联合合并多分支可调观察窗口长度均衡检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及无线通信中的协作通信技术领域，具体的说是一种用于协作通信中，能有效合并处理来自于源节点和多个中继节点的接收信号，并显著提高系统性能的自适应的联合合并多分支可调观察窗口长度均衡检测方法及装置，其特征在于对来自源节点和M（M≥1）个中继节点的M+1分支的信号进行下述处理：每一分支的输出信号先经模数转换进行采样，采样后的信号经由相应的抽头系数加权，而后相加作为该分支的输出，将各分支的输出相加获得最终输出，值得注意的是各分支的权值在训练阶段使用训练序列进行联合调整，且各分支观察窗口长度能根据每分支的具体信道包络调整至最优观察窗口长度。

Method and device for detecting and balancing length of combined merging multi branch adjustable observation window

The present invention relates to cooperative communication technology in the field of mobile communication, in particular for cooperative communication, can effectively merge processing the received signal from the source node and multiple relay nodes, and significantly improve the system performance of the combined with adaptive multi branch adjustable observation window length balanced detection method and the device characterized from the source node and the M (M = 1) M+1 signal branch relay nodes for the following processing: the output signal of each branch after ADC sampling, after sampling the signal through the tap coefficient weighted accordingly, and then added as the output of the branches, each branch will be added to output to obtain the final output, it is worth noting that the branch weights using training sequence for joint adjustment in the training phase, and each branch window length according to each branch The specific channel envelope is adjusted to the length of the optimal observation window.

【技术实现步骤摘要】
联合合并多分支可调观察窗口长度均衡检测方法及装置
本专利技术涉及无线通信中的协作通信
，具体的说是一种用于协作通信中，能够有效合并处理来自于源节点和多个中继节点的接收信号，并显著提高系统性能的自适应的联合合并多分支可调观察窗口长度均衡检测方法及装置。
技术介绍
协作无线通信技术不需每个节点包含多个天线即可实现协作分集，其借助于各邻近节点共享彼此的天线，进行协作发送，从而形成一种类似多天线发送的虚拟天线阵列，使得协作通信融合了分集技术与中继传输技术的优势，可获得多天线和多跳传输的性能增益。依赖于中继协作的策略，中继网络一般可分为解码转发(DF)和放大转发(AF)网络。在这两个策略中，AF策略因在中继端有较少的计算负荷，从而在实际系统中更具吸引力。协作通信的优势之一是能在目的节点端提高有效信噪比(SNR)，因而能获得更好的系统性能。对协作无线通信来说，源节点发送的信息经不同的传输路径到达目的节点，其中一种是源节点直接传输到目的节点，其它为经由中继节点到达目的节点。因此，系统性能部分依赖于对来自于源节点和中继节点信号的合并处理技术。