一種基于迭代mimo檢測的碰撞信號恢復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于迭代MIMO檢測的碰撞信號恢復(fù)方法，通過信號重構(gòu)、干擾消除、MIMO檢測并引入迭代實現(xiàn)碰撞信號恢復(fù)，所述的方法具體包括以下步驟：步驟一：基于慢時變信道的假設(shè)對碰撞信號模型進(jìn)行等效簡化，將四個數(shù)據(jù)包碰撞簡化為兩個數(shù)據(jù)包碰撞；步驟二：通過調(diào)整接收數(shù)據(jù)包的時間偏移進(jìn)行信號重構(gòu)，將接收到的碰撞信號重構(gòu)成6個重構(gòu)信號：步驟三：分別通過不同組重構(gòu)信號兩個數(shù)據(jù)包之間的相減運算進(jìn)行干擾消除；步驟四：使用MMSE MIMO檢測算法對發(fā)送信號進(jìn)行估計。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了常規(guī)方法僅解決SISO局域網(wǎng)碰撞問題的局限，很好地解決了MIMO情況下的碰撞問題。
【專利說明】-種基于迭代MI MO檢測的碰撞信號恢復(fù)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種802. 1 In無線局域網(wǎng)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于迭代MM0檢測的 碰撞信號恢復(fù)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在802. 1 In協(xié)議中，物理層采用了 MM0-0FDM技術(shù)。MM0-0FDM技術(shù)將空間分集和 頻率分集有效結(jié)合，極大地提高了無線通信系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，并能有效抵抗信 道衰落和抑制干擾。
[0003] 在基于802. 1 In協(xié)議的無線通信系統(tǒng)中，載波監(jiān)聽多址接入/沖突避免（CSMA/CA) 協(xié)議通常情況下能很好的避免發(fā)射節(jié)點之間的信號碰撞。但是在一種特殊的情況下，如果 兩個節(jié)點均在接收端的通信范圍之內(nèi)，但是無法監(jiān)聽到彼此的載波信號，這種情形稱A，B 互為隱藏終端。
[0004] 此時，如果A在發(fā)送信號的同時，B有數(shù)據(jù)等待發(fā)送，雖然信道狀態(tài)為被占用，但是 由于B監(jiān)聽不到A的載波信號，B仍然會判斷信道為空閑并傳輸信號。這樣A和B節(jié)點發(fā) 送的信號就會發(fā)生碰撞，導(dǎo)致接收端無法解碼兩者的信號。隱藏終端的存在會對系統(tǒng)的通 信性能造成很大的影響，使系統(tǒng)的傳輸時延加大，系統(tǒng)吞吐率下降。
[0005] 現(xiàn)有對于解決無線局域網(wǎng)中隱藏終端問題的研究主要集中在SIS0系統(tǒng)，其中由 S. Gollakota提出的ZigZag方法利用連續(xù)碰撞的數(shù)據(jù)包來解決隱藏終端問題。連續(xù)干擾消 除（SIC)是另一種恢復(fù)碰撞數(shù)據(jù)包的方法。更進(jìn)一步的，網(wǎng)絡(luò)編碼的思想也被運用于解決 隱藏終端問題中。物理層網(wǎng)絡(luò)編碼以及模擬網(wǎng)絡(luò)編碼方法能夠利用網(wǎng)絡(luò)層信息從碰撞數(shù)據(jù) 包中恢復(fù)出原始發(fā)送信號。但上述討論的方法還僅局限于SIS0無線局域網(wǎng)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于迭代MM0 檢測的碰撞信號恢復(fù)方法，通過信號重構(gòu)，干擾消除和MM0檢測來從碰撞信號出估計出原 始發(fā)送信號，然后利用軟信號的迭代交互，基于已解碼的原始信號計算更加準(zhǔn)確的干擾分 量，優(yōu)化干擾消除的效果，提升系統(tǒng)碰撞恢復(fù)性能。
