多輸入多輸出信道表現(xiàn)的預測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用以預測MIMO信道中的MIMO接收器表現(xiàn)的方法。該方法利用具有相似表現(xiàn)的迭代接收器來估計MIMO或MLD解碼器的表現(xiàn)。針對各串流，根據(jù)本發(fā)明的迭代MIMO有效信號噪聲比技術將各MIMO信道的表現(xiàn)映射為一組有效信號噪聲比。這組有效信號噪聲比隨后可被用于提供鏈路適配反饋，以協(xié)助傳送器根據(jù)傳播信道特性選擇最適當?shù)膫鬏敻袷健；蛘撸诵畔⒖杀挥靡愿鶕?jù)信道狀況改變接收器采用的處理方式，因而得以在信號狀況良好時降低接收器的耗電量。
【專利說明】多輸入多輸出信道表現(xiàn)的預測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明與無線通訊系統(tǒng)相關,尤其相關于預測多輸入多輸出(multiple inputsmultiple outputs, ΜΙΜΟ)信道中的MIMO接收器的表現(xiàn)，特別是預測以最大似然檢測(maximum likelihood detection, MLD)接收器作為MIMO接收器時的表現(xiàn)。本發(fā)明提供的技術能達到良好的預測準確性，且復雜度不會太高。本發(fā)明提出的MIMO信道MLD表現(xiàn)預測技術可被用以產(chǎn)生鏈路適配(link adaptation)方案所需要的反饋信息?；蛘撸摫憩F(xiàn)預測技術可被用于協(xié)助接收器根據(jù)傳播信道特性調整其處理程序。
【背景技術】
[0002]多輸入多輸出(multiple inputs multiple outputs, ΜΙΜΟ)處理被廣泛應用于多種無線通訊系統(tǒng)。采用MIMO技術的目的是希望提供給使用者更高的數(shù)據(jù)傳輸量，同時增進系統(tǒng)頻譜效率。借由令傳送器(通常是基站或蜂窩式系統(tǒng)中的node-B基站)同時傳輸多個信息流給使用者，MIMO處理能增加數(shù)據(jù)傳輸量和頻譜效率。接收器端可使用多種技術來擷取傳送器提供的信息，例如普遍使用的線性最小均方誤差(linear minimum mean squareerror, LMMSE)技術。LMMSE接收器在復雜度相當?shù)偷臈l件下提供了良好的預測表現(xiàn)。另一方面，使用表現(xiàn)接近于最大似然檢測(maximum likelihood detection, MLD)接收器的接收方案，能最大化采用MMO處理的無線通訊系統(tǒng)的效率。然而，若考慮MMO信道，要以LMMSE預測MLD接收器(或是表現(xiàn)接近于MLD接收器的接收器)的表現(xiàn)是非常困難的。
[0003]鏈級(link-level)表現(xiàn)預測通常被應用在兩個領域:系統(tǒng)層級的模擬以及為鏈路適配(link adaptation)產(chǎn)生信道質量量測的反饋信息。以預編碼(pre-coding)為基礎的MMO技術在無線通訊標準中包含:W1-Fi(可參考IEEE802.16m-2011, Amendment toIEEE Standard for Local and metropolitan area networks, Part16:Air Interfacefor Broadband Wireless Access Systems-Advanced Air Interface) >3GPP WCDMA(可參 考 3GPP TS25.211, Physical Channels and Mapping of Transport Channelsonto Physical Channels (FDD) (Release7), V7.10.0),以及 3GPP LTE (可參考 3GPPTS36.211, Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Physical Channelsand Modulation (Release8), V8.9.0)。這些技術都需要求接收器將預測的鏈級表現(xiàn)以信道質量指示(channel quality indicator, CQI)的形式反饋至傳送器(詳情可參考3GPPTS36.213, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA);Physical layerprocedures (Release8), V8.8.0)。隨后,傳送器會根據(jù)CQI信息來配合傳播狀況調整其傳輸格式。此類鏈路適應機制的整體目標為選擇效率最佳的傳輸格式，并期望提高接收器正確擷取信息的幾率。傳輸格式的效率通常是以其頻譜效率表示，但其他指示(例如耗電效率)也可能被納入考慮。CQI信息通常包含傳送器所能使用的調制/編碼方案的信息，以期達到一目標接收器檢測表現(xiàn)。接收器表現(xiàn)可通過多種指示呈現(xiàn)，例如比特錯誤率(biterror rate, BER)、區(qū)塊錯誤率(block error rate, BLER)及傳輸量。
