一種mimo無線通信接收機的多階段迭代檢測方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MIMO無線通信接收機的多階段迭代檢測方法和裝置，設(shè)置多個檢測階段，分階段進(jìn)行迭代檢測，每一檢測階段只檢測當(dāng)前檢測階段可靠性大于預(yù)設(shè)門限的層，其中所述方法包括步驟：對接收信號進(jìn)行前處理，以生成第一檢測階段初始接收信號；對第一檢測階段初始接收信號進(jìn)行多輪迭代檢測，以生成第一檢測階段判決信號，再經(jīng)過后續(xù)處理步驟，以生成第二檢測階段初始接收信號；根據(jù)預(yù)設(shè)檢測階段數(shù)至所有層已檢測，以生成最終判決信號。本發(fā)明通過對現(xiàn)有迭代檢測方法的進(jìn)一步改進(jìn)，在增加較少復(fù)雜性和計算量的前提下，使MIMO無線通信接收機的性能得到提升，尤其有效地改善了高階調(diào)制下MIMO無線通信接收機的性能。
【專利說明】-種ΜΙΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種ΜΙΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方 法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 多輸入多輸出（ΜΙΜΟ,Multiple-Input Multiple-Output)技術(shù)利用豐富多徑的無 線傳播環(huán)境中不同天線之間信道增益的不相關(guān)特性，獲得高信道容量，從而提高整個系統(tǒng) 的頻譜利用率和可靠性。
[0003] 接收機是ΜΜ0系統(tǒng)的主要組成部分，也是整個系統(tǒng)性能和復(fù)雜性的瓶頸。因此， ΜΙΜΟ無線通信接收機的高性能低復(fù)雜性的檢測方法一直是研究的熱點，包括近些年提出的 應(yīng)用于大規(guī)模ΜΜ0 (Large ΜΜ0, Massive ΜΜ0)系統(tǒng)中的低復(fù)雜性檢測方法。
[0004] 首先，采用線性均衡方式的ΜΜ0無線通信接收機結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)，但其性能較 差。其中，常見的線性均衡方式包括迫零（ZF，Zero Forcing)均衡和最小均方誤差（MMSE， Minimum Mean Square Error)均衡等。
[0005] 其次，基于順序干擾消除（SIC，Successive Inference Cancellation)的 ΜΙΜΟ 無 線通信接收機，由于采用了很好的干擾抑制技術(shù)，使得不同層間的干擾大大減輕，性能一般 顯著優(yōu)于僅基于線性均衡的ΜΙΜ0無線通信接收機。但由于復(fù)雜性過高以及對信道測量誤 差的敏感性，至今尚沒有被工業(yè)界廣泛接收。
[0006] 然而，迭代檢測方法既能保持ΜΜ0無線通信接收機結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)的優(yōu)點，又 能使接收機性能得到顯著的提升。有效的迭代檢測方法有，中國發(fā)明專利（專利申請 號：2010105543129)提出的一種ΜΜ0無線通信接收機的Turbo增強方法（又稱為IIC， Iterative Interference Cancellation),以及適用于 Large ΜΙΜΟ 的 LAS (Likelihood Ascend Search)、RTS (Reactive Tabu Search)等等。
[0007] 需要說明的是：
[0008] 檢測是指從所接收到的經(jīng)射頻、中頻解調(diào)等處理后的含干擾噪聲的基帶信號中提 取有用信息符號或信息比特的過程；
[0009] 均衡是指對信道特性的均衡，即接收端的均衡器產(chǎn)生與信道相反的特性，可以消 除或部分消除信道對信號的影響；
