專利名稱：一種傳輸數(shù)據(jù)的方法及通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)，更具體地，本發(fā)明涉及一種通過為多天線系統(tǒng)提供改進型檢波器來改善無線收發(fā)機的性能的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代通信系統(tǒng)支持多種無線和/或有線通信設備之間的無線和有線通信。這樣的通信系統(tǒng)范圍廣泛，從國內(nèi)和/或國際間蜂窩電話系統(tǒng)到因特網(wǎng)，再到點對點室內(nèi)無線網(wǎng)絡。每種通信系統(tǒng)的構(gòu)建和運行都遵循一個或多個通信標準。例如，無線通信系統(tǒng)可以遵循一個或多個標準來運作，這些標準包括但不限于IEEE 802.11、藍牙(BT)、高級移動電話服務(AMPS)、數(shù)字AMPS，移動電話全球系統(tǒng)(GSM)、碼分多址(CDMA)、本地多點分配系統(tǒng)(LMDS)、多通道多點分配系統(tǒng)(MMDS)和/或其各種不同版本。
根據(jù)無線通信系統(tǒng)的類型，無線通信設備(例如移動電話、雙向無線電設備、個人數(shù)字助理(PDA)、個人電腦、筆記本電腦、家庭娛樂設備等)直接或間接與其他無線通信設備通信。對于直接通信(也即點對點通信)，參與其中的無線通信設備將其發(fā)射機和接收機設置到相同的一個或多個頻道(例如，無線通信系統(tǒng)的多個射頻載波中的一個)，然后在該頻道上通信。對于間接通信系統(tǒng)來說，每個無線通信設備通過為其分配的頻道直接與相關(guān)基站(例如，對于蜂窩服務)和/或相關(guān)的接入點(例如，室內(nèi)或建筑物內(nèi)的無線網(wǎng)絡)進行通信。為完成無線通信設備間的通信連接，相關(guān)的基站和/或接入點通過系統(tǒng)控制器、公共電話交換網(wǎng)絡、因特網(wǎng)和/或一些其他的廣域網(wǎng)服務，彼此間直接通信。
無線通信系統(tǒng)使用內(nèi)置的或與其連接的無線收發(fā)機(即接收機和發(fā)射機)彼此間進行通信。一般，發(fā)射機包括有數(shù)據(jù)調(diào)制階、一個或多個中頻階和功率放大器。所述數(shù)據(jù)調(diào)制階依照特定的無線通信標準，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為基帶信號。所述中頻階將所述基帶信號與一個或多個本機振蕩混頻，從而生成射頻信號。所述功率放大器對所述射頻信號放大，然后通過天線發(fā)射。
一般，接收機與天線連接，包括低噪放大器、一個或多個中頻階、濾波階和數(shù)據(jù)恢復階。所述低噪放大器通過天線接收入站射頻信號并將其放大。所述中頻階將所述放大后的射頻信號與一個或多個本地振蕩混頻，從而將所述放大后射頻信號轉(zhuǎn)換程基帶信號或中頻信號。所述濾波階對所述基帶信號或中頻(IF)信號進行濾波以衰減不想要的信號，從而生成濾波信號。所述數(shù)據(jù)恢復階依據(jù)所述特定的無線通信標準從所述濾波信號中恢復得到原始數(shù)據(jù)。
在使用各種802.11標準的無線通信系統(tǒng)中，允許使用的帶寬由標準制定組織和政府相關(guān)部門來指定。為達到更高的數(shù)據(jù)吞吐量，許多后代的無線系統(tǒng)，例如基于802.11n標準的系統(tǒng)，使用多入多出(MIMO)天線系統(tǒng)。MIMO系統(tǒng)使用多個發(fā)射天線在同一個頻譜內(nèi)發(fā)射多個數(shù)據(jù)流，并且利用多路信道的優(yōu)點，使用多個接收天線對通過各種數(shù)據(jù)流傳送的信息進行恢復。因此，在MIMO系統(tǒng)中，同時使用多個發(fā)射和接收天線進行信息的發(fā)射和接收。在這樣的系統(tǒng)中，每對發(fā)射和接收天線定義從發(fā)射機到接收機的一條信號通道。
MIMO技術(shù)已經(jīng)被電氣和電子技術(shù)人員協(xié)會(IEEE)采用，用于下一代無線局域網(wǎng)(WLAN)，提供至少100Mbps的吞吐量。用于如此高吞吐量(WLAN)的傳輸協(xié)議和標準包含在802.11n標準中。因為802.11n是當前WLAN標準(例如802.11a、802.11g)的MIMO擴展，所以802.11n也建立在正交頻分復用(OFDM)的傳輸方案的基礎之上。
MIMO系統(tǒng)可以提供兩種增益(1)分集增益和(2)空間復用增益。當承載第一信息的信號通過不同路徑發(fā)送時，實現(xiàn)分集增益。這種多路傳輸增加了傳輸?shù)膹姸然蚪邮盏目煽啃?。當承載獨立信息的信號通過不同路徑并行發(fā)送時，實現(xiàn)空間復用增益。這增加了無線通信系統(tǒng)的長度吞吐量或數(shù)據(jù)傳輸速率。
