專利名稱：一種低復(fù)雜度球形譯碼檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種LTE技術(shù)的后續(xù)演進(jìn)(LTE-A)中接收端信號(hào)檢測(cè)技 術(shù)。
背景技術(shù)：
3GPP (3rd Generation Partnership Project)組織于 2OlO 年 I2 月發(fā)布了 LTE-A標(biāo)準(zhǔn)RlO的第一個(gè)版本a00。它滿足ITU-R的MT-Advanced技術(shù)征集的要求，并且完全兼容LTE，主要的關(guān)鍵技術(shù)有多頻段協(xié)同與載波聚合，并且上行支持多天線技術(shù)，下行最高支持8X8多天線配置規(guī)格，在100 MHz頻譜帶寬下能夠提供上行500 Mbps與下行I Gbps的峰值速率。上下行峰值頻譜利用率分別達(dá)到15 bps/Hz和30 bps/Hz。這些參數(shù)則遠(yuǎn)超越4G的最小要求。多輸入多輸出(MMO)技術(shù)是組成LTE-A的關(guān)鍵技術(shù)，目前LTE的多天線設(shè)計(jì)支持4X4配置，而LTE-A增加了天線配置。多天線技術(shù)可以帶來固有增益達(dá)到很高的頻譜利用率。接收端的檢測(cè)方法對(duì)于這種優(yōu)勢(shì)起著至關(guān)重要的作用，與傳統(tǒng)的單輸入輸出(SISO)系統(tǒng)相比，MMO系統(tǒng)的接收是在時(shí)間與頻率上均相互重疊情況進(jìn)行MMO信號(hào)檢測(cè)，因此MMO信號(hào)檢測(cè)復(fù)雜度大大高于傳統(tǒng)SISO信號(hào)檢測(cè)。在常用的檢測(cè)方法中提高性能與降低復(fù)雜度兩者之間存在矛盾，即復(fù)雜度越低性能越差，而性能越好方法復(fù)雜度越高，特別是當(dāng)發(fā)射天線增加、性能好的檢測(cè)方法復(fù)雜度非常高。例如迫零(ZF)和最小均方誤差(MMSE)檢測(cè)方法是兩種常見的線性檢測(cè)方法，復(fù)雜度較低，但是性能較差；最優(yōu)的檢測(cè)方法是最大似然檢測(cè)方法，但是其復(fù)雜度隨發(fā)射天線數(shù)目呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)，其復(fù)雜度極高，難以實(shí)現(xiàn)。與最大似然檢測(cè)相比，如何在保證性能不顯著下降的前提下，降低檢測(cè)裝置的運(yùn)算復(fù)雜度是當(dāng)前無線通信中一個(gè)重要問題。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)MMO檢測(cè)裝置中性能與復(fù)雜度之間的矛盾，本發(fā)明提出一種新的MIMO檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法具有低的運(yùn)算復(fù)雜度，且不降低系統(tǒng)性能的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提出一種低復(fù)雜度球形譯碼檢測(cè)方法根據(jù)調(diào)制方式以及天線數(shù)目將最大似然遍歷矩陣進(jìn)行分組，根據(jù)最大似然尋找誤差周期T ；確定球形譯碼維數(shù)，針對(duì)第一組矩陣分組的列向量，采用球形譯碼方法進(jìn)行降維搜索，計(jì)算第一分組的最小誤差向量和對(duì)應(yīng)位置信息；根據(jù)周期性計(jì)算其它分組矩陣中的最小誤差向量，并在規(guī)定范圍內(nèi)更新最小誤差向量以及位置信息；從誤差集合￡中選出最小值Ei以及對(duì)應(yīng)向量Xi，確定該誤差向量Xi為最小誤差向量，比較各個(gè)組中的最小誤差向量，選出所有最小誤差向量中最小值作為最佳誤差向量，作為譯碼檢測(cè)結(jié)果。