專利名稱：采用Kalman濾波器進(jìn)行聯(lián)合檢測的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到無線移動(dòng)通訊系統(tǒng)的多用戶檢測過程中，采用Kalman濾波器進(jìn)行聯(lián)合檢測的方法及裝置。
背景技術(shù)：
無線移動(dòng)通訊系統(tǒng)的多用戶檢測是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過對多個(gè)用戶的信號同時(shí)進(jìn)行檢測，把各個(gè)用戶的信號分離出來，降低或消除多址干擾，以改善系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)的容量?，F(xiàn)有的多用戶檢測技術(shù)通常利用多個(gè)用戶的碼元、時(shí)間、信號幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測單個(gè)用戶的信號，因此，多用戶檢測又常被稱為聯(lián)合檢測。而將具有聯(lián)合檢測功能的裝置稱為聯(lián)合檢測器。
目前，無線移動(dòng)通訊系統(tǒng)中使用的聯(lián)合檢測器采用了迫零線性塊均衡的聯(lián)合檢測技術(shù)，該技術(shù)通過用戶碼字、信道沖擊響應(yīng)等先驗(yàn)信息，對用戶信號進(jìn)行無偏估計(jì)，迫使碼間干擾(簡稱為ISI)和多址干擾(簡稱為MAI)為零，在很大程度上排除了ISI和MAI的影響，從而較為準(zhǔn)確的估計(jì)出信號。但是，迫零線性塊均衡的聯(lián)合檢測技術(shù)存在兩個(gè)明顯的缺陷(1)沒有考慮噪聲的影響，從而在頻譜為零的地方放大了噪聲；(2)只有在眼圖張開的地方才能降低碼間干擾(ISI)。
為了提高采用迫零線性塊均衡技術(shù)聯(lián)合檢測器的性能又提出了最小均方誤差線性均衡技術(shù)，該技術(shù)在迫零相關(guān)檢測器后面加上了維納濾波器。該技術(shù)考慮了背景噪聲的影響，并利用接收信號的功率值，使實(shí)際數(shù)據(jù)和聯(lián)合檢測器輸出的判決變量之間的均方差最小。該技術(shù)的性能雖然比迫零線性塊均衡的聯(lián)合檢測技術(shù)有所提高，但缺點(diǎn)是必須對信號的幅度和噪聲方差進(jìn)行估計(jì)，在較大程度上增加了檢測過程的復(fù)雜程度，至今未在無線移動(dòng)通訊系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用。
另外，現(xiàn)有的迫零線性塊均衡聯(lián)合檢測技術(shù)需要一定的先驗(yàn)信息，需要使用訓(xùn)練序列，需要占用無線資源(通常，將不需要先驗(yàn)信息進(jìn)行聯(lián)合檢測的方式，稱之為盲檢測)。再有，由于無線通訊系統(tǒng)中使用的無線資源較多，實(shí)際信道情況較為復(fù)雜，現(xiàn)有技術(shù)采用訓(xùn)練序列來準(zhǔn)確估計(jì)信道情況也較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)聯(lián)合檢測器采用迫零線性塊均衡的聯(lián)合檢測技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提出一種在無線移動(dòng)通訊系統(tǒng)的多用戶檢測過程中，采用Kalman濾波器進(jìn)行聯(lián)合檢測的方法及裝置。本發(fā)明方法及裝置充分利用Kalman濾波器的自適應(yīng)特點(diǎn)，在聯(lián)合檢測過程中可以使信道預(yù)測誤差和接收數(shù)據(jù)的均方誤差同時(shí)達(dá)到最小，使得信道估計(jì)更為精確。同時(shí)，本發(fā)明方法及裝置還充分利用Kalman濾波器所具有的良好的迭代運(yùn)算能力和自適應(yīng)性，在不需要先驗(yàn)信息的情況下估計(jì)出信道，即實(shí)現(xiàn)所謂的盲檢測，由此，可以節(jié)約部分資源用于擴(kuò)展擴(kuò)頻碼，從而得到更多碼道，容納更多的用戶。
