專利名稱：多輸入多輸出天線系統(tǒng)空分復(fù)用的最大似然簡(jiǎn)化檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多輸入多輸出(MIMO)天線數(shù)據(jù)復(fù)用傳輸模式的移動(dòng)通信鏈路的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)高速數(shù)據(jù)通信的要求，MIMO技術(shù)得到應(yīng)用。因?yàn)樵贛IMO中，多個(gè)不同的數(shù)據(jù)流從不同的天線發(fā)送出去，接收端多天線接收并解調(diào)這些數(shù)據(jù)，這種基于復(fù)用的空分多址方式可以將頻譜效率成倍地提高。
MIMO復(fù)用的接收檢測(cè)方法有線性檢測(cè)、最大似然法(ML)檢測(cè)等，線性檢測(cè)方式又有迫零(ZF)檢測(cè)、MMSE檢測(cè)等方式，相對(duì)于ML檢測(cè)而言，這些檢測(cè)方式實(shí)現(xiàn)起來(lái)更簡(jiǎn)單，但是其性能遠(yuǎn)不如ML檢測(cè)，且當(dāng)發(fā)送天線與接收天線數(shù)相同時(shí)，其空間分集度僅為1。ML檢測(cè)可以獲得較小的誤碼率，且當(dāng)接收天數(shù)大于發(fā)送天線數(shù)時(shí)，其空間分集度為接收天線數(shù)；除此之外還有一些非線性的檢測(cè)方式，諸如球形譯碼檢測(cè)，格簡(jiǎn)化輔助(LRA)檢測(cè)，連續(xù)干擾抵消(SUC)等檢測(cè)方式，相對(duì)于ML檢測(cè)與線性檢測(cè)而言，這些方法在復(fù)雜度和性能方面體現(xiàn)一定程度的折中。其中SUC檢測(cè)實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且其性能優(yōu)于ZF檢測(cè)和MMSE檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是給出一種多輸入多輸出(MIMO)天線系統(tǒng)空分復(fù)用的最大似然簡(jiǎn)化檢測(cè)方法，本方法可以有效降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，而不降低系統(tǒng)性能。
技術(shù)方案本發(fā)明提供一種多天線移動(dòng)通信系統(tǒng)MIMO復(fù)用的檢測(cè)方法。該方法在多輸入多輸出天線復(fù)用中，發(fā)送端有多個(gè)發(fā)送天線，不同的發(fā)送天線發(fā)送的數(shù)據(jù)不相同，采用某一發(fā)送天線的檢測(cè)信號(hào)用迫零“ZF”檢測(cè)，而其它發(fā)送天線的檢測(cè)采用最大似然“ML”檢測(cè)窮舉搜索，這樣可提高發(fā)送數(shù)據(jù)率；每個(gè)時(shí)刻每個(gè)天線發(fā)送的信號(hào)是從有限復(fù)信號(hào)集中選出一個(gè)元素，該元素的實(shí)部和虛部分別對(duì)應(yīng)頻帶調(diào)制的載波同相分量和正交分量；設(shè)發(fā)送端有M個(gè)天線，第i個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào)集合為Ci＝{ci1，ci2，…cisi}，si為第i個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào)集合元素?cái)?shù)；在接收端用最大似然檢測(cè)方法接收時(shí)，接收信號(hào)矢量為y，信道增益矩陣為H，且H在接收端用信道估計(jì)方法估計(jì)出來(lái)；所述檢測(cè)方法如下1)選取最大信號(hào)集合元素?cái)?shù)的發(fā)送天線j用于做ZF檢測(cè)，即J=argmaxi{si,i=1,2,...M},]]>2)除第j個(gè)發(fā)送天線外，對(duì)其它發(fā)送天線上發(fā)送信號(hào)進(jìn)行最大似然ML窮舉搜索，得這些發(fā)送信號(hào)為{x1，x2，…xj-1，xj+1，…xM)，其中xi∈Ci，3)在接收信號(hào)中去掉其它天線發(fā)送信號(hào)的影響，即yt=y-Σi=1,i≠jMhixi]]>其中hi為H的第i列，4)用yt對(duì)第j個(gè)天線進(jìn)行ZF檢測(cè)，即xj=Q((hjHyt)/(hjHhj))]]>，其中Q()為判決函數(shù)，其返回值為自變量參數(