其中，向量組合的列數(shù)為N，N=Qm, Q為調(diào)制方式中的備選點(diǎn)數(shù)。在進(jìn)行球形譯碼時(shí)，如有某些唯的數(shù)值保持不變，跳過第一組列向量中維數(shù)不變的數(shù)值進(jìn)行譯碼，從而降低檢測(cè)復(fù)雜度。根據(jù)公式E= I IY-HXl 12確定誤差，位置信息P為向量X在相應(yīng)組中的位置，根據(jù)第一組中最小誤差向量位置信息P1，調(diào)用公式P2=T+Pi計(jì)算，預(yù)判第二組內(nèi)最小誤差向量位置信息P2，并且在擺動(dòng)值η點(diǎn)的范圍內(nèi)([ρ2-η，Ρ2+η]搜索，將搜索范圍內(nèi)的列向量分別代入公式E=| IY-HXl I2得到對(duì)應(yīng)的誤差Ε，從計(jì)算的誤差集合中選取誤差最小值作為最佳向量。本方法利用了最大似然遍歷向量組合在最大似然檢測(cè)時(shí)呈現(xiàn)的周期性，對(duì)向量組合進(jìn)行分組處理，從而進(jìn)行降維的球形譯碼算法，這樣在保證球形譯碼的性能前提下，降低了原有球形譯碼算法的復(fù)雜度。
圖I低復(fù)雜度球形譯碼檢測(cè)方法流程圖；圖2 4發(fā)4收天線配置下，遍歷矩陣I的誤差￡圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示為本發(fā)明低復(fù)雜度球形譯碼檢測(cè)方法流程圖。根據(jù)調(diào)制方式及天線數(shù)目將最大似然矩陣進(jìn)行分組，選擇對(duì)應(yīng)的周期T ;確定球形譯碼維數(shù)，采用球形譯碼方法進(jìn)行降維搜索，針對(duì)第一組矩陣分組的列向量，計(jì)算第一分組的最小誤差向量和對(duì)應(yīng)位置信息；根據(jù)周期估計(jì)其它分組矩陣中的最小誤差向量，并在規(guī)定范圍內(nèi)更新最小誤差向量以及位置信息；得到每組最小誤差向量并選取最小誤差向量中最小的誤差向量作為最佳向量。其中，最大似然遍歷矩陣的向量組合大小為MXN，M為發(fā)送天線數(shù)，N為向量組合的列數(shù)，N=Qm, Q為調(diào)制方式中的備選點(diǎn)數(shù)，LTE協(xié)議中規(guī)定的BPSK、QPSK, 16QAM以及64QAM調(diào)制方式的備選點(diǎn)分別為2，4，16，64。將向量按照遍歷的順序排列，并且將N個(gè)列向量等分為R組(其中R=n*Q，并且η為正整數(shù))，每個(gè)分組內(nèi)包含T個(gè)列向量(其中T=N/R，即每個(gè)分組中列向量的個(gè)數(shù))。如表I所示，4發(fā)4收天線情況下進(jìn)行QPSK調(diào)制的數(shù)據(jù)，向量組合大小為4X 44，于是將256列向量進(jìn)行等分，分為4組或者8組。具體包括如下步驟(I)根據(jù)調(diào)制方式以及天線數(shù)目將最大似然遍歷矩陣分組，第一組輸入列向量中若干維上的數(shù)值不變，確定第一組列向量中變化的維數(shù)作為球形譯碼維數(shù)。在進(jìn)行球形譯碼時(shí)，如有某些唯的數(shù)值保持不變，跳過第一組列向量中維數(shù)不變的數(shù)值進(jìn)行譯碼，，在維數(shù)有變化處進(jìn)行譯碼，從而降低檢測(cè)復(fù)雜度。(2)對(duì)第一組列向量集合，采用球形譯碼方法對(duì)降維后的輸入向量進(jìn)行處理，第一組最小誤差向量X1對(duì)應(yīng)誤差E1和位置信息P1，其中誤差根據(jù)公式E=| IY-HXl I2確定，對(duì)于第一組，將第一組相關(guān)參數(shù)帶入上述公式SE1= I Iy1-HX1I I2，位置信息P為向量X在相應(yīng)組中的位置，確定第一組中最小誤差向量位置信息Pi。