用于GSM通信系統(tǒng)的信號檢測方法技術方案

本發(fā)明專利技術屬于無線通信技術領域，具體的說是涉及用于GSM通信系統(tǒng)的信號檢測方法。本發(fā)明專利技術結合壓縮感知技術和最大似然檢測，通過壓縮感知技術，得到GSM通信系統(tǒng)中發(fā)射天線陣中激活天線位置的搜索空間

Signal detection method for GSM communication system

The invention belongs to the technical field of wireless communication, in particular to a signal detection method used for an GSM communication system. The invention combines compression sensing technology and maximum likelihood detection, and obtains the search space of the active antenna position in the transmitting antenna array by the compressed sensing technology in the GSM communication system

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
用于GSM通信系統(tǒng)的信號檢測方法
本專利技術屬于無線通信
，具體的說是涉及用于GSM(generalizedspatialmodulation，廣義空間調制)通信系統(tǒng)的信號檢測方法。
技術介紹
1.壓縮感知對于形如y＝θs+z的方程，信號s為K項稀疏，包含N個元素且只有K項元素非0，是一個M×N大小的觀測矩陣(M<N)，M×1的列向量y是信號s的觀測結果，z是噪聲向量。壓縮感知技術通過一個合適的觀測矩陣，可以在遠小于傳統(tǒng)方法所需的樣本(觀測)數(shù)的清況下，以很高的概率完美恢復該稀疏信號s。恢復信號即信號重構，主要基于凸優(yōu)化的范數(shù)解法，或者貪婪算法。貪婪算法中的正交匹配追蹤(OrthogonalMatchingPursuit,OMP)算法，用于信號重構。OMP算法主要步驟是每次從觀測矩陣中選擇一個與觀測結果最為匹配的原子(即某列)，構建出當前的稀疏逼近，并計算此時的逼近殘差，接下來繼續(xù)選擇與殘差最匹配的原子，重復迭代過程，只要是算法收斂，就能夠得到稀疏解。OMP算法流程：1)初始化，索引集合△0＝φ，迭代次數(shù)t＝1，殘差量r0＝y(tǒng)，初始原子集合θ0＝△0＝φ。挑選索引，計算內積<rt-1,θj>的絕對值，找出滿足下式的原子在字典中對應的索引。2)更新索引集合△t＝△t-1∪{λt}，挑選的原子集合θt＝[θt-1,θj]。3)計算估計的稀疏系數(shù)其中更新殘余量rt＝y(tǒng)-θt。4)如果t>K，迭代結束，否則令t＝t+1，重復2-4步驟，進入下一次迭代。估計的稀疏解s'是一個N×1大小的向量，對應于索引△t處的元素值等于st，而其它元素皆為0。2.廣義空間調制-GSM在GSM系統(tǒng)中，將在Nu個激活的發(fā)射天線上傳輸不同的調制符號，從而有效地提高系統(tǒng)的頻譜效率。假設GSM系統(tǒng)采用具有Nt根發(fā)射天線和Nr根接收天線，在每一個時隙只選擇Nu(Nu<Nt)根發(fā)射天線傳輸調制符號，用于信息比特映射的發(fā)射天線組合數(shù)為其中表示二項式系數(shù)，表示取整。具體來說，待發(fā)送的信息比特流分成兩部分：一部分用于映射發(fā)射天線組合，需要的比特長度為另一部分用于映射調制星座符號向量需要的比特長度為l2＝Nu·log2(M)，其中，M為調制階數(shù)，S表示APM星座符號集合。由此可知，每個時隙傳輸?shù)男畔⒈忍氐目傞L度為L＝l1+l2。最后，GSM系統(tǒng)的發(fā)射機將選擇映射的發(fā)射天線組合中第v根天線發(fā)送符號sv，其中v∈{1,2,…,Nu}，而未在組合中的發(fā)射天線不發(fā)送任何信號。假設GSM系統(tǒng)發(fā)射信號經(jīng)過準靜態(tài)平坦Rayleigh衰落信道，并且第u根發(fā)射天線與第v根接收天線之間的信道衰落系數(shù)可用hvu表示，其中u∈{1,2,…,Nt}，v∈{1,2,…,Nr}。設是發(fā)射符號向量，GSM系統(tǒng)的發(fā)射信號可表示為：其中調制符號sj所在的位置為映射的發(fā)射天線組合中第j根激活天線的索引，j∈{1,2,…,Nu}。式(1)中所得的發(fā)射符號向量x總共有Nt個元素，但只有Nu個非零值。GSM系統(tǒng)的接收信號可用數(shù)學表達式表示為：其中為信道矩陣，其元素hvu是均值為0，方差為1的獨立同分布的高斯隨機變量，n表示Nr×1維的加性高斯白噪聲向量，其各元素相互獨立，均值為0，方差為N0，hk表示信道矩陣H的第k列對應元素，表示選擇的發(fā)射天線組合，其元素分別表示該組合中Np個激活天線的索引，HI＝[hi1,hi2,…,hiNp]表示對應發(fā)射天線組合I中Nu個激活天線所在列的信道子矩陣。由上式可知，對發(fā)射向量x的檢測可等同為檢測發(fā)射天線組合I和激活天線上發(fā)送的APM符號向量s。GSM系統(tǒng)的接收端在進行檢測時，既要檢測選取的發(fā)射天線組合，又要檢測每個激活的發(fā)射天線上所攜帶的調制符號，由于該系統(tǒng)的發(fā)射端激活多根天線同時傳輸數(shù)據(jù)符號，從而相對引入了符號間干擾，因此，GSM系統(tǒng)的接收機的復雜度相對空間調制系統(tǒng)較復雜一些。下面將介紹適用于GSM系統(tǒng)的檢測算法：最大似然檢測算法。GSM系統(tǒng)的最大似然檢測算法是聯(lián)合估計發(fā)射天線組合和調制符號向量，對所有可能的發(fā)射信號進行搜索，選擇與接收信號具有最小歐氏距離的等效信號對應的發(fā)射信號作為最佳檢測信號。即：其中，表示GSM系統(tǒng)發(fā)射機所用到的發(fā)射天線組合的集合，表示Nu維星座符號向量集合。通過搜索所有可能的發(fā)射信號，最大似然檢測算法可以達到最優(yōu)的檢測性能，然而其復雜度隨著發(fā)射天線組合和調制階數(shù)呈指數(shù)型增長。因此，在發(fā)射天線組合較多或調制階數(shù)較高的情況下，最大似然檢測算法將難以應用于實際的通信系統(tǒng)。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術提出一種GSM通信系統(tǒng)中基于壓縮感知的信號檢測方法。首先能過OMP算法進行Nu次迭代求得Nu組天線索引排序，為了減少搜索空間，用預先給定的常數(shù)m對Nu組天線索引排序進行裁剪。最終得到一個候選集，從中得到有效的天線組合，然后進行MMSE檢測，取其中歐氏距離最小的組合作為最終結果。本專利技術的技術方案是：用于GSM通信系統(tǒng)的信號檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：a.對Nu個激活的發(fā)射天線索引排序：采用OMP算法進行Nu次迭代求得Nu組天線索引排序，具體的迭代方法為：a1.對第一根天線，通過如下公式1進行索引排序：其中，H為信道矩陣；從l1中找到第一個屬于有效天線組合的索引l1j，令Λ1＝l1j；發(fā)射的QAM/PSK符號s1通過如下公式2估計得到：根據(jù)符號s1可以得到余量r1：a2.對第二根天線，通過如下公式3進行索引排序：從l2中找到第一個屬于有效天線組合的l2j，令Λ2＝[Λ1,l2j]；發(fā)射的QuadratureAmplitudeModulation/PhaseShiftKeying(QAM/PSK)符號s2通過如下公式4估計得到：根據(jù)符號s2可以得到余量a3.對第Nu根天線：與上述步驟a1和a2同理，第Nu根激活天線索引排序為如下公式5：從中找到第一個屬于有效天線組合的令然后通過如下公式6獲得估計的發(fā)射符號其中表示量化操作；獲得估計信號為：b.計算估計信號的歐氏距離并判斷是否成立，其中Vth＝βNrσ2，β為常數(shù)；若成立，則為信號檢測結果；若否，則進入步驟c；c.對有效天線組合排序：按t從1到Nt的順序對有效天線組合遍歷，找到中所有包含天線索引l1t的天線組合，記為把有效天線組合分成Nt個區(qū)間，如下公式7所示：d.根據(jù)步驟c得到的天線組合順序進行檢測，按i從1到N的順序進行遍歷，i∈(1,N)，天線組合ki的估計符號通過如下公式8得到：判斷是否成立，若是，則為信號檢測結果；若否，則得到搜索空間信號檢測結果為如下公式9：進一步的，步驟b中的門限值Vth包括Vth1和Vth2，則判斷是否成立，若是，則作為信號檢測結果，若否，則繼續(xù)判斷是否成立，若是，則通過預先設定的參數(shù)m控制搜索空間的大小，得到如下的備選集對進行唯一化，假設總共有N1個天線索引，總共可能的天線組合有種，假設其中有效地天線組合有種，通過公式6得到估計的發(fā)射符號，得到一個較小的搜索空間則信號檢測結果如下公式10：若否，則進入步驟c。特別的，所述m的取值為3或4，所述β的取值為1、和2中的一個。本專利技術的有益效果為：本專利技術相對于ML(maximumlikelihood，最大似然估計)檢測的整體搜索而言，大大縮小了ML檢測的搜索空間，從而大大降低了運算復本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
用于GSM通信系統(tǒng)的信號檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：a.對N