Kalman濾波器作為一種基于信號狀態(tài)空間的自適應(yīng)MMSE濾波器，除具有維納濾波器的基本性能外，還具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)適用于非平穩(wěn)信號的情況。Kalman濾波器的檢測參數(shù)不是固定不變的，可以按照預(yù)定的方式根據(jù)接收到的信息調(diào)整檢測參數(shù)，使得檢測結(jié)果與接收的信號隨時(shí)保持一致，即所謂的自適應(yīng)性。(2)可以在不需要先驗(yàn)信息的情況下進(jìn)行盲檢測。由于Kalman濾波器具有良好的迭代運(yùn)算性能，并具有自適應(yīng)性，所以可以在不需要先驗(yàn)信息的情況下進(jìn)行信道估計(jì)，即所謂盲檢測。
本發(fā)明方法采用Kalman濾波器進(jìn)行無線移動(dòng)通訊系統(tǒng)的聯(lián)合檢測，采用與Kalman濾波器檢測方程形式一致的矩陣方程式表述接收信號并對其進(jìn)行估算，采用與Kalman濾波器轉(zhuǎn)移方程形式一致的矩陣方程式表述預(yù)測發(fā)送信號d并對其進(jìn)行估算，根據(jù)訓(xùn)練系列或信號估算對由矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整。
本發(fā)明方法采用與Kalman濾波器檢測方程形式一致的矩陣方程式表述接收信號并對其進(jìn)行估算的步驟包括
接收信號矩陣方程式為e[n]＝A[n]·d[n]+n(1.1)式中e為接收機(jī)接收的總信號向量，A為擴(kuò)頻序列與信道沖擊響應(yīng)的卷積函數(shù)構(gòu)造出的矩陣，d所有用戶輸入序列向量組成的輸入矩陣，n為噪聲向量，方括號里小寫的n表示第n個(gè)步驟或時(shí)刻。
本發(fā)明方法采用與Kalman濾波器轉(zhuǎn)移方程形式一致的矩陣方程式表述預(yù)測發(fā)送信號d并對其進(jìn)行估算的步驟包括發(fā)送信號d的預(yù)測矩陣方程式為d^[n]=MA[n]·d[n]+Mn=F·d+Mn---(1.2)]]>=F‾·d+F~·d+Mn]]>式中狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程矩陣F＝MA， 是該矩陣對角線元素組成的矩陣， 是該矩陣非對角線元素組成的矩陣，M為接收機(jī)匹配濾波器矩陣，A為擴(kuò)頻序列與信道沖擊響應(yīng)的卷積函數(shù)構(gòu)造出的矩陣，d所有用戶發(fā)送序列向量組成的輸入矩陣，n為噪聲向量，方括號里小寫的n表示第n個(gè)步驟或時(shí)刻。需要說明的是矩陣d相對于發(fā)射端而言可稱之為發(fā)送序列，而相對于接收端來說，則可稱之為輸入序列。
本發(fā)明方法根據(jù)訓(xùn)練序列對由矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整的步驟包括接收信號的訓(xùn)練序列部分表示為emid=Σk=1Kh(k)mk+nmid]]>采用B-1表示由訓(xùn)練序列向量構(gòu)成的矩陣，則上式可以改寫成emid＝B-1n+nmid(1.3)由式(1.3)可以得到信道沖擊響應(yīng)的估計(jì)值為hest＝Bemid(1.4)根據(jù)式(1.4)利用擴(kuò)頻序列與沖擊響應(yīng)的卷積函數(shù)構(gòu)造出矩陣A，得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程矩陣F
F=MA=(AHRn-1A)‾-1AHRn-1A,]]>預(yù)測狀態(tài)誤差的相關(guān)矩陣K在循環(huán)迭代中可以通過矩陣A計(jì)算出來，由此，預(yù)測出由矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值并進(jìn)行調(diào)整。
