專利名稱：用于在多輸入多輸出通信系統(tǒng)中接收信號的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及一種通信系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在MIMO(多輸入多輸出)通信系統(tǒng)中的信號接收裝置和方法。
背景技術：
典型來說，與有線信道環(huán)境中發(fā)射的信號相比，移動通信系統(tǒng)的無線信道環(huán)境中發(fā)射的射頻信號由于包括多徑干擾影化、傳播衰減、時變噪聲和干擾的各種因素而失真。由多徑干擾引起的衰減(fading)與反射體或用戶即用戶終端的移動性以及在接收信號中與干擾信號混合的實際發(fā)射信號緊密相關。因此，接收的信號是具有嚴重失真的發(fā)射信號，這就降低了移動通信系統(tǒng)的整體性能。因此，由于衰減現(xiàn)象可以使接收信號的振幅和相位失真，它便成為射頻信道環(huán)境中阻礙高速數(shù)據(jù)通信的主要因素。由此，信號衰減已經(jīng)成為活躍的研究范圍。移動通信系統(tǒng)中的高速數(shù)據(jù)傳輸要求盡量減小諸如衰減的無線信道固有的損失以及用戶之間的干擾。作為一種防止由衰減導致的不穩(wěn)定通信的途徑，可以采用多種方案。眾多多樣性方案中的一種是采用多個天線的空間分集方案。該空間分集方案可以被劃分成(branch into)接收分集、發(fā)射天線分集和MIMO。通過利用多個接收天線來獲得接收天線分集并通過使用多個發(fā)射天線分集來獲得發(fā)射天線分集。MIMO是一種用于使用多個接收天線和多個發(fā)射天線的方案。
MIMO通信系統(tǒng)使用在每一個發(fā)射機(例如，Node B)和接收機(例如用戶設備(UE))中的多個天線。MIMO方案適用于下一代移動通信系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)的傳輸。因此，正在積極地研究MIMO方案。如果發(fā)射天線和接收天線之間的信道是獨立相同分布的(IID)信道，發(fā)射和接收天線M的數(shù)量相等，并且?guī)捄桶l(fā)射功率是恒定的，則MIMO方案具有的平均信道容量大約是單輸入單輸出(SISO)方案的M倍，由此帶來信道容量的高增益。在MIMO通信系統(tǒng)中為不同的發(fā)射天線使用相同的擴展碼能夠使編碼可重復使用，并由此帶來比SISO方案更高的數(shù)據(jù)速率增益。
MIMO通信系統(tǒng)的一個主要實例是每一天線速率控制(Per-Antenna RateControl)(PARC)通信系統(tǒng)?，F(xiàn)在將參考圖1和2來描述PARC通信系統(tǒng)。
圖1是一個典型的PARC通信系統(tǒng)中的發(fā)射機的方塊圖。
在描述圖1之前，假設發(fā)射機使用M個發(fā)射天線和J個擴展碼，其中M和J都是整數(shù)。因此發(fā)射機可以同時發(fā)射M×J個用戶數(shù)據(jù)流。
參考圖1，將被發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)流首先被提供給多路分解器(DEMUX)100。DEMUX100根據(jù)發(fā)射天線的數(shù)量M來多路分解用戶數(shù)據(jù)流。確切地說，DEMUX100將用戶數(shù)據(jù)流分離成M個用戶數(shù)據(jù)流并一對一相對應地將第一至第M用戶數(shù)據(jù)流順序地提供給第一至第M信號處理器110至114。
第一至第M信號處理器110至114每一個都包括編碼器、交織器(interleaver)和調制器。它們根據(jù)預定的編碼方法來編碼它們的輸入用戶數(shù)據(jù)流，其中該預定的編碼方法為根據(jù)預定的交織方法來交織已編碼的數(shù)據(jù)、以及根據(jù)預定的調制方法來調制已交織的數(shù)據(jù)。第一到第M信號處理器110至114的輸出每一個都被提供給第一至第J擴展單元120至124中的對應的擴展器。每一個擴展單元包括M個擴展器。也就是說，第一擴展單元120包括M個擴展器，該M個擴展器分別從第一至第M信號處理器110至114接收信號、用第一擴展碼(SC1)乘以接收的信號，并將乘積分別提供給第一至第M加法器130至134。在這種方法中，第J擴展單元124包括M個擴展器，該M個擴展器分別從第一至第M信號處理器110至114中接收信號，用第J擴展碼(SCJ)乘以所接收的信號，并將乘積分別提供給第一至第M加法器130至134。因此，這些在相同的信號處理器中處理的擴展信號被輸出到相同的加法器。
第一至第M加法器130至134相加接收的信號并分別將其輸出到第一至第M發(fā)射天線140至144(發(fā)射天線1至發(fā)射天線M)。
雖然圖1中沒有顯示，在被提供給發(fā)射天線140至144之前，第1至第M加法器130至134的輸出應經(jīng)過包括加擾、數(shù)模轉換和濾波的附加信號處理以便可以通過無線傳播。用s1(t)、s2(t)、...、sM(t)來表示把信號供應給發(fā)射天線140至144。
如上所述，PARC通信系統(tǒng)利用多個擴展碼來擴展用戶數(shù)據(jù)流并通過發(fā)射天線來發(fā)射擴展的信號。通常將多個擴展碼施加到每一個發(fā)射天線，由此實現(xiàn)有效碼再使用并提高資源效率。
