專利名稱：一種基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法及設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信 號的方法及設備。
背景技術(shù)：
移動和寬帶成為現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展方向，如何消除同信道干擾、多址干擾與 多徑衰落的影響成為人們在提高無線移動通信系統(tǒng)性能時考慮的主要因素。近年來 MIMO(Multiple Input Multiple Output，多入多出)多天線系統(tǒng)成為移動通信領(lǐng)域中的一 個研究熱點。MIMO多天線系統(tǒng)指的是利用多根發(fā)射天線和多根接收天線進行無線傳輸?shù)募夹g(shù)。 它的實質(zhì)是將空間通信鏈路劃分為多個獨立并行的子信道，進而為無線通信系統(tǒng)提供空間 復用增益或者空間分集增益?？臻g復用增益可以提高系統(tǒng)的信道容量，空間分集增益可以 提高信道的可靠性，降低誤碼率。MIMO無線通信系統(tǒng)引入了多個發(fā)射天線和多個接收天線， 巧妙地利用了多個收發(fā)天線之間的空間信道的隨機性，將曾經(jīng)被視為干擾的多徑信道轉(zhuǎn)變 為有利于提高傳輸性能的資源，從而在稀缺的頻譜資源之外增加了額外的空間自由度，可 以大幅度提高系統(tǒng)的頻譜利用率或降低系統(tǒng)的傳輸差錯率，適合高速無線通信或高可靠性 無線通信。MIMO無線通信系統(tǒng)通?？煞譃橐訴BLAST系統(tǒng)為代表的空分復用方案和以 Alamouti空時碼方案為代表的空間分集方案兩大類。對于空分復用方案，亟需解決的一個 關(guān)鍵問題是如何以較低的復雜度實現(xiàn)對接收信號的高性能檢測解調(diào)。該問題與CDMA中的 多用戶檢測類似，均是基于多輸入多輸出(MIMO)的矢量信道模型；該問題等價于最小二乘 網(wǎng)格的搜索問題，是個NP-hard問題，其最優(yōu)算法一最大似然(ML)算法為指數(shù)級復雜度， 在很多實際應用中難以實現(xiàn)，這使得對相應的次優(yōu)高效檢測算法的研究成為一種必然要 求。針對該問題先后出現(xiàn)了 ZF、MMSE、OSIC、SD、SDR、PDA等各種算法，其中SD、SDR、PDA算 法均是能以多項式復雜度達到接近最大似然算法性能的算法。以概率數(shù)據(jù)等軟信息為特征的信號處理技術(shù)一般來說在性能上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的 不包含軟信息的信號處理技術(shù)，近年來已在各種高級無線通信系統(tǒng)中得到應用，例如卷積 碼的SOVA算法，Turbo碼、LDPC碼的各種高性能譯碼算法、軟入軟出的Turbo聯(lián)合檢測譯碼 算法等等。然而，現(xiàn)有的譯碼算法中，通常對于因信道編碼使發(fā)送數(shù)據(jù)符號之間具有的相關(guān) 性利用不夠充分，同時譯碼時系統(tǒng)接收模塊的處理時延也較大。因此有必要提出相應的技術(shù)方案，利用信道編碼時發(fā)送數(shù)據(jù)符號之間具有的相關(guān) 性，以降低系統(tǒng)的誤差傳播，同時在對于接收端采用較復雜的Turbo聯(lián)合檢測譯碼接收方 案時，也能有效降低系統(tǒng)接收模塊的處理時延。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是減輕MIMO系統(tǒng)中誤差傳播以及接收模塊的處理時延的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明一方面提出了一種基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方 法，包括以下步驟將待檢測數(shù)據(jù)符號S= [(χω)τ, (χ(2))τ,…，(x(d))T]T的各元素進行檢測順序排
序，得到的檢測順序為{C，其中，X⑴滿足y(i) = H(i)x(i)+n⑴，1 ( i ( d，y⑴為長度為Nk
的接收信號矢量，χ⑴為長度為Nt的發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量，χω的元素取自調(diào)制星座A= Ia1, a2，-aM},H(i)為NkXNt的信道矩陣，ηω是長度為Nk、均值為0、協(xié)方差矩陣為σ,2I的復高斯 噪聲矢量，I是NkXNk的單位矩陣，Nk為接收天線數(shù)目，Nt為發(fā)送天線數(shù)目，d為聯(lián)合檢測數(shù) 據(jù)符號矢量的數(shù)目，M為調(diào)制星座中星座點的數(shù)目；根據(jù)所述檢測順序依次更新后驗概率&丨》")，并將估計出的后驗概率^^丨幻 值存儲于dNTXM的矩陣中，&…)表示接收到r的條件下第…個發(fā)送數(shù)據(jù)符號\取第m 個星座點 的概率，j = 1，2，…，dXNT，其中r= [(y(1))T,…，(y(d))T]T, (0工表示矩陣 轉(zhuǎn)置；根據(jù)所述dNTXM的矩陣中的后驗概率及Ir)的值對待檢測數(shù)據(jù)符號進行判決 處理，輸出判決結(jié)果。本發(fā)明另一方面還提出了一種基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備，包括排序模 塊、后驗概率計算模塊以及判決模塊，所述排序模塊利用如權(quán)利要求4所述的最優(yōu)檢測順序排序算法，將待檢測數(shù)據(jù)符 號，即S = [(χω)τ, (χ(2))τ,…，(x(d))T]T的各元素進行檢測順序排序，所得到的檢測順序為
{C ,是數(shù)組(1，2，...，dNT)的一個排列。其中，X⑴滿足y⑴=H⑴X⑴+η⑴，1彡i ( d，