[0004]本發(fā)明提出的鏈級表現(xiàn)預測技術的目標為通過一組信號噪聲比預測MLD接收器在特定MMO信道中的表現(xiàn)。MMO系統(tǒng)中的每個串流各自有不同的信號噪聲比，亦即接收器在加成性白高斯噪聲(additive white Gaussian noise, AWGN)信道所能達到的信號噪聲比。這些信號噪聲比(亦稱為有效信號噪聲比)可用以估計采用映射功能的接收器在特定MMO信道中的比特錯誤率及/或區(qū)塊錯誤率；該映射功能是根據(jù)AWGN信道表現(xiàn)來決定。這些映射功能專屬于接收器用以擷取傳送信息的技術，其產(chǎn)生方式可為通過鏈級模擬，或是配合傳送器采用的調制及編碼方案的特性而產(chǎn)生。借由找出至少一種能達到目標表現(xiàn)的傳輸格式，接收器能利用有效信號噪聲比來產(chǎn)生反饋CQI。正交分頻多工(orthogonalfrequency division multiplexing, OFDM)無線通訊系統(tǒng)(例如 3GPPLTE 系統(tǒng))中不同的副載波的信號噪聲比可各不相同。這些信號噪聲比通常會被合并為單一信號噪聲比，以代表跨越整個傳送信號頻寬的接收器表現(xiàn)。
[0005]本發(fā)明所欲解決的問題可說是預測特定MMO信道中的接收器表現(xiàn)。當接收器是采用LMMSE均衡器時，此預測相對簡單。預測MLD接收器于MMO信道中的表現(xiàn)則較為復雜。就通過不同串流傳送多個符號的聯(lián)合解碼(joint decoding)而言,實在難以提出一個簡單的指示來準確預測所有傳送串流的解碼表現(xiàn)。此外，實務上還另有限制預測技術的運算復雜度的需求，以期配合存在嚴格成本及電力限制的接收器。用以配合產(chǎn)生支援鏈路適配所需的CQI值時，預測技術亦須能針對傳送器所支援的各種傳輸格式皆達到良好的正確性。易言之，不同的傳輸格式通常會采用不同的調制方案或是不同的錯誤校正碼率，然而無論采用何種傳輸格式皆須維持一定的表現(xiàn)預測正確性。
[0006]現(xiàn)有已有數(shù)種針對MMO信道決定映射功能(用以產(chǎn)生有效信號噪聲比)的現(xiàn)有技術。這些現(xiàn)有技術通常是將針對單一傳送天線系統(tǒng)設計的方案延伸至MIMO信道方案(例如 2007 年 3 月 R.Yaniv 等人于 ffiEE C802.16e_05/141rl 發(fā)表的「CINR Measurementusing the EESM method」，以及 2007 年 5 月 K.Sayana 等人發(fā)表的「Link PerformancePrediction based on Mean Mutual Information per Bit (MMIB) of the LLR Channel」)。不幸的是，這些技術存在許多限制。首先，由于這些方法假設所有串流是使用相同的符號分布(constellation),因此無法被廣泛套用(可參考2007年4月H。Liu等人于Proc.Vehicular Technology Conference 所發(fā)表的「EESM Based Link Error Prediction forAdaptive MIM0-0FDM System」，以及2008年K.Sayana等人于Proc.GL0BEC0M發(fā)表的「ShortTerm Link Performance Modeling for ML Receivers with Mutual Information per BitMetrics」)。這些技術不適用于針對不同串流施以不同調制方案的系統(tǒng)。此外，由于這些技術缺乏完整的理論基礎，實務上通常需要使用根據(jù)鏈級表現(xiàn)模擬產(chǎn)生的復雜查找表。
