一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號(hào)檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號(hào)檢測(cè)方法，屬于信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】。發(fā)送端在發(fā)送信號(hào)序列之前，需要發(fā)送iter幀訓(xùn)練序列，iter為算法的迭代次數(shù)，迭代次數(shù)范圍為100～200；在接收端，首先進(jìn)行初始化，即wi(0)=0，Pi(0)=δI，其中P為計(jì)算過(guò)程中所需要的矩陣，I為N×N的單位陣，N為接收天線數(shù)，此處為2×2的單位陣，δ是一個(gè)足夠大的正常數(shù)，此處為δ＝106。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號(hào)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號(hào)檢測(cè)方法，屬于信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信技術(shù)的發(fā)展，“最后一公里”的接入問(wèn)題已經(jīng)成為制約寬帶通信廣泛應(yīng)用的瓶頸之一。電力線通信(Power Line Communication, PLC)技術(shù)以其不用重新布線、覆蓋范圍廣、能方便連接用戶(hù)終端和網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)，已成為寬帶接入關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著高速數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，PLC信道自身的物理信道容量已不能滿(mǎn)足要求，因此近年來(lái)人們將MMO技術(shù)引入到PLC中,研究PLC系統(tǒng)中的多輸入多輸出(mult1-1nput mult1-output, ΜΙΜΟ)技術(shù)，以提高通信速率。已有的MMO技術(shù)，都是針對(duì)無(wú)線信道中的加性高斯白噪聲(Additivewhite Gaussian noise, AffGN)環(huán)境開(kāi)發(fā)，這樣將其用于PLC通信系統(tǒng)時(shí)，由于PLC信道存在顯著的脈沖噪聲干擾，其性能會(huì)嚴(yán)重下降。因此，有必要針對(duì)PLC通信信道的特點(diǎn)，對(duì)已有的MMO技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)或提出新 的方法，以進(jìn)一步提高PLC通信系統(tǒng)性能。
[0003](I)MMO系統(tǒng)模型
[0004]MIMO系統(tǒng)(MXN)的一般模型說(shuō)明書(shū)如圖1所不:設(shè)MIMO系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào)為S=Ls1, S2,…，SM]τ，接收信號(hào)為r=[iyrN]T為,信道噪聲為n=[rv..nN]T，信道傳輸函數(shù)矩陣為H。則MMO系統(tǒng)的接收信號(hào)模型為
[0005]r=Hs+n (I)
[0006]MIMO信號(hào)檢測(cè)就是根據(jù)接收信號(hào)r來(lái)恢復(fù)出發(fā)送信號(hào)S。已有的MMO信號(hào)檢測(cè)技術(shù)包括最大似然(Maximum Likelihood, ML)檢測(cè)算法、迫零(Zero Forcing, ZF)檢測(cè)算法、最小均方誤差(Minimal Mean Square Error，MMSE)檢測(cè)算法、V-BLAST (ZF-0SIC)檢測(cè)算法、基于QR分解的檢測(cè)算法以及球形譯碼算法。其中，ZF檢測(cè)算法和MMSE檢測(cè)算法在實(shí)際中應(yīng)用較多，也是與本發(fā)明相關(guān)的兩種檢測(cè)方法。
[0007](2)分?jǐn)?shù)低階相關(guān)(FLOC)
[0008]在α穩(wěn)定分布環(huán)境中，2階統(tǒng)計(jì)量和高階(階數(shù)大于2)統(tǒng)計(jì)量不存在，所以通常采用分?jǐn)?shù)低階(階數(shù)小于2大于0)統(tǒng)計(jì)量對(duì)服從α穩(wěn)定分布的信號(hào)進(jìn)行處理，本算法使用的分?jǐn)?shù)低階統(tǒng)計(jì)量為分?jǐn)?shù)低階相關(guān)，下面給出分?jǐn)?shù)低階相關(guān)的定義:
[0009]對(duì)于服從S a S分布的隨機(jī)變量X和Y，其P階分?jǐn)?shù)低階相關(guān)為
[0010]/?(；, =< Α,，Y >,, = E\XYij"x) ], \< ρ <α.,
