專利名稱：通信系統(tǒng)及其信號(hào)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及多輸入多輸出(Multiple InputMultiple Output，簡稱“MIMO”)系統(tǒng)中垂直分層空時(shí)編碼(V-BLAST)結(jié)構(gòu)的信號(hào)檢測。

背景技術(shù)：
移動(dòng)通信以其特有的靈活、便捷的優(yōu)點(diǎn)滿足了現(xiàn)代社會(huì)人們對(duì)通信技術(shù)的要求，成為80年代中期以來發(fā)展最為迅速的通信方式。未來移動(dòng)通信中日益增加的語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和寬帶Internet業(yè)務(wù)，在傳輸速率、性能和系統(tǒng)業(yè)務(wù)容量等方面對(duì)通信系統(tǒng)提出了更高的要求。為了達(dá)到這個(gè)目的，僅靠利用更多的頻譜資源是不夠的，為此需要引入無線信號(hào)的空間資源，也就是用多天線發(fā)送和接收信號(hào)。如果不同發(fā)射天線間的距離足夠遠(yuǎn)且不同接收天線間的距離也足夠遠(yuǎn)，使得各個(gè)發(fā)射天線到各個(gè)接收天線之間的傳播信號(hào)可以認(rèn)為是互相獨(dú)立的，則稱這樣的多天線信號(hào)傳輸信道為MIMO信道，而具有MIMO信道的通信系統(tǒng)被稱為MIMO系統(tǒng)，圖1示出了一個(gè)MIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。該通信系統(tǒng)在其發(fā)射端和接收端均采用多個(gè)天線，從而實(shí)現(xiàn)了多個(gè)數(shù)據(jù)流在相同時(shí)間和相同頻帶的傳輸和接收。Foschini等和Telatar已經(jīng)證明，MIMO系統(tǒng)的信道容量隨著收、發(fā)射天線數(shù)的較少者的增加呈近似線性的增長，這為MIMO通信方式在移動(dòng)通信中的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。由于MIMO通信能夠極大地提高系統(tǒng)的頻帶利用率、滿足高速率通信的要求，從其提出以來即受到了廣泛的關(guān)注和研究。MIMO技術(shù)已成為未來第四代移動(dòng)通信中最有發(fā)展前景的技術(shù)之一。
與傳統(tǒng)的單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)相比，MIMO系統(tǒng)接收端接收到的是在時(shí)間上和頻帶上均相互重疊的多路信號(hào)，因此MIMO信號(hào)檢測面臨著遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)SISO信號(hào)檢測的困難和問題。由于信號(hào)檢測性能好壞將直接影響到整個(gè)MIMO系統(tǒng)性能的好壞，因此設(shè)計(jì)高性能、低復(fù)雜度的MIMO信號(hào)檢測算法已成為MIMO通信中的一項(xiàng)具有重大意義的關(guān)鍵技術(shù)。
垂直分層空時(shí)編碼(V-BLAST)因沒有編碼冗余，在接收端易于進(jìn)行檢測且解碼的復(fù)雜度不大，因此得到了廣泛的應(yīng)用研究。V-BLAST算法的實(shí)質(zhì)是一種空間上的決策反饋檢測，其檢測過程采用逐路檢測，并在每次檢測中選取信噪比或者信干噪比最大的那一路信號(hào)進(jìn)行檢測，這可以使該次檢測中被檢測出的信號(hào)具有最好的誤碼性能，而在每一路信號(hào)的檢測完成后，則將已檢測出的信號(hào)作為干擾從接收信號(hào)中消去，再開始下一路信號(hào)得檢測。V-BLAST因其兼具較低的運(yùn)算復(fù)雜度和較好的誤碼性能而成為當(dāng)前MIMO信號(hào)檢測中被廣泛采用的算法。