y(i)為長度為Nk的接收信號矢量，χω為長度為Nt的發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量，χω的元素取自調(diào) 制星座A= {ai;a2,…一，?。、艦殛牳?amp;的信道矩陣，?。、攀情L度為‘均值為^協(xié)方差矩 陣為σ,2Ι的復高斯噪聲矢量，I是NkXNk的單位矩陣，Nk為接收天線數(shù)目，Nt為發(fā)送天線數(shù) 目，d為聯(lián)合檢測數(shù)據(jù)符號矢量的數(shù)目，M為調(diào)制星座中星座點的數(shù)目；所述后驗概率計算模塊用于根據(jù)所述檢測順序依次更新后驗概率I r)，并將 估計出的后驗概率I ·)值存儲于dNTXM的矩陣中，表示接收到r的條件下第 ~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號\取第m個星座點 的概率，j = 1,2,…，dXNT，其中r = [(y(1))T,…， (y(d))T]T，卜”表示矩陣轉(zhuǎn)置；所述判決模塊用于根據(jù)所述dNTXM的矩陣中的后驗概率慫的值對待檢測 數(shù)據(jù)符號進行判決處理，輸出判決結(jié)果。本發(fā)明提出的技術(shù)方案，減輕了解決了 MIMO系統(tǒng)中誤差傳播以及接收模塊的處 理時延的問題。本發(fā)明提出的技術(shù)方案，通過改進的僅付出的較低的額外復雜度的概率數(shù) 據(jù)輔助MIMO檢測算法，實現(xiàn)了對多個相鄰發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量的聯(lián)合檢測，得到了相對傳統(tǒng) PDA ΜΙΜΟ檢測算法更好的差錯性能。此外，在包含信道編碼模塊從而使發(fā)送數(shù)據(jù)符號之 間具有相關(guān)性，而在接收端采用通用的信號檢測模塊與信道譯碼模塊串行級聯(lián)接收方案的 MIMO無線通信系統(tǒng)，本發(fā)明提出的技術(shù)方案可以降低系統(tǒng)的誤差傳播。進一步，對于因引入 例如卷積碼和Turbo碼等信道編碼而使發(fā)送數(shù)據(jù)符號之間具有相關(guān)性，接收端采用較復雜的Turbo迭代聯(lián)合檢測譯碼接收方案的MIMO無線通信系統(tǒng)，本發(fā)明提出的技術(shù)方案還可以 降低系統(tǒng)接收模塊的處理時延。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法流程圖；圖2為后驗概率更新表；圖3為基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為在Turbo迭代聯(lián)合檢測譯碼系統(tǒng)中的應用示意圖；圖5為在常用檢測譯碼模塊串行級聯(lián)方案中的應用示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。為了便于理解本發(fā)明，首先對本發(fā)明的原理進行介紹。通常的MIMO系統(tǒng)接收信號模型為y = Hx+n, (1)其中y是長度為Nk的接收信號矢量，χ是長度為Nt的發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量，χ元素 取自調(diào)制星座A= {ai;a2,…％}，Η是大小SNkXNt的信道矩陣，η是長度為Νκ，均值為0， 協(xié)方差矩陣為ο 2I的復高斯噪聲矢量，其中ο 2為噪聲功率，I是隊乂隊的單位矩陣，隊表 示接收天線數(shù)目，Nt表示發(fā)射天線數(shù)目。在本發(fā)明中，(·)τ，(·)% (，廣分別表示矩陣的 轉(zhuǎn)置，矩陣的共軛，矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。在本發(fā)明中，需要確定聯(lián)合檢測的矢量數(shù)目d，d根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)符號之間的相關(guān)性 選擇，還可以結(jié)合仿真結(jié)果進行選擇。通常信道編碼的特性會影響d的選取。假定一個突 發(fā)幀中包含的發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量個數(shù)為L，確定需要聯(lián)合檢測的相鄰發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量的 數(shù)目d時，通常使得d滿足d e {1,2,…，L} η Nd = L，N為正整數(shù)，即L能被d整除。接收端的接收信號模型為根據(jù)給定的d，接收端依次緩存相鄰的d個接收數(shù)據(jù)符 號列矢量 y(1) = Η(1)Χα)+ηω，Υ⑵=Η(2)χ⑵+η(2)，…，y(d) = H(tVd)+η(d)，并將這 d 個列矢量重 排成一個列矢量r緩存，即r= [(y(1))T,…，(y(d))T]T ；同時，接收端依次緩存y(1)，y(2)，…， y(d)分別對應的信道矩陣H(1)，H(2)，…，H(d)，將這d個矩陣重排成一個塊對角矩陣G緩存，即
則新的 接收信號模型為r = Gs+u, (2)
其中s = [(χω)τ,…，(x(d))T]T,u= [(ηω)τ,…，(n(d))T]T，u 的協(xié)方差矩陣為 將(2)式改寫成解相關(guān)模型 其中 r = (GwG)-1G， 是均值為0，協(xié)方差矩陣為
的復高斯噪聲，是第n個元素為i，其它