[0007] 如圖1所示，用戶A和用戶B與AP進(jìn)行通信，當(dāng)隱藏終端問題存在時，A，B會同時 與AP進(jìn)行通信，從而導(dǎo)致碰撞發(fā)生。再考慮802. lln的重傳情況，當(dāng)發(fā)送端一定時間內(nèi)沒 有接收到接收端回復(fù)的ACK信號，會進(jìn)行隨機退避重傳，重新發(fā)送數(shù)據(jù)包，如果碰撞信號重 傳中彼此相對的退避的時間差小于重疊模塊的大小，這種情況下重傳的信號將會再次發(fā)生 碰撞。
[0008] 考慮2X2MIM0情況，即用戶A、B有兩根發(fā)送（TX)天線，AP有兩根接收（RX)天線， 示意圖如圖2所示。在該種情況下，當(dāng)隱藏終端問題存在時，在AP兩根接收天線上都會有 四個數(shù)據(jù)包的碰撞發(fā)生，第一次碰撞兩根接收天線會收到碰撞的數(shù)據(jù)包&和R 2 ;重傳第二 次發(fā)生碰撞又會收到碰撞的數(shù)據(jù)包R3和R4，其中碰撞信號的示意圖如圖2所示。
[0009] 對于數(shù)據(jù)包&和R2, ya,b表示AP端RXb天線接收到用戶端TXa天線第一次發(fā)送的 數(shù)據(jù)包；對于數(shù)據(jù)包R 3和R4, ya,b表示AP端RXb_2天線接收到用戶端TX a天線重傳發(fā)送的數(shù) 據(jù)包。
[0010] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0011] -種基于迭代MIM0檢測的碰撞信號恢復(fù)方法，其特征在于，通過信號重構(gòu)、干擾 消除、MIM0檢測并引入迭代實現(xiàn)碰撞信號恢復(fù)，所述的方法具體包括以下步驟：
[0012] 步驟一：基于慢時變信道的假設(shè)對碰撞信號模型進(jìn)行等效簡化，將四個數(shù)據(jù)包碰 撞簡化為兩個數(shù)據(jù)包碰撞，具體為：
[0013] 假設(shè)信道是慢時變信道，即前后兩次傳輸信道狀態(tài)是保持不變的，由此可以得到 如下兩個前提條件：
[0014] (1)AP接收端RXb天線前后兩次收到相同TXa發(fā)送的數(shù)據(jù)包除了絕對時延不同之 外其它都是一致的，即ya,b = ya,b+2，例如yn = y13, y42 = y44。
[0015] (2)AP接收端RXb天線收到同一用戶兩根天線發(fā)送的數(shù)據(jù)包之間的相對時延對于 首次發(fā)送和重傳來說是相同的，例如y n與y21之間的相對時延和y13與之間的相對時延 一樣，都是V
[0016] 基于上述的兩個前提條件，本方法將同一用戶發(fā)送數(shù)據(jù)包作為整體進(jìn)行考慮，從 而對碰撞信號模型進(jìn)行等效簡化，如圖3所示。其中對于數(shù)據(jù)包Ri和R 2, ya,A表示AP端RXa 天線接收到用戶A第一次發(fā)送的數(shù)據(jù)包，ya, B表示AP端RXa天線接收到用戶B第一次發(fā)送 的數(shù)據(jù)包；對于數(shù)據(jù)包R3和R 4, ya, A表示AP端RXa_2天線接收到用戶A重傳發(fā)送的數(shù)據(jù)包， y a,B表示AP端RXa_2天線接收到用戶B重傳發(fā)送的數(shù)據(jù)包。
[0017] 步驟二：通過調(diào)整接收數(shù)據(jù)包的時間偏移進(jìn)行信號重構(gòu)，將接收到的碰撞信號札， R2, R3和R4重構(gòu)成RCVl?Rcv6的6個重構(gòu)信號，從重構(gòu)信號中得到相同的發(fā)送分量，為發(fā) 送信號的干擾消除提供條件；
[0018] 步驟三：分別通過不同組重構(gòu)信號兩個數(shù)據(jù)包之間的相減運算對RCVl和Rcv 3， Rcv2和Rcv3，Rcv4和Rcv 6，Rcv5和Rcv6這四組重構(gòu)信號進(jìn)行干擾消除，消除其中相同發(fā)送信 號分量帶來的干擾；
[0019] 步驟四：使用MMSE MM0檢測算法對發(fā)送信號FXp FX2, FX3, FX4進(jìn)行估計；
[0020] 步驟五：利用碰撞恢復(fù)算法模塊與信道解碼模塊的軟信息迭代交互提升碰撞恢復(fù) 性能。