[0007]比特平均交互信息(meanmutual information per bit, MMIB)方案和接收區(qū)塊信息率(received block information rate, RBIR)方案都需要復雜的特征向量(eigenvector)分解，以估計MIMO信道中的MLD接收器表現(xiàn)，但僅達到有限的表現(xiàn)正確性。此外，在用以預測MMO信道中的MLD接收器表現(xiàn)時，指數(shù)有效信號噪聲比映射(exponential effective SNR mapping EESM)方法的正確性很低。針對 MIMO 信道，EESM和麗IB技術都假設MMO串流為聯(lián)合編碼，因此以單一指示來表示不同串流的MLD表現(xiàn)預測結果。顯然，當不同的串流的產(chǎn)生為獨立編碼時，這些技術都不適用。再者，現(xiàn)有也曾有針對MMO信道的RBIR延伸方案(可參考2010年J.Zhang等人于Proc.1EEE InternationalConference on Communication 發(fā)表的「Link Evaluation for MIM0-0FDM System withML Detection」)。這個方法同樣是受限于針對不同串流使用相同調制方案的組態(tài)，因此對多種應用來說都不適當。舉例而言，3GPP LTE標準支援針對不同串流使用不同的調制方案，RBIR延伸方案因此不能用于為符合3GPP LTE標準的蜂窩式通訊系統(tǒng)產(chǎn)生CQI。此外，雖然RBIR延伸方案具有良好的預測正確性，但由于需要計算出精準的平均交互信息(與信道及符號分布方式皆相關)，其運算復雜度非常高。
[0008]另一方面，由于這些現(xiàn)有技術通常假設通訊系統(tǒng)為頻域多工，在預測時會采用各信道的頻域平均值。在頻率多樣性有限的傳播信道中，這些方案的正確性很低。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明提供的技術是用以預測MMO信道中的MMO接收器表現(xiàn)。本發(fā)明提供的技術可在有限的復雜度條件下達到良好的正確性。本發(fā)明提供的方法首先找出一有效信號噪聲比，以代表AWGN信道中的信號噪聲比。此有效信號噪聲比能產(chǎn)生等同于MMO信道中的解調表現(xiàn)。本發(fā)明提供的方法適用于在多個MIMO傳送串流中使用不同調制方案的系統(tǒng)，并且未對錯誤校正編碼進行任何假設。預測出的接收器表現(xiàn)可被用以產(chǎn)生鏈路適配反饋，或是配合傳播鏈路特性來調整接收器。
[0010]本發(fā)明的實施例提供的方法是用以預測MIMO信道中的MIMO接收器表現(xiàn)。MIMO解碼器(尤指MLD解碼器)的表現(xiàn)是根據(jù)表現(xiàn)相似的迭代(iterative)接收器架構而產(chǎn)生。迭代MMO有效信號噪聲比(iterative MIMO effective SNR, IMES)技術被用以將各MMO信道的表現(xiàn)映射為對應于多個串流的一組有效信號噪聲比。這組有效信號噪聲比隨后可被用于提供鏈路適配反饋，以協(xié)助傳送器根據(jù)傳播信道特性選擇最適當?shù)膫鬏敻袷健；蛘?，此信息可被用以根?jù)信道狀況改變接收器采用的處理方式，因而得以，舉例而言，在信號狀況良好時降低接收器的耗電量。
[0011]于一實施例中，MIMO接收器為一 MLD接收器。然而，本發(fā)明提供的技術可應用于其他并非采用MLD方案的MIMO接收器架構。
[0012]本發(fā)明提出的MES方案是以一迭代接收器作為模型來預測MMO信道中的MMO接收器。此迭代接收器模型于一均衡單元與一軟性解映射(soft-demapping)單元間迭代處理輸入信號。均衡器的輸出端針對各MMO串流產(chǎn)生的最終信號噪聲比隨后可被用以調整MMO接收器表現(xiàn)。
[0013]該均衡單元利用對于傳播信道的估計和對于噪聲協(xié)方差矩陣的估計來處理輸入信號，并減少傳播鏈路造成的影響。均衡后信號隨后被傳遞至該軟性解映射單元。該軟性解映射單元根據(jù)傳送器所用的調制符號分布來估計傳送器送出的信息比特。借由利用在這兩個處理階段間傳遞的已知信息，多次迭代增進了這兩個單元所產(chǎn)生的估計結果的質量。一般而言，均衡器會提供每個MMO串流的輸出信號噪聲比的估計值給軟性解映射單元。隨后，軟性解映射單元會相對應地產(chǎn)生符號的平均/變異估計值，作為均衡單元的輸入。
[0014]在最終迭代結束后，MES方案會估計出均衡器的輸出端的信號噪聲比，但不會實際處理輸入信號。根據(jù)MES方案，一均衡器信號噪聲比預測單元利用與傳播信道、噪聲協(xié)方差矩陣、傳送符號分布之間的變異相關的知識計算均衡器的輸出端的信號噪聲比。這些信號噪聲比隨后被一軟性解映射變異預測單元用來更新這些符號分布的變異估計。這兩個單元之間隨后進行多次迭代，以產(chǎn)生一組最終有效信號噪聲比。[0015]于一實施例中，有效信號噪聲比被用于產(chǎn)生傳送器進行下行鏈路調度和選擇傳輸格式時所需要的鏈路適配反饋。此反饋的形式通常是CQI值，并且被據(jù)以自預先決定的表格中選擇調制方案及編碼率。本發(fā)明亦提出一有效的搜尋方案，用以減少產(chǎn)生CQI信息的復雜度。此方案利用CQI表格的特性，以限制在針對多個MMO串流搜尋所有調制方案組合時需要計算的有效信號噪聲比數(shù)量。