位置元素為O的單位矢量，Ufv是第~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號對應的噪聲和干擾混合項；算法的 目標是在接收到r的條件下估計第~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號\取第m個星座點am的后驗概率將噪聲干擾混合項U ,近似看作服從高斯分布的隨機矢量，計算其各階統(tǒng)計特性
如下均值 協(xié)方差 協(xié)方差 其中 令 CN 101931506 A
說明書
5/12 頁
九( ,) = exp
^(Wi;')
^wL"'') y
Λ
(11)
Λ,=
(12) 其中鞏(·)和3(·)分別表示一個復變量的實部和虛部，則后驗概率 此后驗概率將通過以上方式不斷迭代計算，直到其收斂或達到最大迭代次數(shù)。為了實現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明提出了一種基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法， 包括以下步驟 將待檢測數(shù)據(jù)符號，即S= [(χω)τ, (χ⑵)τ，…，(Xw))T的各元素進行檢測順序
排序，所得到的檢測順序為iC是數(shù)組(1，2，…，dNT)的一個排列。其中，X⑴滿足y
⑴
=H(i)x(i)+n(i),l彡i彡d，y(i)為長度為Nk的接收信號矢量，χ⑴為長度為Nt的發(fā)送數(shù)據(jù)符
號矢量，X⑴的元素取自調(diào)制星座A= {ai;a2,…％}，H⑴為NkXNt的信道矩陣，n⑴是長度 為Nk、均值為0、協(xié)方差矩陣為σ,2I的復高斯噪聲矢量，I是NkXNk的單位矩陣，Ne為接收天 線數(shù)目，Nt為發(fā)送天線數(shù)目，d為聯(lián)合檢測數(shù)據(jù)符號矢量的數(shù)目，M為調(diào)制星座中星座點的 數(shù)目；根據(jù)所述檢測順序依次更新后驗概率I r)，并將估計出的后驗概率/丨τ) 值存儲于dNTXM的矩陣中，弋Ir)表示接收到r的條件下第~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號\取第m 個星座點 的概率，j = 1，2，…，dXNT，其中r= [(y(1))T,…，(y(d))T]T, (0工表示矩陣 轉(zhuǎn)置；根據(jù)所述dNTXM的矩陣中的后驗概率的值對待檢測數(shù)據(jù)符號進行判決 處理，輸出判決結(jié)果。如圖1所示，為本發(fā)明提出的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法流程圖，包括以 下步驟SlOl 將待檢測數(shù)據(jù)符號進行檢測順序排序。在步驟SlOl中，為了優(yōu)化檢測性能，通常要將待檢測數(shù)據(jù)符號進行檢測順序排 序。例如，將待檢測數(shù)據(jù)符號序列S= [(χω)τ, (χ(2))τ,…，(X(d))T]T的各元素按照如下的 方法進行排序初始化令j = l，根據(jù)合成信道矩陣G，計算G的Moore Penrose偽逆Q1 = G+ = (GhG) .1Gh ；根據(jù)巧=argOiinII(Q1)iII2，得到第一個要被檢測的數(shù)據(jù)符號的序號； 遞歸計算
，是數(shù)組(1，2，…，dNT)的一個排列。后續(xù)的檢 如果j > dNT,跳出遞歸計算；其中(Q7),表示矩陣Qj的第t行，G；；表示先將矩陣G的ηι，n2,…，Hj行置為零，再 對得到的新矩陣求Moore Penrose偽逆；得到最優(yōu)的檢測順序為所得到的最優(yōu)檢測順序為■( H
測操作、后驗概率表更新均基于該檢測順序進行。S102:根據(jù)給定的最優(yōu)檢測順序依次迭代更新待檢測數(shù)據(jù)符號的后驗概率。在步驟S102中，根據(jù)步驟101中得到的最優(yōu)檢測順序依次更新后驗概率 ，并將估計出的后驗概率慫I O的值存儲于dNTXM的矩陣中，弋k)表示接收
到r的條件下第Iij個發(fā)送數(shù)據(jù)符號\取第m個星座點\的概率，j = 1,2,…，dXNT，其中 r = [(y(1))T,…，(y(d))T]T，(·)τ表示矩陣轉(zhuǎn)置，后驗概率更新表如圖2所示。圖2所示的后驗概率更新表通過以下方式更新生成一個dNTXM的矩陣，并初始化其中每一個元素為 Pm( \r) = /M, Vme{l,---,M},Vn; eiVr}；服從所述檢測順序的第~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號取值于各個星座點的后驗概率存儲于 dNTXM的矩陣的第Iij行，記為P(Iij)，基于當前的斤㈨)U’值，根據(jù)公式
^計算后驗概率值，k = 1，2，…，dNT;

更新后驗概率值用計算得到的弋O , 1幻替換？(1^)中相應的第m個元素t 進一步而言，在具體計算過程中，可以通過以下方式計算Pm (Sj I r)
I r) = P從j I r) = ]----- -η~—,
￡pm(r|S)P(ifl/=aJ
m=lm==}
為計算以上概率，需計算
^,(V) = exP
/I A,-- U7Λ /U(W^j)J}
需計算
W
…“乂'V Σ仏
\ =
Ω,-3V
，其中表示令第~個符號取值為am，e ,'是第~個元素為1、其它位置元素為0的單位矢量， 和:K·)分別表示一個復變量的實部和虛部；需計算 其中r = [(y⑴)τ，…，(yW))τ]τ，表示將同一個突發(fā)幀中d個相鄰原始接收信號矢
量y(‘)依次串聯(lián)后得到的新的接收信號矢量，(*)工表示矩陣轉(zhuǎn)置，y(‘)是對應于某個發(fā)送數(shù)
\
據(jù)符號矢量的原始接收信號矢量，G =
H⑷
，表示對應于d個發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量
的合成信道矩陣，該矩陣的每一列是對應于一個發(fā)送數(shù)據(jù)符號的信道響應，由于r = Gs+u,
