMO-OFDM系統(tǒng)的信道間干擾ICI和多址干擾MAI。
本發(fā)明的技術(shù)方案為基于非參量估計(jì)ICA的MIMO-OFDM系統(tǒng)盲去卷積方 法，MIMO-OFDM系統(tǒng)包括發(fā)射端與接收端兩部分，采用無(wú)線(xiàn)信道傳輸，發(fā)射端包括依 次連接的信道預(yù)編碼模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊，串并轉(zhuǎn)換模塊連接H組星座映射模塊、子載 波映射模塊、信號(hào)預(yù)處理模塊、IFFT/IDFT模塊、插入循環(huán)前綴CP模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 和載波調(diào)制模塊，接收端包括H組依次連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、移除循環(huán)前綴CP模塊、 FFT/DFT模塊和非參量ICA模塊；所述MIMO-OFDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下步驟步驟I，發(fā)射端源信號(hào)序列經(jīng)信道編碼模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊和星座映射模塊后 轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，子載波映射模塊將這些頻域信號(hào)映射到H個(gè)子載波上，輸出XnkG)至 信號(hào)預(yù)處理模塊，信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)映射到子載波上的頻域信號(hào)作非冗余線(xiàn)性預(yù)編碼， 用于消除獨(dú)立成分分析算法在重構(gòu)信號(hào)排序、能量上的模糊性，信號(hào)預(yù)處理遵循以下規(guī) 則
權(quán)利要求
1.基于非參量估計(jì)ICA的MIMO-OFDM系統(tǒng)盲去卷積方法，MIMO-OFDM系統(tǒng)包括發(fā)射端與接收端兩部分，采用無(wú)線(xiàn)信道傳輸，其特征是發(fā)射端包括依次連接的信道預(yù)編 碼模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊，串并轉(zhuǎn)換模塊連接H組星座映射模塊、子載波映射模塊、信號(hào) 預(yù)處理模塊、IFFT/IDFT模塊、插入循環(huán)前綴CP模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和載波調(diào)制模塊， 接收端包括H組依次連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、移除循環(huán)前綴CP模塊、FFT/DFT模塊和非 參量ICA模塊；所述MIMO-OFDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下步驟步驟I，發(fā)射端源信號(hào)序列經(jīng)信道編碼模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊和星座映射模塊后轉(zhuǎn)換 為頻域信號(hào)，子載波映射模塊將這些頻域信號(hào)映射到H個(gè)子載波上，輸出XnkG)至信號(hào) 預(yù)處理模塊，信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)映射到子載波上的頻域信號(hào)作非冗余線(xiàn)性預(yù)編碼，用于 消除獨(dú)立成分分析算法在重構(gòu)信號(hào)排序、能量上的模糊性，信號(hào)預(yù)處理遵循以下規(guī)則其中，X' nk(i)表示由第η個(gè)天線(xiàn)發(fā)送的，第k個(gè)子載波中信號(hào)塊的第i個(gè)符號(hào)， ke [O, H-1], Xref, k (i)是參考信號(hào)，Y，O^y 是預(yù)編碼常數(shù)，對(duì)傳輸功率分配起到 平衡的作用；IFFT/IDFT模塊將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的H個(gè)并行子載波上的頻域信號(hào)X' 轉(zhuǎn)換為時(shí)域 信號(hào)，并輸出具備λ個(gè)采樣點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)，λ^Ν，N為MIMO-OFDM系統(tǒng)發(fā)射天線(xiàn)的 個(gè)數(shù)，IFFT/IDFT模塊將轉(zhuǎn)換后的H個(gè)子載波上的時(shí)域信號(hào)合并波形，插入循環(huán)前綴CP 