[0010] 重構(gòu)是指對發(fā)射信號對應(yīng)的接收信號重現(xiàn)得重構(gòu)信號的過程，包括與發(fā)端對應(yīng)的 星座點映射過程和與信道估計矩陣相乘過程；
[0011] 判決是指根據(jù)發(fā)送端所采用的調(diào)制方式判斷出所傳輸?shù)男畔⒈忍鼗蛐畔⒎柕?過程；
[0012] 部分判決是指根據(jù)中國發(fā)明專利（專利申請?zhí)枺?01210140037. 5)提出的部分判 決方法對判決統(tǒng)計量量化的過程。
[0013] 在ΜΜ0通信系統(tǒng)中，習(xí)慣上引入層的概念，對應(yīng)發(fā)送的各路獨立的數(shù)據(jù)流，例如 由第i根發(fā)射天線發(fā)射的數(shù)據(jù)流對應(yīng)第i層符號。每一根發(fā)射天線在每一個時隙發(fā)射一個 符號，為一個層符號。
[0014] 在ΜΜ0無線通信系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的頻譜效率，普遍采用高進(jìn)制調(diào)制。其中， 典型的高進(jìn)制調(diào)制包括 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64QAM 等。
[0015] 但是，目前現(xiàn)有的MMO無線通信接收機的檢測方法在高進(jìn)制調(diào)制下的性能還有 待于進(jìn)一步改善。
[0016] 考慮到迭代檢測方法其性能對系統(tǒng)的額外接收分集比較敏感，也就是說，在Ντ < Νκ情況下的ΜΜ0系統(tǒng)的檢測性能要明顯優(yōu)于NT = Νκ的情況，其中，乂和乂分別為發(fā)射 天線數(shù)和接收天線數(shù)。本發(fā)明經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)一種在不局限于現(xiàn)有Ντ < Νκ系統(tǒng)的情況下有效 利用額外接收分集的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供了一種ΜΜ0無線通信接收機的多階 段迭代檢測方法和裝置，它具有在增加較少復(fù)雜性和計算量的前提下，使ΜΜ0無線通信接 收機的性能得到提升的優(yōu)點。
[0018] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0019] 一種ΜΙΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方法，包括如下步驟：
[0020] 步驟R11 :對ΜΜ0無線通信接收機的接收信號進(jìn)行處理，得第一檢測階段的初始 接收信號；
[0021] 所述處理包括下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換、同步、信道估計以及均衡，
[0022] 所述均衡允許是ZF均衡、MMSE均衡以及其他任何可行的均衡方法；
[0023] 步驟R12 :對所述步驟R11的第一檢測階段的初始接收信號進(jìn)行多階段迭代檢測， 得到對應(yīng)的最終判決信號；
[0024] 步驟R13 :對經(jīng)多階段迭代檢測得到的最終判決信號進(jìn)行判決；
[0025] 步驟R14 :輸出判決后的信號，即輸出最終檢測結(jié)果。
[0026] 所述步驟R12中的進(jìn)行多階段迭代檢測是：設(shè)置多個檢測階段，分階段進(jìn)行迭代 檢測：
[0027] 其中，在第一檢測階段，只檢測出可靠性高于1-α i對應(yīng)的&層，即可靠性大于預(yù) 設(shè)門限l-α i的層，其中，l-α i為第一階段預(yù)設(shè)門限值；
[0028] 需要說明的是，當(dāng)且僅當(dāng)判決統(tǒng)計量的正交分量和同相分量均滿足可靠性高于 l-α i時，才稱對應(yīng)的層的可靠性高于l-α i，即該層為可靠性大于預(yù)設(shè)門限的層；
