专利名称：一种信号检测方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及多入多出(MIMO)天线系统的接收技术，特别涉及一种信 号检测方法和设备。
背景技术：
信息论研究表明，多径散射信道蕴藏着巨大的容量。在多径分量丰富的 环境下，MIMO系统能够充分利用多径分量，科学家据此提出了一种在 MIMO系统中使用的对角贝尔实验室分层空时结构(Diagonally Bell Labs Layered Space-Time Wireless Communication Architecture, D-BLAST),在发 射机和接收机都使用多天线结构，发射信息按照对角线进行空时编码。在独 立的瑞利衰落环境下，这种结构获得了巨大的容量，该容量随发射天线的数 目线性增长，可以达到卯％的仙农信道容量。但是D-BLAST系统的一个缺 陷就是复杂度太高，不适合应用。G. D. Golden等人在D-BLAST的基础上 提出了一种简化的版本，就是垂直贝尔实验室分层空时结构(Vertical BLAST, V-BLAST),该系统已经在实验室进行了实验验证，在室内慢衰 落的环境下，该系统的频谱效率高达40bit/s/Hz。
图1为iV个发射天线和Af个接收天线(#SM)的V-BLAST系统结构 图。如图l所示，在该系统中，需要发送的数据流经过串/并转换被分配到W 个复用的子流上，每个子流上的数据继续进行调制，再送入到相对应的发射 天线同步发射出去。在接收端总共有M个接收天线同步接收发射信号，最 后通过空-时检测恢复出原始数据流。
在系统中，^("^,…， f和r-(^2,…, )f分别表示同一时刻内的 〃个
发射信号和M个接收信号，其中r表示转置，n—A， …, f为接收天线处
的复高斯白噪声，满足^m^]-c72^ ,平坦衰落信道矩阵建模后表示为 H-(/^)^w ,其中/v代表发射天线到接收天线/的信道增益(包括相位和幅
度)。于是可以将V-BLAST系统模型表示为 r = Ha + n (1)
在一般情况下信道都处于散射丰富的环境下，所以系统矩阵H的每一个 元素都独立于其它的元素，因此可以将它分成与iV个发射信号相对应的W 个线性无关的列向量H"h,，h2,…,hw) (2)
在V-BLAST系统中，对接收信号r进行检测从而得到发送信号a的过 程中，应用的检测算法是基于串行干扰抵消的。图2为单级干扰抵消的基本 原理图。如图2所示，单级千扰抵消包括
步骤201，利用置零向量^,得到判决量、，对其判决后得到检测出的
本步骤中，置零向量<=(11+);,其中，*表示转置共轭，+表示 Moore-Penrose伪逆，(H+^.表示取矩阵H+的第7行。可见，信号a,'的得到依
赖于对系统矩阵H求伪逆的结杲。
步骤202,利用从系统矩阵H中分离出的对应于信号^的信道估计值
、，将信号^的干扰从接收^号矢量r中抵消，得到重建剩余接收信号6， 作为下一级串行干扰抵消的输入。
步骤203，将分离了、后剩余的系统矩阵H、作为系统矩阵作为下一级 串行干扰抵消的输入。
上述即为单级干扰抵消的基本流程。V-BLAST检测算法利用了多级的 干扰抵消串联构成串行干扰抵消，见图3。由于在串行干扰抵消中存在着误 差传播的影响，所以依照怎样的顺序进行发送信号的检测影响到系统的检测 性能。不同的顺序会导致不同的性能。目前已有人证明了如果在每一步置零 和干扰消除中都选择具有最大检测后信噪比的信号将会取得全局的最优顺
序，能够获得最佳的信号质量恢复。也即在每次检测出一个信号后，对剩余 信号进行一次排序，选择具有最大检测后信噪比的信号作为下一个检测信 号。
但该算法的弱点在于每一次信号检测中计算置零向量时都需要计算一 次伪逆，而计算一次伪逆的复杂度为0(W3)，所以整个算法的复杂度就为