本發(fā)明方法根據(jù)信號估算對由矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整的步驟主要包括1、對接收信號或信道描述矩陣A進(jìn)行正交分解，即所謂正交分解；2、通過自適應(yīng)迭代得到信道估計(jì)偏差最小值，再應(yīng)用最小二乘法通過前述最小值獲得最小均方誤差的信號估計(jì)值，即所謂誤差預(yù)測；3、采用自適應(yīng)迭代方法根據(jù)前一步對發(fā)送信號的預(yù)測，估計(jì)出本步可能的接收信號，即所謂信道模擬；4、通過對上一步的正交分解信號、信道模擬向量與正交分量疊加后的信號、預(yù)測狀態(tài)誤差相關(guān)矩陣的輸出信號、發(fā)送信號和信道矩陣的輸出信號的運(yùn)算，得到抽頭權(quán)值的控制信號并對抽頭權(quán)值進(jìn)行調(diào)整，即所謂權(quán)值調(diào)整。
本發(fā)明方法對接收信號或信道描述矩陣A進(jìn)行正交分解，可采用直接將矩陣A分解為正交矩陣的方式，也可以采用借助傅立葉變換進(jìn)行正交分解的方式。
本發(fā)明方法通過自適應(yīng)迭代得到信道估計(jì)偏差最小值，再應(yīng)用最小二乘法通過前述最小值獲得最小均方誤差的信號估計(jì)值，使信道估計(jì)誤差和信號檢測均方誤差同時(shí)達(dá)到最小。
本發(fā)明裝置采用Kalman濾波器作為聯(lián)合檢測器的主要部件(或稱單元)，包括1、具有計(jì)算信號估計(jì)量功能的信號估計(jì)單元(101)，2、具有計(jì)算接收信號估計(jì)值功能的接收估計(jì)單元(102)，3、具有是計(jì)算觀察向量估計(jì)值功能的觀察向量單元(103)，4、具有進(jìn)行信道估計(jì)功能的反饋單元(104)；或者包括
1、具有正交分解功能的正交分解單元(50)，又包括對接收信號做正交分解的信號正交分解單元(501)和對信道特征描述矩陣A進(jìn)行正交分解的A正交分解單元(502)，2、具有通過反饋的前一段時(shí)間的信號估計(jì)和預(yù)測誤差來估計(jì)出需要解調(diào)的信號并恢復(fù)發(fā)送信號功能的預(yù)測單元(20)，3、具有對信道條件進(jìn)行盲檢測功能的反饋單元(30)，4、具有通過接收信號、估計(jì)信號等估計(jì)出信道狀態(tài)對抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整的自適應(yīng)調(diào)整單元(401)。
本發(fā)明裝置組成Kalman濾波器聯(lián)合檢測器的各主要部件(或稱單元)可以是相互獨(dú)立的，也可以是相互組合的。


圖1是本發(fā)明所述采用Kalman濾波器的聯(lián)合檢測器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所述采用Kalman濾波器的盲檢測聯(lián)合檢測器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明采用Kalman濾波器的聯(lián)合檢測方法及裝置作進(jìn)一步的說明。
首先，對本說明書中將要涉及到的符號做一個(gè)簡要的說明h(k)為某一時(shí)刻第K個(gè)用戶信道的沖擊響應(yīng)向量；d(k)為用戶k輸入序列向量；所有用戶輸入序列向量組成輸入矩陣d；e為接收機(jī)接收的總信號向量；n為噪聲向量；A為擴(kuò)頻序列與信道沖擊響應(yīng)的卷積函數(shù)構(gòu)造出的矩陣M為接收機(jī)匹配濾波器矩陣，該匹配濾波器的具體形式可以是M=(AHRn-1A)‾-1AHRn-1,]]>其中Rn是噪聲向量n的協(xié)方差矩陣，Rn＝E{nnH}；m為訓(xùn)練序列組成的向量矩陣；
K為預(yù)測狀態(tài)誤差的相關(guān)矩陣；F為狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程矩陣。
為采用Kalman濾波器進(jìn)行聯(lián)合檢測，采用與Kalman濾波器檢測方程形式一致的矩陣方程式表述接收信號并對其進(jìn)行估算接收信號矩陣方程式為e[n]＝A[n]·d[n]+n(1.1)顯然，該方程與Kalman濾波器的檢測方程的形式一致。
