[发明专利]一种基于预编码的信道均衡方法及其通信系统

说明书

技术领域

本发明属于无线宽带接入技术领域，具体提出一种基于预编码的信道均 衡方法，以及一种基于预编码的通信系统。

背景技术

信道均衡技术作为一种用于高速无线通信有效的抗多径衰落技术，被3G 长期演进系统LTE采用。在数据传输率很高时，由于多径最大时延大大超过 单个传输符号的持续时间，导致在某个时刻收到的数据是之前数十甚至数百 个符号的叠加，因此在接收端恢复出原始数据流异常困难。从数学本质上讲， 信道均衡器首先通过信道估计模块估计出信道的冲激相应矩阵，再对接收的 信号进行信道矩阵求逆操作，从而恢复出数据。传统的信道均衡技术主要在 时域进行，但随着现代通信系统的数据传输率越来越高，时域均衡的复杂度 也随之增大，往往需要数百个延迟器和乘法器，这在高速数据流传输的过程 中是很难实现的。而另一方面，快速傅里叶变换算法FFT的高速电路实现使 得诸如OFDM、MC-CDMA之类基于频域操作的新技术大量涌现。此类技术 是在频域进行映射和加载，真正传输过程却是在时域完成，因此发送端需要 进行IFFT操作。众所周知，IFFT操作会导致严重的峰均比问题，所以使用频 域均衡技术，则FFT和IFFT操作都能在接收机完成，从而有效解决峰均比的 问题。

信道均衡可以根据多种准则进行，迫零ZF(Zero-Forcing)、最小均方差 MMSE(Minimum-Mean-Square-Error)、最大比合并MRC (Maximum-Ratio-Combining)、等增益合并EGC(Equal-Gain-Combining)是 四种最常用的准则。其中，使用ZF准则进行信道均衡可以完全消除码间干扰 ISI(Inter-Symbol Interference)，但代价是可能在某些频点将噪声放得很大， 导致整体性能的损失。而使用MMSE准则进行信道均衡不会放大噪声，但却 不能完全消除ISI，对存在的残留ISI需要进行进一步处理。现有技术最新方 案是在发送端采用T-H(Tomlinson-Harashima)预编码来去除残留的ISI。

图1为现有技术中基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡系统信号流程 图。在发送端，发送机首先对数据进行MQAM调制，然后数据进入T-H预编 码模块进行串符干扰的预消除，编码后的数据加上循环前缀后，通过天线发 送出去。在接收端，接收机首先将收到的数据进行去除循环前缀的操作，然 后通过FFT将数据转换到频域，利用导频数据进行信道估计，获得各径信道 增益后，利用迫零、最小均方差、最大比合并和等增益合并这些不同准则进 行频域均衡，由于发射端已经做了T-H预编码，所以此时频域均衡后可完全 消除ISI，从而恢复出原始数据。

图2是现有基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方案相比单独MMSE 频域均衡的4QAM仿真图，其中，纵坐标BER表示比特误码率，横坐标Eb/No 表示信噪比。从图中可以看出，虽然三种基于原始信道矩阵QR分解的时频均 衡方案在低信噪比下不如MMSE频域均衡，但是随着信噪比的提高，他们的 性能优势将逐步体现，由图可见，在信噪比超过12dB后，MMSE频域均衡的 性能逐渐落后于三种基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方案。所以，利用 T-H预编码技术进行残留ISI的消除可以带来性能的显著提高，而且这种性能 的提高将随着调制阶数的上升而进一步加强，如图3所示，在16QAM调制下， 三种基于原始信道矩阵QR分解的时频均衡方案全都超越了最优的MMSE频 域均衡。原因在于高阶调制下，残留的ISI对系统性能的恶化将变得非常显著， 从而严重遏制误码性能。从图中可以看出，基于原始信道矩阵QR分解的时频 均衡方案在高信噪比下斜率并非十分陡峭，出现了不同程度的差错平底，这 是由于这些方案中采用了QR分解技术，这样会导致数据块尾部某些子数据流 的信噪比明显低于头部的数据，即接收信噪比不均匀，使得低信噪比的尾部 数据将会在高信噪比下拖累系统性能。如图4所示，图4为基于原始信道矩 阵QR分解的时频均衡方案在高信噪比下出现的差错平底示意图，这种情况下 无论信噪比如何提高，总有一部分数据的有效信噪比达不到要求；同时，从 图中还可以看出，虽然现有技术可以完全消除ISI，但是同时放大了噪声，使 得中低信噪比的区域，系统性能仍然较低。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种基于预编码的信道均衡方法，以及一种基 于预编码的通信系统，既能消除在高信噪比下产生的差错平底，又能改善低 信噪比下的系统性能。