正在研究的MIMO通信系統(tǒng)僅僅考慮了平坦衰減信道環(huán)境。因此，已經(jīng)僅為平坦衰減信道環(huán)境提供了很多PARC接收機結構。提供的這些PARC接收機結構包括最小均方差(MMSE)和作為MMSE和S IC的組合的連續(xù)干擾消除(MMSE-SIC)。
現(xiàn)在將描述SIC方案。
通常，干擾消除(IC)是一種用于在接收機處產生干擾信號和消除干擾信號的方案。在此，干擾信號被當成除了將被檢測的期望信號之外的接收信號的剩余信號。
存在有兩個IC方案SIC和平行干擾消除(PIC)。SIC方案還被分為判定-反饋(decision-feedback)和Bell Labs Layered Space-Time(BLAST)。在SIC方案中，以信號強度的降序從接收的信號中檢測信號。具體地說，首先利用其硬判決值從接收的信號中消除最強的信號，即最強的干擾信號。然后利用其硬判決值從剩余信號中消除次強干擾信號。通過重復進行這個過程，檢測出最終期望的信號。
如上所述，SIC方案非常依靠先前的估計。如果先前的估計包含誤差，則干擾就顯著地增強，從而降低性能。也就是說，隨著在更強信號的估計值中產生誤差，性能下降就變得更嚴重。
已經(jīng)提出了各種用于解決該問題的方法。在它們當中，有局部SIC(PSIC)、并行檢測以及球面檢測。根據(jù)PSIC方案，僅從接收的信號取消小部分最強信號，如果最強信號的比是1，則這部分的比就在0和1之間。該并行檢測方案僅向已經(jīng)發(fā)射最強信號的發(fā)射天線施加最大似然(ML)檢測，由此增加最強信號的可靠性。通過ML檢測，該球面檢測方案從星座上盡可能接近的點產生具有適當半徑的球面并估計球面內部的碼元。
對于PARC接收機的應用，MMSE-SIC比MMSE執(zhí)行得更好?，F(xiàn)在將參考圖2描述PARC接收機。
圖2是一個典型的PARC通信系統(tǒng)中的接收機的方框圖。
在描述圖2之前，假設接收機使用N個接收天線和J個擴展碼。當發(fā)射天線的數(shù)量可以等于接收天線的數(shù)量時，假設他們與圖2中的描述不同。參考圖2，第一至第N接收天線200至204(接收天線q至接收天線N)每一個都從圖1中描述的所有發(fā)射天線140至144中接收信號。
第一至第N接收天線200至204將接收的信號提供給它們相對應的解擴展器220至228。具體地說，第一接收天線200將它的接收信號分別輸出到第(1-1)至第(1-J)擴展器220至222，第二接收天線202將它的接收信號分別輸出到第(2-1)至第(2-J)擴展器223至225，并以此方式繼續(xù)，直到第N接收天線204將它的接收信號分別輸出到第(N，1)至第(N，J)擴展器226至228為止。
第(1-1)至第(1-J)解擴展器220至222利用與在發(fā)射機中使用的相同的J個擴展碼來解擴展從第一接收天線220接收的信號，并將解擴展的信號分別輸出到第一至第J MMSE接收機230至234。具體地說，第(1-1)解擴展器220利用SC1來解擴展所接收的信號并將解擴展的信號輸出到第一MMSE接收機230，而第(1-2)解擴展器221利用SC2來解擴展所接收的信號并將解擴展的信號輸出到第二MMSE接收機232。以同樣的方式，第(1-J)解擴展器222利用SC J來解擴展所接收的信號并將解擴展的信號輸出到第J MMSE接收機234。
第(2-1)至第(2-J)解擴展器223至225利用與在發(fā)射機中使用的相同的J個擴展碼來解擴展從第二接收天線202接收的信號，并將解擴展的信號分別輸出到第一至第J MMSE接收機230至234。具體地說，第(2-1)解擴展器223利用SC1來解擴展所接收的信號并將解擴展的信號輸出到第一MMSE接收機230，而第(2-2)解擴展器224利用SC2來解擴展所接收的信號并將解擴展的信號輸出到第二MMSE接收機232。以同樣的方式，第(2-J)解擴展器225利用SC J來解擴展所接收的信號并將解擴展的信號輸出到第J個MMSE接收機234。
以這種方法，第(N-1)至第(N-J)解擴展器226至228利用與在發(fā)射機中使用的相同的J個擴展碼來解擴展從第N接收天線204接收的信號，并將解擴展的信號分別輸出到第一至第J MMSE接收機230至234。具體地說，第(N，1)解擴展器226利用SC1來解擴展所接收的信號并將解擴展的信號輸出到第一MMSE接收機230，而第(N-2)解擴展器227利用SC2來解擴展所接收的信號并將解擴展的信號輸出到第二MMSE接收機232。以同樣的方式，第(N-J)解擴展器228利用SC J來解擴展所接收的信號并將解擴展的信號輸出到第J MMSE接收機234。
第一至第J MMSE接收機234每一個都通過MMSE從所接收的信號中檢測相應的用戶數(shù)據(jù)流。具體地說，第一MMSE接收機230通過MMSE從源自于第(1-1)、(2-1)、...、(N-1)解擴展器220、223、...、226接收的信號中檢測用戶數(shù)據(jù)流，第二MMSE接收機232通過MMSE從源自于第(1-2)、(2-2)...(N-2)解擴展器221、224...227的信號來檢測用戶數(shù)據(jù)，以同樣的方式，第J MMSE接收機234通過MMSE從源自于第(1-J)、(2-J)、...、(N-J)解擴展器222、225、...、228接收的信號中檢測用戶數(shù)據(jù)流。因此，第一至第J MMSE接收機230至234每一個都分別接收利用相同的擴展碼解擴展的信號。