盡管如此，V-BLAST檢測的誤碼性能尚有提高的余地。仿真試驗(yàn)結(jié)果顯示，V-BLAST與球形解碼在誤碼性能上存在著較大的差距。限制V-BLAST性能的一個(gè)主要因素就是其在對(duì)每一路信號(hào)的檢測中采用了硬判決。這種硬判決不僅使判決的錯(cuò)誤成為不可糾正，而且還會(huì)在以后各層的檢測中導(dǎo)致誤碼擴(kuò)散，即一旦發(fā)生判決錯(cuò)誤，其就會(huì)在隨后的各路信號(hào)的檢測中成為被放大了的干擾，從而嚴(yán)重地惡化對(duì)這些信號(hào)的檢測性能。因此，針對(duì)V-BLAST這種結(jié)構(gòu)的空時(shí)特性，如何尋找一種有效的信號(hào)檢測算法使其性能接近極大似然或者球形解碼算法的性能，同時(shí)保持其算法的簡單實(shí)用性，這成為長期困擾本領(lǐng)域技術(shù)人員的一個(gè)難題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明各實(shí)施方式要解決的主要技術(shù)問題是提供一種通信系統(tǒng)及其信號(hào)檢測方法，在對(duì)V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)進(jìn)行檢測時(shí)，能夠以更簡單的算法實(shí)現(xiàn)接近極大似然或者球形解碼算法的性能。
本發(fā)明的實(shí)施方式公開了一種V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法， 對(duì)V-BLAST結(jié)構(gòu)中各路信號(hào)逐層檢測； 在最后一層之前的每層檢測時(shí)，計(jì)算并根據(jù)該層各節(jié)點(diǎn)可能形成的路徑的后驗(yàn)概率，保留符合預(yù)定條件的至少一條路徑，在下一層檢測中僅檢測被本層保留的各路徑的后續(xù)節(jié)點(diǎn)； 檢測最后一層時(shí)，將后驗(yàn)概率最大的路徑作為最終檢測結(jié)果輸出。
本發(fā)明的實(shí)施方式還公開了一種MIMO通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用上述的方法接收MIMO信號(hào)。
本發(fā)明實(shí)施方式的軟判決V-BLAST檢測算法和現(xiàn)有的V-BLAST檢測算法都是按照由迫零準(zhǔn)則或者M(jìn)MSE準(zhǔn)則確定的最佳順序來實(shí)現(xiàn)對(duì)MIMO信號(hào)的逐路檢測。整個(gè)檢測分M步完成，在每一步檢測中，都是首先在尚未檢測的各路信號(hào)中選擇SNR最大或者M(jìn)MSE最小的那路信號(hào)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果是通過將接收信號(hào)左乘以一個(gè)檢測向量而得到的，不同的是，現(xiàn)有的V-BLAST檢測算法直接對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行硬判決，再將判決結(jié)果映射到接收信號(hào)空間，接著，系統(tǒng)將該映射值作為干擾從原接收信號(hào)中去除，得到新的接收信號(hào)并用于下一層的檢測，這個(gè)過程持續(xù)下去，直到完成對(duì)最后一路信號(hào)的檢測。這種硬判決不僅使得判決錯(cuò)誤成為不可糾正，而且還會(huì)在以后的各層檢測中導(dǎo)致誤碼擴(kuò)散，即一旦發(fā)生判決錯(cuò)誤，就會(huì)在隨后的各路信號(hào)的檢測中成為被放大了的干擾，從而嚴(yán)重的惡化對(duì)這些信號(hào)的檢測性能。
本發(fā)明的實(shí)施方式為克服硬判決可能帶來的誤碼擴(kuò)散的缺點(diǎn)，在檢測時(shí)引入了軟判決思想。對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行判決時(shí)不僅給出了判決結(jié)果，而且還給出了這種結(jié)果發(fā)生的后驗(yàn)概率。而MIMO信號(hào)檢測可以被建模成在一棵M層的樹中尋找一條最佳路徑問題，各路徑的后驗(yàn)概率就是這條路徑上所有節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率的乘積。通過選取適當(dāng)?shù)暮篁?yàn)概率門限值，將后驗(yàn)概率足夠大的路徑均予以保留，而不像硬判決那樣，只保留一條路徑，將其它可能路徑都去掉，從而大大的減少了誤判的可能性，因而本發(fā)明能有效地克服傳統(tǒng)V-BLAST算法中的誤碼擴(kuò)散，取得遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)V-BLAST算法的誤碼性能。理論分析表明，通過適當(dāng)?shù)倪x取后驗(yàn)概率門限值，軟判決V-BLAST算法可以取得趨近于球形解碼的誤碼性能，而仿真結(jié)果顯示，軟判決V-BLAST算法具有比球形解碼低得多的運(yùn)算復(fù)雜度。