[0021] 所述的將接收到的碰撞信號Ri，R2, R3和R4重構(gòu)成RcVl?Rcv6的6個重構(gòu)信號具 體為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于迭代ΜΙΜΟ檢測的碰撞信號恢復(fù)方法，其特征在于，通過信號重構(gòu)、干擾消 除、MIMO檢測并引入迭代實現(xiàn)碰撞信號恢復(fù)，所述的方法具體包括以下步驟： 步驟一：基于慢時變信道的假設(shè)對碰撞信號模型進(jìn)行等效簡化，將四個數(shù)據(jù)包碰撞簡 化為兩個數(shù)據(jù)包碰撞； 步驟二：通過調(diào)整接收數(shù)據(jù)包的時間偏移進(jìn)行信號重構(gòu)，將接收到的碰撞信號R1, R2, R3 和R4重構(gòu)成Rcv1?Rcv6的6個重構(gòu)信號； 步驟三：分別通過不同組重構(gòu)信號兩個數(shù)據(jù)包之間的相減運算對Rcv1和Rcv3, Rcv2和 Rcv3, Rcv4和Rcv6, Rcv5和Rcv6這四組重構(gòu)信號進(jìn)行干擾消除； 步驟四：使用MMSE MMO檢測算法對發(fā)送信號FX1, FX2, FX3, FX4進(jìn)行估計。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于迭代MIMO檢測的碰撞信號恢復(fù)方法，其特征在于， 所述的將接收到的碰撞信號R1, R2, R3和R4重構(gòu)成Rcv1?Rcv6的6個重構(gòu)信號具體為：
其中延遲矩陣D (η)的矩陣定義式如式（2)所示：
其中〇nxm表示nXm維的零矩陣，En表示η維的單位矩陣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于迭代MIMO檢測的碰撞信號恢復(fù)方法，其特征在于， 所述的對Rcv1和Rcv 3, Rcv2和Rcv3, Rcv4和Rcv6, Rcv5和Rcv6這四組重構(gòu)信號進(jìn)行干擾消 除具體為： V -
其中Wn是零均值高斯白噪聲，Ha,b是信道矩陣，F(xiàn)是傅里葉逆變換矩陣（IFFT)矩陣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于迭代MIMO檢測的碰撞信號恢復(fù)方法，其特征在于， 所述的使用MMSE MMO檢測算法對發(fā)送信號FX1, FX2, FX3, FX4進(jìn)行估計具體為： 將公式（3)與公式（4)所示的方程組改寫成矩陣形式，如公式（5)與公式（6)所示：
其中 C1 = D (Ii1) -D (n3)，c2 = D (n2) -D (n4)，c3 = D Oi3-Ii1) -E，c4 = D (n4-n2) -E ; 將延遲矩陣D視為信道作用的一部分，從而將從公式（5)和公式（6)中求解出發(fā)送信 號FX1, FX2, FX3, FX4的過程等效成MMO檢測過程，使用MMSE MMO檢測對發(fā)送信號進(jìn)行估 計； 對于麗SE MMO檢測算法，其計算公式如式（7)所示： s^[HHH + a2NINTlHHy (7) 其中是噪聲功率譜密度，In是單位矩陣； 結(jié)合式（5)，式（6)和式（7)，發(fā)送信號FXpFX2JXyFXd^]估計值如公式（8)，公式（9) 所示：
σ"2是噪聲功率譜密度，I是單位矩陣，Ha,b是信道矩陣，D(η)為延遲矩陣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于迭代MIMO檢測的碰撞信號恢復(fù)方法，其特征在于， 還包括步驟五：利用碰撞恢復(fù)算法模塊與信道解碼模塊的軟信息迭代交互提升碰撞恢復(fù)性 能。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于迭代MIMO檢測的碰撞信號恢復(fù)方法，其特征在于， 所述的利用碰撞恢復(fù)算法模塊與信道解碼模塊之間交互的軟信息定義為對數(shù)似然比。
【文檔編號】H04L1/06GK104378177SQ201410629311
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】胡琦, 丁良輝, 楊峰, 錢良 申請人:上海交通大學(xué)