[0029] 在進(jìn)行第二檢測階段之前，需要將信道矩陣對應(yīng)于第一檢測階段檢測的&層的列 置為零，并將第一檢測階段檢測的K層對應(yīng)的判決輸出信號重構(gòu)后，作為干擾從第一檢測 階段的初始接收信號中消除，得到第二檢測階段的初始接收信號；從而將原N TXNK的ΜΙΜΟ 系統(tǒng)等效為一個（NT_Ni) ΧΝΚ的ΜΙΜΟ系統(tǒng)；
[0030] 在第二檢測階段，將原NTXNd^MIM0系統(tǒng)等效為一個（NT-Ni) XNd^MIMO系統(tǒng)后， 按與第一檢測階段同樣的方法檢測出可靠性高于預(yù)設(shè)門限值1_α2對應(yīng)的隊層。其中，Ν τ 和Νκ分別為發(fā)射天線數(shù)和接收天線數(shù)，&是第一檢測階段檢測的層的個數(shù)，α 2為第二檢測 階段預(yù)設(shè)門限值；
[0031] 在第m個檢測階段，檢測之前均要對上一檢測階段做前述對第一檢測階段相同的 處理，使得當(dāng)前檢測階段的系統(tǒng)等效為一個…+U] XNK的系統(tǒng)，有效地利用系統(tǒng) 的額外接收分集。其中，m= 1，2，···，M，Μ為預(yù)設(shè)檢測階段數(shù)；
[0032] 最后第Μ個檢測階段檢測前Μ-1個檢測階段未檢測的NT_(Ni+…-Νη)層，即當(dāng)Ντ 層均被檢測完畢時，Μ階段迭代檢測結(jié)束；
[0033] 每一檢測階段預(yù)設(shè)的迭代檢測的迭代次數(shù)Km和判決距離門限值a m允許相同也允 許不同。其中，〇< am< l，m= 1，2，···，Μ，Μ為預(yù)設(shè)檢測階段數(shù)。
[0034] 所述步驟R12包括如下步驟：
[0035] 步驟R12-1 :存儲步驟R11輸出的初始接收信號，所述初始接收信號為第一檢測階 段中各層對應(yīng)的初始接收信號

【權(quán)利要求】
1. 一種ΜΙΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方法，其特征是，包括如下步驟： 步驟R11 :分別對接收信號進(jìn)行處理，得第一檢測階段的初始接收信號；所述處理包括 下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換、同步和信道估計以及均衡等； 步驟R12 :對上述初始接收信號進(jìn)行多階段迭代檢測，得到對應(yīng)的最終判決信號； 步驟R13 :對經(jīng)多階段迭代檢測得到的最終判決信號進(jìn)行判決； 步驟R14 :輸出判決后的信號，即輸出最終檢測結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種ΜΙΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方法，其特征是， 所述步驟R12的進(jìn)行多階段迭代檢測是：設(shè)置多個檢測階段，分階段進(jìn)行迭代檢測： 其中，在第一檢測階段，只檢測出可靠性高于l-α i對應(yīng)的&層，即可靠性大于預(yù)設(shè)門 限Ι-h的層，其中，αι為第一階段預(yù)設(shè)門限值； 當(dāng)且僅當(dāng)判決統(tǒng)計量的正交分量和同相分量均滿足可靠性高于l-α i時，才稱對應(yīng)層 的可靠性高于l-α i，即該層為可靠性大于預(yù)設(shè)門限的層； 在進(jìn)行第二檢測階段之前，需要將信道矩陣對應(yīng)于第一檢測階段檢測的K層的列置為 零，并將第一檢測階段檢測的K層對應(yīng)的判決輸出信號重構(gòu)后，作為干擾從當(dāng)前檢測階段 的初始接收信號中消除，得到第二檢測階段的初始接收信號；從而將原N TXNK的ΜΙΜΟ系統(tǒng) 等效為一個（NT-Ni) ΧΝΚ的ΜΙΜΟ系統(tǒng)； 在第二檢測階段，將原ΝΤΧΝΚ的ΜΜ0系統(tǒng)等效為一個（NfNj ΧΝΚ的ΜΜ0系統(tǒng)后，按 