多路復用器(MUX)240分別多路復用從第一至第J MMSE接收機230至234接收的信號。包括解碼器、去交織器和解調器的信號處理器250以與編碼相對應的解碼方法來解碼多路復用的信號，以與交織相對應的去交織方法來去交織已解碼的信號，并以與在發(fā)射機中的調制相對應的解調方法來解調去交織的信號。在此可以假設信號處理器250順序地分別檢測從第一至第M發(fā)射天線140至144發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)流。信號處理器250將具有最強信號強度的用戶數(shù)據(jù)流輸出到信號再現(xiàn)器260。信號強度是信號對干擾和噪聲比(SINR)的測量值。為了簡練，假設用戶數(shù)據(jù)流以第M發(fā)射天線144＜...＜第二發(fā)射天線142＜第一發(fā)射天線140的次序增強。
信號再現(xiàn)器260通過處理來自信號處理器250的信號來再現(xiàn)原始發(fā)射的信號，即，在發(fā)射機中以信號處理的方式通過第一發(fā)射天線140發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)流，并將所再現(xiàn)的信號輸出到第一至第N減法器210至214。信號再現(xiàn)器260包括編碼器、交織器和調制器，其以預定的編碼方法來編碼接收信號，以預定的交織方法來交織所編碼的信號，并以發(fā)射機的調制方法來調制已交織的信號。
第一減法器210從通過第一接收天線200接收的信號中減去再現(xiàn)的信號，并將得到的結果信號輸出到第(1-1)至(1-J)解擴展器220至222。第二減法器212從通過第二接收天線200接收的信號中減去再現(xiàn)的信號，并將得到的結果信號分別輸出到第(2-1)至(2-J)解擴展器223至225。以同樣的方式，第N減法器214從通過第N接收天線204接收的信號中減去再現(xiàn)的信號，并將得到的結果信號分別輸出到第(N-1)至(N-J)解擴展器226至228。
對最強至最弱的用戶數(shù)據(jù)流重復執(zhí)行上述操作。因此，當PARC通信系統(tǒng)中的多個發(fā)射天線的效果連續(xù)降低時，接收機可以精確地檢測由發(fā)射機發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)流。
其間，實際的無線信道環(huán)境類似于頻率選擇性衰減信道環(huán)境，在MIMO通信系統(tǒng)中考慮的空間信道模型(SCM)考慮了六條路徑。然而，如先前描述的，MIMO通信系統(tǒng)的當前研究受限于衰減信道環(huán)境。因此，需要有在諸如頻率選擇性衰減信道環(huán)境的實際的無線信道環(huán)境下實現(xiàn)的MIMO通信系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是至少實質上解決上述問題和/或缺陷，并至少提供以下優(yōu)點。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于在MIMO通信系統(tǒng)中接收信號、考慮到頻率選擇性衰減信道環(huán)境的裝置和方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在MIMO通信系統(tǒng)中使用MMSE-SIC方案的信號接收裝置和方法。
通過在MIMO通信系統(tǒng)中提供一種信號接收裝置和方法來實現(xiàn)上述目的。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在一種在MIMO通信系統(tǒng)中在具備多個接收天線的接收機中通過多個發(fā)射天線從發(fā)射機接收信號的方法中，所述接收機以預定的第一方法來均衡(equa1ize)在每一個接收天線接收的第一接收信號，并將所均衡的信號分類成相應的發(fā)射天線信號。該方法利用在發(fā)射機中使用的多個擴展碼來解擴展每一個已均衡的發(fā)射天線信號。然后，接收機檢測在解擴展的發(fā)射天線信號之中的最強發(fā)射天線信號，并通過以預定的第二方法解碼該最強發(fā)射天線信號來校驗在該最強發(fā)射天線信號中的誤差。接收機將校驗的最強發(fā)射天線信號再現(xiàn)成干擾信號，并通過從第一接收信號中減去該干擾信號來產生第二接收信號。接收機以第一方法均衡第二接收信號以及將所均衡的信號分類成除了最強發(fā)射天線信號之外的相應的發(fā)射天線信號。接著，重復執(zhí)行該方法的步驟直到已經(jīng)均衡了所有的接收信號為止。


結合附圖根據(jù)下面的詳細說明，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將變得更加清楚，其中圖1是在傳統(tǒng)的PARC通信系統(tǒng)中的發(fā)射機的方框圖；圖2是在傳統(tǒng)的PARC通信系統(tǒng)中的接收機的方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的MIMO通信系統(tǒng)中的接收機的方框圖；圖4是說明在根據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO通信系統(tǒng)的接收機中的信號接收的流程圖；