U= [(n(1))T，...，(n(d))T]T，則
(d) \ Τη T
二(GwG)-1Gwr = W + Σ W = +U ’ U
nJ ' "康示
第~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號對應的噪聲和干擾的混合項，表示其協(xié)方差，Ξ 表示其偽協(xié)方差， C^表示第d個發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量所對應的噪聲功率；需計算
MMOirh =Σ(ο - Jnk ){am 一\)"Pm(snk |r), “ = Σ( —\ )( _\ YPmI O ,其中
W=IW=I
的&I ·)即后驗概率矩陣中第~行第m列元素的當前值。在本發(fā)明中，如果對于任意的j，P(Iij)都已收斂，或者迭代次數(shù)ζ已達到所允許 的最大值，可以認為后驗概率已經(jīng)完成迭代。例如，本次迭代更新后的驗概率值弋I『)與 更新前的后驗概率值Ir)滿足條件丨弋丨的時候，其中ε為預定門 限值，可以判斷對于任意的j，P(Hj)都已收斂；或者，根據(jù)所述檢測順序依次更新后驗概率 ρΛ% I ·)達到預定迭代次數(shù)上限的時候停止迭代計算。S103 根據(jù)后驗概率判決待檢測數(shù)據(jù)符號。在步驟S103中，根據(jù)所述dNTXM的矩陣中的后驗概率&Ir)值對待檢測數(shù)據(jù)符 號進行判決處理，輸出判決信息。根據(jù)步驟S102中得到的運算結(jié)果，如圖2所示，根據(jù)所述 dNTXM的矩陣中的后驗概率^Ir)值對待檢測數(shù)據(jù)符號進行判決處理包括
&的判決值(為元=|r)},并將判決值乞存儲于長
13為dNT的矢量的第~個位置。進一步而言，判決后輸出的最終判決結(jié)果包括相應于發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量X(i)的已檢測數(shù)據(jù)符號F)為 x(,) = {Snj \ nJ=(i-\)xNr+\,(i-\)xNT+2,---,ixNr}, j = 1,2,··-,dNr , i = \,2,---,d。為了進一步闡述本發(fā)明，將本發(fā)明應用于具體的檢測信號實踐中的流程如下1)確定各個發(fā)送數(shù)據(jù)符號的最佳檢測順序，將此順序記作■[ ζ廣；2)生成一個dNTXM的矩陣，用以存儲檢測過程中估計出的各數(shù)據(jù)符號 對應的后驗概率l『)；將此概率數(shù)據(jù)矩陣的各元素初始化為1/M，即初始化 Pm{snj\r) = /M, ^mynj ；此概率數(shù)據(jù)矩陣結(jié)構(gòu)如圖2所示，其元素的更新規(guī)律是先橫向更 新，后縱向更新(即更新完一行再更新另一行)，計算？二㈦乂廣力“!·，設置迭代次數(shù)計數(shù) 器ζ = 1，更新的具體過程參見以下各步驟；3)初始化j = 1 ；4)基于當前P(A)Lt,(第~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號對應于各個星座點的后驗概率，是
概率數(shù)據(jù)矩陣的第~行)，根據(jù)式(4) (13)計算各個，然后用所得到的弋ΙΟ 替換P (Iij)中相應的第m個元素；5)如果j < dXNT，令j = j+1，返回步驟4)；否則，執(zhí)行步驟6)；6)如果對于任意的j，P(nj)都已收斂，或者迭代次數(shù)ζ已達到所允許的最大值，執(zhí) 行步驟7)；否則，令ζ = z+1，返回步驟3)；7)對 j = 1，2，…，dXNT，根據(jù)九,I = arg^ max^|r)}得到 的判決
值·^ ；這樣，將得到數(shù)據(jù)符號矢量“仗,丨“1，2，…， }的判決值；
，得到各個發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量的判決值妒、本發(fā)明提出的上述方法，減輕了 MIMO系統(tǒng)中誤差傳播以及接收模塊的處理時延 的問題。本發(fā)明提出的上述方法，通過改進的僅付出較低額外復雜度的概率數(shù)據(jù)輔助MIMO 檢測算法，實現(xiàn)了對多個相鄰發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量的聯(lián)合檢測，得到了相對傳統(tǒng)PDA ΜΙΜΟ檢 測算法更好的差錯性能。此外，在包含信道編碼模塊從而使發(fā)送數(shù)據(jù)符號之間具有相關(guān)性， 而在接收端采用通用的信號檢測模塊與信道譯碼模塊串行級聯(lián)接收方案的MIMO無線通信 系統(tǒng)，本發(fā)明提出的技術(shù)方案可以降低系統(tǒng)的誤差傳播。進一步，對于因引入例如卷積碼和 Turbo碼等信道編碼而使發(fā)送數(shù)據(jù)符號之間具有相關(guān)性，接收端采用較復雜的Turbo迭代 聯(lián)合檢測譯碼接收方案的MIMO無線通信系統(tǒng)，本發(fā)明提出的技術(shù)方案還可以降低系統(tǒng)接 收模塊的處理時延。本發(fā)明另一方面還提出了一種基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備100，如圖3所 示，為基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號設備100的結(jié)構(gòu)示意圖，包括排序模塊110、后驗概率計 算模塊120以及判決模塊130。其中，排序模塊110用于將待檢測數(shù)據(jù)符號序列S= [(χω)τ, (χ(2))τ,…，(x(d))T] T的各元素按照最優(yōu)檢測順序排序方法進行排序
