專利名稱：多天線系統(tǒng)的并/串行置信傳播檢測方法及其傳播檢測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線通信系統(tǒng)中多發(fā)射多接收天線技術領域，特別涉及多天線系統(tǒng)的置信傳播檢測器及其檢測方法。
背景技術：
在無線通信系統(tǒng)中，為越來越多的移動用戶提供高速率數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務已經(jīng)日益迫切，而且不同于有線通信系統(tǒng)，無線通信還受到頻譜資源、傳送功率、多徑衰落等等限制?；诙鄠€發(fā)送與接收天線(MIMO，Multiple Input Multiple Output)技術現(xiàn)已證明是提供高速無線數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務的有潛力的方法。
多天線系統(tǒng)的發(fā)送、接收框圖分別如圖1、圖2所示。圖1中，信源比特經(jīng)信道編碼器、比特交織器、調制器后，輸出的星座點符號序列經(jīng)空時處理器映射到發(fā)射天線上。經(jīng)過衰落信道，接收機(如圖2所示)首先由檢測器進行符號檢測，檢測得到的估計序列經(jīng)解調器、解交織器、信道解碼器，得到接收比特序列。
先進的發(fā)送接收機設計是多天線系統(tǒng)應用的研究熱點。已有的比較成熟的發(fā)射結構包括空時塊碼(space-time block codes，STBC)、雙傳輸分集(double space-time transmitdiversity，D-STTD)、BLAST等。同時已有的接收機包括迫零檢測(zero forcing，ZF)、最小均方誤差檢測(minimum mean square error，MMSE)、概率輔助檢測(probability dataassociation，PDA)、球形譯碼(sphere decoding)，最大似然檢測(maximal likelihood，ML)等。
在上述已有的發(fā)送接收機中，基本的檢測處理單元僅限于一個(如BLAST)或者連續(xù)的兩個(如STBC)發(fā)送符號，最常用的檢測器是MMSE檢測器。如果檢測處理包括的符號序列長度增大，復雜度很高，如采用MMSE檢測器時，復雜度與符號長度成多項式關系。

發(fā)明內容
為降低檢測器針對長發(fā)送符號序列的復雜度，本發(fā)明基于置信傳播原理，通過外信息在約束節(jié)點和變量節(jié)點之間的傳遞和更新得到收斂的檢測后符號/比特概率信息，得到置信傳播檢測器，同時，基于信息傳遞的并行和串行實現(xiàn)，本發(fā)明提供檢測器的兩種實現(xiàn)方法并行置信傳播檢測方法和串行置信傳播檢測方法。并/串置信傳播檢測均基于置信傳播檢測原理，兩種方法均可實現(xiàn)低復雜度的檢測，收斂時性能十分接近，一次迭代時，串行的性能優(yōu)于并行的性能；而并行處理方式延時比串行處理方式小。
為便于說明本發(fā)明技術方案，先做以下假設調制器輸出符號序列為s，其長度為L，表示為s＝{s1s2…sL}；發(fā)送天線數(shù)為Nt，接收天線數(shù)為Nr，v(i)為第i個發(fā)射天線上的發(fā)射符號序列，其長度為N，即，v(i)=[v1(i)v2(i)···vN(i)],]]>其中，i∈[1，Nt]，N·Nt≥L。
r(j)為第j個接收天線上的接收符號序列，其長度為N，即，r(j)=[r1(j)r2(j)···rN(j)],]]>其中，j∈[1，Nr]；st為空時處理得到的vt所對應的處理前的調制器輸出符號序列，顯然，st∈s；vt為所有發(fā)射天線上第t個時刻上的發(fā)射符號向量，即，vt=[vt(1)vt(2)···vt(Nt)]T,]]>其中，t∈[1，N]；rt所有接收天線上第t個時刻上的接收符號向量，即，rt=[rt(1)rt(2)···rt(Nr)]T,]]>其中，t∈[1，N]；P(·)為概率；P(·|·)為條件概率；l為并/串置信檢測器的最大迭代次數(shù)；在MIMO系統(tǒng)中，一個時刻上的多天線符號接收可以表示成rt=HNr×Nt(t)·vt+NNr×1,t∈[1,N]---(1)]]>信道矩陣HNr×Nt(t)為 其中，vt對應空時處理前符號序列st。NNr×1是長度為Nr的高斯白噪聲向量。