圖1是M×N的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施方式中軟判決V-BLAST算法的流程； 圖3是本發(fā)明實(shí)施方式中軟判決V-BLAST算法的路徑搜索示意圖。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明的實(shí)施方式在對(duì)V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)進(jìn)行檢測時(shí)，引入了軟判決的思想，即在對(duì)信號(hào)檢測的過程中對(duì)信號(hào)進(jìn)行判決時(shí)不僅給出判決結(jié)果，而且還給出了這種結(jié)果發(fā)生的后驗(yàn)概率。從而給出一種軟判決的V-BLAST算法，以提高V-BLAST的檢測性能。
在本發(fā)明的實(shí)施方式所提出的V-BLAST檢測方法中，MIMO信號(hào)檢測被看作為是在一棵M層的樹中尋找一條后驗(yàn)概率最大的路徑的問題。在每一路信號(hào)的檢測中，系統(tǒng)將后驗(yàn)概率足夠大的路徑均予以保留，而當(dāng)完成對(duì)最后一路信號(hào)的檢測后，所得到的后驗(yàn)概率最大的那條路徑即為檢測結(jié)果。軟判決V-BLAST檢測采用與傳統(tǒng)V-BLAST檢測一樣的檢測順序，而其各路徑的后驗(yàn)概率則是這條路徑上所有節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率的乘積。由于軟判決V-BLAST算法有效的克服了傳統(tǒng)V-BLAST算法中的誤碼擴(kuò)散，取得了遠(yuǎn)優(yōu)于后者的誤碼性能。理論分析表明，通過選取適當(dāng)?shù)暮篁?yàn)概率門限值，軟判決V-BLAST算法可以取得趨近于球形解碼的誤碼性能。而仿真結(jié)果則顯示，軟判決V-BLAST算法具有比球形解碼低得多得運(yùn)算復(fù)雜度。
本發(fā)明的實(shí)施方式將該MIMO信號(hào)檢測建模為在一棵M層的樹上按照某種方法搜索一條最佳路徑的問題。設(shè)各發(fā)射天線上的發(fā)送信號(hào)xi(i＝1，2，..，M)來自一個(gè)有限符號(hào)集A＝{as，s＝1，2，...，I}，則該樹具有該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)樹的第一層有I個(gè)節(jié)點(diǎn)；(2)每個(gè)非最后一層的節(jié)點(diǎn)均引出I個(gè)下一層節(jié)點(diǎn)。樹的各層與發(fā)射信號(hào)各層的對(duì)應(yīng)關(guān)系由不同的檢測方法采用的檢測順序所確定。通常，用T(M，I)表示由M、I和V-BLAST的檢測順序所確定的搜索樹，則在T(M，I)中共有IM條不同的路徑。
設(shè)置M個(gè)發(fā)射天線和N個(gè)接收天線，且保證接收天線個(gè)數(shù)不少于發(fā)射天線個(gè)數(shù)。在第i個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射出去的信息符號(hào)為xi，x的各項(xiàng)獨(dú)立同分布，且E[|xi|2]＝εx。噪聲向量n的各項(xiàng)為獨(dú)立同分布，且niN(0，σn2)。
每一根接收天線上接收到的信號(hào)都是來自M個(gè)發(fā)射天線同時(shí)發(fā)射的信號(hào)向量x通過信道H，并經(jīng)過噪聲污染的信號(hào)。即y＝Hx+n，式中，y＝[yi]N×1、x＝[xi]M×1、n＝[xi]N×1分別為接收信號(hào)、發(fā)射信號(hào)和噪聲向量，H＝[hij]N×M為信道矩陣。
對(duì)信道矩陣和接收信號(hào)向量進(jìn)行初始化。具體地說，H1＝H，y1＝y(tǒng)，最大保留路徑數(shù)Tmax，概率門限值p0，按照由迫零(ZF)準(zhǔn)則(信噪比最大準(zhǔn)則)或最小均方差估計(jì)(Minimum mean-square error，簡稱“MMSE”)準(zhǔn)則確定的最佳檢測順序來實(shí)現(xiàn)對(duì)MIMO信號(hào)的逐路檢測，整個(gè)檢測分M步完成。