初始化令j = l，根據(jù)合成信道矩陣G，計算G的Moore Penrose偽逆Q1 = G+ = (GhG) .1Gh ；根據(jù)〃ι =OrgminII(Q1)iII2，得到第一個要被檢測的數(shù)據(jù)符號的序號； 遞歸計算Q./+1 = G^1 ； +丨=argmin||(Q/+1X||2； j = j + 1 ；如果j > dNT，跳出遞歸計算；其中(Qy),表示矩陣Qj的第t行，％表示先將矩陣G的ηι，n2,…，Hj行置為零，再 對得到的新矩陣求Moore Penrose偽逆；得到最優(yōu)的檢測順序為"〗， ，…，。，…，《叫。所得到的最優(yōu)檢測順序為，是數(shù)組(1，2，…，dNT)的一個排列。后續(xù)的檢 測操作、后驗概率表更新均基于該檢測順序進行。其中，χω滿足y⑴=Ηωχω+ηω,1彡i彡d，y(i)為長度為Nk的接收信號矢量， x(i)為長度為Nt的發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量，χω的元素取自調(diào)制星座A= {ai;a2,…％}，Ηω* NeXNt的信道矩陣，ηω是長度為Nk、均值為O、協(xié)方差矩陣為σ,2I的復高斯噪聲矢量，I是 NkXNk的單位矩陣，Nk為接收天線數(shù)目，Nt為發(fā)送天線數(shù)目，d為聯(lián)合檢測數(shù)據(jù)符號矢量的 數(shù)目，M為調(diào)制星座中星座點的數(shù)目；后驗概率計算模塊120用于根據(jù)所述檢測順序依次更新后驗概率Ir)，并將 估計出的后驗概率弋值存儲于dNTXM的矩陣中，及(\>)表示接收到r的條件下第 ~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號\取第m個星座點am的概率，j = 1,2,…，dXNT，其中r = [(y(1))T，…， (y(d))T]T，卜”表示矩陣轉(zhuǎn)置；作為上述設備的實施例，后驗概率計算模塊120根據(jù)給定的檢測順序依次更新后 驗概率慫Ir)包括以下步驟后驗概率計算模塊120生成一個dNTXM的矩陣，并初始化其中每一個元素為 PJsftj |r) = l/M, \^Ε{1，·..,Μ},ν ε{υχ]νΓ};后驗概率計算模塊120將服從所述檢測順序的第~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號取值于各個 星座點的后驗概率存儲于dNTXM的矩陣的第Iij行，記為P (Iij)，基于當前的P㈨值，根 據(jù)公式 = ,、叫；計算后驗概率值，k = 1，2，…，dNT ；
m=1后驗概率計算模塊120更新后驗概率值用計算得到的替換Ρ(ηρ中相應 的第m個元素。作為上述設備的實施例，慫Κ)通過以下公式計算
為計算以上概率，需計算

需計算
其中表示令第~個符號取值為am，e ,是第~個元素為1、其它位置元素為0的單位矢量，沢(.)和 3(·)分別表示一個復變量的實部和虛部； 其中r= [(y⑴)T，…，(yW))T]T，表示將同一個突發(fā)幀中d個相鄰原始接收信號矢量 y(,)依次串聯(lián)后得到的新的接收信號矢量
表示矩陣轉(zhuǎn)置，yH是對應于某個發(fā)送數(shù)據(jù)
符號矢量的原始接收信號矢量，表示對應于d個發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量
的合成信道矩陣，該矩陣的每一列是對應于一個發(fā)送數(shù)據(jù)符號的信道響應，由于r = Gs+u, u = [(ηω)τ,…，(n(d))T]T，則
第~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號對應的噪聲和干擾的混合項，表示其協(xié)方差，Ξ ,表示其偽協(xié)方差， σ表示第d個發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量所對應的噪聲功率；需計算
其中的I r)即后驗概率矩陣中第Ii1行第m列元素的當前值。
作為上述設備的實施例，后驗概率計算模塊120還包括指示模塊121，當出現(xiàn)以下 任意一種條件時，指示模塊121用于指示后驗概率計算模塊120結(jié)束后驗概率更新后驗概率計算模塊120根據(jù)給定的檢測順序依次更新后驗概率&I 0達到預定 迭代次數(shù)的時候；本次迭代更新后的驗概率值I『)與更新前的后驗概率值巧…)滿足條件
的時候，其中ε為預定門限值。判決模塊130用于根據(jù)dNTXM的 矩陣中的后驗概率慫<X,>)值對待檢測數(shù)據(jù)符號進行判決處理，輸出判決信息。作為上述設備的實施例，判決模塊130根據(jù)dNTXM的矩陣中的后驗概率4I O 值對待檢測數(shù)據(jù)符號進行判決處理包括 的判決值 為 =a,,其中
并將判決值&存儲于長
為dNT的矢量的第~個位置。作為上述設備的實施例，判決模塊130輸出判決結(jié)果 包括相應于發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量x(i)的已檢測數(shù)據(jù)符號i('〉為 如圖4所示，為在Turbo聯(lián)合檢測譯碼系統(tǒng)中應用示意圖。首先，二進制信源信息 經(jīng)過可實現(xiàn)軟入軟出譯碼算法的信道編碼，例如卷積碼、Turbo碼等，得到相互之間具有相 關(guān)性的比特序列，該相關(guān)性由信道編碼方案的具體參數(shù)決定。然后通過數(shù)字調(diào)制器映射到 調(diào)制星座中的具體符號，并通過多個天線發(fā)送出去。在接收端，采用本發(fā)明所提出的基于概 率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備，可以得到比傳統(tǒng)PDA ΜΙΜΟ檢測算法質(zhì)量更好的軟輸出判決信 息，即后驗概率值及I r)，該判決信息經(jīng)過符號級軟信息到比特級軟信息的映射后，得到 后驗比特似然信息Z^T (6 |y)，并送入后續(xù)的信道譯碼模塊進行Turbo迭代處理。