與第一檢測階段同樣的方法檢測出可靠性高于預(yù)設(shè)門限值1-α 2對應(yīng)的Ν2層；其中，Ντ和 Νκ分別為發(fā)射天線數(shù)和接收天線數(shù)，&是第一階段檢測的層的個數(shù)，α 2為當(dāng)前檢測階段預(yù) 設(shè)門限值； 在第m個檢測階段檢測之前均要對上一檢測階段做前述對第一檢測階段相同的處理， 使得當(dāng)前檢測階段的系統(tǒng)等效為一個[NT_沉+…+U ] XNK的系統(tǒng)，有效利用了額外接收 分集；其中，m = 1，2,…，M，Μ為預(yù)設(shè)檢測階段數(shù)； 最后第Μ個檢測階段檢測前Μ-1個檢測階段未檢測的Ντ-沉+…-Nh)層，即當(dāng)Ντ層均 被檢測完畢時，Μ階段迭代檢測結(jié)束； 每一檢測階段預(yù)設(shè)的迭代檢測的迭代次數(shù)Km和判決距離門限值a m允許相同也允許不 同；其中，〇 < a m < 1，m = 1，2,…，M，Μ為預(yù)設(shè)檢測階段數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種ΜΙΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方法，其特征是， 所述步驟R12包括如下步驟： 步驟R12-1 :存儲步驟R11輸出的初始接收信號，所述初始接收信號為第一檢測階段中 各層對應(yīng)的初始接收信號一^'#'…，#)'!!^!; 步驟R12-2 :對步驟R12-1中所述的初始接收信號r(m)進(jìn)行MMSE均衡，并利用部分判決 方法獲得當(dāng)前檢測階段各層對應(yīng)的初級判決信號§(Β〇=(·5Γ，$Γ，…，其中，（· Γ表 示矩陣或向量的轉(zhuǎn)置； 步驟R12-3 :利用所述步驟R12-2的初級判決信號§(m)來獲得ΜΜ0無線通信接收機接 收到的第1層符號對應(yīng)發(fā)射信號的重構(gòu)信號，即Hjm) ，/ = 1,2,…,A;進(jìn)一步地，對ΜΙΜΟ 無線通信接收機接收到的除第1層以外的其他Ντ-1層符號對應(yīng)發(fā)射信號的重構(gòu)信號的疊 Ντ 加得到藝11，^),/41，2,_^丨，即其他乂-1層符號對第1層符號的干擾；其中，# ) ?=1, ηΦ? 為第m個檢測階段的信道估計矩陣，Η廣為對應(yīng)的信道估計矩陣的第1列，m = 1，2, "·，Μ， 1 = 1，2,…，Ντ ; 步驟R12-4:進(jìn)行第m個檢測階段的Km輪迭代檢測，并確定當(dāng)前檢測階段檢測的可靠性 大于當(dāng)前預(yù)設(shè)門限的層對應(yīng)的標(biāo)號，即V e丨1，2,…? = 1,2,···,Λ^，對應(yīng)第m個檢測階 段檢測的1層； 步驟R12-5 :更新第m個檢測階段檢測的Nm層符號的重構(gòu)信號 Λ1? Η 口從，*廣e {丨,2，...,妗}，i =丨，2..·.，Λ?，并將其對應(yīng)重構(gòu)信號之和ΣΗΡ嘐 k! Αι 7：=1 從當(dāng)前檢測階段的初始接收信號rw中消除掉，從而得到下一檢測階段的初始接收信號 r(m+1)； 步驟R12-6 :將信道估計矩陣H(m)對應(yīng)于當(dāng)前檢測階段檢測的Nm層的列置零，即 Hg, = 0，/cfw)e{l，2，···，^}，?· = 1，2，?，得 H(m+1)，并重新計算均衡矩陣； 步驟R12-7 :m = m+1，繼續(xù)下一檢測階段，即重復(fù)上述步驟R12-2至步驟R12-6 ; 步驟R12-8 :最后一個檢測階段結(jié)束，輸出Μ階段IIC檢測的最終判決信號。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種ΜΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方法，其特征是， 所述步驟R12-4中每個檢測階段可靠性大于預(yù)設(shè)門限的層的個數(shù)依賴于預(yù)設(shè)可靠性 門限值1_ αm; 所述步驟R12-8中最后一個檢測階段不再需要進(jìn)行步驟R12-5至步驟R12-7,在步驟 R12-4后直接進(jìn)行步驟R12-8的輸出。