為了更清楚描述置信傳播檢測(Belief propagation，BP)器，本發(fā)明給出約束節(jié)點、變量節(jié)點、節(jié)點間的連線、分量檢測器、迭代檢測的定義，以方便描述MIMO傳輸。
對于長為L的發(fā)送符號序列s，MIMO傳輸可以表示成圖3。其中，約束節(jié)點ft(constraint node)對應于(1)和(2)中的Nr個線性方程(在空時MIMO中，一個約束節(jié)點對應于一個接收時刻的接收方程)；變量節(jié)點(variable node)為對應于參與約束節(jié)點ft的未知符號向量st(在空時MIMO中，變量節(jié)點對應于該時刻接收符號的原始發(fā)送星座點符號)；約束節(jié)點ft和變量節(jié)點{si，sj，…，sk}之間的連線(連接)表示在接收時刻t存在的發(fā)送原始星座點符號序列{si，sj，…，sk}；本發(fā)明中的一次迭代檢測是指，全部約束節(jié)點經(jīng)過分量檢測器處理后，將更新的信息傳遞給相連的變量節(jié)點，然后全部變量節(jié)點將接收信息合并后再把并行外信息(其詳細內容見檢測器步驟說明)傳遞給所有相連的約束節(jié)點。
1)初始化變量節(jié)點的概率；2)約束節(jié)點計算并更新各自連接的變量節(jié)點的概率信息，并將該概率信息傳遞給連接的變量節(jié)點；3)變量節(jié)點收集連接的約束節(jié)點傳遞的概率信息，將其合并后獲得并行外信息，并將所述并行外信息傳遞給連接的約束節(jié)點；4)重復步驟2)和步驟3)，達到預先設定的迭代次數(shù)后，進入步驟5)；5)變量節(jié)點收集約束節(jié)點傳遞的信息并輸出，其中，所述約束節(jié)點為多天線系統(tǒng)中一個時刻上的多天線符號接收的多個線性方程，變量節(jié)點對應于參與約束節(jié)點的未知符號向量或符號向量對應的比特序列，并行外信息指不包括本約束節(jié)點信息的其他約束節(jié)點傳遞的軟信息合并后的信息，所述連接表示接收時刻與本接收時刻對應的發(fā)送原始星座點符號序列或符號序列對應的比特序列的對應關系。
一種多天線系統(tǒng)的串行置信傳播檢測方法，包括以下步驟1)初始化變量節(jié)點的概率；2)第一次迭代，逐一開始分量檢測，前一個分量檢測的概率信息作為當前分量檢測的先驗信息開始檢測，依次類推直至最后一個分量檢測完成；3)第二次迭代，逐一開始分量檢測，每個分量檢測使用串行外信息作為先驗信息進行檢測，直至最后一個分量檢測完成；4)重復步驟3)，達到預先設定的迭代次數(shù)后，進入步驟5)；5)輸出最后一次迭代后的所有變量節(jié)點概率信息，其中，所述約束節(jié)點為多天線系統(tǒng)中一個時刻上的多天線符號接收的Nr個線性方程，變量節(jié)點對應于參與約束節(jié)點的未知符號向量或符號向量對應的比特序列，所述串行外信息為前面處理得到的概率信息除去本分量檢測器在上次迭代過程中提供的概率信息后的信息。
其中，所述步驟2)和步驟3)的迭代過程中，檢測順序為按照接收時刻或者是根據(jù)接收時刻重新排序后進行分量檢測。
本發(fā)明還提供一種置信傳播檢測器，它由多個分量檢測器組成。所述分量檢測器用于一個約束節(jié)點和與之相連的變量節(jié)點之間的檢測處理。
一種置信傳播檢測器，包括多個分量檢測器，所述分量檢測器用于一個約束節(jié)點和與之相連的變量節(jié)點之間的檢測處理(在空時MIMO中，分量檢測對應于一個接收時刻上對傳輸符號的檢測估計)，所述約束節(jié)點為多天線系統(tǒng)中一個時刻上的多天線符號接收的Nr個線性方程，變量節(jié)點對應于參與約束節(jié)點的未知符號向量或符號向量對應的比特序列。
其中，所述檢測處理過程為并行置信傳播檢測。其實現(xiàn)過程如本發(fā)明多天線系統(tǒng)的并行置信傳播檢測方法。
其中，所述檢測處理過程為串行置信傳播檢測。其實現(xiàn)過程如本發(fā)明多天線系統(tǒng)的串行置信傳播檢測方法。
本發(fā)明提出的并/串置信傳播檢測器也適用于MIMO-OFDM系統(tǒng)。本發(fā)明針對多天線發(fā)送結構中使用長符號的結構，如交織分集多天線系統(tǒng)、S-PARC等等，提出一種新型檢測器。該發(fā)明通過分量檢測和多個處理單元的軟信息傳遞與合并，得到整個符號長度上的符號/比特檢測結果。復雜度隨發(fā)送符號長度成線性關系，尤其在長符號發(fā)送時，低復雜度優(yōu)勢突出。提出的并/串檢測器也可以取得良好的誤比特性能。