在MIMO系統(tǒng)中，需要獲取高精度的發(fā)射信號估計值。但是，這需要在最大精確度和信號處理速度間進行折衷。最佳的檢波器是最大似然(maximum-likelihood)檢波器。給定接收的符號向量y后，最大似然檢波器在所有可能的發(fā)射信號/向量xj中進行搜索，尋找最大化條件概率Pr{xj/y}的發(fā)射向量，從而將接收機的解碼錯誤的可能性最小化。因為通信系統(tǒng)采用特定形式的編碼，所以最大似然檢波器的輸出應該是每個發(fā)射比特的可靠性的一個度量。這些可靠性又稱為軟決策。但是，最大似然檢波器對發(fā)射符號的所有可能組合進行搜索。對于具有多個發(fā)射天線的系統(tǒng)來說，復雜度會隨發(fā)射天線數(shù)量的增加呈指數(shù)性增長。幸運的是，當MIMO信道狀態(tài)良好時，次優(yōu)的基于均衡(equalization-based)的檢波器的表現(xiàn)有可能和最優(yōu)的最大似然檢波器一樣好。換句話說，高復雜度的最大似然檢波器只有當MIMO信道狀態(tài)很差時才需要使用。當信道狀態(tài)處于最佳和最差之間時，可以使用低復雜度的最大似然檢波器。2004年12月31日申請的申請?zhí)枮?1/027106、發(fā)明人為Min Chuin Hoo(代理案號為BP4054)的美國專利申請“用于多天線系統(tǒng)的低復雜度檢波器”中，對低復雜度軟輸出最大似然檢波器進行了相關(guān)描述，本申請在此引用該專利申請文件。
通過前面的介紹可以看出，很明顯，需要開發(fā)一種自適應檢波器，可以在不同條件下選擇不同復雜度的檢波器。自適應檢波器根據(jù)某些信號質(zhì)量度量選擇合適的檢波器，并提供可以與最優(yōu)的最大似然檢波器相媲美的出色性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種自適應低復雜度的軟輸出最大似然檢波器。在本發(fā)明中，軟輸出檢波器根據(jù)對信號質(zhì)量的測定，自適應地選擇處理方案。所述信號質(zhì)量是與噪聲、調(diào)制格式、信道(通信環(huán)境)、發(fā)射信號功率和接收信號功率相關(guān)的函數(shù)。如果信號質(zhì)量較差，使用最大似然檢波器處理該信號。但如果信號質(zhì)量高，則使用相對簡單的次優(yōu)檢波器。通過評估信號質(zhì)量并選擇合適的檢測方法，本發(fā)明可以保證在維持最高可能性的處理速度的同時，在MIMO通信系統(tǒng)中提供對入站信號的精確檢波。
在本發(fā)明自適應低復雜度軟輸出最大似然檢波器的實施例中，為了獲得每個發(fā)射流的信號質(zhì)量的近似值，使用簡單的基于均衡的檢波器對接收機端的發(fā)射數(shù)據(jù)流進行分離。每個發(fā)射流的信號質(zhì)量是與信噪比和調(diào)制格式相關(guān)的函數(shù)。在本發(fā)明的一個實施例中，相關(guān)測定以d/2σ為基礎，其中d是2個集群符號(constellation symbol)間的最短距離，σ2是線性均衡后的噪聲功率。如果發(fā)射能量保持恒定，集群大小越大，d越小。d/2σ越大，信號質(zhì)量越高，需要的檢波方法的復雜度就越低。在多天線系統(tǒng)中，需要為每個發(fā)射流計算d/2σ。
在本發(fā)明自適應的低復雜度軟輸出最大似然檢波器的另一個實施例中，可在處理信道信息中生成信號質(zhì)量的測量值。所述信號質(zhì)量測量值可以是但不限于信道奇異值的某些函數(shù)。
本發(fā)明提供高精確度的信號檢波，同時維持很高的處理速度。本發(fā)明的方法和設備可應用于具有多個發(fā)射流的任何通信系統(tǒng)中。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種通信系統(tǒng)，包括通過多個信道發(fā)射多個符號的多個發(fā)射源；自適應檢波器，用于接收對應所述多個發(fā)射符號的多個符號；測量所述多個符號的信號質(zhì)量；基于所述信號質(zhì)量的測量值執(zhí)行檢波過程；使用所述檢波過程生成用于對所述多個發(fā)射符號進行檢波的決策。
優(yōu)選地，所述用于對所述發(fā)射符號進行檢波的決策包括基于所述檢波過程的軟決策。
優(yōu)選地，所述用于對所述發(fā)射符號進行檢波的決策包括基于所述檢波過程的硬決策。
優(yōu)選地，所述對信號質(zhì)量的測量值通過使用基于均衡的檢波器生成所述信道的傳輸質(zhì)量的近似值來獲得。
優(yōu)選地，所述信道的信號質(zhì)量的測量值通過使用信道信息來獲得。
優(yōu)選地，所述信道信息是關(guān)于所述信道的奇異值的函數(shù)。
優(yōu)選地，所述信號質(zhì)量的測量值基于信號功率獲得。
優(yōu)選地，所述信號質(zhì)量的測量值基于噪聲功率獲得。
優(yōu)選地，所述信號質(zhì)量的測量值基于調(diào)制格式獲得。
優(yōu)選地，所述檢波器包括最大似然檢波器，用于處理通過狀態(tài)較差的信道傳送的所述多個發(fā)射符號。
優(yōu)選地，所述檢波器包括基于均衡的檢波器，用于處理通過狀態(tài)較好的信道傳送的所述多個發(fā)射符號。