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種ΜΙΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方法，其特征是， 所述步驟R12-4的第m個檢測階段中的K m輪IIC檢測，包括：干擾消除過程、最大比合 并過程、部分判決過程和更新當(dāng)前檢測層符號對應(yīng)的重構(gòu)信號過程。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種MM0無線通信接收機的多階段迭代檢測方法，其特征是， 所述干擾消除過程是：從當(dāng)前檢測階段的初始接收信號r(m> = (r/m)，f \…，咬丫 中減去除第1層符號以外的Ντ-1層符號對應(yīng)重構(gòu)信號的疊加和，即
所述最大比合并過程是：將得到的基帶信號z(m)左乘
'即
;其中，表示向量偽逆運算。
7. 如權(quán)利要求5所述的一種ΜΙΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方法，其特征是， 所述部分判決過程是：利用部分判決方法對進(jìn)行量化，得當(dāng)前檢測階段的第1層 符號對應(yīng)的部分判決信號句m) ·， 所述更新當(dāng)前檢測層符號對應(yīng)的重構(gòu)信號過程是：按照與步驟R12-3中所述的重構(gòu)方 法完成對第1層符號對應(yīng)的發(fā)射信號的重構(gòu)后，更新對應(yīng)重構(gòu)信號舊值的過程，即重新計 算Hf 來更新對應(yīng)的重構(gòu)信號，更新后的重構(gòu)信號將用于下一層符號檢測過程中的干 擾消除過程。
8. 如權(quán)利要求3所述的一種ΜΙΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方法，其特征是， 所述步驟R12-4中第m個檢測階段Km輪迭代檢測完成之后，若判決統(tǒng)計量的同相分量 和正交分量均在可靠性高于1-a m范圍內(nèi)，則對應(yīng)的層定義為可靠性大于預(yù)設(shè)門限的層，即 第m個檢測階段檢測的層；其中，1- a m為預(yù)設(shè)可靠性門限值；更新第m個檢測階段的初級 判決信號的對應(yīng)于該檢測階段檢測的Nm層的分量，得第m個檢測階段的最終判決信號 s( m)。
9. 如權(quán)利要求3所述的一種ΜΙΜΟ無線通信接收機的多階段迭代檢測方法，其特征是， 所述步驟R13的多階段迭代檢測中可靠性大于預(yù)設(shè)門限值的層是依據(jù)歐式距離確定 的：在標(biāo)準(zhǔn)星座點映射圖上，對給定的各檢測階段判決距離門限值απ，若判決統(tǒng)計量到標(biāo) 準(zhǔn)星座點的歐式距離不大于απ，則該判決統(tǒng)計量對應(yīng)的層為可靠性高于1-απ的層。
10. -種ΜΜ0無線通信接收機的多階段迭代檢測裝置，其特征是，包括接收前處理模 塊、多階段迭代檢測模塊、判決模塊和輸出模塊； 所述接收前處理模塊，對接收到的信號進(jìn)行射頻、中頻解調(diào)及基帶處理，得第一個檢測 階段各層符號對應(yīng)的初始接收信號； 所述多階段迭代檢測模塊，對初始接收信號利用迭代檢測方法逐階段逐層提取信號， 獲得多階段迭代檢測最終判決信號； 判決模塊，對經(jīng)多階段迭代檢測得到的最終判決信號進(jìn)行判決； 輸出模塊，輸出判決后的信號，即輸出最終檢測結(jié)果。
【文檔編號】H04B7/08GK104301267SQ201410633088
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】杜巖, 張煥井, 何波, 劉煥煥 申請人:山東大學(xué)