按一定規(guī)則得到矩陣G，選擇范數(shù)最小的行，得到檢測向量。定義G1。如果采用迫零準(zhǔn)則(信噪比最大準(zhǔn)則)，則

(即+H1的偽逆)；若采用MMSE準(zhǔn)則，則 選取G1的行。找到使G1范數(shù)最小且非零的行，記為k1，即最先檢測的信號(hào)就是k1路信號(hào)。
得到檢測向量wk1。取G1的第k1行，即其中，(G1)k1表示取G1的第k1行操作。
計(jì)算檢測結(jié)果和檢測噪聲。
檢測結(jié)果zk1是通過將接收信號(hào)y1左乘檢測向量wk1而得到的，即zk1＝wk1y1，與傳統(tǒng)V-BLAST算法不同的是，此時(shí)并不是直接對(duì)檢測結(jié)果就進(jìn)行硬判決，而是引入軟判決的思想，來避免誤碼擴(kuò)散，從而提高檢測的性能。
該層的檢測噪聲σk12為可以通過證明得到 1)在基于迫零準(zhǔn)則的V-BLAST檢測中，檢測向量wki(i＝1，2，...M)是相互正交的，即同時(shí)，檢測噪聲wkin(i＝1，2，...M)是相互獨(dú)立的。
2)在基于MMSE準(zhǔn)則的V-BLAST檢測中，當(dāng)信噪比比較大時(shí)，檢測向量wki(i＝1，2，...M)是近似相互正交的，即在基于MMSE準(zhǔn)則的V-BLAST檢測中，當(dāng)信噪比比較大時(shí)，檢測噪聲wkin(i＝1，2，...M)是近似相互獨(dú)立的。
在V-BLAST的分層檢測中，其各層檢測噪聲相互獨(dú)立或者近似相互獨(dú)立，這意味著在V-BLAST檢測中其各路徑后驗(yàn)概率的計(jì)算可以通過計(jì)算路徑上各結(jié)點(diǎn)概率的乘積而得到，這構(gòu)成了軟判決V-BLAST算法的一個(gè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，也成為本專利的理論基礎(chǔ)。
計(jì)算這一層節(jié)點(diǎn)可能形成路徑的后驗(yàn)概率，選擇值最大的若干條路徑予以保留。
計(jì)算這一層結(jié)點(diǎn)可能形成路徑的后驗(yàn)概率，然后根據(jù)概率門限值p0從中選取最大的T1(保證T1不超過Tmax)個(gè)值，即對(duì)應(yīng)于T1條路徑，并按照從大到小的次序進(jìn)行排列。
后驗(yàn)概率的計(jì)算可以通過如下的方法來進(jìn)行 對(duì)于樹T(M，I)，考察其第i層上的結(jié)點(diǎn)as(s＝1，2，...，I)，在檢測信號(hào)為zki條件下的后驗(yàn)概率為其中C為常數(shù)，而 再考察T(M，I)中一條由第一層開始的深度為R的路徑[as1，as2，...，asR]，這里，用“[...]”表示路徑，as1，as2，...，asR為這條路徑上的相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)。根據(jù)步驟203的結(jié)論，可得到該路徑的后驗(yàn)概率為 考慮到降低運(yùn)算量，用后驗(yàn)概率的對(duì)數(shù)來進(jìn)行路徑概率的比較，去除公共項(xiàng)后，可采用如下的概率的對(duì)數(shù)值(也稱對(duì)數(shù)后驗(yàn)概率)進(jìn)行路徑后驗(yàn)概率的比較 將這一層T1條路徑所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)記錄下來，記為r1(t)(t＝1，2，...，T1)記錄下這一層檢測完成后所得到的T1條路徑，記為L1(t)(t＝1，2，...，T1)，即(t＝1，2，...，T1)。
更新經(jīng)過這第一層檢測第t條路徑經(jīng)過消除干擾后得到的用于下一層信號(hào)檢測的接收信號(hào)向量y2(t)(t＝1，2，...，T1)，即(t＝1，2，...，T1)，其中，(H1)K1表示取矩陣H1的第k1列操作。同時(shí)更新信道矩陣即H2是將信道矩陣H1的第k1列置零而得到的。
接下來開始迭代計(jì)算，對(duì)于第i(i＝2，...，M)層檢測，如果采用迫零準(zhǔn)則，則

若采用MMSE準(zhǔn)則，則找到使Gi范數(shù)最小且非零的行，記為ki，即檢測的信號(hào)就是ki路信號(hào)。
檢測向量wki取Gi的第ki行，即其中，(Gi)ki表示取Gi的第ki行操作，檢測結(jié)果zki是通過將接收信號(hào)yi左乘檢測向量wki而得到的，即(t＝1，2，...，Ti)。