優(yōu)選地，所述檢波器還用于處理所述接收的符號以獲取所述發(fā)射信號的初步估計值；使用所述初步估計值生成多個簡化的搜索集；使用所述簡化的搜索集生成用于對所述發(fā)射符號進行檢波的決策。
優(yōu)選地，所述初步估計值通過對所述接收符號進行線性均衡來獲得。
優(yōu)選地，所述線性均衡通過使用歸零因子(zero-forcing factor)實現(xiàn)。
優(yōu)選地，所述線性均衡通過使用最小均方誤差均衡器實現(xiàn)。
優(yōu)選地，所述初步估計值通過對對應于所述接收信號的數(shù)據(jù)歸零和取消(nulling and canceling)而獲得。
優(yōu)選地，所述簡化的搜索集通過對接收符號的向量進行均衡以獲得噪聲估計值并將所述噪聲估計值分為一組符合條件的集群點來獲得。
優(yōu)選地，所述噪聲估計值與用于生成對應所述發(fā)射符號的數(shù)據(jù)輸出的發(fā)射符號相關(guān)。
優(yōu)選地，所述對應于所述發(fā)射符號的數(shù)據(jù)輸出通過使用對數(shù)似然概率比來生成。
優(yōu)選地，所述簡化搜索集通過以下方法獲取(a)找出對應于每個噪聲估計發(fā)射符號的符合條件的集群點，從而定義用于所述發(fā)射符號向量的簡化搜索集；(b)搜索出能最小化‖y-Hx‖2的發(fā)射符號向量的簡化搜索集，從而生成所述發(fā)射符號的估計值。
優(yōu)選地，所述噪聲估計值與用于生成對應所述發(fā)射符號的數(shù)據(jù)輸出的發(fā)射符號相關(guān)。
優(yōu)選地，所述對應于所述發(fā)射符號的數(shù)據(jù)輸出通過使用對數(shù)似然概率比來生成。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種傳輸數(shù)據(jù)的方法，包括在多個信道上發(fā)射多個符號；使用自適應檢波器接收對應于所述多個發(fā)射符號的多個符號，所述自適應檢波器用于測量所述多個符號的信號質(zhì)量；基于所述信號質(zhì)量的測量值執(zhí)行檢波過程；使用所述檢波過程生成用于對所述多個發(fā)射符號進行檢波的決策。
優(yōu)選地，所述用于對所述發(fā)射符號進行檢波的決策包括基于所述檢波過程的軟決策。
優(yōu)選地，所述用于對所述發(fā)射符號進行檢波的決策包括基于所述檢波過程的硬決策。
優(yōu)選地，所述對信號質(zhì)量的測量值通過使用基于均衡的檢波器生成所述信道的傳輸質(zhì)量的近似值來獲得。
優(yōu)選地，所述信道的信號質(zhì)量的測量值通過使用信道信息來獲得。
優(yōu)選地，所述信道信息是關(guān)于所述信道的奇異值的函數(shù)。
優(yōu)選地，所述信號質(zhì)量的測量值基于信號功率獲得。
優(yōu)選地，所述信號質(zhì)量的測量值基于噪聲功率獲得。
優(yōu)選地，所述信號質(zhì)量的測量值基于調(diào)制格式獲得。
優(yōu)選地，所述檢波器包括最大似然檢波器，用于處理通過狀態(tài)較差的信道傳送的所述多個發(fā)射符號。
優(yōu)選地，所述檢波器包括基于均衡的檢波器，用于處理通過狀態(tài)較好的信道傳送的所述多個發(fā)射符號。
優(yōu)選地，所述檢波器還用于處理所述接收的符號以獲取所述發(fā)射信號的初步估計值；使用所述初步估計值生成多個簡化的搜索集；使用所述簡化的搜索集生成用于對所述發(fā)射符號進行檢波的決策。
優(yōu)選地，所述初步估計值通過對所述接收符號進行線性均衡來獲得。
優(yōu)選地，所述線性均衡通過使用歸零因子(zero-forcing factor)實現(xiàn)。
優(yōu)選地，所述線性均衡通過使用最小均方誤差均衡器實現(xiàn)。
優(yōu)選地，所述初步估計值通過對對應于所述接收信號的數(shù)據(jù)賦空和消除噪聲而獲得。
優(yōu)選地，所述簡化的搜索集通過對接收符號的向量進行均衡以獲得噪聲估計值并將所述噪聲估計值分為一組符合條件的集群點來獲得。
優(yōu)選地，所述噪聲估計值與用于生成對應所述發(fā)射符號的數(shù)據(jù)輸出的發(fā)射符號相關(guān)。
優(yōu)選地，所述對應于所述發(fā)射符號的數(shù)據(jù)輸出通過使用對數(shù)似然概率比來生成。
優(yōu)選地，所述簡化搜索集通過以下方法獲取(a)找出對應于每個噪聲估計發(fā)射符號的符合條件的集群點，從而定義用于所述發(fā)射符號向量的簡化搜索集；(b)搜索出能最小化‖y-Hx‖2的發(fā)射符號向量的簡化搜索集，從而生成所述發(fā)射符號的估計值。
優(yōu)選地，所述噪聲估計值與用于生成對應所述發(fā)射符號的數(shù)據(jù)輸出的發(fā)射符號相關(guān)。
優(yōu)選地，所述對應于所述發(fā)射符號的數(shù)據(jù)輸出通過使用對數(shù)似然概率比來生成。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖1是實現(xiàn)具有多個發(fā)射天線和多個接收天線的MIMO系統(tǒng)的一般功能組件的示意圖；圖2是實現(xiàn)用于正交頻分復用系統(tǒng)的具有兩個發(fā)射天線和兩個接收天線的MIMO系統(tǒng)的一般功能組件的示意圖；圖3a是根據(jù)本發(fā)明的MIMO軟檢波器的第一實施例的功能組件示意圖；圖3b是根據(jù)本發(fā)明的MIMO軟檢波器的第二實施例的功能組件示意圖；圖3c是根據(jù)本發(fā)明的MIMO軟檢波器的第三實施例的功能組件示意圖；