圖1為發(fā)送機框圖；圖2為接收機框圖；圖3為本發(fā)明對MIMO傳輸?shù)膱D表示；圖4為本發(fā)明約束節(jié)點更新示意圖；
圖5為本發(fā)明變量節(jié)點更新示意圖；圖6為判決輸出示意圖；圖7為串行置信傳播檢測示意圖；圖8為本發(fā)明實施例中發(fā)射結構空時符號映射；圖9為圖8的圖表示；圖10復雜度曲線；圖11未編碼系統(tǒng)BER性能；圖12編碼系統(tǒng)BER性能；圖13編碼MIMO-OFDM系統(tǒng)BER性能。
具體實施例方式
多天線系統(tǒng)的并行置信傳播檢測方法實施例下面基于MIMO的圖表示，描述本發(fā)明提供的并行置信傳播檢測方法。具體步驟描述如下步驟一、概率初始化。對于所有變量節(jié)點s＝{s1s2…sL}，初始化符號概率，即q(0)(si)＝P(si＝ck)＝1/M，其中，cj是調制器的星座點符號，M是調制器星座點的總符號個數(shù)(如QPSK調制器中，M＝4)，i∈[1，L]，k∈[1，M]。也可以直接進行比特初始化，即，初始化似然比q(0)(bik)＝log(P(bik＝1)/P(bik＝0))＝0，i∈[1，L]，k∈[1，M]。在迭代的檢測和譯碼系統(tǒng)里(如Turbo迭代接收機)，初始化概率/似然比的取值是信道譯碼器反饋的符號/比特的概率/似然比數(shù)值。
步驟二、約束節(jié)點處理。圖4為一個約束節(jié)點和與之相連的所有變量節(jié)點的示例。
圖中，約束節(jié)點fj連接四個變量節(jié)點{sl，sm，sn，si}。約束節(jié)點處理是指，在已知變量節(jié)點的概率信息的前提下，根據(jù)接收方程(式(1))，計算更新的變量節(jié)點概率值。rji(w)(si)是約束節(jié)點fj傳遞給變量節(jié)點si的更新概率，表達式為rji(w)(si)＝P(si＝ck|fj，qlj(w-1)(sl)，qmj(w-1)(sm)，qnj(w-1)(sn))，其中，k∈[1，M]，上標(w)和(w-1)分別表示第w次迭代和第w-1次迭代，由fj傳遞給其他相連變量節(jié)點的更新概率值類推。
概率rji(w)(si)的計算，可以采用已有的軟MMSE、PDA、list SD，APP檢測算法，也可以是其他的任何軟入軟出(soft input soft output)的檢測算法。
約束節(jié)點處理步驟中，所有N個約束節(jié)點同時并行計算L個符號的更新概率。與步驟一類似，也可以直接更新符號對應的比特似然比。
步驟三、變量節(jié)點處理。圖5是一個變量節(jié)點及其參與的所有約束節(jié)點圖示。
圖例中，變量節(jié)點si參與了三個約束{fz，fp，fj}。變量節(jié)點處理指，變量節(jié)點收集由約束節(jié)點傳遞過來的概率信息，將其合并后再傳遞給連接的約束節(jié)點。圖5中，qij(w)(si)是變量節(jié)點si合并除fj以外的其他相連的校驗節(jié)點傳遞的信息(外信息)后發(fā)送給校驗節(jié)點fj的概率信息。其表達式為qij(w)(si)＝P(si＝ck|rzi(w)(si)，rpi(w)(si))，k∈[1，M]。
概率qij(w)(si)的計算可以采用已有的等增益合并、最大比合并，也可以是其他某種加權的合并方式。該步驟中，所有L個變量節(jié)點同時更新傳遞給N個約束節(jié)點的概率信息。類似地，該步驟也可以直接以比特似然比的形式處理，例如比特似然比中最簡單的合并方式似然比直接相加。
步驟四、迭代檢測。概率信息rji(si)和qij(si)在所有L個變量節(jié)點和N個約束節(jié)點之間多次迭代計算和更新傳遞，從而變量節(jié)點的檢測后概率不斷更新直至收斂(或，變量節(jié)點對應的比特似然比不斷更新直至收斂)。迭代檢測的過程也就是步驟2和3的重復處理過程，達到預先設定的迭代次數(shù)后停止迭代。
步驟五、最后判決。迭代次數(shù)達到預先設定的次數(shù)后，變量節(jié)點收集所有約束節(jié)點傳遞的信息，送給系統(tǒng)后面的解調器。如圖6所示，其中，Q(si)是變量節(jié)點輸出的概率信息，表達式為Q(si)＝P(si＝ck|rzi(l)(si)，rpi(l)(si)，rji(l)(si))，k∈[1，M]。
在基于比特處理的系統(tǒng)中，最后輸出的比特似然比直接輸出給后面的比特解交織器。