shù)與星座集中距離最近的星座點(diǎn)；上標(biāo)H表示矩陣或向量的共軛轉(zhuǎn)置，5)令x＝{x1，x2，…xM)，計(jì)算d＝‖y-Hx‖，其中“‖‖”為向量的2-范數(shù)，并保存假設(shè)發(fā)送矢量x和2-范數(shù)d，6)如果{x1，x2，…xj-1，xj+1，…xM)沒(méi)有搜索完所有可能出現(xiàn)的組合，則選一個(gè)新的組合，并返回到3)重新計(jì)算，比較新的d與舊的d大小，如果新的d較小，則將x更新為新的組合；否則重新找一組新的組合返回3)繼續(xù)處理，7)重復(fù)上述過(guò)程，一直到搜索完所有的組合，最后得到檢測(cè)數(shù)據(jù)x。
還可以選取N個(gè)發(fā)送天線進(jìn)行最大似然ML檢測(cè)，剩余的M-N個(gè)發(fā)送天線采用迫零ZF檢測(cè)，其中N＜M。
在該方法中，ZF檢測(cè)采用最小均方差MMSE、串行干擾抵消SUC、排序串行干擾抵消OSUC的線性檢測(cè)方式。最大似然ML檢測(cè)球形譯碼檢測(cè)方式。
有益效果本發(fā)明的多輸入多輸出天線系統(tǒng)空分復(fù)用的最大似然簡(jiǎn)化檢測(cè)方法提出了一種最大似然(ML)和迫零(ZF)檢測(cè)相結(jié)合算法—簡(jiǎn)化最大似然算法(RML)，該算法與最大似然算法性能相同，但其復(fù)雜度比ML檢測(cè)要低。該方法可以簡(jiǎn)化檢測(cè)算法使通信吞吐量增大，減少接收機(jī)復(fù)雜度(同時(shí)也減小了接收機(jī)體積，功耗等)。


圖1是多天線系統(tǒng)簡(jiǎn)化ML檢測(cè)流程圖。
具體實(shí)施例方式
在MIMO復(fù)用中，發(fā)送端有多個(gè)發(fā)送天線，不同的發(fā)送天線發(fā)送的數(shù)據(jù)不相同，這樣可使發(fā)送數(shù)據(jù)速率提高，但在接收端用最大似然接收時(shí)，復(fù)雜度將會(huì)成指數(shù)形式增加。本發(fā)明所采用的方法是某一發(fā)送天線的信號(hào)檢測(cè)用迫零(ZF)方法，而其它發(fā)送天線的信號(hào)檢測(cè)采用最大似然方法。經(jīng)理論和實(shí)驗(yàn)證明這種檢測(cè)方法和ML檢測(cè)方法的性能相同，而復(fù)雜度比ML檢測(cè)方法降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。每個(gè)時(shí)刻每個(gè)天線發(fā)送的信號(hào)是從有限復(fù)信號(hào)集中選出一個(gè)元素，該元素的實(shí)部和虛部分別對(duì)應(yīng)頻帶調(diào)制的載波同相分量和正交分量。設(shè)發(fā)送端有M個(gè)天線，第i個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào)集合為Cj＝{ci1，ci2，…cisi)，si為第i個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào)集合元素?cái)?shù)，接收信號(hào)矢量為y，信道增益矩陣為H，且H在接收端用信道估計(jì)方法估計(jì)出來(lái)。所述檢測(cè)方法如下1)選取最大信號(hào)集合元素?cái)?shù)的發(fā)送天線j用于做迫零檢測(cè)，即j=argmaxi{si,i=1,2,...M}]]>2)除第j個(gè)發(fā)送天線外，對(duì)其它發(fā)送天線上發(fā)送信號(hào)進(jìn)行ML窮舉搜索，得這些發(fā)送信號(hào)為{x1，x2，…xj-1，xj+1，…xM)，其中xi∈Ci。
3)在接收信號(hào)中去掉其它天線發(fā)送信號(hào)的影響。即yt=y-Σi=1,i≠jMhixi]]>其中hi為H的第i列。
4)用yt對(duì)第j個(gè)天線進(jìn)行ZF檢測(cè)，即:xj=Q((hjHyt)/(hjHhj))]]>，其中Q()為判決函數(shù)，其返回值為自變量參數(shù)與星座集中距離最近的星座點(diǎn)。上標(biāo)H表示矩陣或向量的共軛轉(zhuǎn)置。
5)令{x1，x2，…xM}，計(jì)算d＝‖y-Hx‖，其中‖‖為向量的2-范數(shù)，并保存x和d。
6)如果{x1，x2，…xj-1，xj+1，…xM}沒(méi)有搜索完所有可能出現(xiàn)的組合，則選一個(gè)新的組合，并返回到3)重新計(jì)算，比較新的d與舊的d大小，如果新的d較小，則將x更新為新的組合。否則重新找一組新的組合返回3)繼續(xù)處理。