圖4是由圖1中所示的MIMO軟檢波器處理的符號的4-QAM集群的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出一種用于改進的無線通信系統(tǒng)的方法和設備。雖然下文介紹了本發(fā)明的許多細節(jié)，但值應該可以理解，沒有這些細節(jié)，本發(fā)明也可以實施。例如，本發(fā)明的實施例以框圖的形式來介紹，而不是具體細節(jié)，以避免對本發(fā)明的理解造成混亂。本申請中的某些細節(jié)描述部分用計算機存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)算法或運算來表示。通信系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)人員經(jīng)常使用這些描述或表示方法來向其他同行描述和轉(zhuǎn)達他們的工作內(nèi)容。通常，一個算法是指產(chǎn)生期望的結(jié)果的一系列獨立的步驟，其中所述“步驟”是對物理量的操作，盡管這些物理量不是必須采用電信號或磁信號的形式進行存儲、傳輸、合并、比較以及其他操作。通常的做法是把這些信號表示為比特、值、元素、符號、字符、條件、數(shù)字等。這些類似的術(shù)語與特定的物理量相關(guān)，僅僅是出于方便而為這些物理量設置的標識。除非特別聲明，否則，如在下文中介紹的那樣，整個說明書全文中，描述時使用的處理、計算、運算、確定、顯示及其他相關(guān)的術(shù)語，均指計算機系統(tǒng)或類似的電子計算設備的動作或處理，將計算機系統(tǒng)的寄存器或存儲器內(nèi)以物理的、電的或磁的物理量表示的數(shù)據(jù)處理和/或轉(zhuǎn)換為計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或其他類似的信息存儲、傳輸或顯示設備內(nèi)的以物理量表示的其他類似的數(shù)據(jù)。
圖1是用于實現(xiàn)具有兩個發(fā)射天線和兩個接收天線的MIMO系統(tǒng)的通用通信系統(tǒng)100的功能組件示意圖。編碼器102接收比特流，然后為向量調(diào)制器104生成編碼輸入。多個天線106和108通過多個通信信道110通信，從而定義多個MIMO通信信道。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，通過天線108接收到的數(shù)據(jù)含有噪聲。MIMO軟檢波模塊112處理輸入數(shù)據(jù)，提供關(guān)于接收的數(shù)據(jù)的軟決策。隨后，檢波器114使用這些軟決策來生成沒有被噪聲損壞的精確輸出比特流。
圖2是用于實現(xiàn)使用OFDM具有兩個發(fā)射天線和兩個接收天線的MIMO通信的通信系統(tǒng)200的功能組件示意圖。圖2中所示為使用應用于WLAN的MIMO協(xié)議來實現(xiàn)二進制輸入數(shù)據(jù)。圖2中的MIMO系統(tǒng)200包括編碼器202和光梳復用器204。光梳復用器204的輸出被分離為第一和第二數(shù)據(jù)流，并提供給QAM映射模塊206和208。QAM映射模塊206和208提供正交調(diào)幅數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流被分別發(fā)送給反轉(zhuǎn)快速傅立葉轉(zhuǎn)換(IFFT)添加保護間隔(guardinterval)模塊210和212。IFFT添加保護間隔模塊210和212通過天線214和216發(fā)射調(diào)制的數(shù)據(jù)流。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可知，天線214和216發(fā)射的數(shù)據(jù)流可以通過各個發(fā)射天線和接收天線之間的MIMO多路信道218傳播。天線220和222接收到的信號由去除保護間隔快速傅立葉(FFT)模塊224和226進行處理，為MIMO軟檢波模塊228生成輸入信號。去除保護間隔FFT模塊處理后的信號隨后由MIMO軟檢波模塊228處理，并提供給解碼器230以生成二進制輸出數(shù)據(jù)流。
圖3a-圖3c所示為本發(fā)明自適應MIMO軟檢波器112的多個實施例。在圖3a所示的檢波器112a的實施例中，輸入數(shù)據(jù)以包含噪聲的接收符號形式由信號質(zhì)量測量模塊302連同信道和傳輸信息一起接收，然后生成對應該信號質(zhì)量測量的輸出信號。自適應檢波器選擇器304接收信號質(zhì)量測量信息，根據(jù)信號質(zhì)量信息選擇合適的檢波方法，并向LLR計算模塊306提供關(guān)于所述接收符號的初步估計值。LLR計算模塊306使用該初步估計值生成軟決策輸出，以便圖1中的解碼器114使用。