如上所述，在一次迭代過程中，所有的約束節(jié)點和變量節(jié)點處理是并發(fā)的，所以稱為并行置信傳播檢測。并行的處理模式可以降低處理延時。變量節(jié)點和約束節(jié)點之間的連接方式取決于發(fā)送結構。
多天線系統(tǒng)的串行置信傳播檢測方法實施例
該串行置信傳播檢測方法，通過層間外信息傳遞(Layer Extrinsic InformationTransferring)進行檢測，也可以稱作層間外信息傳遞檢測器。在串行置信傳播檢測中，從第一個接收時刻至最后一個接收時刻檢測的N個分量處理器處理完畢定義為一次迭代檢測。與并行檢測中N個約束節(jié)點并發(fā)檢測不同，串行檢測中N個約束節(jié)點的檢測是有順序的、串行的，同時，第t個約束節(jié)點分量檢測器的先驗信息是前面t-1個約束節(jié)點分量處理器得到的更新后信息。示例如圖7所示，圖7中，每個約束節(jié)點包括六個變量節(jié)點，即f1連接{s1，s2，s3，s4，s5，s6}，f2連接{s2，s7，s8，s1，s3，s4}。其串行檢測處理的具體步驟如下1.概率初始化。與并行處理的步驟一相同。
2.第一次迭代。
首先進行第一個接收時刻的約束節(jié)點f1的分量檢測。
即節(jié)點s1的更新，即在已知其它符號先驗概率和約束節(jié)點下，計算符號s1的后驗概率；r1(1)(s1)＝P(s1＝ck|f1，q(0)(s2)，q(0)(s3)，q(0)(s4)，q(0)(s5)，q(0)(s6))，k∈[1，M]，節(jié)點s2的更新r1(1)(s2)＝P(s2＝ck|f1，q(0)(s1)，q(0)(s3)，q(0)(s4)，q(0)(s5)，q(0)(s6))，k∈[1，M]；節(jié)點s3至s6的更新類推。表達式中r1(1)的上標表示串行檢測的迭代次數(shù)，下標表示一次迭代中的檢測順序標號。
然后進行第二個接收時刻的約束節(jié)點f2的分量檢測。
f2與f1有部分重合的變量節(jié)點(節(jié)點{s2，s1，s3，s4})，在進行f2的分量檢測時，重合變量節(jié)點的先驗信息不再是q(0)，而是由f1分量檢測器得到的更新信息r1(1)；對于在f1中沒有出現(xiàn)的變量節(jié)點(節(jié)點{s7，s8})，先驗信息仍然是q(0)。如節(jié)點s2的更新r2(1)(s2)＝P(s2＝ck|f2，q(0)(s7)，q(0)(s8)，r1(1)(s1)，r1(1)(s3)，r1(1)(s4))，k∈[1，M]；節(jié)點s1的更新r2(1)(s1)＝P(s1＝ck|f2，r1(1)(s1)，q(0)(s7)，q(0)(s8)，r1(1)(s3)，r1(1)(s4))；節(jié)點s3，s4類推；節(jié)點s7的更新r2(1)(s7)＝P(s7＝ck|f2，r1(1)(s2)，q(0)(s8)，r1(1)(s1)，r1(1)(s3)，r1(1)(s4))；類似于s7，節(jié)點s8的更新；
r2(1)(s8)＝P(s8＝ck|f2，r1(1)(s2)，q(0)(s7)，r1(1)(s1)，r1(1)(s3)，r1(1)(s4))。
第三個時刻的約束節(jié)點f3至最后一個接收時刻的約束節(jié)點fN的處理原理同約束節(jié)點f1和f2的處理過程。
完成N個分量檢測后，記L個變量節(jié)點的第一次迭代更新值為{q(1)(si)}，i∈[1，L]。需要說明的是，檢測的順序可以按照接收順序，即f1→f2→f3→…→fN，也可以是接收順序的重排，如f3→f10→f1→…→f20。分量檢測器的算法同并行置信檢測的步驟2中的算法說明。上述節(jié)點的更新也可以是比特似然比的更新。
3.第二次迭代檢測。第二次迭代檢測的整體處理過程與第一次迭代類似，只是各個分量檢測器的先驗信息是前面處理得到的信息除去本分量檢測器在第一次迭代過程中提供的信息(即外信息)。仍以圖7為例。第二次迭代中，先進行第一個約束節(jié)點f1的分量檢測。即節(jié)點s1的更新r1(2)(s1)＝P(s1＝ck|f1，q(1)(s2)\(r1(1)(s2)\q(0)(s2))，q(1)(s3)\(r1(1)(s3)\q(0)(s3))，q(1)(s4)\(r1(1)(s4)\q(0)(s4))，q(1)(s5)\(r1(1)(s5)\q(0)(s5))，q(1)(s6)\(r1(1)(s6)\q(0)(s6)))(反斜杠”A\B”表示A除去B后的外信息，例如假設A和B分別是同一個比特的檢測后和檢測前比特似然比，則A\B＝A-B；另外，條件概率中的兩個連續(xù)的反斜杠A\(B\C)對應的物理意義B\C表示完全由本分量檢測器在前次迭代中提供的信息，A\(B\C)表示前次迭代中完全由其他分量檢測器提供的信息，即外信息)；節(jié)點s2至s6的更新類推。