(3)根據(jù)第一組中最小誤差向量位置信息P1，調(diào)用公式P2=T+Pi計(jì)算，預(yù)判第二組內(nèi)最小誤差向量位置信息P2，更新第二組位置信息為P2，獲得該位置信息處的誤差向量X2，并且在最小誤差向量位置周圍η點(diǎn)的范圍內(nèi)([P2-n，P2+n]搜索，其中，η為擺動(dòng)值，隨著信噪比增加而減小。搜索的具體方法是將搜索范圍內(nèi)的列向量(接收信號(hào)向量)分別代入公式E= I Y-HX 12得到對(duì)應(yīng)的誤差Ε，得到誤差集合，從誤差集合中選取誤差最小值E2,然后存儲(chǔ)第二組列向量集合中最小誤差E2以及對(duì)應(yīng)的向量Χ2。采用上述同樣方法，計(jì)算最大似然遍歷矩陣中其余組列向量集合中最小誤差對(duì)應(yīng)的向量，將各組中獲得的最小誤差和誤差向量組成集合，得到矩陣中所有誤差向量集合^f = Pr1 X2…-v;<]，誤差集合
f = [￡； E2 …M。(4)從誤差集合f中選出最小值Ei以及對(duì)應(yīng)向量Xi，確定該誤差向量XiS最小誤差向量，比較各個(gè)組中的最小誤差向量，選出所有最小誤差向量中最小值作為最佳誤差向量，作為譯碼檢測(cè)結(jié)果。下面通過附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。MMO系統(tǒng)的基帶輸出信號(hào)可以表示為Y=HX+N ( I)上式中，Ζ = [; Z2…表示發(fā)射信號(hào)向量，下標(biāo)Nt表示發(fā)射天線數(shù)目，7表示矩陣轉(zhuǎn)置，Xn表示第η根發(fā)射天線發(fā)射的復(fù)值符號(hào)；JV = IiVl N2…表
示噪聲向量，下標(biāo)Nk表示接收天線數(shù)目，Nm表示第m根接收天線收到的復(fù)高斯白噪聲；
Y = [Yt Y2…表示接收信號(hào)向量，Ym表示第m根天線接收到的復(fù)值信號(hào)；在進(jìn)行
MIMO檢測(cè)之前，首先要通過信道估計(jì)得到信道矩陣的估計(jì)值，這里把信道矩陣的估計(jì)值記為H, H為NkXNt維的復(fù)數(shù)矩陣。以4發(fā)4收天線配置為例(其他多天線配置類似)，基于QPSK調(diào)制簡(jiǎn)化最大似然檢測(cè)的低復(fù)雜度球形譯碼檢測(cè)。根據(jù)如下方法建立向量，確定周期。發(fā)送端的信息比特經(jīng)過QPSK調(diào)制得到星座點(diǎn)上的符號(hào)，對(duì)得到的符號(hào)進(jìn)行層映射和預(yù)編碼處理，映射到發(fā)射天線，由多個(gè)發(fā)射天線同時(shí)發(fā)射?？紤]準(zhǔn)靜態(tài)平坦衰落，建立信道模型，在每個(gè)發(fā)射時(shí)刻，信號(hào)經(jīng)過信道，根據(jù)信道模型Y=HX+N獲得接收信號(hào)向量，其中，對(duì)4發(fā)4收天線，H是服從均值為零，方差為I的獨(dú)立同分布的4X4矩陣。如圖2所示為4發(fā)4收天線配置中遍歷矩陣f的誤差￡圖。誤差呈現(xiàn)周期性，因此，只需計(jì)算第一個(gè)周期分組內(nèi)誤差最小向量，再通過周期性，可以估計(jì)出其他分組內(nèi)最小誤差向量。在計(jì)算第一個(gè)分組內(nèi)最小誤差向量時(shí)，采用降維球形譯碼方法，由于輸入向量為復(fù)數(shù)向量，所以首先將復(fù)數(shù)變?yōu)閷?shí)數(shù)，因此向量和矩陣維數(shù)都擴(kuò)展2倍，接收信號(hào)表達(dá)式如下
權(quán)利要求