o(w4),其中W代表发射天线数。在发射天线数比较多的情况下，算法的复
杂度很高，影响信号检测速度。
发明内容
本发明实施例提供一种信号检测方法，能够降低MIMO接收系统的信 号检测复杂度。
本发明实施例还提供一种信号检测设备，应用该设备，能够降低MIMO 接收系统的信号检测复杂度。
为实现上述目的，本发明实施例采用如下的技术方案 一种信号检测方法，该方法包括
接收发送信号，形成接收信号，并根据系统矩阵，获得与所述发送信号 对应的置零向量；
根据所述发送信号对应的置零向量，按照检测后信噪比递减的顺序，依 次检测发送信号，在检测完每个发送信号后，消除检测完的发送信号在接收 信号中的干扰，并根据所述检测完的发送信号对应的置零向量，更新未检测 的发送信号对应的置零向量，利用更新后的置零向量对下个发送信号进行检 测。
一种信号检测设备，该设备包括接收模块、信号检测判决模块、置零
向量模块和信号检测模块；
所述接收模块，用于接收发送信号，形成接收信号，并将该信号发送给 所述信号检测模块；
所述信号检测判决模块，用于按照检测后信噪比递减的顺序确定当前检
测的发送信号，并通知所述置零向量模块此次检测的发送信号；
所述置零向量模块，用于获取和更新未检测发送信号对应的置零向量及
其范数平方值，并在接收到所述信号检测判决模块的通知后，将当前检测的
发送信号对应的置零向量发送给所述信号检测模块；
所述信号检测模块，用于接收所述接收模块发送的接收信号和所述置零
向量模块发送的当前检测的发送信号对应的置零向量，对当前检测的发送信
号进行检测，并在每次检测发送信号后，将该发送信号在接收信号中的干扰消除。
由上述技术方案可见，本发明实施例接收发送信号，形成接收信号，并 根据系统矩阵，获得与发送信号对应的置零向量；然后，按照检测后信噪比 递减的顺序依次检测发送信号，在检测完每个发送信号后，将该发送信号在 接收信号中的干扰消除，并根据检测完的发送信号对应的置零向量，更新未 检测的发送信号对应的置零向量，利用更新后的置零向量对下个发送信号进 行检测。这样在进行置零向量更新的过程中釆用检测完的发送信号对应的置 零向量进行，而不再需要每次都通过求伪逆得到，并且不影响排序结果，于 是避免了繁瑣的反复求伪逆的过程，在不改变原有算法总体架构的前提下， 大大降低了信号检测的复杂度。
图1为iV个发射天线和M个接收天线(A^M)的V-BLAST系统结构图。
图2为单级干扰抵消的基本原理图。
图3为多级干扰抵消的结构图。
图4为本发明实施例的信号检测方法的总体流程图。
图5为本发明实施例的信号检测设备的总体结构图。
图6为本发明实施例中的信号检测方法的具体流程图。
图7为本发明实施例中的信号检测设备的具体结构图。 图8为本发明与其他V-BLAST信号检测方法的算法复杂度比较图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图并举 实施例，对本发明作进一步详细说明。
图4为本发明实施例的信号检测方法的总体流程图。如图4所示，该方 法包括
步骤401,接收发送信号，形成接收信号，并根据系统矩阵，获得与发 送信号对应的置零向量。
步骤402,根据发送信号对应的置零向量，按照检测后信噪比递减的顺 序，依次检测发送信号，在检测完每个发送信号后，消除该检测完的发送信 号在接收信号中的干扰，并根据检测完的发送信号对应的置零向量，更新未 检测的发送信号对应的置零向量，用于下个发送信号的检测。
直到将所有发送信号检测完毕，本方法流程结束。
图5为本发明实施例的信号检测设备的总体结构图。如图5所示，该设 备500包括接收模块510、信号检测判决模块520、置零向量模块530和 信号检测模块540。