計(jì)算這一層結(jié)點(diǎn)可能形成路徑的后驗(yàn)概率 這樣的路徑有Ti-1*I條。具有同一父節(jié)點(diǎn)的I個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的zki值相同。
然后根據(jù)概率門限值p0從中選取最大的Ti(保證Ti不超過Tmax)個(gè)值，即對(duì)應(yīng)于Ti條路徑，并按照從大到小的次序進(jìn)行排列。將這一層Ti條路徑所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)記錄下來，記為ri(t)(t＝1，2，...，Ti)。
更新第i層檢測完成后所得到的Ti條路徑，記為Li(d)(d＝1，2，...，Ti)，即(d＝1，2，...，Ti)。這里t(d)∈{1，2，...，Ti-1}。
更新經(jīng)過這第i層檢測第d條路徑經(jīng)過消除干擾后得到的用于下一層信號(hào)檢測的接收信號(hào)向量yi+1(d)(d＝1，2，...，Ti)，即(d＝1，2，...，Ti)，其中，(Hi)ki表示取矩陣Hi的第ki列操作。同時(shí)更新信道矩陣即Hi+1是將信道矩陣Hi的第ki列置零而得到的。
由于每次都對(duì)路徑的后驗(yàn)概率都進(jìn)行了排序，因此，當(dāng)完成這M層檢測后，所得到的LM(1)就是最終的檢測結(jié)果。
為了說明得更為清楚和具體，上述實(shí)施方式中對(duì)第一層的處理和從第二層起各層的處理分開描述的，也可以將各層的處理統(tǒng)一描述，如圖2所示。
下面通過一個(gè)實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
將MIMO信號(hào)檢測建模成如圖3的在M層的樹上搜索一條最佳路徑問題。假設(shè)發(fā)射信號(hào)xi(i＝1，2，...，M)取自一個(gè)有限符號(hào)集A＝{as，s＝1，2，..，I}，如QPSK，則I＝4，A＝{a1，a2，a3，a4}。該樹的第一層有I個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)非最后一層的節(jié)點(diǎn)均引出I個(gè)下一層的節(jié)點(diǎn)。我們用T(M，I)表示由M個(gè)發(fā)射天線、I個(gè)有限字符以及V-BLAST檢測順序所確定的搜索樹。在T(M，I)中共有IM條路徑。下面，以M＝4，I＝2為例來說明軟判決V-BLAST檢測算法的具體步驟 首先，作初始化工作H1＝H，y1＝y(tǒng)，最大保留路徑數(shù)Tmax，概率門限p0，假設(shè)檢測順序?yàn)閗1，k2，...，kM，分別對(duì)應(yīng)于圖3樹中的M層，則檢測向量和檢測噪聲分別為wki和σki2(i＝1，2，...，M)。
然后，按照由迫零(ZF)準(zhǔn)則或MMSE準(zhǔn)則確定的最佳檢測順序來實(shí)現(xiàn)對(duì)MIMO信號(hào)的逐路檢測，整個(gè)檢測分M步完成。
第一步如果按照迫零準(zhǔn)則，選取

并找到使得信噪比最大(對(duì)應(yīng)于G1范數(shù)最小)的那一行，并將行號(hào)記為k1；如果按照MMSE準(zhǔn)則，選取并找到使得MMSE最小(對(duì)應(yīng)于G1范數(shù)最小)的那一行，并將行號(hào)記為k1。我們第一次要檢測的是第k1路信號(hào)，對(duì)應(yīng)于圖3，表示要檢測的是搜索樹的第一層。檢測向量wk1就取G1的第k1行，記為其中，(G1)k1表示取G1的第k1行操作。檢測結(jié)果zk1是通過將接收信號(hào)左乘一個(gè)檢測向量而得到的，即檢測噪聲σki2為在這一層中，共有2個(gè)狀態(tài)，分別為a1，a2，對(duì)應(yīng)于2條路徑的節(jié)點(diǎn)。然后分別計(jì)算這2條路徑的后驗(yàn)概率，后驗(yàn)概率的計(jì)算可以根據(jù)公式1來進(jìn)行 (公式1) 然后在后驗(yàn)概率序列中選取最大的T1(T1≤Tmax)個(gè)值，也就是T1條路徑，并按照從大到小的順序排列，并將T1條路徑對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)記錄下來，記為r1(t)(t＝1，2，...，T1)。