由于采 用本發(fā)明所提出的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備輸出的似然信息可信度更高，相當于 為后續(xù)的信道譯碼模塊提供了更好的迭代初始值，從而進一步改善了 MIMO檢測模塊與信 道譯碼模塊之間的大迭代所交換的似然信息的質(zhì)量。顯而易見，在給定差錯性能指標的條 件下，本發(fā)明將有助于減少接收端的總的迭代次數(shù)，減小運算量，從而減小接收端的處理時 延。圖中L表示似然比，下標app為aposteriori probability的縮寫，上標MIMO表示該 似然信息是由MIMO檢測模塊輸出的，后面的其他似然信息的上下標也有類似作用，ECC表 示error correction code,這里指信道譯碼模塊，pri是priori的縮寫，表示該似然信息 對相應的箭頭所指的模塊而言是先驗信息。如圖5所示，為在常用檢測譯碼串行級聯(lián)方案中的應用示意圖。該示意圖與圖4 唯一的不同是沒有采用MIMO接收模塊與信道譯碼模塊的大迭代處理結(jié)構(gòu)，而是采用了二 者的串行級聯(lián)處理結(jié)構(gòu)。在這種情況下，由于無法利用大迭代的優(yōu)勢使差錯概率收斂到一 個所需要的值，前一級MIMO檢測模塊產(chǎn)生的差錯將會傳播到后一級信道譯碼模塊。顯然， 在這種差錯傳播的情況下，前一級模塊的輸出軟信息的質(zhì)量對系統(tǒng)最終的差錯性能影響 很大。通過采用本發(fā)明所提出的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備，可以得到比傳統(tǒng)PDA ΜΙΜΟ檢測算法質(zhì)量更好的軟輸出判決信息，有助于抑制差錯傳播，從而優(yōu)化系統(tǒng)最終的差 錯性能。
由此可見，本發(fā)明提出的上述設備，有助于減輕MIMO系統(tǒng)中誤差傳播以及接收模 塊的處理時延的問題。本發(fā)明提出的上述設備，通過改進的僅付出較低額外復雜度的概率 數(shù)據(jù)輔助MIMO檢測算法，實現(xiàn)了對多個相鄰發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量的聯(lián)合檢測，得到了相對傳 統(tǒng)PDA ΜΙΜΟ檢測算法更好的差錯性能。此外，在包含信道編碼模塊從而使發(fā)送數(shù)據(jù)符號之 間具有相關(guān)性，而在接收端采用通用的信號檢測模塊與信道譯碼模塊串行級聯(lián)接收方案的 MIMO無線通信系統(tǒng)，本發(fā)明提出的技術(shù)方案可以降低系統(tǒng)的誤差傳播。進一步，對于因引入 例如卷積碼和Turbo碼等信道編碼而使發(fā)送數(shù)據(jù)符號之間具有相關(guān)性，接收端采用較復雜 的Turbo迭代聯(lián)合檢測譯碼接收方案的MIMO無線通信系統(tǒng)，本發(fā)明提出的技術(shù)方案還可以 降低系統(tǒng)接收模塊的處理時延。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可 以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質(zhì)中， 該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以 是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模 塊既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。所述集成的模塊如 果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機 可讀取存儲介質(zhì)中。上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
18
權(quán)利要求
一種基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法，其特征在于，包括以下步驟將待檢測數(shù)據(jù)符號s＝[(x(1))T，(x(2))T，…，(x(d))T]T的各元素進行檢測順序排序，得到的檢測順序為其中，x(i)滿足y(i)＝H(i)x(i)+n(i)，1≤i≤d，y(i)為長度為NR的接收信號矢量，x(i)為長度為NT的發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量，x(i)的元素取自調(diào)制星座A＝{a1，a2，…aM}，H(i)為NR×NT的信道矩陣，n(i)是長度為NR、均值為0、協(xié)方差矩陣為的復高斯噪聲矢量，I是NR×NR的單位矩陣，NR為接收天線數(shù)目，NT為發(fā)送天線數(shù)目，d為聯(lián)合檢測數(shù)據(jù)符號矢量的數(shù)目，M為調(diào)制星座中星座點的數(shù)目；根據(jù)所述檢測順序依次更新后驗概率并將估計出的后驗概率值存儲于dNT×M的矩陣中，表示接收到r的條件下第nj個發(fā)送數(shù)據(jù)符號取第m個星座點am的概率，j＝1，2，…，d×NT，其中r＝[(y(1))T，…，(y(d))T]T，(·)T表示矩陣轉(zhuǎn)置；根據(jù)所述dNT×M的矩陣中的后驗概率的值對待檢測數(shù)據(jù)符號進行判決處理，輸出判決結(jié)果。F2009100875214C0000011.tif,F2009100875214C0000012.tif,F2009100875214C0000013.tif,F2009100875214C0000014.tif,F2009100875214C0000015.tif,F2009100875214C0000016.tif,F2009100875214C0000017.tif
