一种多天线交通通信网络系统及信号检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多天线交通通信网络系统及信号检测方法。所述系统包括：一种多天线交通通信网络系统，其包括：发送端，其采用多输入多输出系统的空分复用技术，通过在车载节点或路侧节点上安装多根发送天线，利用MIMO信道传输交通通信信号；接收端，其通过在车载节点或路侧节点上安装多根接收天线接收信号，并通过合并各个天线上接收到的信号来联合检测信号；其中，在接收端采用基扩展模型对交通通信信道进行建模，基于该信道模型，采用信道估计方法估计基系数，从而得到信道信息；然后根据得到的信道信息，利用球形检测方法进行信号检测。本发明专利技术公开的上述系统和方法可以有效的降低交通通信网络的传输误码率；有效降低复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种多天线交通通信网络系统及信号检测方法
本专利技术涉及交通通信网络中时频双选信道的信道估计与信号检测技术，特别是涉及无线通信领域的多天线技术和球形检测技术。
技术介绍
交通通信系统通过车与车和车与路边单元之间的有效通信，可为车辆广播路况信息，提供自适应导航等，从而保障车辆行驶的安全性。IEEE802.11p(又称WirelessAccessintheVehicularEnvironment，WAVE)是由IEEE802.11标准修改扩充的通信协议，主要用于车载电子无线通信，以支持高速移动环境中车与车、车与路边单元进行通信。在高速移动的车载环境下除了要提供传统的数据业务外，最主要的是要传送适时的安全与管理消息，以提高车辆运行的安全性。IEEE802.11p通过在物理层上扩大数据帧的保护间隔，使得能可容忍的均方根时延更大，这样可以支持更高的移动速度。然而，IEEE802.11p的数据速率最高为27Mbps，相对于802.11a/g的54Mbps减半，这一数据速率对于当前车辆通信主要传输安全消息和一般数据服务来说基本是够用的，但对于我国交通现状以及发展趋势，这样的原始数据速率显然不够；另外为了提高车辆出行的安全性以及道路的通行能力，交通信息的准确传递及实时交互也是交通通信网络的必然需要。提升交通信息可靠性和传输数据速率最有效的方式就是多天线(MIMO)技术的应用。而MIMO的应用会带来一系列问题，比如说检测复杂度问题。MIMO系统最简单的接收技术是迫零(ZeroForcing，ZF)和最小均方误差(MinimumMeanSquareError，MMSE)检测，这两种检测方法实现简单，但是对于多天线系统，它们只能获得分集阶数(diversityorder)为1，不能达到有效利用MIMO系统优势的目的。而最大似然检测(MaximumLikelihood，ML)方法能够获得最优性能，但是具有很高的计算复杂度，不利于实际应用。
技术实现思路
本专利技术采用MIMO系统的空分复用(SpatialMultiplexing)技术来有效地提高数据传输速率。假设发送天线数为NT，接收天线数为NR，则空分复用阶数(SpatialMultiplexingGain)可表示为：Ns＝min(NT，NR)。即，Ns个数据流可以同时并行传输，从而提高频谱利用率。为此，本专利技术提出了一种多天线交通通信网络系统，其包括：发送端，其采用多输入多输出系统的空分复用技术，通过在车载节点或路侧节点上安装多根发送天线，利用MIMO信道传输交通通信信号；接收端，其通过在车载节点或路侧节点上安装多根接收天线接收信号，并通过合并各个天线上接收到的信号来联合检测信号；其中，在接收端采用基扩展模型对交通通信信道进行建模，基于该信道模型，采用信道估计方法估计基系数，从而得到信道信息；然后根据得到的信道信息，利用球形检测方法进行信号检测。本专利技术还提供了一种利用上述多天线交通通信网络系统接收端的信号检测方法，其包括：步骤S1：初始化阈值d2＝∞，k＝m表示发送信号矩阵中的第k个节点；m＝2NT为发送信号矩阵，NT为发送天线个数；将所有可能的信号星座点建模为树形结构，根据发送天线数目NT建模为2NT层的树结构；根节点为需要检测的信号向量X中的第2NT个元素，每一层的叶子节点为实数调制集合中的星座点，每层表示每根天线上发送信号的实部和虚部信号所有可能的元素；步骤S2：检验k是否等于1；若是，进行步骤S12；若否，进行步骤S3：步骤S3：展开当前节点，生成所有可能的子节点集合T，其中T＝{t1，t2，...，t|T|}，集合中元素需满足不等式sj为当前子节点所代表的星座点；其中，接收信号可以表示为：Y＝HX+W，这里，X为频域OFDM发送信号矩阵，W为频域信道噪声，p＝0，1，…，N-1，N为一个传输信号块内的采样点数，对H进行QR分解得到H＝QR，Z＝QHY，Zi为矩阵Z中第i个元素，ri，j为矩阵R中第i行，j列元素，sj为当前子节点所代表的星座点；步骤S4：按照权重函数的计算值从小到大对所有节点排序，第i个节点的代价函数值为：步骤S5：从第一个子节点元素开始检测，使得sk＝tp，p＝1步骤S6：检查该子节点否为集合T中的节点，若否，进行步骤S12；若是；进行步骤S7；步骤S7：检查目前节点是否为叶子节点即k＝１，若是，进行步骤S8；若否，进行步骤S11；步骤S8：检查该节点累积代价函数值是否小于d2，若是，进行步骤S9；若否，进行步骤S10；步骤S9：将阈值d2更新为该节点累积代价函数值，且为检测到的信号矩阵；步骤S10：转到检查集合T中的下一个节点sk＝tp，即p＝p+1，并执行步骤S6；步骤S11：转到树形结构的下一层节点，即k＝k-1，并转到执行步骤S2：步骤S12：输出存储的向量本专利技术采用球形检测算法，在获得最优系统性能的前提下有效降低交通通信系统接收端的复杂度。