圖5是用于二進制相移鍵控(BPSK)的曲線圖，其比較傳統(tǒng)的信號接收方法和根據(jù)本發(fā)明實施例的信號接收方法的性能；以及圖6是用于正交相移鍵控(QPSK)的曲線圖，其比較傳統(tǒng)的信號接收方法和根據(jù)本發(fā)明實施例的信號接收方法的性能。
具體實施例方式
將參照附圖來描述本發(fā)明的最佳實施例。在下面的描述中，為簡明起見，不再詳細描述眾所周知的功能或結構。
假定本發(fā)明實施例的MIMO通信系統(tǒng)具有以與圖1中描述的傳統(tǒng)PARC發(fā)射機相同的方式配置的發(fā)射機。也就是說，發(fā)射機利用M個發(fā)射天線和J個擴展碼來發(fā)射用戶數(shù)據(jù)流。
如前所述，MIMO通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀局限于衰減信道環(huán)境。然而，實際的無線信道環(huán)境接近于頻率選擇性衰減信道環(huán)境，并且MIMO通信系統(tǒng)中考慮的SCM考慮了六條路徑。因此，假定從本發(fā)明實施例的MIMO通信系統(tǒng)中的發(fā)射機中發(fā)射的信號經(jīng)過頻率選擇性衰減信道。因此，重新配置了用于MIMO通信系統(tǒng)的接收機以便在MIMO通信系統(tǒng)中在頻率選擇性衰減信道環(huán)境下接收這種信號。
首先將描述由MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)射機發(fā)射的信號，即，圖1中描述的傳統(tǒng)的PARC通信系統(tǒng)的發(fā)射機。
參照圖1的上述描述，發(fā)射機根據(jù)數(shù)據(jù)速率來多路分離用于傳送的用戶數(shù)據(jù)流。多路分離的用戶數(shù)據(jù)流須經(jīng)信號處理。具體地說，它們被根據(jù)預定的編碼方法進行編碼、根據(jù)預定的交織方法進行交織、并根據(jù)預定的調制方法進行調制。利用J個擴展碼對處理后的信號進行擴展并通過M個發(fā)射天線以該數(shù)據(jù)速率來發(fā)射處理的信號?；趶慕邮諜C反饋的信道質量信息(CQI)來確定數(shù)據(jù)速率、編碼方法和調制方法。例如，CQI可以是M個發(fā)射天線的SINR。由于J個擴展碼被共同施加到M個發(fā)射天線的每一個天線，代碼再使用提高了資源效率。
用s(t)來表示從M個發(fā)射天線發(fā)射的信號。s(t)最好是從各個第一至第M發(fā)射天線發(fā)射的信號s1(t)、s2(t)、...、sM(t)的組合。
s(t)＝［s1(t)s2(t)...sM(t)]T...公式(1)
在此T是矩陣轉置算子。
假定J個擴展碼具有擴展因子SF，并且任意第j擴展碼cj[k](其中k＝1，2，...，SF)與任何其它擴展碼正交并且被歸一化。
該發(fā)射機可以為在碼元周期(symbol period)發(fā)射M×J個用戶數(shù)據(jù)流。用bjm(其中m＝1，2，...，M而j＝1，2，...，J)表示從第m發(fā)射天線發(fā)射的第j個碼元，而用C＝[c1c2...cJ]表示正交的、歸一化的具有SF的擴展碼。利用該擴展碼，用戶數(shù)據(jù)流被轉變成碼片級(chip level)信號。在此，來自第m發(fā)射天線的第k個碼片信號sm(k)被表示成sm(k)=Σj=1Jcj(k)bjm,m=1,2,···,M]]>......公式(2)如果用考慮了衰減選擇性信道環(huán)境的碼片(chip)的單位來表示的均衡器長度(equalizer length)是E，則公式(2)等同于sm(k)＝[sm(k)，sm(k+1)，...，sm(k+E+L-2)]T......公式(3)在此，L是信號路徑的數(shù)量。
參考圖3，現(xiàn)在將描述按照本發(fā)明實施例的MIMO通信系統(tǒng)中的接收機結構。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO通信系統(tǒng)中的接收機的方框圖。
在描述圖3之前，假定接收機使用N個接收天線和J個擴展碼。雖然發(fā)射天線的數(shù)量可以等于接收天線的數(shù)量，但仍假定這些數(shù)量不相等，如圖3中描述的。
參考圖3，第一至第N接收天線300至304(接收天線1至接收天線N)每一個都從圖1中描述的所有發(fā)射天線140至144接收信號。
第一至第N接收天線300至304給MMSE接收機320提供接收信號。在第一階段，信號旁路(bypass)第一至第N減法器310至314，但是在以下階段，從第一至第N減法器310至314輸出的信號被提供給MMSE接收機320。具體地說，在第一階段，將在接收天線300至304處接收的信號直接傳送到MMSE接收機320。在后面的階段，接收信號被分別供給到減法器310至314。減法器310至314從接收信號中減去從信號再現(xiàn)器370接收的再現(xiàn)信號，并將得到的結果信號提供給MMSE接收機320。用rn(k)來表示在任意第N接收天線處接收的任意第k個碼片信號。
下面將描述在MIMO通信系統(tǒng)中的接收機中的接收信號。