采用與Kalman濾波器轉(zhuǎn)移方程式形式一致的矩陣方程式表述預(yù)測發(fā)送信號d并對其進(jìn)行估算，對于發(fā)送信號d的預(yù)測矩陣方程式為d^[n]=MA[n]·d(n)+Mn=F·d+Mn---(0.1)]]>=F‾·d+F~·d+Mn]]>式(1.2)中，狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程矩陣F＝MA， 是該矩陣對角線元素組成的矩陣， 是該矩陣非對角線元素組成的矩陣。式(1.2)中最后一個(gè)等號的后三項(xiàng)分別表示期望信號項(xiàng)、干擾項(xiàng)和噪聲項(xiàng)。
顯然，式(1.2)的形式與Kalman濾波器轉(zhuǎn)移方程式的形式一致(一般情況下，Kalman濾波器前向預(yù)測矩陣的方程式為x(n+1)＝F(n+1，n)x(n)+v1(n)，其中F(n+1，n)是狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，v1(n)是噪聲項(xiàng))。
由于狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程矩陣F＝MA含有信道沖擊響應(yīng)h(k)的信息，這樣在衰落信道中與沖擊響應(yīng)相關(guān)的矩陣A、K和F均是隨時(shí)間變化的，因此，可根據(jù)訓(xùn)練系列或信號估算對上述矩陣構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)整。
本發(fā)明方法對矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整方式可以有兩種一是根據(jù)訓(xùn)練序列對矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整，二是根據(jù)信號估算對矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整。
根據(jù)訓(xùn)練序列對矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)整的方法包括
接收信號的訓(xùn)練序列部分可以表示為emid=Σk=1Kh(k)mk+nmid]]>采用B-1表示由訓(xùn)練序列向量構(gòu)成的矩陣，則上式可以改寫成emid＝B-1n+nmid(1.3)由式(1.3)可以得到信道沖擊響應(yīng)的估計(jì)值為hest＝Bemid(1.4)根據(jù)式(1.4)利用擴(kuò)頻序列與沖擊響應(yīng)的卷積函數(shù)構(gòu)造出矩陣A，得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程矩陣FF=MA=(AHRn-1A)‾-1AHRn-1A,]]>預(yù)測狀態(tài)誤差的相關(guān)矩陣K在循環(huán)迭代中可以通過矩陣A計(jì)算出來，由此，可以通過訓(xùn)練序列預(yù)測出由矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值并進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)整。
附圖1是本發(fā)明所述采用Kalman濾波器的聯(lián)合檢測器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，101，102，103，104分別表示采用Kalman濾波器的聯(lián)合檢測器的4個(gè)子濾波器(也稱為單元)。附圖1所示的聯(lián)合檢測器實(shí)施例中，矩陣K(n)定義為預(yù)測狀態(tài)誤差的相關(guān)矩陣，數(shù)值上表示為E{ε(n，n-1)εH(n，n-1)}，并按照差分方程進(jìn)行迭代計(jì)算。接口a的輸入是接收信號中與訓(xùn)練序列相關(guān)部分，也可以是其他與訓(xùn)練序列相關(guān)的信息。
信號估計(jì)單元101的功能是計(jì)算信號估計(jì)量。該單元以接收信號和預(yù)測信號之差得到的誤差信號作為輸入，與預(yù)測狀態(tài)誤差向量矩陣K相乘，得到信號修正量，將修正量與預(yù)測信號相加即為信號估計(jì)量。
接收估計(jì)單元102的功能是計(jì)算接收信號的估計(jì)值。該單元的輸入為觀測向量的估計(jì)值，經(jīng)過信道沖擊響應(yīng)模型的濾波器后輸出為接收信號的估計(jì)值。