在圖3b所示的檢波器112b的實施例中，包含噪聲的接收符號和信道信息由基于均衡的檢波器模塊308接收，所述檢波器對輸入數(shù)據(jù)進行均衡，以下將對其進行詳細討論?；诰獾臋z波器308的輸出提供給信號質(zhì)量測量模塊302，該信號質(zhì)量測量模塊302生成對應該信號質(zhì)量測量的輸出信號。該信號質(zhì)量輸出信號提供輸入給自適應檢波器選擇器304，以提供關(guān)于所述接收符號的初步估計值，然后LLR計算模塊306使用該初步估計值生成軟決策。
在圖3c所示的檢波器112c的實施例中，信道信息提供給信道奇異值分解模塊310，該模塊生成奇異值以由信號質(zhì)量測量模塊302使用其生成信號質(zhì)量測量值。自適應檢波器選擇器304接收信號質(zhì)量測量信息，根據(jù)所述信號質(zhì)量信息選擇合適的檢波方法，并向LLR計算模塊306提供關(guān)于所述接收符號的初步估計值。LLR計算模塊306使用該初步估計值生成軟決策輸出，以便圖1中的解碼器114使用該軟決策輸出。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可知，MIMO軟解碼器對關(guān)于接收符號的每個可能的決策的可靠性進行估計，卻不作出關(guān)于該符號的實際決策。該解碼器使用MIMO軟檢波器提供的估計的可靠性或軟決策對所述接收符號進行解碼，從而生成解碼二進制輸出數(shù)據(jù)流。
考慮圖1中所描述的具備Nt個發(fā)射天線和Nr個接收天線的通用通信系統(tǒng)中MIMO軟決策模塊112對接收信號的處理過程，本發(fā)明的方法和設備將不難理解。這個Nt×Nr系統(tǒng)可以通過以下模型進行描述y1(n)y2(n)··.yNr(n)=H11(n)H12(n)···H1Nt(n)H21(n)H22(n)···H2Nt(n)············HNr(n)HNr2(n)···HNrNt(n)x1(n)x2(n)···xNt(n)+N1(n)N2(n)···NNt(n)]]>(等式1)y(n)＝H(n)×(n)+N(n)(等式2)其中，n是時間或頻率指數(shù)，y是Nr×1接收向量，H是Nr×Nt信道矩陣，x是Nt×1發(fā)射向量，N是Nr×噪聲向量。
可以假設在期望的期間內(nèi)信道矩陣H是靜態(tài)的。因此，在接下來的討論中，忽略時間/頻率指數(shù)，該模型變?yōu)閥＝Hx+N (等式3)此外，可以假設在接收機中，信道矩陣H是已知的，噪聲樣本Ni(n)是帶有零平均值(zero mean)和方差σ2的獨立復合高斯變量。
在等式1中，天線j的接收信號yj(n)是Nt個發(fā)射符號xi(n)的噪聲疊加，被信道矩陣H損壞，如以下等式描述yj=Σi=1NtHjixi+Nj,j=1,...,Nr]]>(等式4)每個符號xi從log2(M)個比特映射得到，其中M是集群的大小。例如，如果xi是從4-QAM集群中提取的，那么每個xi就是從2個比特映射過來的。在等式4中，發(fā)射比特的總量是Ntlog2(M)。這將在下文中表示為發(fā)射比特向量[b1b2…bL]，其中L＝Ntlog2(M)。
如上所述，軟輸出最大似然檢波器是最優(yōu)的，因為其能將錯誤決策的可能性降低到最小。軟輸出最大似然檢波器接收到y(tǒng)，并在所有可能的發(fā)射符號向量x中進行搜索，以生成關(guān)于發(fā)射比特b1的可能性的軟信息，其中1＝1，…，Ntlog2(M)，Ntlog2(M)為a0或者a1。
每個b1＝0或1的軟信息是采用b1＝0或1的先驗概率的對數(shù)似然比(LLR)形式。
對于等式3定義的Nt×NrM-QAM系統(tǒng)，[b1b2…bL]比特向量被映射為[x1x2…xNt]個符號并發(fā)射，其中L＝Ntlog2(M)。比特b1(1＝1，2，…，L)的LLR是LLR(bi)=lnPr(bi=0|y)Pr(bi=1|y)=lnΣ∀xjs.t.bi=0Pr(xj|y)Σ∀xjs.t.bi=1Pr(xj|y)]]>(等式5)其中j＝1，…，MNt表示素有可能的發(fā)射符號向量，y是接收符號向量。
使用貝葉斯定則(Bayes’rule)，LLR(b1)可以重寫為LLR(bi)=lnΣ∀xjs.t.bi=0Σ∀xjs.t.bi=1=lnΣ∀xjs.t.bi=0Pr(y|xj)Σ∀xjs.t.bj=1Pr(y|xj)]]>(等式6)其中最后的簡化是建立在假設xj’是等概率的(equi-probable)基礎上的。給定信道矩陣H，LLR(bi)=lnΣ∀xjs.t.bi=0e(-||y-Hxj||2σ2)Σ∀xjs.t.bi=1e(-||y-Hxj||2σ2)]]>(等式7)
通過僅對分子和分母的求和保留最大條件，上述等式還可以進一步簡化為LL^R(bi)=1σ2(min∀xjs.t.bi=0||y-Hxj||2-min∀xjs.t.bi=0||y-Hxj||2),]]>(等式8)在2×2的4-QAM系統(tǒng)中，等式1中的發(fā)射符號x1、x2分別從圖4所示的4-QAM集群中提取出。