模塊用于保證多徑衰落環(huán)境下各個(gè)子載波之間的正交性，將OFDM符號(hào)結(jié)尾處的若干采 樣點(diǎn)復(fù)制到OFDM的符號(hào)之前，循環(huán)前綴CP的長(zhǎng)度長(zhǎng)于多徑時(shí)延，使多徑分量都落在 CP長(zhǎng)度內(nèi)，多個(gè)子載波上的OFDM發(fā)送信號(hào)，經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和載波調(diào)制模塊，進(jìn)行 信號(hào)發(fā)送；步驟II，接收端信號(hào)接收端為發(fā)射端的逆過(guò)程，發(fā)射端發(fā)送的OFDM調(diào)制信號(hào)經(jīng) 由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，移除循環(huán)前綴CP模塊去除循環(huán)前綴，通過(guò)FFT/DFT 模塊將落在CP長(zhǎng)度內(nèi)的多徑分量合并，并保證子載波之間的正交性，經(jīng)過(guò)FFT/DFT模 塊后，時(shí)域的OFDM信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，也就是發(fā)射端每個(gè)子載波上的發(fā)送信號(hào)；對(duì)FFT/DFT模塊輸出的調(diào)制信號(hào)，輸入非參量ICA模塊做盲均衡處理，輸出最接近 真值，即源信號(hào)，包括如下步驟1)初始化
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于非參量估計(jì)ICA的MIMO-OFDM系統(tǒng)盲去卷積方法， 其特征是非參量ICA模塊中，對(duì)于k = O的觀測(cè)信號(hào)，直接由Yntl⑴=WLntl⑴得到重構(gòu) 信號(hào)，對(duì)于k=l，2，L(H-I)的信號(hào)的重構(gòu)，以k = 0處重構(gòu)信號(hào)為參考，k = 0處經(jīng) 過(guò)多次迭代，非參量ICA模塊輸出部分重構(gòu)信號(hào)YntlG),以及分離矩陣W的最優(yōu)值，所 述參考包括以下兩部分Dk= 1, Lk= (H-I)處的W值，與k = O處分離矩陣W相比較；2.)k= 0處，非參量ICA模塊的的輸出信號(hào)，分別輸入k=l，Lk= (H-I)的非參 量ICA模塊，作為k=l，Lk= (H-I)的非參量ICA模塊的參考信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于非參量估計(jì)ICA的MIMO-OFDM系統(tǒng)盲去卷積方 法，其特征是步驟II中，計(jì)算非參量ICA的目標(biāo)函數(shù)及其梯度初值L (W)，VZ(W)時(shí)，采 用快速傅里葉變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于非參量估計(jì)ICA的MIMO-OFDM系統(tǒng)盲去卷積方 法，其特征是步驟II中，W為NXM的普通矩陣或NXN的方陣，如果為NXM普通矩 陣，在后續(xù)涉及W—1時(shí)，取分離矩陣的偽逆陣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于非參量估計(jì)ICA的MIMO-OFDM系統(tǒng)盲去卷積方 法，其特征是步驟II中，采用Parzen窗模型與核密度估計(jì)技術(shù)，直接根據(jù)FFT/DFT模塊 處理后的接收信號(hào)確定源信號(hào)的概率密度函數(shù)，所述Parzen窗模型如下
全文摘要
基于非參量估計(jì)ICA的MIMO-OFDM系統(tǒng)盲去卷積方法，將非參量估計(jì)ICA與MIMO-OFDM結(jié)合，在MIMO-OFDM系統(tǒng)的發(fā)射端設(shè)置信號(hào)預(yù)處理模塊對(duì)映射到子載波上的頻域信號(hào)作非冗余線(xiàn)性預(yù)編碼，以消除獨(dú)立成分分析算法在重構(gòu)信號(hào)排序、能量上的模糊性，在系統(tǒng)的接收端設(shè)置非參量ICA模塊進(jìn)行信道估計(jì)，恢復(fù)出源信號(hào)。本發(fā)明節(jié)約頻譜資源，計(jì)算量減少，運(yùn)算速度提高，對(duì)時(shí)變信道有較好的估計(jì)。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102025459SQ201010581170
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者劉曉男, 吳聰, 唐嵐, 安明偉, 成孝剛, 李勃, 董蓉, 陳啟美 申請(qǐng)人:南京大學(xué)