[0016]于另一實施例中，借由根據(jù)有效信號噪聲比選擇解調器，接收器可配合鏈路特性被調整。接收器可具有多重解調架構，而各架構具有不同的運算表現(xiàn)和預測正確性。針對特定的MMO信道，可比較其有效信號噪聲比，以選出能提供目標預測表現(xiàn)且運算復雜度最低的解調架構。如此一來，便可在信號狀況良好的情況降低接收器的運算復雜度，進而減少耗電量。
[0017]當傳輸程序是通過多個MMO信道的傳播鏈路進行，借由結合MES方案與現(xiàn)有技術(例如MMIB、RBIR或EESM)，本發(fā)明提出的技術可產(chǎn)生單一組有效信號噪聲比來代表整個傳播鏈路的MLD表現(xiàn)。上述情況有可能發(fā)生在采用分頻多工時。首先，可針對不同部分的信號頻寬計算多組有效信號噪聲比，隨后再利用已知的映射技術(例如MMIB、RBIR或EESM)將這些不同的數(shù)值合并為單一值，以代表整個信號頻寬的表現(xiàn)。 [0018]借由考量對應于預編碼及實體信道的組合的多個串流所通過的有效MIMO信道，IMES方法可用于多種不同的MMO技術的鏈路表現(xiàn)預測，例如空間-時間編碼、波束成形(beam-forming)、空間多工信道線性預編碼。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明，其中:
[0020]圖1繪示一典型MMO系統(tǒng)的簡易功能方塊圖。
[0021]圖2呈現(xiàn)了 MMO MLD表現(xiàn)預測的簡易功能方塊圖。
[0022]圖3為采用迭代原理的MMO接收器的方塊圖。
[0023]圖4呈現(xiàn)了等效MMO有效信號噪聲比映射的方塊圖。
[0024]圖5為在MES演算法中將β系數(shù)最佳化的范例。
[0025]圖6呈現(xiàn)了根據(jù)LMMSE均衡器的信號噪聲比運算式得出的信號噪聲比估計值，以及利用本發(fā)明的MES方案得出的信號噪聲比估計值。
[0026]圖7所呈現(xiàn)的簡化后方塊圖是用以說明如何應用本發(fā)明提出的技術產(chǎn)生反饋信
肩、O
[0027]圖8為3GPP LTE標準定義的CQI表格。
[0028]圖9是繪示CQI演算法搜尋樹的一流程圖。
[0029]圖10為根據(jù)MES預測出的表現(xiàn)調整接收器的一實施例。
[0030]圖中元件標號說明:
[0031]110:傳送器120⑴-120 (Ntx):傳送天線
[0032]130:ΜΜ0 傳播信道 140 (I) - 140 (Nj:接收天線
[0033]150:接收器160:信道預測單元
[0034]170:表現(xiàn)預測單元180、1020、1030:解調單元[0035]190:解碼單元210:MLD單元
[0036]220:LLR產(chǎn)生單元310:MM0均衡單元
[0037]320:軟性解映射單元410:均衡器SNR預測單元
[0038]420:軟性解映射變異預測單元
[0039]710:表現(xiàn)預測及反饋產(chǎn)生單元
[0040]720:調制及編碼方案適配單元
[0041]910~934:流程步驟
[0042]1010:選擇單元
【具體實施方式】
[0043]本發(fā)明的實施例中提供的技術是用以預測MIMO信道中的MMO接收器(尤指MLD接收器)的表現(xiàn)。這些技術提供了良好的預測正確性且復雜度有限。本發(fā)明提供的MMO鏈路預測方法是基于各串流的MLD比特錯誤率，并且包含針對各MMO串流計算一有效信號噪聲比。每一個別信號噪聲比值是對應于接收器于AWGN信道中會達到的相同信號噪聲比。須說明的是，本發(fā)明提出的技術的應用并不限于使用MLD接收器的狀況。這些技術適用于任何接收器，只要該接收器的解調表現(xiàn)接近于完整的MLD方案的表現(xiàn)。因此，本發(fā)明提出的技術亦適用于其他并非根據(jù)MLD方案設計的MMO接收器架構。以下說明主要以MLD接收器為例。
[0044]圖1繪示一典型MMO系統(tǒng)的簡易功能方塊圖，其中包含傳送器110和接收器150。傳送器Iio和接收器150各自包含多個天線120(1) - 120 (Ntx)和140(1) - 140 (Nrx)，這些天線分別通過MIMO傳播信道130溝通。該傳播信道的模型可為一個大小為NnXNtx的矩陣H，其中的各個元素對應于該多個傳送天線及該多個接收天線間的不同鏈路。為了協(xié)助接收器150估計傳播信道，傳送器110通常會傳送參考符號。信道預測單元160可利用這些已知的參考符號來估計傳播信道矩陣H。在沒有參考符號的情況下，信道預測單元160則可利用盲預測技術。此外，信道預測單元160也會估計接收到的噪聲協(xié)方差矩陣。