【技術特征摘要】
1.用于GSM通信系統(tǒng)的信號檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：a.對Nu個激活的發(fā)射天線索引排序：采用OMP算法進行Nu次迭代求得Nu組天線索引排序，具體的迭代方法為：a1.對第一根天線，通過如下公式1進行索引排序：其中，H為信道矩陣；從l1中找到第一個屬于有效天線組合的索引l1j，令Λ1＝l1j；發(fā)射的QAM/PSK符號s1通過如下公式2估計得到：根據(jù)符號s1可以得到余量r1：a2.對第二根天線，通過如下公式3進行索引排序：從l2中找到第一個屬于有效天線組合的l2j，令Λ2＝[Λ1,l2j]；發(fā)射的QAM/PSK符號s2通過如下公式4估計得到：根據(jù)符號s2可以得到余量a3.對第Nu根天線：與上述步驟a1和a2同理，第Nu根激活天線索引排序為如下公式5：從中找到第一個屬于有效天線組合的令然后通過如下公式6獲得估計的發(fā)射符號其中表示量化操作；獲得估計信號為：b.計算估計信號的歐氏距離并判斷是否成立，其中Vth＝βNrσ2，β為常數(shù)；若成立，則為信號檢測結果；若否，則進入步驟c；c.對有效天線組合排...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：肖麗霞，肖悅，范世文，陳昱樹，蔣兆翔，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51