在約束節(jié)點f2的分量檢測中，對于在f1中出現(xiàn)過的節(jié)點更新如下，節(jié)點s2的更新r2(2)(s2)＝P(s2＝ck|f2，q(1)(s7)\(r2(1)(s7)\q(0)(s7))，q(1)(s8)\(r2(1)(s8)\q(0)(s8))，r1(2)(s1)\(r2(1)(s1)\r1(1)(s1))，r1(2)(s3)\(r2(1)(s3)\r1(1)(s3))，r1(2)(s4)\(r2(1)(s4)\r1(1)(s4)))；節(jié)點s1、s3、s4的更新類推；對于在f1中沒有出現(xiàn)過的節(jié)點更新如下，節(jié)點s7的更新r2(2)(s7)＝P(s7＝ck|f2，r1(2)(s2)\(r2(1)(s2)\r1(1)(s2))，q(1)(s8)\(r2(1)(s8)\q(0)(s8))，r1(2)(s1)\(r2(1)(s1)\r1(1)(s1))，r1(2)(s3)\(r2(1)(s3)\r1(1)(s3))，r1(2)(s4)\(r2(1)(s4)\r1(1)(s4)))；節(jié)點s8的更新類推。后續(xù)約束節(jié)點f3至fN的先驗信息和變量節(jié)點更新的處理過程類推。
4.迭代檢測。按照步驟3的處理方法更新變量節(jié)點信息直至達到最大迭代次數(shù)。
5.判決輸出。迭代次數(shù)達到預先設定的最大次數(shù)l后，輸出{q(l)(si)}(i∈[1，L])至系統(tǒng)后面的解調器。在基于比特處理的系統(tǒng)中，輸出的比特似然比直接給后面的比特解交織器。
在串行檢測的一次迭代中，由于后續(xù)分量檢測器的先驗信息是不斷更新的，所以一次串行迭代檢測的性能要優(yōu)于一次并行迭代檢測的性能。要達到相同的性能，串行檢測需要的總的迭代次數(shù)少于并行檢測，但串行處理方式使得一次迭代的處理時間大于并行處理方式。
置信傳播檢測器實施例一種置信傳播檢測器，它由多個分量檢測器組成。所述分量檢測器用于一個約束節(jié)點和與之相連的變量節(jié)點之間的檢測處理(在空時MIMO中，分量檢測對應于一個接收時刻上對傳輸符號的檢測估計)。
其中，所述檢測處理過程為并行置信傳播檢測。其實現(xiàn)過程如本發(fā)明實施例多天線系統(tǒng)的并行置信傳播檢測方法。
其中，所述檢測處理過程為串行置信傳播檢測。其實現(xiàn)過程如本發(fā)明實施例多天線系統(tǒng)的串行置信傳播檢測方法。
仿真下面以發(fā)射結構為循環(huán)延遲分集的多天線結構進行仿真的結果，進一步說明本發(fā)明多天線系統(tǒng)的并/串行置信傳播檢測方法及其有益效果。
圖8給出一個天線配置為4×4，發(fā)送符號長度為4時的發(fā)射結構及對應的MIMO傳輸?shù)膱D表示。
其發(fā)射符號序列s＝{s1s2s3s4}，由于所采用的循環(huán)延遲分集結構，每個符號分別參與了4個時刻的發(fā)送，而每個時刻有4個不同的符號同時發(fā)射。
圖9中，每個變量節(jié)點連接4個約束節(jié)點，而每個約束節(jié)點也連接4個變量節(jié)點。在仿真示例中采用QPSK調制和基于比特似然比的分量檢測器，因此在圖9中每個變量節(jié)點延伸出2個分支，分別表示每個變量節(jié)點對應2個比特節(jié)點，每次分量檢測是將兩個比特看作一組同時更新和傳遞的。仿真中例子的參數(shù)見表1，

表1仿真參數(shù)MIMO系統(tǒng)中，發(fā)送符號s＝{s1s2…sL}，L＝300，約束節(jié)點f＝{f1f2…fN}，N＝L＝300，記s＝{s1s2…sL}對應的比特節(jié)點為b＝{[b11b12]，[b21b22]，…，[bL1bL2]}。在4×4的天線配置的循環(huán)延遲分集系統(tǒng)中，MIMO圖表示是圖9的擴展，每個變量節(jié)點si連接4個約束節(jié)點{f(i-k)mod(300)+1，k∈[1，4]}，i∈[1，300]，每個約束節(jié)點fj連接4個變量節(jié)點{s(j+k)mod 300，k∈
}，i∈[1，300]。