觀察向量單元103的功能是計(jì)算觀察向量的估計(jì)值。該單元的輸入為當(dāng)前的觀察向量，通過與矩陣A相乘，得到下一步觀察向量的估計(jì)值。
反饋單元104的功能是進(jìn)行信道估計(jì)。該單元根據(jù)訓(xùn)練序列進(jìn)行信道估計(jì)，從而自適應(yīng)地調(diào)整單元101、102或103濾波器的抽頭權(quán)值。
顯然，上述聯(lián)合檢測器的各主要部件(或稱單元)可以是相互獨(dú)立的，也可以是相互組合的。
根據(jù)信號估算對矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)整的方法包括(由于該方法不需要訓(xùn)練序列進(jìn)行預(yù)測抽頭權(quán)值，因此，通常被稱為盲檢測。)1、正交分解將接收信號或信道描述矩陣A正交分解為用戶特性序列(例如沿著擴(kuò)頻、擾碼序列向量的方向)和正交分量(分別簡稱為用戶特征分量和正交分量)，可采用直接將矩陣A分解為正交矩陣的方式，也可以采用借助傅立葉變換進(jìn)行正交分解的方式。例如先做傅立葉變換，再做矩陣分解，再進(jìn)行傅立葉反變換，從而將矩陣A分為兩個(gè)正交分量。
2、誤差預(yù)測通過自適應(yīng)迭代得到信道估計(jì)偏差最小值，并將這個(gè)最小值作為信道沖擊響應(yīng)的參數(shù)，再通過這個(gè)參數(shù)應(yīng)用最小二乘法獲得最小均方誤差的信號估計(jì)值。誤差預(yù)測通過反饋的前一段時(shí)間的信號估計(jì)和預(yù)測誤差來估計(jì)出需要解調(diào)的信號并恢復(fù)發(fā)送的信號，其目的是保證接收信號與預(yù)測接收信號的均方誤差最小。
誤差矢量ε(n)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為ε(n)＝e(n)-ê(n|n-1)式中e(n)表示輸入信號，ê(n|n-1)表示預(yù)測的接收信號。
采用預(yù)測狀態(tài)誤差的相關(guān)矩陣K(n)輸出信號預(yù)測的修正量，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮使K(n)通過盡可能少的迭代步驟就能夠使均分誤差最小。K(n)是每一步預(yù)測都需要更新，直到收斂。K(n)的新的取值與上一步的K(n-1)、信道描述向量C(n-1)相關(guān)。同時(shí)，其抽頭權(quán)值調(diào)整矩陣B(n)的輸出信號f的控制。
3、信道模擬采用信道模擬矩陣C(n)根據(jù)前一步對發(fā)送信號 的預(yù)測，估計(jì)出本步可能的接收信號ê(n|n-1)。信道模擬矩陣C(n)采用自適應(yīng)迭代的方法實(shí)現(xiàn)每一步更新，由前一步信道模擬向量C(n)和自適應(yīng)調(diào)整的修正值確定本步的信道模擬矩陣。這樣每一步更新可以基本與外界信道條件保持一致。
自適應(yīng)調(diào)整修正值的通過計(jì)算權(quán)值調(diào)整矩陣B(n)的輸出信號f得出。
4、權(quán)值調(diào)整采用權(quán)值調(diào)整矩陣B(n)，通過對上一步的正交分解信號、信道模擬向量C(n)與正交分量疊加后的信號、預(yù)測狀態(tài)誤差相關(guān)矩陣K(n)的輸出信號、發(fā)送信號和信道矩陣A輸出信號的運(yùn)算后，輸出控制信號f，用于調(diào)整誤差相關(guān)矩陣K(n)和信道模擬矩陣C(n)的抽頭權(quán)值，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)整。
附圖2是本發(fā)明所述采用Kalman濾波器的盲檢測聯(lián)合檢測器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該實(shí)施例檢測器主要包括四個(gè)部分正交分解單元(50)、預(yù)測單元(20)、反饋單元(30)和自適應(yīng)調(diào)整單元(401)。下面分別對這4個(gè)單元的功能及原理做一個(gè)簡要的介紹。