[0011]其中，符號(hào)〈.>的運(yùn)算規(guī)則為:zM = Zla-V5Q為SaS分布的特征指數(shù)。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)一的技術(shù)方案
[0013]2012年3月，陳建青等在文獻(xiàn)《ΜΜ0系統(tǒng)檢測(cè)算法綜合分析與比較》中描述了一種迫零(ZF)檢測(cè)算法。該算法是一種線性檢測(cè)算法，它通過(guò)線性檢測(cè)矩陣從接收信號(hào)中恢復(fù)出發(fā)送信號(hào)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為[0014]S = Wr(2)
[0015]其中，W為檢測(cè)矩陣。
[0016]不同的檢測(cè)算法具有不同的檢測(cè)矩陣。在ZF檢測(cè)算法中，檢測(cè)矩陣W的計(jì)算公式為
[0017]W = (HhH) -1Hh ； (3)
[0018]其中，(.)H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。
[0019]使用ZF檢測(cè)算法進(jìn)行MMO信號(hào)檢測(cè)時(shí)，在接收端先要進(jìn)行信道估計(jì)，獲得傳遞函數(shù)矩陣H，然后根據(jù)式(3)計(jì)算檢測(cè)矩陣W，最后根據(jù)式(2)得到發(fā)送信號(hào)的估計(jì)值，完成MMO信號(hào)檢測(cè)。
[0020]現(xiàn)有技術(shù)一的缺點(diǎn)
[0021]ZF檢測(cè)算法的主要缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮到噪聲的影響，這在應(yīng)用中，尤其是在脈沖噪聲環(huán)境下，其檢測(cè)誤碼率很高。此外，該算法的檢測(cè)結(jié)果還嚴(yán)重依賴(lài)于信道估計(jì)的準(zhǔn)確性。
[0022]現(xiàn)有技術(shù)二的技術(shù)方案:
[0023]2003年3月，李穎等在文獻(xiàn)《一種改進(jìn)的分層空時(shí)碼檢測(cè)算法》中闡述了 MMSE檢測(cè)算法的具體方案。該算法考慮到了噪聲的影響，可以適當(dāng)?shù)仄胶庥?jì)算復(fù)雜度和檢測(cè)準(zhǔn)確性。該算法的檢測(cè)矩陣W的計(jì)算公式為
[0024]W = (HhH+σ 2D-1Hh, (4)
[0025]其中，I為MXM的單位陣，M為MMO系統(tǒng)發(fā)射天線的數(shù)目；σ 2為噪聲的方差。
[0026]與ZF檢測(cè)算法類(lèi)似，用MMSE檢測(cè)算法進(jìn)行MMO信號(hào)檢測(cè)時(shí)，在接收端也要先進(jìn)行信道估計(jì)，獲得傳輸函數(shù)矩陣H ;然后根據(jù)式(4)計(jì)算檢測(cè)矩陣W，最后根據(jù)式(2)得到發(fā)送信號(hào)的估計(jì)值，完成MMO信號(hào)檢測(cè)。
[0027]現(xiàn)有技術(shù)二的缺點(diǎn):
[0028]在麗SE檢測(cè)算法中，檢測(cè)矩陣要用到噪聲的方差，而在脈沖噪聲環(huán)境下，噪聲方差不存在，因此，MMSE檢測(cè)算法在脈沖噪聲環(huán)境中無(wú)法正常工作。
[0029]現(xiàn)有技術(shù)三的技術(shù)方案:
[0030]第三種技術(shù)方案是基于同時(shí)信號(hào)分量干擾抵消的MMO檢測(cè)方法。該方法主要用干擾抵消方法逐層進(jìn)行檢測(cè)并消除層間干擾，從而提高檢測(cè)性能。這里所說(shuō)的每層信號(hào)即指每個(gè)發(fā)送天線發(fā)射的信號(hào)，同時(shí)信號(hào)分量即不同發(fā)送天線在相同時(shí)刻發(fā)送的信號(hào)序列。
[0031]該方法的具體實(shí)現(xiàn)方案如下:在接收端，接收信號(hào)先通過(guò)前端濾波器進(jìn)行處理，消除非同時(shí)分量，得到濾波后的數(shù)據(jù)；然后，用至少一個(gè)組合器矩陣對(duì)已濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到第一層數(shù)據(jù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，其中組合器矩陣可以是在發(fā)射機(jī)處基于信道編碼、發(fā)送矩陣等的數(shù)據(jù)專(zhuān)用處理函數(shù)；接著，在接收端對(duì)其進(jìn)行解調(diào)和解碼，得到對(duì)第一層發(fā)送信號(hào)的估計(jì)值，完成第一層數(shù)據(jù)的檢測(cè)。完成上述工作后，用檢測(cè)出的第一層數(shù)據(jù)對(duì)已濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以消除第一層數(shù)據(jù)引起的干擾，再檢測(cè)出第二層數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行解調(diào)和解碼，完成第二層數(shù)據(jù)的檢測(cè)。依此類(lèi)推，逐步檢測(cè)出所有層發(fā)送數(shù)據(jù)，完成最終的檢測(cè)。