目前已存在大量针对合并处理技术的研究，如最大比合并(MRC)、选择合并(SC)和开关转换分集合并(SDC)，这些方案均假设在目的节点端，所有节点间的信道状态信息(CSI)是已知的，且信道为频率平衰落信道。然而，在高速无线通信应用中，传输带宽大于信道的相关带宽，使得信道具有频率选择性。对于协作通信网络中的高速通信应用，现有的用于频率平衰落信道的技术需要改进，或提出新技术以消除频率选择性信道的影响。目前已提出一种分数间隔2分支固定观察窗口长度(FOWL)均衡检测器，其合并处理了来自于两个独立信道的输入信号，一个是频率选择性信道(假设来自于中继)，另一个为高斯信道(假设来自于源节点)。该检测器的设计基于最小均方误差(MMSE)标准实现，但检测器的抽头系数向量基于所有节点间CSI已知的前提下利用正交定理理论推导得出(未给出自适应算法)。但实际上，在目的节点端，所有节点间的CSI均是未知的，来自于源节点的信道也可能是频率选择性信道，且更多的节点可能参与到协作通信中。因此，需要考虑改进二分支FOWL均衡检测器以使之可处理这些情况。此外，无线信道具有环境相关性(例如，建筑物的几何布局)，因为所处环境不同，不同节点间的信道包络也是不同的。观察窗口长度(OWL)对均衡检测器的误码率性能来说是一个重要的参数，能获得最优误码率性能所需的最优OWL依赖于具体的信道包络，因而对于不同的信道包络，所需的最优OWL是不同的。特别是对于实际的协作通信系统，目的节点对节点间的信道包络是未知的，因而最优OWL不能预先获得。为了取得更好的误码率性能，均衡检测器需要具备根据相应于每一分支的具体信道包络自适应调整每一分支OWL的能力。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足，提出了一种用于协作通信中，能够有效合并处理来自于源节点和多个中继节点的接收信号，并显著提高系统性能的自适应的联合合并多分支可调观察窗口长度均衡检测方法及装置。本专利技术可以通过以下措施达到：一种联合合并多分支可调观察窗口长度均衡检测方法，其特征在于对来自源节点和M（M≥1）个中继节点的M+1分支的信号进行下述处理：每一分支的输出信号先经模数转换进行采样，采样后的信号经由相应的抽头系数加权，而后相加作为该分支的输出，将各分支的输出相加获得最终输出，各分支的抽头系数权值在训练阶段使用训练序列进行联合调整。本专利技术中来自源节点的接收信号记为rSD（k），来自中继节点的接收信号记为rRiD（k），其中1≤i≤M，M+1个支路的接收信号经A/D转换后分别记为rSD（n），rR1D（n）……rRiD（n），M+1个支路信号分别被送入M+1个采用FIR滤波结构的子均衡器中进行均衡处理，使经A/D采样后的信号经由相应的抽头系数加权，其中接收信号rSD（k）和rRiD（k）的信号向量记为：其中m表示子均衡器的观察窗口长度，Tf表示子均衡器的比特符号持续时间，Ts表示A/D的采样周期；设在比特符号持续时间内的采样形成一个处理单元，l表示在观察窗口内的处理单元数；与uSD（n）和uRiD(n)相对应的抽头系数向量定义如下其中cSD(n)和cRiD(n)的初始值为ci=[0，0，…，0]T，m表示观察窗口长度，进一步，引入(M+1)m维行向量：与(M+1)m维列向量：（12），则M+1条支路的输出分别记为ySD（n），yRiD（n），其中1≤i≤M，合并后最终输出的信号y（n）=ySD（n）+yR1D（n）+……+yRMD（n），对M+1个子均衡器的抽头系数进行自适应联合调整更新，则最终输出受下式的制约：（13）本专利技术中关注对发送符号的估计，而不是对抽头系数向量的估计，因此在自适应联合调整处理过程中定义误差为其中d（n）表示由源节点发送的数据符号，表示对d（n）的估计，基于最小化干扰原理，则本专利技术的最终设计目的可表述为如下的约束化最优问题：最小化抽头系数向量增量的欧式范数并受制于以下对联合合并多分支(JCMB)FOWL均衡检测器输出的约束条件其中表示欧式范数，式(19)逼近于(13)。本专利技术中最优标准的含义如下：给定输入信号向量u（n），抽头系数向量应以最小(最小均方意义上)方式由c（n）变为c（n+1），以使得由更新抽头系数c（n+1）滤波的输出u（n）c（n+1）将等于d（n），应满足约束条件(13)，因所提检测器的目的是联合合并处理来自于源节点和多个中继节点的信号，获得对发送信号的估计，为了解决这个约束最优问题，设所提检测器的代价函数为：其中，为拉格朗日乘子，表示欧式范数的平方运算，令代价函数(20)对c（n+1）求导，并令求导结果为零，可得：将(21)代入式(19)以获得未知乘子，有为克服梯度噪声放大问题，引入参数，合并式(21)和(22)的结果，可得出基于MMSE标准的对线性估计：的自适应联合合并处理算法：其中μ和δ均为正常数，与用于点对点通信的单分支均衡检测器不同，本专利技术中抽头系数向量(cSD（n）和)和合并处理基于MMSE标准联合选择。