正交分解單元(50)的正交分解的功能是將接收信號或信道描述矩陣A分為用戶特性序列(例如沿著擴(kuò)頻、擾碼序列向量的方向)及其正交分量。這兩個(gè)分量分別簡稱為用戶特征分量和正交分量。如果將接收信號正交分解后得到兩個(gè)分量進(jìn)行合并，就能恢復(fù)出原來的信號。因此，正交單元(50)又包括對接收信號做正交分解的信號正交分解單元(501)和對信道特征描述矩陣A進(jìn)行正交分解的A正交分解單元(502)。由于無線系統(tǒng)信號復(fù)雜，正交分解是將復(fù)雜的信息分解為相對簡單的信息從而降低計(jì)算量。
由于接收信號正交分解后兩個(gè)分量的處理方式完全一致，為簡便起見在附圖2中及以后的敘述中僅以正交分量為例進(jìn)行描述。
矩陣A正交分解得到的正交分量在附圖2中分別用As和Ac表示。矩陣A正交分解的處理方法可以采用直接將矩陣A分解為正交矩陣的方式，也可以采用借助傅立葉變換進(jìn)行正交分解的方式。例如先做傅立葉變換，再做矩陣分解，再進(jìn)行傅立葉反變換，從而將矩陣A分為兩個(gè)正交分量。
預(yù)測單元(20)的功能是通過反饋的前一段時(shí)間的信號估計(jì)和預(yù)測誤差來估計(jì)出需要解調(diào)的信號并恢復(fù)發(fā)送的信號，其目標(biāo)是保證接收信號與預(yù)測接收信號的均方誤差最小。以附圖2中a’點(diǎn)的輸入信號e(n)做為預(yù)測單元(20)的輸入信號。該信號減去預(yù)測的接收信號ê(n|n-1)后得到誤差矢量ε(n)對應(yīng)于附圖2中a點(diǎn)。預(yù)測狀態(tài)誤差的相關(guān)矩陣K(n)的功能是輸出信號預(yù)測的修正量，它的設(shè)計(jì)原則是經(jīng)過盡量短的迭代步驟使均分誤差最小。K(n)是每一步預(yù)測都需要更新的，直到收斂。K(n)新的取值與上一步的K(n-1)，信道描述向量C(n-1)相關(guān)，同時(shí)其抽頭權(quán)值受到自適應(yīng)調(diào)整單元B(n)的輸出信號f的控制。該調(diào)整信號與上一步預(yù)測信號 相加就得到本步預(yù)測信號 反饋單元(30)的功能是對信道條件進(jìn)行盲檢測，估計(jì)出下一步的接收信號。反饋單元(30)與用戶特性序列的正交分量相關(guān)，它模擬了信道特性，其目的是使模擬信道條件最接近于真實(shí)信道條件。反饋單元(30)根據(jù)前一步對發(fā)送信號 的預(yù)測，估計(jì)出本步可能的接收信號ê(n|n-1)。反饋單元(30)的關(guān)鍵部件是信道模擬器(301)，用矩陣C(n)表示。它的作用是模擬信道條件，使模擬的信道與真實(shí)信道情況誤差最小，采用自適應(yīng)迭代的方法每一步更新。C(n)由前一步信道模擬向量C(n)和自適應(yīng)調(diào)整的修正值確定。自適應(yīng)調(diào)整修正值的計(jì)算通過f點(diǎn)的輸出信號產(chǎn)生。
自適應(yīng)調(diào)整單元(401)的功能是通過接收信號、估計(jì)信號等估計(jì)出信道狀態(tài)，調(diào)整Kalman濾波器抽頭的權(quán)值。在循環(huán)迭代中，自適應(yīng)調(diào)整單元(401)對預(yù)測單元(20)中誤差相關(guān)矩陣K(n)(201)和信道模擬矩陣C(n)(301)的抽頭權(quán)值作自適應(yīng)調(diào)整。其輸入為上一步在點(diǎn)a’，a，b，c處信號和信道矩陣A給出的信號d，e；輸出是控制信號f，它用于調(diào)節(jié)誤差相關(guān)矩陣K(n)(201)、信道模擬矩陣C(n)(301)的濾波器抽頭權(quán)值。自適應(yīng)調(diào)整單元可以單獨(dú)存在，也可以在誤差相關(guān)矩陣K(n)(201)、信道模擬矩陣C(n)(301)的部件中實(shí)現(xiàn)其功能。
上述部件誤差相關(guān)矩陣K(n)(201)、信道模擬矩陣C(n)(301)和自適應(yīng)調(diào)整單元(401)(對應(yīng)描述矩陣B(n))具體實(shí)現(xiàn)上可以是濾波器或?yàn)V波器組，權(quán)值在迭代過程中更新，實(shí)現(xiàn)的算法一般遵循最小均方的原則。上述部件的具體結(jié)構(gòu)可以有較大差別，但應(yīng)遵循本發(fā)明中給出的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)則。