然后記錄下這一層檢測完成后所得到的T1條路徑，記為L1(t)(t＝1，2，...，T1)，即(t＝1，2，...，T1)，用“[]”表示由節(jié)點(diǎn)所形成的路徑。在路徑數(shù)T1的選取上，要根據(jù)概率門限值，確保(T1≤Tmax)和接下來更新經(jīng)過第一層檢測的第t條路徑經(jīng)過消除干擾后得到的用于下一層信號(hào)檢測的接收信號(hào)向量y2(t)(t＝1，2，...，T1)，即(t＝1，2，...，T1)，其中，(H1)k1表示取矩陣H1的第k1列操作。同時(shí)更新信道矩陣即H2是將信道矩陣H1的第k1列置零而得到的。針對(duì)圖3中的實(shí)例，假設(shè)T1＝2，我們發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)a1，a2兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率值比較接近，且兩個(gè)節(jié)點(diǎn)a1，a2的后驗(yàn)概率是按從大到小的順序排列的。因此，在這一層檢測中，我們保留節(jié)點(diǎn)a1，a2，并形成2條路徑然后，將這一層檢測出來的信號(hào)當(dāng)作干擾從接收信號(hào)向量中消除，得到了2個(gè)用于下一層信號(hào)檢測的接收信號(hào)向量y2(1)，y2(2)。其中， 從第二步到第M步都可以以同樣的迭代的方式進(jìn)行，下面以第i(i＝2，...，M)步為例來詳細(xì)說明算法的實(shí)施過程。按照第一步中介紹的原則，選取Gi，并找到使得滿足信噪比最大或者M(jìn)MSE最小的行，并將行號(hào)記為ki，即這一步我們要檢測的是第ki路信號(hào)，對(duì)應(yīng)于圖3，表示要檢測的是搜索樹的第i層。檢測向量wki就取Gi的第ki行，記為其中，(Gi)ki表示取Gi的第ki行操作。第i層第t條路徑的檢測結(jié)果zki(t)是通過將上層檢測后消除干擾后得到的接收信號(hào)左乘一個(gè)檢測向量而得到的，即檢測噪聲σki2為如果i≠M(fèi)，則這Ti-1條路徑的每一條都會(huì)在第i層引出2個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，分別為a1，a2，對(duì)于增加了2個(gè)狀態(tài)的新節(jié)點(diǎn)的所有可能的路徑，分別計(jì)算它們的后驗(yàn)概率值，后驗(yàn)概率的計(jì)算可以根據(jù)下式進(jìn)行 (公式2) 其中，<t，s>表示第t條路徑與在第i層的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)為as的節(jié)點(diǎn)所組成的新的路徑。然后在這些所有可能的路徑的后驗(yàn)概率序列中選取最大的Ti(Ti≤Tmax)個(gè)值，也就是保留Ti條路徑，并按照從大到小的順序排列，并將Ti條路徑與它們?cè)诘趇層的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)記錄下來，記為ri(d)(d＝1，2，...，Ti)。這樣，便形成了Ti條路徑Li(d)(d＝1，2，...，Ti)，記錄下第i層檢測完成后所得到的這Ti條路徑，(d＝1，2，...，Ti)。在路徑數(shù)Ti的選取上，要根據(jù)概率門限值，確保(Ti≤Tmax)和接下來更新經(jīng)過第i層檢測的第d條路徑經(jīng)過消除干擾后得到的用于下一層信號(hào)檢測的接收信號(hào)向量yi+1(d)(d＝1，2，...，Ti)，即(d＝1，2，...，Ti)，其中，(Hi)ki表示取矩陣Hi的第ki列操作。同時(shí)更新信道矩陣即Hi+1是將信道矩陣Hi的第ki列置零而得到的。對(duì)應(yīng)于圖3中的實(shí)例，在第一層檢測中，我們保留了節(jié)點(diǎn)a1，a2，并形成2條路徑按照某種準(zhǔn)則選取G2，其中，G2的選取是針對(duì)更新了的信道矩陣H2而進(jìn)行的。然后選擇G2范數(shù)最小的行，對(duì)應(yīng)的行號(hào)記為k2，也就是說在這一層中，我們要檢測的是第k2路信號(hào)。檢測向量wk2取G2的第k2行，檢測噪聲為對(duì)應(yīng)于2條路徑，便有2個(gè)檢測結(jié)果zk21，zk22，其中(t＝1，2，3)。對(duì)于每一條路徑，在這一層都有2個(gè)狀態(tài)，并有形成4條可能路徑，然后計(jì)算這4條可能路徑的后驗(yàn)概率，并將后驗(yàn)概率值按從大到小的順序排列。