[0045]隨后，表現(xiàn)預測單元170根據(jù)信道預測單元160估計出的傳播信道矩陣H和噪聲協(xié)方差矩陣來預測解調單元180的表現(xiàn)。解調單元180負責擷取出傳送器110提供的信息，亦即針對傳送器110送出的編碼后信息比特提供估計值。接著，前向糾錯碼(forwarderror code, FEC)解碼單元190利用這些估計值來擷取使用者信息。這些編碼后信息比特的估計值可以對數(shù)概似比(log-likelihood ratio, LLR)的形式被提供至解碼單元190。
[0046]圖2呈現(xiàn)了解調單元180的運作方式。解調單元180的模型可包含一 MLD單元210，用以將估計值提供給LLR產(chǎn)生單元220。表現(xiàn)預測單元170的目標在于預測MLD單元210的輸出端的表現(xiàn)。
[0047]由于本發(fā)明提出的表現(xiàn)預測方法獨立處理不同的串流，因此可應用于針對不同MIMO串流分別編碼/解碼的系統(tǒng)，也可應用于對不同串流施以聯(lián)合編碼/解碼的系統(tǒng)。值得注意的是，任何線性信道預編碼(例如空間-時間編碼、用于空間多工的線性預編碼、波束成形)都可被輕易納入一等效整體MIMO信道中。
[0048]輸入信號的模型可被表示為:
[0049]Y=HX+V，(式一)[0050]其中向量:
【權利要求】
1.一種預測一多輸入多輸出接收器的表現(xiàn)的方法，該多輸入多輸出接收器接收多個多輸入多輸出串流，該方法包含: 以一迭代方式于一均衡器模型與一軟性解映射單元模型間交換信息，以產(chǎn)生與該多個多輸入多輸出串流相關的一組信號噪聲比。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該交換信息的步驟包含: 提供該均衡器模型的一輸出信號噪聲比的多個估計值至該軟性解映射單元模型；以及自該軟性解映射單元模型提供多個傳送信號的一后驗變異的多個估計值至該均衡器模型，其中該多個傳送信號是以該多個多輸入多輸出串流的形式被接收。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，該均衡器模型為一不偏估白化匹配濾波器。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，該多輸入多輸出接收器進一步接收針對多個多輸入多輸出信道產(chǎn)生的多組信號噪聲比；該方法包含: 將該多組信號噪聲比中對應于一多輸入多輸出串流的該多個信號噪聲比結合為一單一值，以代表跨越該多個多輸入多輸出信道的表現(xiàn)。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，該結合步驟是以一比特平均交互信息方案進行。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于，該表現(xiàn)被用于調整該多輸入多輸出接收器的一信息擷取程序。
7.如權利要求2所述的方法，其特征在于，該表現(xiàn)被用于產(chǎn)生一反饋信息以用來選擇一傳送器米用的一傳輸格式。
8.如權利要求7所述的方法,其特征在于,該多個多輸入多輸出串流是對應于一表格中定義的多個傳輸格式，該反饋信息的形式為該表格中的一組索引值，產(chǎn)生該反饋信息的步驟包含: 跨越該多個多輸入多輸出串流，針對該多個傳輸格式的多個種組合計算多組信號噪聲比。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，該多個傳輸格式中的每一個傳輸格式的一特性對應于一調制階數(shù)與一傳輸量，該多個傳輸格式的該表格中的多個索引值被編排為使得一較高調制階數(shù)對應于一較高傳輸量。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生該反饋信息的步驟包含: 測試該表格中的多組索引值，且該表格的至少該特性被用于減少一需測試的組合數(shù)量。
11.如權利要求1?9中任一項所述的方法,其特征在于,該多輸入多輸出接收器為一最大似然檢測接收器。
【文檔編號】H04L25/03GK103685090SQ201310351722
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權日:2012年9月10日
【發(fā)明者】阿貝德卡得·美得斯, 西羅·瓦蘭登 申請人:晨星半導體股份有限公司