顯然，上述聯(lián)合檢測器的各主要部件(或稱單元)可以是相互獨(dú)立的，也可以是相互組合的。
權(quán)利要求
1.一種無線移動(dòng)通訊系統(tǒng)的聯(lián)合檢測方法，采用多個(gè)用戶的碼元、時(shí)間、信號幅度以及相位等信息聯(lián)合檢測單個(gè)用戶的信號，其特征在于采用Kalman濾波器進(jìn)行無線移動(dòng)通訊系統(tǒng)用戶信號的聯(lián)合檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述檢測方法，其特征在于采用與Kalman濾波器檢測方程形式一致的矩陣方程式表述接收信號并對其進(jìn)行估算，采用與Kalman濾波器轉(zhuǎn)移方程形式一致的矩陣方程式表述預(yù)測發(fā)送信號d并對其進(jìn)行估算，根據(jù)訓(xùn)練系列或信號估算對由矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述檢測方法，其特征在于采用與Kalman濾波器檢測方程形式一致的矩陣方程式表述接收信號并對其進(jìn)行估算的步驟包括接收信號矩陣方程式為e[n]＝A[n]·d[n]+n(1.1)式中e為接收機(jī)接收的總信號向量，A為擴(kuò)頻序列與信道沖擊響應(yīng)的卷積函數(shù)構(gòu)造出的矩陣，d所有用戶輸入序列向量組成的輸入矩陣，n為噪聲向量，方括號里小寫的n表示第n個(gè)步驟或時(shí)刻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述檢測方法，其特征在于采用與Kalman濾波器轉(zhuǎn)移方程形式一致的矩陣方程式表述預(yù)測發(fā)送信號d并對其進(jìn)行估算的步驟包括發(fā)送信號d的預(yù)測矩陣方程式為d^[n]=MA[n]·d[n]+Mn=F·d+Mn---(1.2)]]>=F‾·d+F~·d+Mn]]>式中狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程矩陣F＝MA， 是該矩陣對角線元素組成的矩陣， 是該矩陣非對角線元素組成的矩陣，M為接收機(jī)匹配濾波器矩陣，A為擴(kuò)頻序列與信道沖擊響應(yīng)的卷積函數(shù)構(gòu)造出的矩陣，d所有用戶發(fā)送序列向量組成的輸入矩陣，n為噪聲向量，方括號里小寫的n表示第n個(gè)步驟或時(shí)刻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述檢測方法，其特征在于根據(jù)訓(xùn)練序列對由矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整的步驟包括接收信號的訓(xùn)練序列部分表示為emid=Σk=1Kh(k)mk+nmid]]>采用B-1表示由訓(xùn)練序列向量構(gòu)成的矩陣，則上式可以改寫成emid＝B-1n+nmid(1.3)由式(1.3)可以得到信道沖擊響應(yīng)的估計(jì)值為hest＝Bemid(1.4)根據(jù)式(1.4)利用擴(kuò)頻序列與沖擊響應(yīng)的卷積函數(shù)構(gòu)造出矩陣A，得到狀轉(zhuǎn)移方程矩陣FF=MA=(AHRn-1A)‾-1AHRn-1A,]]>預(yù)測狀態(tài)誤差的相關(guān)矩陣K在循環(huán)迭代中可以通過矩陣A計(jì)算出來，由此，預(yù)測出由矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值并進(jìn)行調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述檢測方法，其特征在于根據(jù)信號估算對由矩陣A、K和F構(gòu)成的濾波器的抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整的步驟主要包括①對接收信號或信道描述矩陣A進(jìn)行正交分解，即所謂正交分解；②通過