[0032]現(xiàn)有技術(shù)三的缺點(diǎn):
[0033]利用同時(shí)信號(hào)分量的干擾消除的MMO檢測(cè)算法主要是消除不同發(fā)射天線信號(hào)間的干擾，而對(duì)噪聲干擾的影響考慮得較少，因此無(wú)法有效地抑制脈沖噪聲的干擾。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0034]為了克服上述的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號(hào)檢測(cè)方法。
[0035]本發(fā)明采取的技術(shù)方案:
[0036]發(fā)送端在發(fā)送信號(hào)序列之前，需要發(fā)送長(zhǎng)度為iter的訓(xùn)練序列，iter也是算法迭代次數(shù)，100<iter<200 ;在接收端，首先進(jìn)行初始化，即Wi (O) =0，Pi (O) = δ I，其中P為計(jì)算過(guò)程中所需要的矩陣，I為NXN單位陣，此處為2X2的單位陣，N為接收天線數(shù)，δ是一個(gè)很大的正常數(shù)，δ取IO6 ;然后在每個(gè)訓(xùn)練序列下更新Wi，即在第η個(gè)訓(xùn)練序列下先根據(jù)分?jǐn)?shù)低階相關(guān)的定義計(jì)算Si (η)與!T1 (n) -r1 (η)與!T1 (n)、r2 (η)與!T1 (η)的ρ階分?jǐn)?shù)低階相關(guān)Rsirl (η) >Rrlrl (η)和 Rr2rl (η);然后根據(jù)式(5)計(jì)算矩陣 Ici (η),其中 rp (n) = [Rrlrl (n) Rr2rl (η)]τ，λ為加權(quán)因子，0.25〈 λ〈1，本發(fā)明建議取為λ=0.99;接著根據(jù)式(6)計(jì)算矩陣？“!!)；再根據(jù)式(7)計(jì)算ei (η)，其中R11 (n) =Rsirt (η)，最后根據(jù)式(8)計(jì)算Wi (η);然后計(jì)算下一個(gè)訓(xùn)練序列下的值，知道達(dá)到迭代次數(shù)為止，此時(shí)獲得的Wi即為最終的檢測(cè)矩陣；然后根據(jù)式
(9)估計(jì)出發(fā)送信號(hào)- ;在實(shí)際檢測(cè)中，在每一個(gè)訓(xùn)練序列下-、《2是同時(shí)并行計(jì)算的，最終同時(shí)計(jì)算出Sl、S2，完成信號(hào)檢測(cè)。
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種用于電力線通信的多輸入多輸出信號(hào)檢測(cè)方法，其特征在于:發(fā)送端在發(fā)送信號(hào)序列之前，需要發(fā)送長(zhǎng)度為iter的訓(xùn)練序列，iter也是算法迭代次數(shù)，100〈iter〈200 ;在接收端，首先進(jìn)行初始化，即Wi(O)=O, Pi(O)=S I，其中P為計(jì)算過(guò)程中所需要的矩陣，I為NXN的單位陣，N為接收天線數(shù)，此處為2X2的單位陣，δ取IO6;然后在訓(xùn)練序列的每個(gè)值下更新Wi,即在第η個(gè)訓(xùn)練序列下先根據(jù)分?jǐn)?shù)低階相關(guān)的定義計(jì)算SiOi)與!T1 (n) >T1 (η)與!T1 (η)、r2 (η)與!T1 (η)的ρ階分?jǐn)?shù)低階相關(guān)Rsirl (η)、Rrlrl (η)和Rr2rl (η);然后根據(jù)式(5)計(jì)算矩陣 Mn)，其中，rp (n) = [Rrlrl (n) Rr2rl (η) ]τ, λ 為加權(quán)因子，0.25〈 λ〈1，λ =0.99 -M著根據(jù)式(6)計(jì)算矩陣Pi (η);再根據(jù)式(7)計(jì)算ei (η)，其中R11 (n) =Rsirt (η)，最后根據(jù)式(8)計(jì)算Wi (η);然后，依次用訓(xùn)練序列各個(gè)值按照同樣方式計(jì)算，直到達(dá)到迭代次數(shù)iter為止，此時(shí)獲得的Wi即為最終的檢測(cè)矩陣；然后根據(jù)式(9)估計(jì)出發(fā)送信號(hào)Si ;在每一個(gè)訓(xùn)練序列下、W2是同時(shí)并行計(jì)算的，最終同時(shí)計(jì)算出Sl、S2，完成信號(hào)檢測(cè)； 所述式(5)為
【文檔編號(hào)】H04L1/00GK103457701SQ201310365330
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】陳喆, 殷福亮, 耿曉馥 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)