[发明专利]基于双选择衰落信道的低复杂度OSDM串行均衡方法

摘要

本发明涉及一种基于双选择衰落信道的低复杂度OSDM串行均衡方法，基于复指数基扩展模型进行信道近似，对应的复合信道矩阵具有循环分块带状结构。所提出的低复杂度OSDM串行均衡方法利用上述信道矩阵结构。基于矩阵分解实现了信道矩阵中各分块对角化，并采用变换域串行均衡利用此对角结构降低了系统复杂度；进一步设计了一种块迭代矩阵求逆算法，从而避免了串行均衡各符号向量估计时的矩阵直接求逆造成的立方复杂度问题。与已有的OSDM接收方法相比，降低了时变多径的多普勒扩展分量对接收性能的影响，避免了均衡复杂度的增加，提高了OSDM传输系统对时频双选择衰落信道的适应性。

主权项

1.一种基于双选择衰落信道的低复杂度OSDM串行均衡方法，其特征在于步骤如下：步骤1：采用复指数基扩展模型建模时频双选择衰落信道，构建基于复指数基扩展模型的OSDM系统模型：复指数基扩展模型将每个OSDM块中的时变信道冲激响应表示为2Q+1个复指数基函数的叠加：其中，k表示采样点索引，l表示信道路径数，ck,l表示第l条路径在第k个采样点的信道冲激响应，hq,l表示ck,l的q基分量的系数，Q表示离散多普勒扩展且Q＜＜K；基于复指数基扩展模型的OSDM系统输入输出关系表示为：式中，其中，F_N表示N点傅里叶变换酉矩阵，(·)^H表示矩阵的Hermitian转置，I_M表示M维单位矩阵，表示克罗内克积，s表示原始发射符号块d经OSDM调制后所生成的发射信号，w表示加性高斯白噪声项，表示K×K维循环信道矩阵，表示q基分量的时域复指数基矩阵，表示q基分量的K×K维循环系数矩阵。具体而言，假设信道冲激响应矢量c的q基分量系数h_q＝[h_q,0,h_q,1,,h_q,L]^T，其中L表示信道记忆长度，则的第一列元素为此处0_K‑L‑1表示长度为K‑L‑1的全零向量；设OSDM块在式(4)建模的信道模型中传输，则复合信道矩阵表示为：式中，Gq＝Diag{Hq,0,Hq,1,...,Hq,N‑1}   (6)OSDM解调表示为：其中，(·)N表示模N运算，zn表示噪声项；将式(5)中的复合信道矩阵C划分成M×M块，表示为：Cn,n'＝[C]nM:nM+M‑1,n'M:n'M+M‑1,n,n'＝0,1,...,N‑1   (11)当多普勒索引q＝0时，C_n,n＝H_0,n，对应着复合信道矩阵C主对角线上的块；当多普勒索引q＞0时，对应着复合信道矩阵C次对角线上的块；当多普勒索引q＜0，对应着复合信道矩阵C超次对角线；由此得到，如果Q＜N/2，复合信道矩阵C具有循环分块带状结构；步骤2：根据步骤1中所推导的复合信道矩阵的循环带状结构设计低复杂度串行均衡算法，具体步骤如下：步骤1)、在OSDM发射系统中，设发射长度为K的符号块d，将发射端符号块d分割为N个长度为M的矢量，每个矢量定义为：dn＝[dnM,dnM+1,…,dnM+M‑1]T   (12)步骤2)、对步骤1)中定义的矢量dn前后分别加入长度为Q的全零向量，即d＝[01×MQ,dT,01×MQ]T   (13)其中，d表示有效传输符号项，长度为N＝N‑2Q，定义矩阵T为K阶单位矩阵QM:(N‑Q)M‑1行的子矩阵，则有d＝Td；步骤3)、根据步骤2)的设置，定义第n个接收扩展项xn表示为式中，其中，Tn,Q表示单位矩阵第n‑Q:n+Q行的子矩阵，dn表示发射扩展项，zn表示噪声分量扩展项，Cn表示第n个扩展信道矩阵；步骤4)、进行串行均衡得到对传输符号的估计，表示为其中，表示第n个扩展信道矩阵C_n的2QM:2QM+M‑1列；步骤5)、式(14)中的第n个扩展信道矩阵Cn分解为：式中，步骤6)、根据步骤5)中的公式推导，OSDM系统中的串行均衡被重新表示为：其中，表示第n个扩展信道矩阵C_n的2QM:2QM+M‑1列；式(24)所示的变换域串行均衡算法，具体包括以下三个步骤：步骤6‑1)、对步骤3)中所得第n个接收扩展项进行频率搬移和逐向量M点DFT，得到变换域内的第n个有效接收符号矢量：步骤6‑2)、对步骤6‑1)中所得变换域内的第n个有效接收符号矢量，进行变换域内的符号均衡，得步骤6‑3)、对步骤6‑2)中所得变换域内的第n个均衡符号矢量进行变换域切换，得到有效传输符号估计步骤7)、对协方差矩阵求逆的计算复杂度为为了降低计算复杂度，提出了块迭代矩阵求逆算法，算法具体过程如下：步骤7‑1)将和表示为如下形式其中，U_n‑1、U_n为M×M维矩阵，Θ_n‑1、Θ_n为2QM×M维矩阵，Σ_n为2QM×2QM维矩阵表示和的公共部分。步骤7‑2)定义Θ_n、U_n是构成最后M列的块，得到即步骤7‑3)根据求解得到步骤7‑4)根据求得每一块的表达式如下Φn＝ΩnVn   (36)