后驗(yàn)概率的計(jì)算根據(jù)公式2來進(jìn)行。從后驗(yàn)概率值序列中選取T2＝3，假設(shè)我們發(fā)現(xiàn)路徑[a1，a1]，[a1，a2]，[a2，a1]的后驗(yàn)概率明顯的比路徑[a2，a2]的后驗(yàn)概率大，因此我們?cè)诘谝粭l路徑中保留節(jié)點(diǎn)a1，a2，在第二條路徑中保留節(jié)點(diǎn)a1。將后驗(yàn)概率值按從大到小的順序排列，這樣，便得到了新的3條路徑然后，將這一層檢測出來的信號(hào)當(dāng)作干擾從接收信號(hào)向量中消除，得到了4個(gè)用于下一層信號(hào)檢測的接收信號(hào)向量y3(1)，y3(2)，y3(3)。其中，重復(fù)第二步中對(duì)第二層的檢測，直到最后一層。最后，我們可以得到一條路徑數(shù)為M的樹的后驗(yàn)概率序列，若將這個(gè)序列按照從大到小的順序排列，則具有最大后驗(yàn)概率的那條路徑LM(1)，如圖3中，即為檢測結(jié)果。
從以上的說明可以看出，本發(fā)明的實(shí)施方式在軟判決V-BLAST算法每一層的路徑的計(jì)算中，通過適當(dāng)?shù)倪x取保留路徑的后驗(yàn)概率的門限值，可以使軟判決V-BLAST檢測在誤碼性能與運(yùn)算復(fù)雜度之間達(dá)到一個(gè)良好的折衷。
除了上述V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法的實(shí)施方式外，本發(fā)明的另一實(shí)施方式還涉及一個(gè)MIMO系統(tǒng)，該系統(tǒng)中使用了上述實(shí)施方式的方法接收MIMO信號(hào)。
雖然通過參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例，已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種垂直分層空時(shí)編碼V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法，其特征在于，
對(duì)V-BLAST結(jié)構(gòu)中各路信號(hào)逐層檢測；
在最后一層之前的每層檢測時(shí)，計(jì)算并根據(jù)該層各節(jié)點(diǎn)可能形成的路徑的后驗(yàn)概率，保留符合預(yù)定條件的至少一條路徑，在下一層檢測中僅檢測被本層保留的各路徑的后續(xù)節(jié)點(diǎn)；
檢測最后一層時(shí)，將后驗(yàn)概率最大的路徑作為最終檢測結(jié)果輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法，其特征在于，該方法應(yīng)用于多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)；
該MIMO系統(tǒng)中包含M個(gè)發(fā)射天線和N個(gè)接收天線，其中M、N均為正整數(shù)，N大于或等于M；
第i個(gè)發(fā)射天線上發(fā)射出去的信息符號(hào)為xi，x的各項(xiàng)獨(dú)立同分布，且E[|xi|2]＝εx；噪聲向量n的各項(xiàng)為獨(dú)立同分布，且
；每一個(gè)接收天線上接收到的信號(hào)y＝Hx+n，式中，y＝[yi]N×1、x＝[xi]M×1、n＝[xi]N×1分別為接收信號(hào)、發(fā)射信號(hào)和噪聲向量，H＝[hij]N×M為信道矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法，其特征在于，對(duì)MIMO信號(hào)的檢測建模為在M層的樹上搜索最佳路徑，該樹的第一層有M個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)非最后一層的節(jié)點(diǎn)均引出I個(gè)下一層節(jié)點(diǎn)，
其中，各發(fā)射天線上的發(fā)送信號(hào)xi(i＝1，2，..，M)來自有限符號(hào)集A＝{as，s＝1，2，...，I}。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法，其特征在于，