MIMO系統(tǒng)的并行置信檢測，設定最大迭代次數(shù)為4，過程如下第一步初始化比特似然比。qij(0)(bik)＝log(P(bik＝1)/P(bik＝0))＝0，{i，j}∈[1，300]，k∈[1，2]。
第二步約束節(jié)點處理。約束節(jié)點根據(jù)初始化似然比和接收方程計算更新后的比特似然比。第n次迭代中，對于第j個約束節(jié)點fj，連接的第i個變量節(jié)點的第m比特的更新后似然比表示為rji(w)(bim)＝log{P(bim＝1|V)/P(bim＝0|V)V}，i＝(j+k)mod300，k∈
，m∈[1，2]，V＝{f1，{qlj(w-1)(blz)，z∈[1，2]，l∈{(j+k)mod 300，k＝0，1，2，3}\i}}，該表達式的計算采用軟干擾抵消的MMSE算法。j取遍[1，300]內的值，則約束節(jié)點處理完畢。
第三步變量節(jié)點處理。變量節(jié)點等增益合并約束節(jié)點傳遞的似然比信息并將外信息傳遞回約束節(jié)點。第n次迭代中，對于第i個變量節(jié)點si，傳遞給第j個約束節(jié)點的外信息表示為qij(w)(bim)=Σl∈[(i-k)mod300+1,k=1,2,3,4]l≠jrli(w)(bim),]]>m∈[1，2]，j∈{(i-k)mod 300+1，k∈[1，4]}。i取遍[1，300]內的值，則變量節(jié)點處理完畢。
第四步重復第二步和第三步，直至迭代次數(shù)達到預定的最大迭代次數(shù)4。
第五步輸出判決。Qi(bim)=Σl∈{(i-k)mod300+1,k=1,2,3,4}rli(4)(bim),]]>i∈[1，300]，m∈[1，2]。
MIMO系統(tǒng)的串行置信檢測按照接收順序檢測，設定最大迭代次數(shù)為3，過程如下第一步初始化比特似然比。qi(0)(bim)＝log(P(bim＝1)/P(bim＝0))＝0，i∈[1，300]，m∈[1，2]。
第二步第一次迭代。由循環(huán)延遲分集的結構知，前一個時刻在第2，3，4天線發(fā)送的符號在本時刻的第1，2，3天線重新發(fā)送，而第一次迭代時最初的比特初始似然比信息為0，所以在本時刻分量檢測器中，重復出現(xiàn)符號對應比特的初始概率是前一個時刻的檢測后似然比，而未出現(xiàn)的符號對應比特的似然信息為0；在最后的三個發(fā)送時刻，第4個天線發(fā)送的符號雖然在前一個時刻不曾出現(xiàn)，但是分別在最初的1、2、3個時刻有信息更新，所以其先驗信息是對應的更新過的似然比。如第一個約束節(jié)點f1包括變量節(jié)點{s1s2s3s4}，符號s1對應比特的更新r1(1)(b1m)＝log(P(b1m＝1|V)/P(b1m＝0|V))其中，條件V＝{f1，{q(0)(bik)，i＝2，3，4；k＝1，2}}。
節(jié)點s2至s4對應比特更新類推。
第二個約束節(jié)點f2包括變量節(jié)點{s2s3s4s5}，節(jié)點s2對應比特更新r2(1)(b2m)＝log(P(b2m＝1|V)/P(b2m＝0|V))其中，條件V＝{f2，q(0)(b5k)，{r1(1)(bik)，i＝3，4}；k＝1，2}；節(jié)點s3和s4對應比特類推；
節(jié)點s5對應比特更新r2(1)(b5m)＝log(P(b5m＝1|V)/P(b5m＝0|V))，條件V＝{f2，{r1(1)(bik)，i＝2，3，4，k＝1，2}}。
后續(xù)約束節(jié)點仿f2類推。倒數(shù)第3個約束節(jié)點f298包括變量節(jié)點{s298s299s300s1}，節(jié)點s298對應比特更新r298(1)(b298m)=log(P(b298m=1|V)/P(b298m=0/V))),]]>條件V={f298,r1(1)(b1k),{r297(1)(bik),i=299,300},k=1,2};]]>節(jié)點s299和s300類推；節(jié)點s1對應比特更新r298(1)(b1m)=log(P(b1m=1\V)/P(B1m=0|V)),]]>其中，條件V={f298,{r297(1)(bik),i=298,299,300,k=1,2}}.]]>最后的兩個節(jié)點更新類推。
最后，所有變量節(jié)點對應的比特的更新值為i＝1，2，3時，q(1)(bim)=r300(1)(bim);]]>i∈[4，300]時，q(1)(bim)＝ri(1)(bim)，即，在所有約束節(jié)點中最后一次更新的變量節(jié)點信息作為本節(jié)點在本次迭代的最后信息。
第三步第二次迭代。第二次迭代與第一次處理不同的是外信息有所變化。如第一個約束節(jié)點f1中符號s1對應比特的更新r1(1)(b1m)＝log(P(b1m＝1|V)/P(b1m＝0|V))其中，條件V＝{f1，{q(1)(bik)-(r1(1)(bik)-q(0)(bik))，i＝2，3，4，k＝1，2}}(條件中第一個相減項(r1(1)(bik)-q(0)(bik))表示第一次迭代中完全由第一個約束節(jié)點提供的信息；第二個相減項q(1)(bik)-(r1(1)(bik)-q(0)(bik)))表示第一次迭代中完全由其他約束節(jié)點提供的信息)。其他約束節(jié)點處理方式類推。
第四步多次迭代檢測。按照第三步中的處理原理進行達到最大的迭代次數(shù)3。
第五步判決輸出。將最后一次迭代得到的比特似然比q(3)(bim)，i∈[1，300]，m∈[1，2]，輸出給比特解交織器。
下面給出算法的復雜度分析。
從前面的步驟說明可知，置信傳播檢測主要包括兩部分分量檢測器，分量檢測器之間的信息傳遞和合并。直觀地，把每個分量檢測器的復雜度看作基本單元，那么總的復雜度是基本單元的整數(shù)倍，倍數(shù)取決于分量檢測器的個數(shù)，即，發(fā)射符號的長度。表2為并行置信傳播、串行置信傳播以及傳統(tǒng)的MMSE的復雜度。對應全分集時應用并/串置信傳播檢測方法的等效實數(shù)加和實數(shù)乘的次數(shù)。本發(fā)明提出的檢測方法隨傳輸符號的長度成線性增長，而傳統(tǒng)的MMSE檢測算法，復雜度是傳輸符號長度的立方關系。對應地，圖10給出了對應的并/串置信傳播檢測方法與MMSE檢測方法的復雜度比較曲線。從圖10可以很明顯看出，隨著符號長度的增加，提出的檢測算法比MMSE有明顯的低復雜度優(yōu)勢，如L＝50時，MMSE運算量大約是提出方法的5倍。而通常傳輸系統(tǒng)中，一個傳輸塊的長度要大于50個符號，所以，提出的方法低復雜度在實際應用中很有潛力。表2和圖10顯示，并行和串行方法相比較，運算量十分接近，串行的復雜度略低。

表2復雜度表其中，mod_order為調制階數(shù)，對應于{BPSK，QPSK，16QAM，64QAM}，取值分別為{1，2，4，6}；N_add為分量檢測器中等效實數(shù)加的運算次數(shù)；N_mul為分量檢測器中等效實數(shù)乘的運算次數(shù)；n為并/串置信傳播檢測的預先設定的迭代次數(shù)。
圖10至圖13為采用表2中參數(shù)配置時仿真的性能曲線分析。
圖11、圖12和圖13給出了應用并/串置信傳播檢測方法的誤比特性能曲線，同時也給出了傳統(tǒng)的MMSE算法下的性能作為比較基準。
圖11和圖12分別給出了各態(tài)歷經(jīng)Rayleigh信道下未編碼系統(tǒng)和編碼系統(tǒng)下的4×4MIMO系統(tǒng)的性能。從圖11可以看出，未編碼系統(tǒng)中，誤比特率為10-4時，提出的檢測方法兩次迭代可以比MMSE算法有0.7-1dB的增益。編碼系統(tǒng)中，對于碼率為1/2和2/3的Turbo碼，誤比特率為10-4時，提出的檢測方法比MMSE有0.2dB的增益。串行方法2次迭代性能可以收斂，并行算法需要3次迭代性能收斂。不迭代時，串行方法的性能優(yōu)于并行方法。收斂時，并串方法性能相同。
圖13給出了MIMO-OFDM系統(tǒng)中提出方法的性能曲線。如圖所示，本發(fā)明與MMSE性能接近。
從圖10至13中可以看出，本發(fā)明在性能上接近甚至略優(yōu)于MMSE，但是復雜度卻遠遠低于MMSE，并且在傳輸符號長度增大時低復雜度的優(yōu)勢尤其明顯。
權利要求
1.一種多天線系統(tǒng)的并行置信傳播檢測方法，其特征在于包括以下步驟1)初始化變量節(jié)點的概率；2)約束節(jié)點計算并更新各自連接的變量節(jié)點的概率信息，并將該概率信息傳遞給連接的變量節(jié)點；3)變量節(jié)點收集連接的約束節(jié)點傳遞的概率信息，將其合并后獲得并行外信息，并將所述并行外信息傳遞給連接的約束節(jié)點；4)重復步驟2)和步驟3)，達到預先設定的迭代次數(shù)后，進入步驟5)；5)變量節(jié)點收集約束節(jié)點傳遞的信息并輸出，其中，所述約束節(jié)點為多天線系統(tǒng)中一個時刻上的多天線符號接收的多個線性方程，變量節(jié)點對應于參與約束節(jié)點的未知符號向量或符號向量對應的比特序列，并行外信息指不包括本約束節(jié)點信息的其他約束節(jié)點傳遞的軟信息合并后的信息，所述連接表示接收時刻與本接收時刻對應的發(fā)送原始星座點符號序列或符號序列對應的比特序列的對應關系。