表格1列出了發(fā)射符號向量[x1 x2]的所有16個組合。

C1＝-1-jC2＝-1+jC3＝1-jC4＝1+j表1在等式8中，b1，b2，b3和b4的近似LLR可以通過如下方法計算LL^R(bi)=1σ2(min∀xj,j=9,...,16||y-Hxj||2-min∀xj,j=1,...,8||y-Hxj||2)]]>(等式9)LL^R(b2)=1σ2(min∀xj,j=5,...,813,...,16||y-Hxj||2-min∀xj,j=1,...,49,...,12||y-Hxj||2)]]>(等式10)
LL^R(b3)=1σ2(min∀xj,j=3,4,7,811,12,15,16||y-Hxj||2-min∀xj,j=1,2,5,69,10,13,14||y-Hxj||2)]]>(等式11)LL^R(bi)=1σ2(min∀xj,j=even||y-Hxj||2-min∀xj,j=odd||y-Hxj||2)]]>(等式12)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可知，ML檢波器是最優(yōu)的，并且能充分開發(fā)信道矩陣H內(nèi)的可用分集特性。因此，ML檢波器能通過次優(yōu)的基于均衡檢波實現(xiàn)性能的實質(zhì)性改善。但是，ML檢波器的缺點在于，其需要非常詳盡的搜索來找到每個比特的LLR。此外，ML檢波器的計算復雜度隨著發(fā)射天線的數(shù)量Nt呈指數(shù)性增長。
獲得發(fā)射符號的初步估計值后，使用其將搜索集降低到對某些標準來說最接近發(fā)射符號估計值的N(N＜M)個符號內(nèi)，并且在該簡化搜索集中進行搜索，且每個比特的最小軟度量值為a0或a1。本發(fā)明的各個實施例使用最優(yōu)化標準確定簡化搜索集，相關(guān)的內(nèi)容在2004年12月31日申請的申請?zhí)枮?1/027106、發(fā)明人為Min Chuin Hoo(代理案號為BP4054)的美國專利申請“用于多天線系統(tǒng)的低復雜度檢波器”中給出了描述，本申請在此引用該美國專利申請公開的相關(guān)內(nèi)容。
次優(yōu)的基于均衡的檢波器使用均衡器來處理接收的符號向量，以分離出發(fā)射流并生成所述發(fā)射符號的包含噪聲的估計值。盡管該檢波器是次優(yōu)的，但卻易于實現(xiàn)，而且當MIMO信道狀況良好的情況下，可以很好的工作。線性均衡器可由以下等式定義＝Q(Wy)(等式13)其中W是線性均衡矩陣，Q(.)表示根據(jù)所使用的集群的分割操作(slicingopeartion)。在本發(fā)明的一個實施例中，該線性均衡矩陣由歸零均衡器定義W＝(HHH)-1HH(等式14)其為H的偽倒值。在該等式中，假設Nr＞Nt。在本發(fā)明的另一實施例中，均衡矩陣由最小均方誤差(MMSE)均衡器定義W=(HHH+1SNRI)-1HH]]>(等式15)
在本發(fā)明另一個可選擇的實施例中，最優(yōu)化標準包括賦空和消除噪聲。與對所有分量共同估算的線性均衡相反，歸零和取消方法順序地對發(fā)射符號向量的分量進行估算。例如，如果首先使用ZR或MMSE線性均衡方法估算發(fā)射符號向量的第一個分量，則其對接收矩陣y的作用被從y中減掉。然后使用修改后的接收向量y來估算發(fā)射符號向量的下一個分量。整個過程不斷重復，直到完成對發(fā)射符號向量的所有分量的估算。
使用通過基于均衡的檢波器生成的包含噪聲的估計值，可對每個等于a0或a1的發(fā)射比特的軟度量值進行估算。設定b1，i為通過第i個發(fā)射路徑發(fā)射的第1個比特。換句話說，b1，i是發(fā)射符號向量的第i個分量的第1個比特。指數(shù)1的范圍是從1到log2(M)，其中M是集群的大小。
使用基于均衡的檢波器時，b1，i＝0，1的軟度量值由以下等式給出mi,i=||x^i-Qbi=0(x^i)||2σi2]]>m‾i,i=||x^i-Qbi=1(x^i)||2σi2]]>其中Qb1＝0或1表示對第一比特位置具有a0或1的最接近集群點的分割。
如上所述，本發(fā)明提供一種自適應的低復雜度MIMO軟輸出最大似然檢波器112(下文中的某些地方稱為“ARML”)，根據(jù)對信號質(zhì)量的確定來選擇處理方案。如果信號質(zhì)量差，則通過使用上文技術(shù)的最大似然檢波器來處理信號；如果情況相反，信號質(zhì)量非常好，就可以使用相對簡單的次優(yōu)檢波器。通過估算信號的質(zhì)量，并根據(jù)信號質(zhì)量估計值選擇合適的檢波方法，本發(fā)明可以保證在保持最高可能的處理速度的同時，提供對MIMO通信系統(tǒng)內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)信號的精確檢波。