本专利技术还包括对M+1多路分支可调观察窗窗口长度的调整，具体为：令分支i的稳态观察窗口长度为Li，和分别表示相应的稳态抽头系数向量和输入信号向量，n表示离散时间索引，则该分支分段稳态误差SSE定义为：其中d（n）表示期望信号，，和分别为抽头系数向量和输入信号向量的前M个值，均方SSE定义为为完成对观察窗口长度调整，首先设定OWL调整的代价函数，每一分支搜索最优OWL的代价函数定义为其中和为取值很小的正常数，根据系统需要预设。和分别表示相应于S-D和Ri-D分支的OWL为LSD和LRiD时的稳态均方SSE，和分别表示S-D和Ri-D分支的稳态均方SSE：其中各个分支的不同输出可用以计算相应的误差信号：采用梯度法基于标准(26)和(27)获得相应的OWL，但OWL必须为整数，这约束了OWL的自适应调整，为了解决此问题，采用伪分数OWL(PF-OWL)概念以使得能瞬时调整OWL，这时观察窗口长度不再局限于整数，直到PF-OWL累积到一定程度，真实的OWL才发生改变，基于代价函数(26)和(27)，可得基于MMSE标准的JCM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联合合并多分支可调观察窗口长度均衡检测方法，其特征在于对来自源节点和M(M≥1)个中继节点的M+1分支的信号进行下述处理：每一分支的输出信号先经模数转换进行采样，采样后的信号经由相应的抽头系数加权，而后相加作为该分支的输出，将各分支的输出相加获得最终输出，各分支的权值在训练阶段使用训练序列进行联合调整；来自源节点的接收信号记为r

【技术特征摘要】
1.一种联合合并多分支可调观察窗口长度均衡检测方法，其特征在于对来自源节点和M(M≥1)个中继节点的M+1分支的信号进行下述处理：每一分支的输出信号先经模数转换进行采样，采样后的信号经由相应的抽头系数加权，而后相加作为该分支的输出，将各分支的输出相加获得最终输出，各分支的权值在训练阶段使用训练序列进行联合调整；来自源节点的接收信号记为rSD(k)，来自中继节点的接收信号记为其中1≤i≤M，M+1支路的接收信号经A/D转换后分别记为M+1支路信号分别被送入M+1个采用FIR滤波结构的子均衡器中进行均衡处理，使经A/D采样后的信号经由相应的抽头系数加权，其中接收信号rSD(k)和的信号向量记为：uSD(n)＝[rSD(n-1)，rSD(n-2)，…，rSD(n-m)]m＝lTf/Ts，其中m表示子均衡器的观察窗口长度，Tf表示子均衡器的比特符号持续时间，Ts表示A/D的采样周期；设在比特符号持续时间内的采样形成一个处理单元，l表示在观察窗口内的处理单元数；与uSD(n)和相对应的抽头系数向量定义如下cSD(n)＝[cSD，n1，cSD，n2，…，cSD，nm]T其中cSD(n)和的初始值为ci＝[0，0，…，0]T，m表示观察窗口长度，进一步，引入(M+1)m维行向量：与(M+1)m维列向量：则M+1条支路的输出分别记为ySD(n)，其中1≤i≤M，ySD(n)＝uSD(n)cSD(n)合并后最终输出的信号在此过程中由自适应调整器分别对M+1路的输出分别更新抽头系数，使最终输出受下式的制约：2.根据权利要求1所述的一种联合合并多分支可调观察窗口长度均衡检测方法，其特征在于关注对发送符号的估计，而不是对抽头系数向量的估计，因此在自适应调整处理过程中定义误差为：其中d(n)表示由源节点发送的数据符号，表示对d(n)的估计，基于最小化干扰原理，最小化抽头系数向量增量的欧式范数：||Δc(n)||＝||c(n+1)-c(n)||2并受制于以下约束条件：其中||·||表示欧式范数。3.根据权利要求2所述的一种联合合并多分支可调观察窗口长度均衡检测方法，其特征在于还包括对M+1多路分支可调观察窗窗口长度的调整，具体为：令分支i的稳态观察窗口长度为Li，和分别表示相应的稳态抽头系数向量和输入信号向量，n表示离散时间索引，则该分支分段稳态误差SSE定义为：其中d(n)表示期望信号，1≤M≤Li，和分别为抽头系数向量和输入信号向量的前M个值，均方SSE定义为为完成对观察窗口长度调整...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志勇，张钦宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37