而且，为了便于硬件实现，本专利技术提出采用具有固定复杂度的K-best球形检测算法，该算法的计算复杂度不随信道条件的变化而变化，更加有利于工程应用和推广。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：(1)发送端，本专利技术采用多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)系统的空分复用(SpatialMultiplexing)技术，通过在车载节点(或路侧节点)上安装多根发送天线，利用MIMO信道传输交通通信信号。(2)接收端，车载节点(或路侧节点)同样通过多根天线接收信号，通过合并各个天线上接收到的信号来联合检测信号，从而提高交通通信信号的传输可靠性。(3)采用基扩展模型对交通通信信道进行建模，基于该信道模型，采用信道估计算法估计基系数，从而得到信道信息。(4)利用(3)得到的信道信息进行信号检测，采用球形检测算法得到检测信号。其中，基于(4)，球形检测算法实现如下：根据系统天线数确定球形检测算法中树形结构的最大层数，然后根据代价函数是否大于一个阈值来筛选并删除不必要节点。基于(4)和(5)，为了获得固定复杂度，采用K-best球形检测算法。附图说明图1是本专利技术中多天线交通通信网络系统的框架结构示意图。图2是本专利技术中球形检测算法采用的树形结构示意图。图3是本专利技术中球形检测算法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。以下所述的球形检测算法仅为本专利技术的一个实例，并不构成对本专利技术的限制，本专利技术适用于任何球形检测算法。凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。例如：本实施例采用MIMO空分复用技术来提高传输速率，本专利技术不限于MIMO空分复用技术，其他模式比如空间调制，空时编码技术等也包含在本专利技术的保护范围之内。图1示出了本专利技术提出的多天线交通通信网络系统框架示意图。如图1所示，该系统包括：发送端，采用多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)系统的空分复用(SpatialMultiplexing)技术，通过在车载节点(或路侧节点)上安装多根发送天线，利用MIMO信道传输交通通信信号；其包括：信道编码器、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多天线交通通信网络系统，其包括： 发送端，其采用多输入多输出系统的空分复用技术，通过在车载节点或路侧节点上安装多根发送天线，利用MIMO信道传输交通通信信号； 接收端，其通过在车载节点或路侧节点上安装多根接收天线接收信号，并通过合并各个天线上接收到的信号来联合检测信号； 其中，在接收端采用基扩展模型对交通通信信道进行建模，基于该信道模型，采用信道估计方法估计基系数，从而得到信道信息；然后根据得到的信道信息，利用球形检测方法进行信号检测。

【技术特征摘要】
1.一种多天线交通通信网络系统，其包括：发送端，其采用多输入多输出系统的空分复用技术，通过在车载节点或路侧节点上安装多根发送天线，利用MIMO信道传输交通通信信号；接收端，其通过在车载节点或路侧节点上安装多根接收天线接收信号，并通过合并各个天线上接收到的信号来联合检测信号；其中，在接收端采用基扩展模型对交通通信信道进行建模，基于该信道模型，采用信道估计方法估计基系数，从而得到信道信息；然后根据得到的信道信息，利用球形检测方法进行信号检测；所述利用球形检测方法进行信号检测过程中，根据发送天线数目NT将其建模为树形结构，树形结构的层数为发送天线数目NT的2倍，根节点为需要检测的信号向量中的第2NT个元素，每一层的叶子节点为实数调制集合中的星座点，每层表示每根天线上发送信号的实部或虚部信号所有可能的元素。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述信道模型如下表述：其中，h(n，l)表示第l径在n采样时刻的信道状态信息，n＝0，1，...，N-1，l＝0，1，...，L-1，N为一个传输信号块内的采样点数，L为信道抽头数；bq为基函数向量，gq为基系数；q＝0，1，...，Q，Q为基扩展模型的阶数，Q通常取值为ts为取样时间间隔，fmax为最大多普勒频移。3.如权利要求2所述的系统，其中，所述基函数如下表示：其中，ωq＝2π(q-Q/2)/N为基波频率；信道信息如下表示：采用最小二乘或者线性最小均方误差信道估计算法估计得出基系数，从而根据上式得到信道信息。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述球形检测方法是从所述树形结构的根节点开始展开每一层并对相应的节点进行检验，如果该节点的权重函数大于预先定义的阈值，则删除该节点以及该节点产生的所有分支及其子节点，直到发现叶子节点并更新所述预先定义的阈值后，再返回上一层继续搜索，最终得到具有最小权重函数的检测信号。5.如权利要求4所述的系统，其中，所述检测信号可如下表示：其中，H为信道估计得到的信道信息，对H进行QR分解得...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩双双，杨柳青，朱凤华，王飞跃，陈世超，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11