在本發(fā)明的ARML 112的一個實施例中，使用基于均衡的檢波器在接收機中分離發(fā)射數(shù)據(jù)流，以便獲得每個發(fā)射流的信號質(zhì)量的近似值。每個發(fā)射流的信號質(zhì)量是關(guān)于信噪比和調(diào)制格式的函數(shù)。在本發(fā)明的一個實施例中，相關(guān)測定以d/2σ為基礎，其中d是2個集群符號間的最短距離，σ2是線性均衡后的噪聲功率。如果發(fā)射能量保持恒定，集群大小越大，d越小。d/2σ越大，信號質(zhì)量越高，需要的檢波方法的復雜度就越低。在多天線系統(tǒng)中，例如圖1所示的系統(tǒng)中，需要為每個發(fā)射流計算d/2σ。
對于平方-QAM(square-QAM)集群，d可以通過以下等式計算d=Ex×12M-1]]>其中M是集群大小，Ex是每維度的平均能量。
下面的表2列出了3個已知的平方-QAM集群的d值。Ex是0.5，表示平均能量是1。

表2如果使用線性均衡方法，均衡后的噪聲功率具有近似值，因此，d/2σ可以很容易的計算出來。使用(d/2σ)i，其中I表示第i個發(fā)射流，可以實現(xiàn)合適的軟輸出檢波方法。(d/2σ)i越大，信號質(zhì)量越好，檢波方法所需的復雜度就越低。
總的來說，結(jié)合2×2 MIMO系統(tǒng)可以理解以上介紹的本發(fā)明的方法。首先，使用任何基于線性均衡的發(fā)射符號估算方法來為2條發(fā)射路徑的每一個計算(d/2σ)i。其次，基于(d/2σ)1和(d/2σ)2，選擇合適的檢波方法。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可知，如果2條發(fā)射路徑的調(diào)制格式一樣，則因為d是一樣的，而只需要計算噪聲功率。
在本發(fā)明的一個實施例中，ARML使用下面的實現(xiàn)自適應的選擇軟輸出檢波方法-如果(d/2σ)1或(d/2σ)2大于1，如果絕對差|(d/2σ)1-(d/2σ)2|＞0.4，則選擇基于賦空和消除噪聲的檢波方法；否則選擇基于線性均衡的檢波方法；-否則如果(d/2σ)1和(d/2σ)2都小于0.2，則消除；-否則如果0.2＜((d/2σ)1和(d/2σ)2)＜0.35，選擇基于最大似然的檢波方法；-否則選擇基于低復雜度最大似然的檢波方法。這時，需要進行進一步檢查以選擇Ni，Ni是對某些標準來說最接近第i路徑上的發(fā)射符號估計值的符號的數(shù)量。例如，對于2×2 64-QAM MIMO系統(tǒng)來說，如果(d/2σ)i＞0.6，選擇Ni＝4；如果(d/2σ)i＞0.4，選擇Ni＝8；如果(d/2σ)i＞0.2，選擇Ni＝16。
在本發(fā)明的另一個實施例中，ARML可用于使用OFDM協(xié)議處理數(shù)據(jù)。在OFDM系統(tǒng)中，符號由多個子符號組成，其中每個子符號都要進行線性均衡。因此，每個子符號與(d/2σ)i，k有關(guān)，其中i表示發(fā)射流，k表示子符號。下面是ARML 228處理OFDM數(shù)據(jù)的處理順序的一個實現(xiàn)-1、對每個子符號的(d/2σ)i的最大值或最小值進行升序排列；-2、選擇第一A子符號進行軟輸出最大似然檢波；-3、選擇下一B子符號進行軟輸出低復雜度最大似然檢波；-4、對于剩下的子符號，按照升序排列最小(d/2σ)i/最大(d/2σ)I的比值。選擇第一C子符號進行軟輸出賦空和消除噪聲檢波；-5、對于剩下的子符號，選擇軟輸出線性均衡檢波。
在另一個實施例中，可以在步驟1后面加上一個處理步驟以忽略第一Z子符號，即將他們消除。在這個實施例中，對于剩下的子符號，選擇第一A子符號進行軟輸出最大似然檢波，后續(xù)步驟同上。
在本發(fā)明自適應的低復雜度軟輸出最大似然檢波器的另一個實施例中，信號質(zhì)量測量值可在處理信道信息中獲得。信號質(zhì)量測量值可以是但不限于信道奇異值的某些函數(shù)。為獲取該信道的奇異值，需要在信道H上執(zhí)行奇異值分解。通過奇異值分解，H可以被表示為H＝USVH，其中矩陣U和V是一元矩陣，并分別包含H的左和右奇異矩陣；S是對角矩陣，包含H的奇異值si。不考慮通常性損失，我們假設奇異值si按照非升序排列。H信道的條件數(shù)cH定義為最大和最小奇異值的比。在數(shù)學上，cH＝si/sNt總是大于或等于1。對于所有狀態(tài)很差的信道，cH很大。理想狀態(tài)下，cH應該等于1。如前面所述，最優(yōu)的最大似然檢波器可以對狀態(tài)較差的信道進行加強，而次優(yōu)檢波器的性能明顯的依賴于信道的狀態(tài)。因此，我們建議將信道的條件數(shù)或信道的最大、最小奇異值作為信號質(zhì)量測量的最佳選擇。在OFDM系統(tǒng)中，每個子符號都會經(jīng)歷不同的H。因此，需要對每個子符號在H上執(zhí)行奇異值分解，以生成基于H的奇異值的信號質(zhì)量測量值。
下面是ARML 228處理OFDM數(shù)據(jù)的處理順序的一個實現(xiàn)-1、對每個子符號的H(s)I的最大或最小奇異值進行升序排列；-2、選擇第一A子符號進行軟輸出最大似然檢波；-3、選擇下一B子符號進行軟輸出低復雜度最大似然檢波；-4、對于剩下的子符號，對條件數(shù)(最小(s)i/最大(s)I的比值)取反并按升序排列。選擇第一C子符號進行軟輸出賦空和消除噪聲檢波；-5、對于剩下的子符號，選擇軟輸出線性均衡檢波。