發(fā)射機和接收機之間的無線信道是一種頻率選擇性衰減信道并且用H表示該頻率選擇性衰減信道的特性。在頻率選擇性衰減信道上的N個接收天線處接收的碼片級信號被表示為r(k)=Σm=1MH(;m)sm(k)+n(k)=Hs(k)+n(k)]]>r1(k)r2(k)...rN(k)=H11H12...H1MH21H22...H2M............HN1HN2...HNMs1(k)s2(k)...sM(k)+n1(k)n2(k)...nN(k)]]>...公式(4)這里，r(k)是接收機的所有接收信號的第k碼片(chip)信號，sm(k)是從第m發(fā)射天線發(fā)射的第k信號，n(k)是被加到第k碼片信號的噪聲向量，而H(；m)是從第m發(fā)射天線發(fā)射的信號在到達第n接收天線之前表現(xiàn)出的信道特性。在此，H(；m)＝[H1mH2m...HNm]T。表示從第m發(fā)射天線發(fā)射的信號在到達第n接收天線之前表現(xiàn)出的信道特性的信道矩陣HNM為Hnm=H(nm)0...00H(nm)...0............00...H(nm)]]>...公式(5)這里H(NM)是HNM的元素矩陣。
H(nm)=h1,l-1(nm)h1,l-2(nm)...h1,0(nm)h2,l-1(nm)h2,l-2(nm)...h2,0(nm)............hP,l-1(nm)hP,l-2(nm)...hP,0(nm)]]>...公式(6)這里P是每一碼片重復取樣(oversample)數(shù)。
而接收的信號rn(k)為rn(k)＝[rn1(k)，rn2(k)，...，rnP(k)，...，rn1(k+E-1)，rn2(k+E-1)，...，rnP(k+E-1)]T....公式(7)噪聲向量n(k)是具有零平均值和方差 的復合高斯隨機變量。
nn(k)＝[nn1(k)，...，nnP(k)，...，nn1(k+E-1)，...，nnP(k+E-1)]T....公式(8)同時，MMSE接收機320通過MMSE計算用于第一至第M發(fā)射天線140至144的權值，并利用該權值來均衡從發(fā)射天線140至144發(fā)射的信號。具體地說，MMSE接收機320將為第一發(fā)射天線140計算的權值施加到第一發(fā)射天線信號，并將得到的結果信號提供給第(1-1)至第(1-J)解擴展器330至332，以及將為第二發(fā)射天線142計算的權值施加到第二發(fā)射天線信號，并分別將得到的結果信號提供給第(2-1)至第(2-J)解擴展器333至335。以這種方式，MMSE接收機320將為第M發(fā)射天線144計算的權值施加到第M發(fā)射天線信號并分別將得到的結果信號提供給第(M-1)至第(M-J)解擴展器336至338。
因此，MMSE接收機320的輸出為WMMSE=H*(HH*+σn2IPNE)-1,ZMMSE(k)=WMMSEr(k)]]>...公式(9)這里，WMMSE表示通過MMSE為第一至第M發(fā)射天線140至144計算的權值。
WMMSE＝[w1w2...wM]T。w1是用于第一發(fā)射天線140的權值，w2是用于第二發(fā)射天線142的權值，以及wM是用于第M發(fā)射天線144的權值。
當MMSE在本發(fā)明的實施例中用于均衡時，可以使用迫零(zeroforcing)(ZF)來代替MMSE。在這種情況下，r(k)的ZF均衡的信號為WZF＝H*(HH*)-1，ZXF(k)＝WZFr(k)...公式(10)這里，WZF表示通過ZF為第一至第M發(fā)射天線140至144計算的權值。在公式(10)中，WZF＝[w1w2....wM]T。其中，w1是用于第一發(fā)射天線140的權值，w2是用于第二發(fā)射天線142的權值，以及wm是用于第M發(fā)射天線144的權值。
第(1-1)至第(1-J)解擴展器330至332利用與發(fā)射機中使用的相同的J個擴展碼來解擴展從MMSE接收機320接收的信號，并將解擴展的信號輸出到第一MUX 340。第(2-1)至第(2-J)解擴展器333至335利用J個擴展碼來解擴展從MMSE接收機320接收的信號，并將解擴展的信號輸出到第二MUX 342。以同樣的方式，第(M-1)至第(M-J)解擴展器336至338利用J個擴展碼來解擴展從MMSE接收機320接收的信號，并將解擴展的信號輸出到第M MUX 344。在展開(dispreading)之后，碼片級信號被轉變成碼元級信號。
第一MUX 340多路復用從第(1-1)至(1-J)解擴展器330至332接收的信號，第二MUX 342多路復用從第(2-1)至(2-J)解擴展器333至335接收的信號，并且以這種方式，最后的第M MUX 344多路復用從第(M-1)至(M-J)解擴展器336至338接收的信號。
每一個第一至第M信號處理器350至354具有解碼器、去交織器和解調器。第一信號處理器350以與發(fā)射機的編碼、交織和調制方法相對應的解碼、去交織和解調方法來解碼、去交織和解調從第一MUX 340接收的信號。第二信號處理器352以所述解碼、去交織和解調方法來解碼、去交織和解調從第二MUX 342接收的信號。以這種方法，第M信號處理器354以所述解碼、去交織和解調方法來解碼、去交織和解調從第M MUX 344接收的信號。誤差校驗器360從第一至第M信號處理器350至354接收已處理的信號。