在每一層檢測時(shí)，采用信噪比最大準(zhǔn)則選取信噪比或者信干噪比最大的那路信號(hào)進(jìn)行檢測，或采用最小均方差估計(jì)MMSE準(zhǔn)則選擇使得均方誤差最小的那路信號(hào)進(jìn)行檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法，其特征在于，
采用信噪比最大準(zhǔn)則時(shí)，通過以下方式計(jì)算第R層節(jié)點(diǎn)可能形成的路徑的后驗(yàn)概率的對(duì)數(shù)值
其中，zki為第i層檢測結(jié)果，σki2為第i層檢測噪聲，asi為第i層的第S個(gè)節(jié)點(diǎn)，1≤i≤R，1≤R≤M，1≤S≤I。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法，其特征在于，
采用信噪比最大準(zhǔn)則時(shí)，對(duì)第i層檢測，通過以下方式計(jì)算所述zki、和σki2
找到使Gi范數(shù)最小的行，記為ki，作為第i層檢測的信號(hào)；檢測向量wki取Gi的第ki行；
檢測結(jié)果zki通過將接收信號(hào)yi左乘檢測向量wki而得到；檢測噪聲
其中，H1＝H，y1＝y(tǒng)，上
表示對(duì)矩陣進(jìn)行偽逆操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法，其特征在于，采用MMSE時(shí)，對(duì)第i層檢測，通過以下方式計(jì)算所述zki、和σki2
找到使Gi范數(shù)最小的行，記為ki，作為第i層檢測的信號(hào)；
檢測向量wki取Gi的第ki行；
檢測結(jié)果zki通過將接收信號(hào)yi，左乘檢測向量wki而得到；
檢測噪聲
其中，H1＝H，y1＝y(tǒng)，上
表示對(duì)矩陣進(jìn)行偽逆操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法，其特征在于，所述預(yù)定條件為
所述可能形成的路徑的后驗(yàn)概率大于預(yù)定門限，和/或，該可能形成的路徑的后驗(yàn)概率是本層各可能形成的路徑的后驗(yàn)概率中最大的Q個(gè)之一，其中，Q為正整數(shù)，Q小于或等于預(yù)設(shè)的最大路徑數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法，其特征在于，在每一層確定保留路徑后，還包含以下步驟
為各保留路徑更新信道矩陣和接收信號(hào)向量，將已檢測出的信號(hào)作為干擾從接收信號(hào)中消去；
下一層檢測時(shí)，對(duì)各保留路徑使用經(jīng)更新的所述信道矩陣和接收信號(hào)向量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的V-BLAST結(jié)構(gòu)的信號(hào)的檢測方法，其特征在于，對(duì)于第i層檢測的第d條保留路徑，
用于下一層信號(hào)檢測的接收信號(hào)向量通過以下方式更新
用于下一層信號(hào)檢測的信道矩陣通過以下方式更新
其中，(Hi)ki表示取矩陣Hi的第ki列操作。
11.一種MIMO通信系統(tǒng)，其特征在于，使用權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法接收MIMO信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，公開了一種通信系統(tǒng)及其信號(hào)檢測方法。本發(fā)明對(duì)V-BLAST結(jié)構(gòu)中各路信號(hào)逐層檢測；在最后一層之前的每層檢測時(shí)，計(jì)算并根據(jù)該層各節(jié)點(diǎn)可能形成的路徑的后驗(yàn)概率，保留符合預(yù)定條件的至少一條路徑，在下一層檢測中僅檢測被本層保留的各路徑的后續(xù)節(jié)點(diǎn)；檢測最后一層時(shí)，將后驗(yàn)概率最大的路徑作為最終檢測結(jié)果輸出。本發(fā)明能夠以更簡單的算法實(shí)現(xiàn)接近極大似然或者球形解碼算法的性能。
文檔編號(hào)H04L1/02GK101192905SQ200610146970
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月23日
發(fā)明者劉謙雷, 麻清華, 楊綠溪, 夏林峰 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司