自適應(yīng)迭代得到信道估計(jì)偏差最小值，再應(yīng)用最小二乘法通過前述最小值獲得最小均方誤差的信號估計(jì)值，即所謂誤差預(yù)測；③采用自適應(yīng)迭代方法根據(jù)前一步對發(fā)送信號的預(yù)測，估計(jì)出本步可能的接收信號，即所謂信道模擬；④通過對上一步的正交分解信號、信道模擬向量與正交分量疊加后的信號、預(yù)測狀態(tài)誤差相關(guān)矩陣的輸出信號、發(fā)送信號和信道矩陣的輸出信號的運(yùn)算，得到抽頭權(quán)值的控制信號并對抽頭權(quán)值進(jìn)行調(diào)整，即所謂權(quán)值調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述檢測方法，其特征在于對接收信號或信道描述矩陣A進(jìn)行正交分解，可采用直接將矩陣A分解為正交矩陣的方式，也可以采用借助傅立葉變換進(jìn)行正交分解的方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述檢測方法，其特征在于通過自適應(yīng)迭代得到信道估計(jì)偏差最小值，再應(yīng)用最小二乘法通過前述最小值獲得最小均方誤差的信號估計(jì)值，使信道估計(jì)誤差和信號檢測均方誤差同時(shí)達(dá)到最小。
9.一種無線移動(dòng)通訊系統(tǒng)的聯(lián)合檢測裝置，其特征在于采用Kalman濾波器作為聯(lián)合檢測器的主要部件(或稱單元)，包括①具有計(jì)算信號估計(jì)量功能的信號估計(jì)單元(101)，②具有計(jì)算接收信號估計(jì)值功能的接收估計(jì)單元(102)，③具有是計(jì)算觀察向量估計(jì)值功能的觀察向量單元(103)，④具有進(jìn)行信道估計(jì)功能的反饋單元(104)；或者包括①具有正交分解功能的正交分解單元(50)，又包括對接收信號做正交分解的信號正交分解單元(501)和對信道特征描述矩陣A進(jìn)行正交分解的A正交分解單元(502)，②具有通過反饋的前一段時(shí)間的信號估計(jì)和預(yù)測誤差來估計(jì)出需要解調(diào)的信號并恢復(fù)發(fā)送信號功能的預(yù)測單元(20)，③具有對信道條件進(jìn)行盲檢測功能的反饋單元(30)，④具有通過接收信號、估計(jì)信號等估計(jì)出信道狀態(tài)對抽頭權(quán)值進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整的自適應(yīng)調(diào)整單元(401)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述聯(lián)合檢測裝置，其特征在于組成Kalman濾波器聯(lián)合檢測器的各主要部件(或稱單元)可以是相互獨(dú)立的，也可以是相互組合的。
全文摘要
為解決現(xiàn)有技術(shù)聯(lián)合檢測器采用迫零線性塊均衡的聯(lián)合檢測技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提出一種在無線移動(dòng)通訊系統(tǒng)的多用戶檢測過程中，采用Kalman濾波器進(jìn)行聯(lián)合檢測的方法及裝置。本發(fā)明方法及裝置充分利用Kalman濾波器的自適應(yīng)特點(diǎn)，在聯(lián)合檢測過程中可以使信道預(yù)測誤差和接收數(shù)據(jù)的均方誤差同時(shí)達(dá)到最小，使得信道估計(jì)更為精確。同時(shí)，本發(fā)明方法及裝置還充分利用Kalman濾波器所具有的良好的迭代運(yùn)算能力和自適應(yīng)性，在不需要先驗(yàn)信息的情況下估計(jì)出信道，即實(shí)現(xiàn)所謂的盲檢測，由此，可以節(jié)約部分資源用于擴(kuò)展擴(kuò)頻碼，從而得到更多碼道，容納更多的用戶。
文檔編號H04L1/02GK101090379SQ20071009246
公開日2007年12月19日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者沈潔, 林峰, 任強(qiáng) 申請人:重慶重郵信科(集團(tuán))股份有限公司