誤差校驗器360的輸入信號是從發(fā)射機發(fā)射的碼元bjm的估算值 如之前描述的，依照本發(fā)明實施例的MIM0通信系統(tǒng)中的接收機采用MMSE-SIC方案。SIC是一種首先消除最強信號的方案，即，來自接收信號的最強干擾信號使用其硬判決值，然后來自剩余信號的次強干擾信號使用其硬判決值，并通過重復執(zhí)行這個過程來檢測最終期望的信號。信號強度可以為測量的SINR或其它的相似信號強度測量值。由于SIC方案的使用，所以以SINR的遞減次序來產生干擾信號。通過下面方程式利用公式(9)中描述的MMSE接收機320的均衡器矩陣和信道矩陣來計算SINRSINRin=|wmΓm,l|2Σi=1,i≠mMΣj=1E+L-1|wmΓi,j|2+Σj=2E+L-1|wmΓm,l|2+MwmRnwmH]]>......公式(11)這里，Г＝H(；m)T＝[Г1，1Г1，2...Г1，E+L-1...ГM，1ГM，2...ГM，E+L-1]，Rn是有關噪聲向量的相關矩陣，SINRm是第m個發(fā)射天線信號的SINR。
假定這些SINR以第M發(fā)射天線144＜...＜第二發(fā)射天線142＜第一發(fā)射天線140的次序增強(SINR1≥SINR2≥...≥SINRM)。
也就是說，首先消除來自第一發(fā)射天線140的信號，然后消除來自第二發(fā)射天線142的信號，諸如此類推。如相關技術說明中描述的，SIC方案非常依靠于先前的檢測估計。如果在先前階段中錯誤地檢測了碼元，則干擾會顯著增強，由此降低性能。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，在消除干擾信號以便防止使用SIC方案帶來的性能下降之前，改善了干擾信號的可靠性。誤差校驗器360最終負責改善干擾信號可靠性的操作。改善干擾信號可靠性相當于改善具有最強SINR的發(fā)射天線信號的可靠性。
通過在干擾消除處理中的ML檢測來在由φ＝{v1，v2，...，vQ}給出的調制的所有的信號星座點之中順序地檢測來自最高SINR發(fā)射天線的距離具有下標j(j＝1，2，...，J)的碼元最近的碼元星座點，然后通過MMSE來計算具有最小化誤差范數(shù)(minimum error norm)的星座點。這些估計的碼元被輸入到誤差校驗器360。從第一至第M信號處理器350至354輸出的碼片級信號，即輸入到誤差校驗器360的最終信號被表示為b~=b~11b~21...b~J1b~12b~22...b~J2............b~1Mb~2M...b~JM]]>......公式(12)這里 表示來自第一至第M發(fā)射天線140至144的估計碼元，而 表示從第m發(fā)射天線發(fā)射的第j碼元的估算值。
假定在MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)射機中J個擴展碼中的每一個在調制方案中都利用Q個星座點來調制數(shù)據(jù)。還假定接收機中的接收信號的估算值是具有在解擴展信號和在調制方案中調制的信號之間最短距離的星座點，并通過發(fā)射機來發(fā)射。從而，從M個發(fā)射天線發(fā)射的發(fā)射天線碼元是b=b11b12...b1Jb21b22...b2J............bM1bM2...bMJ=[b1b2...bJ],bmj∈Φ={v1,v2,...,vQ}]]>......公式(13)并由下列向量進行ML解碼星座點向量xj＝[x1jx2j...xMj]T，xmj∈φ，Φ＝{v1，v2，...，vQ}解擴展信號向量zj＝[z1jz2j...zMj]Tϵj(z|x)=||ej(z|x)||=||zj-α2MHxj||,j=1,2,...,J]]>b^jML=minx∈Φϵj(z|x),j=1,2,...,J]]>......公式(14)
即，公式(14)表示來自所有M個發(fā)射天線的碼元的ML解碼。
然而，在本發(fā)明中，只有在接收信號中充當干擾信號的最強SINR發(fā)射天線碼元經(jīng)過ML解碼，從而在MMSE-SIC方案中增強了發(fā)射天線碼元的可靠性。
例如，如果M＝4，J＝8，并且以M＝1，2，3，4的次序進行SIC處理，則接收信號的估計碼元是 ......公式(15)在第一通道內，對在第一行中來自具有最強SINR的第一發(fā)射天線的碼元進行ML解碼。順序地，對來自多達第四發(fā)射天線的碼元進行ML解碼。
誤差檢測器360通過下列方程式以公式(12)中描述的 來校驗誤差e(b1J=vq)=r-HCb~(b1j=vq),q=1,2,...,Q]]>......公式(16)qmin(j)=minvq∈Φξ(b1j=vq)=minvq∈Φ||e(b1j=vq)||]]>.....公式(17)以及b~1j=vqmin(j)]]>.....公式(18)以上述方式，誤差校驗器360通過ML解碼而對最強SINR發(fā)射天線碼元(諸如第一發(fā)射天線碼元)執(zhí)行誤差校驗處理。信號再現(xiàn)器370通過以與MIMO通信系統(tǒng)的發(fā)射機中使用的相同的方式處理已校驗的信號，來再現(xiàn)發(fā)射的信號，并將再現(xiàn)的信號提供給第一至第N減法器310至314。信號再現(xiàn)器370包括編碼器、交織器和調制器。因此，它以發(fā)射機中使用的編碼、交織和調制方法來編碼、交織和調制校驗的碼元。