7)重復(fù)上述過(guò)程，一直到搜索完所有的組合，最后得到檢測(cè)數(shù)據(jù)x。
以3發(fā)送天線為例，我們結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
假設(shè)三個(gè)發(fā)送天線的調(diào)制方式相同(QPSK，也可以采用不同的調(diào)制方式和調(diào)制星座)，可選的發(fā)送信號(hào)集合為C＝{c1，c2，c3，c4}＝{1，j，-1，-j}，其中j=-1,]]>為虛數(shù)單位。
設(shè)接收端為N個(gè)天線，當(dāng)發(fā)送信號(hào)為x＝(x1，x2，x3)T時(shí)，信道矩陣為H=[h1,h2,...hN]H=h11h21...hN1h12h22...hN2h13h23...hN3H]]>其中hij表示第i個(gè)發(fā)送天線與第j個(gè)接收天線之間的矩陣。
在接收端收到的信號(hào)為y＝(y1，y2，…yN)T。
由于各發(fā)送天線的調(diào)制形式相同，因而每一個(gè)發(fā)送天線可選的發(fā)送集合元素個(gè)數(shù)都為4，我們選擇任一發(fā)送天線做ZF檢測(cè)，其它發(fā)送天線則進(jìn)行搜索(即搜索所有的可能發(fā)送信號(hào)組合)。假設(shè)選第3個(gè)發(fā)送天線進(jìn)行ZF檢測(cè)，而第1，2兩個(gè)發(fā)送天線上進(jìn)行搜索，檢測(cè)結(jié)果為xd＝(xd1，xd2，xd3)T。其檢測(cè)的流程如圖1所示。
首先在發(fā)送端對(duì)第1，2兩個(gè)發(fā)送天線進(jìn)行窮舉搜索?？偣菜阉鞔螖?shù)為16次。在每次搜索時(shí)，先假設(shè)發(fā)送天線1，2的信號(hào)是正確的，接收信號(hào)中減去發(fā)送天線1，2的影響，因而在剩下的信號(hào)只剩下第3個(gè)發(fā)送天線和噪聲的影響。對(duì)第3個(gè)天線的信號(hào)在其星座圖上進(jìn)行ZF檢測(cè)。即第3個(gè)發(fā)送天線上的信號(hào)與天第1，2個(gè)天線的信號(hào)有關(guān)。因而可以算出此時(shí)的噪聲。當(dāng)在天線1，2上的所有可能性都遍歷完以后，選擇所計(jì)算的噪聲最小的一組信號(hào)(發(fā)送天線1，2及ZF檢測(cè)的發(fā)送天線3)做為發(fā)送信號(hào)的譯碼。
以上僅是本發(fā)明的基本部分，應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的應(yīng)用很容易擴(kuò)展到其它方面。如對(duì)QOSTC(準(zhǔn)正交編碼)的解調(diào)中需要對(duì)發(fā)送符號(hào)兩兩編組，然后對(duì)兩個(gè)第兩個(gè)符號(hào)進(jìn)行ML檢測(cè)，采用本方法先對(duì)其中一個(gè)符號(hào)進(jìn)行窮舉搜索然后對(duì)另外一個(gè)符號(hào)進(jìn)行ZF檢測(cè)。再比如，對(duì)多發(fā)送天線中的某些天線采用窮舉搜索，而對(duì)另一部分天線(不僅僅是1個(gè)天線)采用ZF，MMSE(最小均方誤差)，或者OSUC(排序的干擾抵消)等檢測(cè)方式，這樣雖然在性能上有一部分損失，但有計(jì)算量上有大量減少。以及其它在本發(fā)明基礎(chǔ)上的擴(kuò)展都應(yīng)屬于本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種多輸入多輸出天線系統(tǒng)空分復(fù)用的最大似然簡(jiǎn)化檢測(cè)方法，其特征在于在多輸入多輸出天線復(fù)用中，發(fā)送端有多個(gè)發(fā)送天線，不同的發(fā)送天線發(fā)送的數(shù)據(jù)不相同，采用某一發(fā)送天線的檢測(cè)信號(hào)用迫零“ZF”檢測(cè)，而其它發(fā)送天線的檢測(cè)采用最大似然“ML”檢測(cè)窮舉搜索，這樣可提高發(fā)送數(shù)據(jù)率；每個(gè)時(shí)刻每個(gè)天線發(fā)送的信號(hào)是從有限復(fù)信號(hào)集中選出一個(gè)元素，該元素的實(shí)部和虛部分別對(duì)應(yīng)頻帶調(diào)制的載波同相分量和正交分量；設(shè)發(fā)送端有M個(gè)天線，第i個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào)集合為Ci={ci1,ci2,...cisi}]]>，si為第i個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送信號(hào)集合元素?cái)?shù)；在接收端用最大似然檢測(cè)方法接收時(shí)，接收信號(hào)矢量為y，信道增益矩陣為H，且H在接收端用信道估計(jì)方法估計(jì)出來(lái)；所述檢測(cè)方法如下1)選取最大信號(hào)集合元素?cái)?shù)的發(fā)送天線j用于做ZF檢測(cè)，即j=argmaxi{si,i=1,2,...M},]]>2)除第j個(gè)發(fā)送天線外，對(duì)其它發(fā)送天線上發(fā)送信號(hào)進(jìn)行最大似然ML窮舉搜索，得這些發(fā)送信號(hào)為{x1，x2，…xj-1,xj+1，…xM}，其中xi∈Ci，3)在接收信號(hào)中去掉其它天線發(fā)送信號(hào)的影響，即yt=y-Σi=1,i≠jMhixi]]>其中hi為H的第i列，4)用yt對(duì)第j個(gè)天線進(jìn)行ZF檢測(cè)，即xj=Q((hjHyt)/(hjHhj)),]]>其中Q()為判決函數(shù)，其返回值為自變量參數(shù)與星座集中距離最近的星座點(diǎn)；上標(biāo)H表示矩陣或向量的共軛轉(zhuǎn)置，5)令x＝{x1，x2，…xM)，計(jì)算d＝‖y-Hx‖，其中“‖ ‖為向量的2-范數(shù)，并保存假設(shè)發(fā)送矢量x和2-范數(shù)d，6)如果{x1，x2，…xj-1，xj+1，…xM}沒(méi)有搜索完所有可能出現(xiàn)的組合，則選一個(gè)新的組合，并返回到3)重新計(jì)算，比較新的d與舊的d大小，如果新的d較小，則將x更新為新的組合；否則重新找一組新的組合返回3)繼續(xù)處理，7)重復(fù)上述過(guò)程，一直到搜索完所有的組合，最后得到檢測(cè)數(shù)據(jù)x。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多輸入多輸出天線系統(tǒng)空分復(fù)用的最大似然簡(jiǎn)化檢測(cè)方法，其特征在于選取N個(gè)發(fā)送天線進(jìn)行最大似然ML檢測(cè)，剩余的M-N個(gè)發(fā)送天線采用迫零ZF檢測(cè)，其中N＜M。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述多輸入多輸出天線系統(tǒng)空分復(fù)用的最大似然簡(jiǎn)化檢測(cè)方法，其特征在于ZF檢測(cè)采用最小均方差MMSE、串行干擾抵消SUC、排序串行干擾抵消OSUC的線性檢測(cè)方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述多輸入多輸出天線系統(tǒng)空分復(fù)用的最大似然簡(jiǎn)化檢測(cè)方法，其特征在于最大似然ML檢測(cè)球形譯碼檢測(cè)方式。
全文摘要
多輸入多輸出天線系統(tǒng)空分復(fù)用的最大似然簡(jiǎn)化檢測(cè)方法提出了一種最大似然(ML)和迫零(ZF)檢測(cè)相結(jié)合算法—簡(jiǎn)化最大似然算法(RML)，該算法與最大似然算法性能相同，但其復(fù)雜度比ML檢測(cè)要低。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為，當(dāng)信道參數(shù)已知時(shí)，首先找到一個(gè)調(diào)制制式最大的發(fā)送天線，然后對(duì)其它發(fā)送天線上的調(diào)制星座進(jìn)行ML窮舉搜索，接著在接收信號(hào)中減去這些發(fā)送天線上信號(hào)的影響，再用ZF算法對(duì)調(diào)制階數(shù)最大的天線進(jìn)行解調(diào)。每一次ML窮舉搜索對(duì)應(yīng)一個(gè)ZF解調(diào)結(jié)果，最后在所有的發(fā)送天線ML窮舉搜索和ZF解調(diào)信號(hào)組合中找出一個(gè)最優(yōu)的組合，做為發(fā)送天線的解調(diào)信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B1/707GK101022325SQ20071002102
公開(kāi)日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者王炎, 尤肖虎, 潘文 申請(qǐng)人:東南大學(xué)