在另一個實施例中，可以在步驟1后面加上一個處理步驟以忽略第一Z子符號，也即將他們消除。然后，對于剩下的子符號，選擇第一A子符號進行軟輸出最大似然檢波，后續(xù)步驟同上。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可知，這里列出的可用的檢波器并未窮盡，并且如果選擇的檢波器列表更小，那么算法可以更簡單。
本發(fā)明還可以計算所有子符號的奇異值的最大值、最小值或其比值的平均值，代替使用上述步驟1中的奇異值的最大值、最小值或其比值。依據(jù)奇異值的最大值、最小值或其比值與均值的差別有多大，可以使用合適的軟輸出檢波器。
所述軟輸出最大似然檢波器被認為是最優(yōu)的，因為其利用MIMO信道中所有可用的分集。但是它并不是實用的方案，因為它的復雜度會隨發(fā)射天線數(shù)量的增加呈指數(shù)增長。與此相比，在信道狀況良好的情況下，簡單很多的次優(yōu)檢波方法可以表現(xiàn)出與最大似然檢波器一樣的性能。
如前所述，本發(fā)明提供一種自適應低復雜度最大似然檢波器，可以在維持高處理速度的同時，提供高度精確的信號檢波。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可知，根據(jù)本發(fā)明的教導可以使用不同的方案對本發(fā)明作出修改，并且本發(fā)明可應用于任何具有多個發(fā)射天線的通信系統(tǒng)中。
盡管以上已對本發(fā)明進行了詳細的描述，可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種改變、等效替換和變更。
權(quán)利要求
1.一種通信系統(tǒng)，包括通過多個信道發(fā)射多個符號的多個發(fā)射源；自適應檢波器，用于接收對應所述多個發(fā)射符號的多個符號；測量所述多個符號的信號質(zhì)量；基于所述信號質(zhì)量的測量值執(zhí)行檢波過程；使用所述檢波過程生成用于對所述多個發(fā)射符號進行檢波的決策。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述用于對所述發(fā)射符號進行檢波的決策包括基于所述檢波過程的軟決策。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述用于對所述發(fā)射符號進行檢波的決策包括基于所述檢波過程的硬決策。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述對信號質(zhì)量的測量值通過使用基于均衡的檢波器生成所述信道的傳輸質(zhì)量的近似值來獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述信道的信號質(zhì)量的測量值通過使用信道信息來獲得。
6.一種傳輸數(shù)據(jù)的方法，包括在多個信道上發(fā)射多個符號；使用自適應檢波器接收對應于所述多個發(fā)射符號的多個符號，所述自適應檢波器用于測量所述多個符號的信號質(zhì)量；基于所述信號質(zhì)量的測量值執(zhí)行檢波過程；使用所述檢波過程生成用于對所述多個發(fā)射符號進行檢波的決策。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，所述用于對所述發(fā)射符號進行檢波的決策包括基于所述檢波過程的軟決策。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，所述用于對所述發(fā)射符號進行檢波的決策包括基于所述檢波過程的硬決策。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，所述對信號質(zhì)量的測量值通過使用基于均衡的檢波器生成所述信道的傳輸質(zhì)量的近似值來獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，所述信道的信號質(zhì)量的測量值通過使用信道信息來獲得。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應低復雜度的軟輸出最大似然檢波器，通過基于對信號質(zhì)量的確定自適應地選擇處理方案對數(shù)據(jù)進行處理。所述信號質(zhì)量是關(guān)于噪聲、調(diào)制格式、信道(通信環(huán)境)、發(fā)射信號功率和接收信號功率的函數(shù)。如果信號質(zhì)量差，使用最大似然檢波器對該信號進行處理。但如果信號質(zhì)量好，則使用簡單的次優(yōu)檢波器。通過對信號質(zhì)量進行估計并選擇合適的檢波方法，本發(fā)明可以在維持最高可能的處理速度的同時，確保對MIMO通信系統(tǒng)內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)信號進行精確檢波。
文檔編號H04L25/02GK1808959SQ200510003579
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者明·丘恩·胡 申請人:美國博通公司