第一減法器310從在第一接收天線300處接收的信號中減去再現(xiàn)信號，并將得到的結果信號提供給第(1-1)至(1-J)解擴展器330至332。第二減法器312從在第二接收天線302處接收的信號中減去再現(xiàn)信號，并分別將得到的結果信號提供給第(2-1)至(2-J)解擴展器333至335。以這種方式，第N減法器314從在第N接收天線304處接收的信號中減去再現(xiàn)信號，并分別將得到的結果信號提供給第(M-1)至(M-J)解擴展器336至338。
利用最強至最弱SINR來對用戶數(shù)據(jù)流重復進行上述操作，以便接收機精確地檢測由發(fā)射機發(fā)射的用戶數(shù)據(jù)流，從而降低多個發(fā)射天線的影響。
干擾消除處理總結如下。
步驟1檢測最強SINR發(fā)射天線信號并從接收的信號將其消除。
如果r(1)(k)＝r(k)、H(1)＝H，以及W(1)＝WMMSE，則校驗的估計碼元被假定為(1)。從(1)中檢測最強SINR發(fā)射天線碼元并將其再現(xiàn)。從r(1)(k)中消除再現(xiàn)的碼元。得到的結果信號r(2)(k)被表示成r(2)(k)=Σm=1MH(;m)sm(k)-H(;1)s^1(k)+n(k)]]>.....公式(19)步驟2檢測次強SINR發(fā)射天線信號。
由于從接收的信號中消除了最強發(fā)射天線信號，即，從信道矩陣H(1)中消除了最強SINR發(fā)射天線信號已經(jīng)經(jīng)過的信道分量，所以用于剩余信號H(2)＝[H(；2)H(；3)...H(；M)]的信道矩陣具有(M-1)個信道分量。以與步驟1相同的方式，利用用于r(2)(k)的MMSE導致W(2)=H(2)*(H(2)H(2)*+σn2IPNE)-1]]>.....公式(20)Z(2)＝W(2)r(2)(k).....公式(21)通過利用每個擴展碼(j＝1，2，...，J)展開MMSE均衡的信號Z(2)來計算碼元向量(2)。然后從(2)中再現(xiàn)第二碼片級發(fā)射天線信號2(k)，并將其從r(2)(k)中移除。因此，r(3)(k)=Σm=1MH(;m)sm(k)-Σj=12H(;2)s^2(k)+n(k)]]>.....公式(22)重復執(zhí)行步驟1和步驟2直到最后的發(fā)射天線信號，從而檢測了所有的發(fā)射天線信號。這種操作被概括為r(m)(k)=Σm=1MH(;m)sm(k)-Σj=1m-1H(;j)s^j(k)+n(k)]]>.....公式(23)
已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO通信系統(tǒng)中的接收機結構?，F(xiàn)在參考圖4將描述MIMO通信系統(tǒng)中的信號接收。
圖4是一個流程圖，它描述在根據(jù)本發(fā)明實施例的MIMO通信系統(tǒng)中的接收機中的信號接收。
參考圖4，接收機將表示發(fā)射信號檢測的計數(shù)的變量i設置為初始值，并在步驟411中設置發(fā)射天線數(shù)量M。在步驟413中，接收機從發(fā)射機的M個發(fā)射天線接收信號。接收機確定是否已經(jīng)在步驟415中為每個發(fā)射天線完全檢測了用戶數(shù)據(jù)。如果已完成用戶數(shù)據(jù)檢測，則接收機就中止流程。反之，如果沒有完成用戶數(shù)據(jù)檢測，則接收機就進行到步驟417。
接收機在步驟417中通過MMSE來均衡接收的信號，利用J個擴展碼在步驟419中解擴展已均衡的信號，并在步驟421中測量每一個發(fā)射天線信號的SINR。在步驟423中，接收機利用最強SINR來選擇發(fā)射天線信號。接收機在步驟425中將i增1(i＝i+1)。
在步驟427中，接收機比較i和M。如果i超過M，則接收機就跳至步驟431。如果i等于或小于M，則接收機就進行步驟429。接收機通過在步驟429中的ML型誤差準則來在最強SINR發(fā)射天線信號內校驗誤差，并在步驟431中從校驗的發(fā)射天線信號中提取用戶數(shù)據(jù)。在步驟433中，接收機再現(xiàn)來自用戶數(shù)據(jù)的發(fā)射信號。接收機在步驟435中從接收的信號中移除再現(xiàn)信號并返回到步驟415。
參考圖5和6，將在性能方面對本發(fā)明實施例的信號接收和典型的信號接收進行比較。
圖5是在BPSK情況下描述根據(jù)本發(fā)明實施例的信號接收方法和傳統(tǒng)信號接收方法的性能的曲線圖。
參考圖5，以誤碼率(BER)來測量性能。為了模擬，假定信道環(huán)境是具有四條信號通道(L＝4)的頻率選擇性衰減信道環(huán)境，發(fā)射和接收天線的數(shù)量給定為N，擴展碼的擴展因子是16(SF＝16)，每一碼片重復取樣數(shù)是2(P＝2)，以及擴展碼數(shù)是8(J＝8)。
可以表明的是，依照本發(fā)明實施例來改進的MMSE-SIC(EMMSE-SIC)具有最好的BER性能，并以MMSE-SIC、MMSE和SF的順序降低。
圖6是在QPSK情況下描述根據(jù)本發(fā)明實施例的信號接收方法和傳統(tǒng)的信號接收方法的性能的曲線圖。
參考圖6，用BER來比較性能。為了模擬，假定信道環(huán)境是具有四條信號通道(L＝4)的頻率選擇性衰減信道環(huán)境，發(fā)射和接收天線的數(shù)量給定為N，擴展碼的擴展因子是16(SF＝16)，每一碼片重復取樣數(shù)是2(P＝2)，以及擴展碼數(shù)是8(J＝8)。