1.ー種低復(fù)雜度球形譯碼檢測(cè)方法，其特征在干，(I)根據(jù)調(diào)制方式以及天線數(shù)目將最大似然遍歷矩陣進(jìn)行向量分組，其中，矩陣向量分組的列數(shù)為N，N=QM，Q為調(diào)制方式中的備選點(diǎn)數(shù)；(2)根據(jù)最大似然尋找誤差周期T，確定球形譯碼維數(shù)；(3)針對(duì)矩陣向量分組的第一組列向量，采用球形譯碼方法進(jìn)行降維搜索，計(jì)算第一組列向量的最小誤差向量和對(duì)應(yīng)位置信息，根據(jù)周期性計(jì)算矩陣中其余組列向量中的最小誤差向量，并在區(qū)間為n的范圍內(nèi)更新最小誤差以及位置信息P，獲得誤差集合；(4)從誤差集合左中選出最小值Ei以及對(duì)應(yīng)向量Xi，確定該誤差向量Xi為最小誤差向量，比較各個(gè)組中的最小誤差向量，選出所有最小誤差向量中最小值作為最佳誤差向量，作為譯碼檢測(cè)結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的譯碼檢測(cè)方法，其特征在于，在進(jìn)行球形譯碼時(shí)，如有某些唯的數(shù)值保持不變，跳過第一組列向量中維數(shù)不變的數(shù)值進(jìn)行譯碼，從而降低檢測(cè)復(fù)雜度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的譯碼檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(2)具體包括，確定矩陣向量分組的第一組列向量中有變化的維數(shù)作為球形譯碼維數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的譯碼檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(3)中計(jì)算第一組列向量的最小誤差向量和對(duì)應(yīng)位置信息具體為根據(jù)公式E1=I IY1-HX1 I2確定第一組列向量的誤差，第一組位置信息P1為第一組誤差向量X1在相應(yīng)組中的位置，其中，H為NkXNt維的復(fù)數(shù)矩陣，Y1表示第I根天線接收到的復(fù)值信號(hào)，Nt表示發(fā)射天線數(shù)目，Ne表示接收天線數(shù)目。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的譯碼檢測(cè)方法，其特征在于，步驟(3)進(jìn)ー步包括調(diào)用公式P2=T-P1計(jì)算，預(yù)判第二組內(nèi)最小誤差向量位置信息P2，并且在最小誤差向量位置周圍n點(diǎn)的范圍內(nèi)的列向量Y分別代入公式E=| IY-HXl 12計(jì)算對(duì)應(yīng)的誤差E得到一系列誤差，從ー系列誤差中選取誤差最小值作為第二組列向量的誤差；采用上述同樣方法，計(jì)算矩陣中每組列向量集合中每組列向量的誤差，對(duì)應(yīng)的誤差向量，獲得矩陣誤差向量集合X = Jxi X2…Ifi;!和誤差集合f = E2…
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于LTE-A系統(tǒng)的低復(fù)雜度球形譯碼檢測(cè)方法。將遍歷的向量組合進(jìn)行周期分組，確定第一個(gè)周期向量組合內(nèi)最小誤差組合的位置；再根據(jù)周期性得到其余向量分組內(nèi)最小誤差向量，然后從所有分組中選擇誤差最小的向量，作為簡(jiǎn)化最大似然的結(jié)果；其中在第一個(gè)周期向量組合中最小誤差向量的計(jì)算采用降維的球形譯碼方法，從而避免了遍歷所有周期內(nèi)組合。本發(fā)明方法在不影響系統(tǒng)性能的情況下極大降低復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102868490SQ20121036141
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者王華華, 梁濤濤, 陳發(fā)堂, 李小文, 王丹, 劉宇 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)