2.根據(jù)權利要求1所述的多天線系統(tǒng)的并行置信傳播檢測方法，其特征在于所述約束節(jié)點對應于一個時刻上的多天線符號接收rt中的Nr個線性方程，即rt=HNr×Nt(t)·vt+NNr×1,t∈[1,N]]]>其中，信道矩陣HNr×Nt(t)為
3.根據(jù)權利要求1或2所述的多天線系統(tǒng)的并行置信傳播檢測方法，其特征在于所述步驟2)中每個約束節(jié)點的概率的計算方法為軟入軟出的檢測算法。
4.一種多天線系統(tǒng)的串行置信傳播檢測方法，其特征在于包括以下步驟1)初始化變量節(jié)點的概率；2)第一次迭代，逐一開始分量檢測，前一個分量檢測的概率信息作為當前分量檢測的先驗信息開始檢測，依次類推直至最后一個分量檢測完成；3)第二次迭代，逐一開始分量檢測，每個分量檢測使用串行外信息作為先驗信息進行檢測，直至最后一個分量檢測完成；4)重復步驟3)，達到預先設定的迭代次數(shù)后，進入步驟5)；5)輸出最后一次迭代后的所有變量節(jié)點概率信息，其中，所述約束節(jié)點為多天線系統(tǒng)中一個時刻上的多天線符號接收的多個線性方程，變量節(jié)點對應于參與約束節(jié)點的未知符號向量或符號向量對應的比特序列，所述串行外信息為前一次迭代和本次迭代中的前面時刻分量檢測共同處理得到的概率信息除去本分量檢測器在上次迭代過程中提供的概率信息后的信息。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種多天線系統(tǒng)的串行置信傳播檢測方法，其特征在于所述步驟2)和步驟3)的迭代過程中，檢測順序為按照接收時刻或者是根據(jù)接收時刻重新排序后進行分量檢測。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的多天線系統(tǒng)的串行置信傳播檢測方法，其特征在于所述約束節(jié)點對應于一個時刻上的多天線符號接收rt中的Nr個線性方程，即rt=HNr×Nt(t)·vt+NNr×1,t∈[1,N]]]>其中，信道矩陣HNr×Nt(t)為
7.一種置信傳播檢測器，其特征在于包括多個分量檢測器，所述分量檢測器用于一個約束節(jié)點和與之相連的變量節(jié)點之間的檢測處理，所述約束節(jié)點為多天線系統(tǒng)中一個時刻上的多天線符號接收的Nr個線性方程，變量節(jié)點對應于參與約束節(jié)點的未知符號向量(或符號向量對應的比特序列)。
8.根據(jù)權利要求7所述的置信傳播檢測器，其特征在于所述檢測處理過程為并行置信傳播檢測。
9.根據(jù)權利要求7所述的置信傳播檢測器，其特征在于所述檢測處理過程為串行置信傳播檢測。
10.根據(jù)權利要求7或8或9所述的置信傳播檢測器，其特征在于所述約束節(jié)點對應于一個時刻上的多天線符號接收rt中的Nr個線性方程，即rt=HNr×Nt(t)·vt+NNr×1,t∈[1,N],]]>其中，信道矩陣HNr×Nt(t)為
全文摘要
本發(fā)明提供一種多天線系統(tǒng)的并/串行置信傳播檢測方法及其傳播檢測器，所述并行檢測方法包括以下步驟1)初始化變量節(jié)點的符號/比特概率；2)約束節(jié)點計算并更新各自連接的變量節(jié)點的概率信息，并將該概率信息傳遞給連接的變量節(jié)點；3)變量節(jié)點收集連接的約束節(jié)點傳遞的概率信息，將其合并后獲得外信息，并將所述外信息傳遞給連接的約束節(jié)點；4)重復步驟2)和步驟3)，達到預定的迭代次數(shù)后，進入步驟5)；5)變量節(jié)點收集約束節(jié)點傳遞的信息并輸出。所述檢測器包括多個分量檢測器，所述分量檢測器用于一個約束節(jié)點和與之相連的變量節(jié)點之間的檢測處理。本發(fā)明其復雜度與符號長度成線性關系，有效降低了長符號發(fā)送序列的檢測復雜度。
文檔編號H04B7/04GK101064541SQ20061002604
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月25日 優(yōu)先權日2006年4月25日
發(fā)明者楊秀梅, 夏小梅, 熊勇, 汪凡, 趙巍, 張小東, 卜智勇, 王海峰 申請人:上海無線通信研究中心