2.如權(quán)利要求1所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法，其特征在于，根據(jù)所述檢 測順序依次更新后驗概率足I 包括以下步驟生成一個dNTXM的矩陣，并初始化其中 每一個元素為&卞)=V從，根據(jù)所述檢測順序的第…個發(fā)送數(shù)據(jù)符號取值于各個星座點的后驗概率存儲于 dNTXM的矩陣的第Iij行，記為P(Iij)，基于當前的P㈨)Lt，值，根據(jù)公式 p ( ,νΤΓΤ^ ；計算后驗概率值， 更新后驗概率值用計算得到的I『)替換P (I^中相應的第m個元素。
3.如權(quán)利要求2所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法，其特征在于，所述Pm(Sj I r) 通過以下公式計算PmKI付K I = /“小具、) ^ ’ 為計算以上概率，需計算需計算 第~個符號取值為~，％是第~個元素為1、其它位置元素為O的單位矢量，沉(·)和: (·)分別表示一個復變量的實部和虛部；需計算 其中r = [(ya))T，···，(y(d))T]T表示將同一個突發(fā)幀中d個相鄰原始接收信號矢量yH 依次串聯(lián)后得到的新的接收信號矢量，(· ”表示矩陣轉(zhuǎn)置，y(‘)是對應于某個發(fā)送數(shù)據(jù)符 號矢量的原始接收信號矢量 ，表示對應于d個發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量的 合成信道矩陣，該矩陣的每一列是對應于一個發(fā)送數(shù)據(jù)符號的信道響應，由于r 表示第~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號對應的噪聲和干擾的混合項，^ 表示其協(xié)方差，Ξη/表示其偽協(xié)方差， σ表示第d個發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量所對應的噪聲功率；需計算 其中的I『)是后驗概率矩陣中第~行第m列元素的當前值。
4.如權(quán)利要求1所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法，其特征在于，所述的檢測 順序包括初始化令j = 1，根據(jù)合成信道矩陣G，計算G的Moore Penrose偽逆Q1 = G+ = (GhG) 4Gh ；根據(jù) ，得到第一個要被檢測的數(shù)據(jù)符號的序號； /遞歸計算 如果j>dNTJ#出遞歸計算；其中(Q7),表示矩陣Qj的第t行，q表示先將矩陣G的ηι，n2,…，nj行置為零，再對得 到的新矩陣求Moore Penrose偽逆；得到最優(yōu)的檢測順序為巧，巧，…，5，…，“叫。
5.如權(quán)利要求1所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法，其特征在于，根據(jù)所述檢 測順序依次更新后驗概率弋Ir)時，當出現(xiàn)以下任意一種條件時結(jié)束更新根據(jù)所述檢測順序依次更新后驗概率及I ")達到預定最大迭代次數(shù)的時候； 本次迭代更新后的驗概率值Ir)與更新前的后驗概率值滿足條件 -的時候，其中ε為預定門限值。
6.如權(quán)利要求1所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法，其特征在于，根據(jù)所述 dNTXM的矩陣中的后驗概率4值對待檢測數(shù)據(jù)符號進行判決處理包括\的判決值 為 =Cil，其中，/ = Orgm,=!^= %■[。(&. ，并將判決值&存儲于長為dNT的矢量的第η」個位置。
7.如權(quán)利要求1所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法，其特征在于，輸出的最終 判決結(jié)果包括相應于發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量χω的已檢測數(shù)據(jù)符號為 i⑴={i IHj = ( -\)χΝτ + \,( -\)χΝτ+2,···, χΝΓ}，j = \,2,…,dNT, / = 1,2,···,J。
8.一種基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備，其特征在于，包括排序模塊、后驗概率計算 模塊以及判決模塊。所述排序模塊利用如權(quán)利要求4所述的最優(yōu)檢測順序排序算法，將待檢測數(shù)據(jù)符號， 即S = [(χω)τ, (χ(2))τ,…，(x(d))T]T的各元素進行檢測順序排序，所得到的檢測順序為{C ,是數(shù)組(1，2，…，dNT)的一個排列，其中，χ⑴滿足y⑴=H⑴χ⑴+η⑴，1彡i ( d，y(i)為長度為Nk的接收信號矢量，χω為長度為Nt的發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量，χω的元素取自調(diào) 制星座A= {ai;a2,丨％}，爐)為隊\&的信道矩陣，1^)是長度為隊、均值為0、協(xié)方差矩 陣為σ/l的復高斯噪聲矢量，I是NkXNk的單位矩陣，Nk為接收天線數(shù)目，Nt為發(fā)送天線數(shù) 目，d為聯(lián)合檢測數(shù)據(jù)符號矢量的數(shù)目，M為調(diào)制星座中星座點的數(shù)目；所述后驗概率計算模塊用于根據(jù)所述檢測順序依次更新后驗概率I『)，并將估計 出的后驗概率弋值存儲于dNTXM的矩陣中，弋…)表示接收到r的條件下第Iij個 發(fā)送數(shù)據(jù)符號\取第m個星座點 的概率，j = 1，2，…，dXNT，其中r = [(y(1))T，…， (y(d))T]T，卜”表示矩陣轉(zhuǎn)置；所述判決模塊用于根據(jù)所述dNTXM的矩陣中的后驗概率夂I ")的值對待檢測數(shù)據(jù) 符號進行判決處理，輸出判決結(jié)果。