可以表明的是，依照本發(fā)明實施例來提高的MMSE-SIC(EMMSE-SIC)具有最好的BER性能，并以MMSE-SIC、MMSE和SF的順序降低。
根據(jù)上述本發(fā)明的實施例，在MMSE-SIC方案的應用中，MIMO通信系統(tǒng)中的接收機在將被當作干擾信號而消除的發(fā)射天線信號中來校驗誤差，由此提高接收信號的解調可靠性。也就是說，在確保具有最強SINR的發(fā)射天線信號的可靠性之后，其被當作干擾信號消除。因此，典型的MMSE-SIC方案的誤差概率是最小的，從而提供可靠的信號傳輸和接收。
雖然已經(jīng)參考其特定最佳實施例顯示并描述了本發(fā)明，在不脫離由附權值利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，本領域技術人員可以對其進行形式和細節(jié)上的各種改變。
權利要求
1.一種在多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)中在具有多個接收天線的接收機中通過多個發(fā)射天線從發(fā)射機接收信號的方法，包括步驟(1)以預定的第一方法均衡在每一個接收天線處接收的第一接收信號，并將均衡的信號分類成相應的發(fā)射天線信號；(2)利用在發(fā)射機中使用的多個擴展碼來解擴展每一個均衡的發(fā)射天線信號；(3)檢測解擴展的發(fā)射天線信號之中的最強發(fā)射天線信號，并通過以預定的第二方法解碼該最強發(fā)射天線信號來校驗在該最強發(fā)射天線信號中的誤差；(4)將已校驗的最強發(fā)射天線信號再現(xiàn)成干擾信號；(5)通過從第一接收信號中減去該干擾信號來產生第二接收信號；(6)以預定的第一方法來均衡第二接收信號，并將所均衡的信號分類成除了最強發(fā)射天線信號之外的相應的發(fā)射天線信號；以及(7)重復執(zhí)行步驟(2)至(6)直到已經(jīng)均衡了所有的接收信號為止。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，最強發(fā)射天線信號是具有最高信號對干擾和噪聲比(SINR)的發(fā)射天線信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，第一方法是最小均方差(MMSE)方法。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，第二方法是最大似然(ML)解碼。
5.一種在多輸入多輸出(MIMO)通信系統(tǒng)中在具有多個接收天線的接收機中通過多個發(fā)射天線從發(fā)射機接收信號的裝置，包括接收機，用于以預定的第一方法來均衡在每一個接收天線處接收的第一接收信號，將均衡的信號分類成相應的發(fā)射天線信號，以第一方法均衡在預定的控制下產生的第二接收信號，以及將均衡的信號分類成除了最強發(fā)射天線信號之外的相應的發(fā)射天線信號；多個解擴展器，用于利用在發(fā)射機中使用的多個擴展碼來解擴展每一個發(fā)射天線信號；誤差校驗器，用于檢測在已解擴展的發(fā)射天線信號之中的最強發(fā)射天線信號，并通過以預定的第二方法解碼該最強發(fā)射天線信號來校驗在該最強發(fā)射天線信號中的誤差；信號再現(xiàn)器，用于將所校驗的最強發(fā)射天線信號再現(xiàn)成干擾信號；以及多個減法器，用于通過從第一接收信號中減去干擾信號來產生第二接收信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其中，最強發(fā)射天線信號是具有最高信號對干擾和噪聲比(SINR)的發(fā)射天線信號。
7.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其中，第一方法是最小均方差(MMSE)方法。
8.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其中，第二方法是最大似然(ML)解碼。
9.根據(jù)權利要求5所述的裝置，還包括多個多路復用器，用于多路復用從解擴展器接收的解擴展信號并將已多路復用的信號輸出到誤差校驗器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于在MIMO通信系統(tǒng)中接收信號的裝置和方法。在所述信號接收方法中，以預定的第一方法來均衡在每一個接收天線處接收的第一接收信號。利用發(fā)射機中使用的多個擴展碼來解擴展每一個已均衡的發(fā)射天線信號。為了誤差校驗，在解擴展的發(fā)射天線信號之中檢測最強的發(fā)射天線信號，并以預定的第二方法來進行解碼。將所校驗的最強發(fā)射天線信號再現(xiàn)成干擾信號。通過從第一接收信號中減去干擾信號來產生第二接收信號并以第一方法來均衡該第二接收信號。對除了最強發(fā)射天線信號之外的已均衡的發(fā)射天線信號重復進行上述操作。
文檔編號H04B1/707GK1697362SQ20051007831
公開日2005年11月16日 申請日期2005年2月2日 優(yōu)先權日2004年2月2日
發(fā)明者吳玄錫, 俞炫碩, 李慧正, 崔鎮(zhèn)圭, 文庸石, 李賢培, 林永析 申請人:三星電子株式會社