基于逐元素外部信息的迭代正交时频空波形检测方法

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1.一种基于逐元素外部信息的迭代正交时频空波形检测方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：正交时频空信号编码与调制；考虑二进制消息序列b，b∈{0, 1}，k为消息序列长度，将其分别通过经过码率为的编码器，转换为编码后的序列c∈{0, 1}，L为码长；将编码后的序列c，经过交织器Π，得到交织后的序列c'＝Π(c)，将c'经过串并转换分为I/Q两路信号c, c；经过格雷码与正交相移键控QPSK映射，得到发射符号kLIQ其中，x[d]表示x中的第d个符号，d表示符号索引，j为虚数单位；将x映射为维发送端时延-多普勒域信号X；DDX＝{X[l, k]|0≤l≤M-1, 0≤k≤N-1} (1)DDDD其中，X[l, k]＝x[l+kM]，l为时延-多普勒域信号的行索引，k为时延-多普勒域信号的列索引；M表示系统的子载波数目，N表示系统的帧个数；对X进行快速逆辛傅立叶变换ISFFT操作，如公式(2)所示，得到变换后符号矩阵DDDDX＝{X[m, n]|0≤m≤M-1, 0≤n≤N-1}，称为发送端时间-频率域信号；TFTF其中，m表示时间-频率域信号的行索引，n表示时间-频率域信号的列索引，e为自然对数函数的底数；对X进行脉冲成形，TF得到时域发送信号s(t)；其中t表示连续时间，g(t)为发射脉冲成形函数，g(t-nT)表示对g(t)进行了nT的延迟，Δf为子载波间隔，T为发送脉冲成形函数持续时间，满足关系对s(t)添加循环前缀后，使用频率为f的载波进行上变频以及功率放大操作进行发送；txtxtxc步骤二：正交时频空信号的解调；发送信号经过时变信道，并经过下变频处理后，在接收端的接收时域信号用下述公式描述其中，τ表示时延，ν表示多普勒频移，s(t-τ)表示时域发送信号s(t)经过了τ的延时，h(τ, ν)为时频双选择信道的单位冲激响应，表示为其中，p为路径的索引，为时域高斯白噪声；δ(·)为单位冲激函数；公式(5)表示该信道下，存在P条路径，每一条路径的增益系数为h，延时为τ，多普勒频移为ν；这里考虑τ, ν满足公式(6)关系pp<<<其中，均为整数；/>表示τ与/>的倍数关系，/>表示ν与/>的倍数关系；<<对公式(4)中的接收信号去掉循环前缀后进行匹配滤波；首先计算/>与g(t)互模糊函数结果为rx其中，Y(t, f)为与g(t)的互模糊函数；g(t)为接收脉冲成形函数，(·)表示取共轭操作，t'为中间变量；rxrx*对公式(7)按公式(8)中所述进行采样，得到接收端时间-频率域信号Y＝{Y[m, n]|0≤m≤M-1, 0≤n≤N-1}TFTFY[m, n]＝Y(t, f)| (8)TFt＝nT, f＝mΔf对接收端时间-频率域信号作快速辛傅立叶变换SFFT操作，得到接收端时延-多普勒域信号Y，Y＝{Y[l, k]|0≤l≤M-1, 0≤k≤N-1}DDDDDD对Y进行向量化处理，得到其中y[l+kM]＝Y[l, k]；y为向量化后接收端时延-多普勒域信号；DDDDy表示为y＝Hx+η (10)DD其中，H为时延-多普勒域等效信道矩阵，η为时延-多普勒域高斯白噪声向量；DD此处设发射机只有一个发送符号；经过时频双选择性信道后，发送端的每一个符号在接收端均会出现R个副本，其副本数与路径数有关，max(R)＝P，max(·)表示最大值；步骤三：基于逐元素外部信息的正交时频空信号检测与译码；步骤三是基于公式(10)进行信号检测，求得原始二进制消息序列b；操作分为两步迭代操作；第一步为并行干扰消除与最小均方误差合并PIC-MMSE；由公式(10)得到，x中每一符号在接收端y中均有R个副本；y＝{y[r]|r＝1, …, R}表示接收端符号y中含有x[d]的副本的符号的集合，y[r]表示集合中的第r个符号，r为索引；为除x[d]外与y[r]有关的其他发送符号的集合，/>为x中的第/>个符号，/>为索引；/>表示/>在第q-1次迭代的检测结果；q表示迭代次数，q的初值为0；ddddd, r对于x[d]，其副本在接收端分布在y[1], ..., y[R]；将x视为y[r]中的干扰；在第q次迭代过程中干扰消除操作由公式(11)表示为ddd, rd
表示第q次迭代中对y进行干扰消除后的结果；/>表示y[r]中/>的信道增益；h为y[r]中x[d]的信道增益；h表示x[d]在y[1], ..., y[R]中的信道增益矩阵，h＝[h, …, h]，[·]表示矩阵转置操作；/>表示在第q次迭代中经过干扰消除操作后残留的干扰量；/>为y[r]在第q次迭代中经过干扰消除操作后残留的干扰量；ddd, rdddddd, 1d, RTTd记hx[d]为有用信号部分，为干扰信号部分；η为y中的高斯白噪声组成的向量；dddMMSE滤波合并操作如公式(12)、(13)所示其中，表示第q次迭代中对x[d]进行MMSE合并后的结果；/>表示MMSE合并器的系数矩阵；其中，E(·)表示求期望操作，(·)表示共轭转置操作，(·)表示矩阵求逆运算H-1根据中心极限定理，服从均值为/>方差为/>的高斯分布，用下述公式其中，为中间变量，/>表示/>的均值，/>为第q次迭代中/>的方差，/>为均值为0方差为1的复高斯变量，/>为发射信号功率；分别计算x[d]实部与虚部的对数似然比，如公式(15)所示；针对x中所有符号，得到PIC-MMSE在第q次迭代过程中的结果LLR{Re(x)}，LLR{Im(x)}；LLR{Re(x)}表示在第q次迭代过程中经PIC-MMSE后x中所有符号的实部的对数似然比构成的集合；LLR{Im(x)}表示在第q次迭代过程中经PIC-MMSE后x中所有符号的虚部的对数似然比构成的集合；qqqq第二步为译码器解码；将PIC-MMSE所得的结果LLR{Re(x)}，LLR{Im(x)}通过并串转换，得到c'中所有码字在第q次迭代过程中对数似然比的集合LLR{c'}；LLR{c'}经过解交织器Π，得到c中所有码字在第q次迭代过程中对数似然比的集合LLR{c}；LLR{c}通过译码器得到第q次迭代过程中译码后的码字c中所有码字的对数似然比LLR{c}；通过交织器得到第q次迭代过程中c经过交织后的码字(c')中所有码字的对数似然比LLR{(c')}；进行串并转换得到译码后I/Q两路码字中所有码字的对数似然比由于c, c分别对应于x实部与虚部，因此/>分别对应在第q次迭代过程中经译码交织后x中所有符号的实部与虚部的对数似然比LLR{Re(x)}，LLR{Im(x)}；第q次迭代过程中经译码交织后x中符号x[d]的实部与虚部的对数似然比分别记作LLR{Re(x[d])}，LLR{Im(x[d])}；qqqq-1qqDecqDecDecDecqDecIQqDecqDecqDecqDec利用在第q次迭代过程中经译码交织后x中所有符号的实部与虚部的对数似然比LLR{Re(x)}，LLR{Im(x)}并结合下列三种方法进行干扰消除与抑制；qDecqDec①采用逐元素外部信息进行干扰消除与抑制；②采用后验概率进行干扰消除与抑制；③采用外部信息进行干扰消除与抑制；步骤四：仿真验证与性能评估在时频双选择性信道下，对误码率随信噪比变化进行仿真；仿真结果揭示此信号检测方法的性能与无干扰情况下的误码率下界关系，并比较利用逐元素外部信息检测方法对OTFS与OFDM进行信号检测的性能。