9.如權(quán)利要求8所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備，其特征在于，所述排序模 塊通過以下方式計算所述最優(yōu)檢測順序初始化令j = 1，根據(jù)合成信道矩陣G，計算G的Moore Penrose偽逆Q1 = G+ = (GhG) 4Gh ；根據(jù)'h ^argminII(Q1)iI2，得到第一個要被檢測的數(shù)據(jù)符號的序號； /遞歸計算 如果j>dNTJ#出遞歸計算；其中(Qy),表示矩陣Qj的第t行，Gg表示先將矩陣G的ηι，n2,…，Iij行置為零，再對得 到的新矩陣求Moore Penrose偽逆；得到最優(yōu)的檢測順序為丨， ，…，"/，…，“晰°
10.如權(quán)利要求8所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備，其特征在于，所述后驗概率計算模塊根據(jù)所述檢測順序依次更新后驗概率之k)包括以下步驟所述后驗概率計算模塊生成一個dNTXM的矩陣，并初始化其中每一個元素為 所述后驗概率計算模塊根據(jù)所述檢測順序的第Iii個發(fā)送數(shù)據(jù)符號取值于各個星座點 的后驗概率存儲于dNTXM的矩陣的第~行，記為P (Hj)，基于當前的P㈨)值，根據(jù)公式 Pm(rIsnj) P(snj=am)^計算后驗概率值，k = 1，2，…，dNT ； 所述后驗概率計算模塊更新后驗概率值用計算得到的弋I1")替換P(r^)中相應的 第m個元素。
11.如權(quán)利要10所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備，其特征在于，所述Pm(s」r) 通過以下公式計算 為計算以上概率，需計算 需計算 令第~個符號取值為am，\是第~個元素為1、其它位置元素為O的單位矢量， Η(·)和: (·)分 別表示一個復變量的實部和虛部；需計算 其中 ，表示將同一個突發(fā)幀中d個相鄰原始接收信號矢量y( 依次串聯(lián)后得到的新的接收信號矢量，(· ”表示矩陣轉(zhuǎn)置，y(‘)是對應于某個發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量的原始接收信號矢量， ,表示對應于d個發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量的合成信道矩陣，該矩陣的每一列是對應于一個發(fā)送數(shù)據(jù)符號的信道響應，由于 表示第~個發(fā)送數(shù)據(jù)符號對應的噪聲和干擾的混合項，表示其協(xié)方差，Ξ ; 表示其偽協(xié)方差， σ.表示第d個發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量所對應的噪聲功率；需計算 ,其中的ΡΛ\ I『)即后驗概率矩陣中第~行第m列元素的當前值。
12.如權(quán)利要求10所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備，其特征在于，所述后驗 概率計算模塊還包括指示模塊，當出現(xiàn)以下任意一種條件時，所述指示模塊用于指示所述 后驗概率計算模塊結(jié)束后驗概率更新所述后驗概率計算模塊根據(jù)所述檢測順序依次更新后驗概率& 達到預定最大 迭代次數(shù)的時候；本次迭代更新后的驗概率值弋k)與更新前的后驗概率值巧滿足條件 IA(\|r)-P ;( k)|<f的時候，其中ε為預定門限值。
13.如權(quán)利要求8所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備，其特征在于，所述判決模 塊根據(jù)所述dNTXM的矩陣中的后驗概率&值對待檢測數(shù)據(jù)符號進行判決處理包括、的判決值&為 =a,，其中 并將判決值&存儲于長為dNT的矢量的第η」個位置。
14.如權(quán)利要求13所述的基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備，其特征在于，所述判決 模塊輸出的最終判決結(jié)果包括相應于發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量x(i)的已檢測數(shù)據(jù)符號為
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的方法，包括以下步驟將待檢測數(shù)據(jù)符號進行檢測順序排序，得到檢測順序根據(jù)所述檢測順序依次更新各發(fā)送數(shù)據(jù)符號的后驗概率并將估計出的后驗概率值存儲于dNT×M的矩陣中，表示接收到r的條件下第nj個發(fā)送數(shù)據(jù)符號取第m個星座點am的概率，j＝1，2，…，d×NT；根據(jù)所述dNT×M的矩陣中的后驗概率值對待檢測數(shù)據(jù)符號進行判決處理，輸出判決結(jié)果。本發(fā)明還提出了一種概率數(shù)據(jù)輔助檢測信號的設備。本發(fā)明提出的技術(shù)方案，實現(xiàn)了對多個相鄰發(fā)送數(shù)據(jù)符號矢量的聯(lián)合檢測，相對傳統(tǒng)PDAMIMO檢測算法，具有更好的差錯性能。
文檔編號H04B7/06GK101931506SQ20091008752
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者呂鐵軍, 楊少石, 龔萍 申請人:大唐移動通信設備有限公司