在该设备500中，接收模块510，用于接收发送信号，形成接收信号， 并将该信号发送给信号检测模块540。信号检测判决模块520，用于按照检 测后信噪比递减的顺序确定当前检测的发送信号，并通知置零向量模块530 此次检测的发送信号。
置零向量模块530，用于获取和更新未检测发送信号对应的置零向量及 其范数平方值，并在接收到信号检测判决模块520的通知后，将当前检测的 发送信号对应的置零向量发送给信号检测模块540。
信号检测模块540，用于接收接收模块510发送的接收信号和置零向量 模块530发送的当前检测的发送信号对应的置零向量，对当前检测的发送信 号进行检测，并在每次检测发送信号后，将该发送信号在接收信号中的干扰
消除。
上述为本发明实施例的信号检测方法和设备的总体概述。下面以式(2) 所示的系统模型为例，说明本发明的具体实施方式
。
图6为本发明实施例中的信号检测方法的具体流程图。如困6所示，该 方法包括
步骤601，接收发送信号，形成接收信号，并根据系统矩阵，获得与各 个发送信号对应的置零向量及其范数平方值。
本步骤中，形成的接收信号即如式(2)所示。本步骤即对整个检测过 程进行初始化，具体为
初始化需要处理的子流下标集合令{/ = {1，2,...，〃};也即确定需要检测
的发送信号为^A,…, ，其中，^表示第y根发射天线上的发送信号，#表 示发射天线数目。
根据系统矩阵，获得与各个发送信号对应的置零向量及其范数平方值具 体为<=(H+、， ￡,=|w)『，其中，,为与第y根发射天线上的发送信号
对应的置零向量，(.)'表示求共轭转置，H为系统矩阵，+表示伪逆，(H+》表 示取矩阵H+的第y行，l卜il表示向量范数。由所有的置零向量构成置零向量 集合。
置零向量w,表征了从系统信号中消除了除笫根发射天线外的其他发 射天线信号的滤波器抽头系数。置零向量范数平方值^与该对应发送信号的 信噪比成反比，因此在本实施例中，按照检测后信噪比递减的顺序进行信号 检测时，即采用按照置零向量范数平方值递增的顺序进行。
步骤602,在所有发送信号中，将对应的置零向量范数平方值最小的发 送信号作为当前检测信号。
本步骤进行的是确定第一个要检测的发送信号的操作。因此初始化迭代 的标识为z' = 1, /表示当前检测信号的检测排序号。
根据Golden算法，笫一个进行检测的发送信号为发送信号中检测后信 噪比最大的发送信号。本实施例中，即找到置零向量集合中具有最小范数平 方值的向量对应的发送信号即^-argmin五,，其中，矢,.就是本次循环中将要
jet/ J
检测出信号的下标，而^,就是检测所需要的置零向量。
步骤603,根据接收信号矢量和当前检测信号对应的置零向量，对当前检 测信号进行检测，并完成干扰抵消。
本步骤中，对当前检测信号进行检测具体为
a,使用置零向量w;,形成判决量^-w:,r, (3);
b，对、量化得到A=e(h,) (4)。
其中，w,为当前检测信号对应的置零向量，r,为消除已检测的发送信号
干扰后的接收信号，e(.)表示对应所用星座图的量化操作。
至此，便得到当前检测信号的信号估计，也即完成了一个发送信号的检测。
进行干扰抵消具体为、,=、-、、(5)，其中，、为消除干扰后的接 收信号，、为消除干扰前的接收信号，系统矩阵中与第/fe,根发射天线对应的 信道特性向量。于是得到一个修正的接收信号iv 。
步骤604，从置零向量集合中删除掉w;。
本步骤中，从集合f/中减去yt,.这个元素得到新的集合V-C/^,在进行 下 一 次检测信号的选择时，就不再考虑刚刚检测完的发送信号了 。
步骤605，判断是否存在未检测的发送信号，若是，则执行步骤606及其 后续步骤，否则结束本流程。
本步骤中，判断是否存在未检测的发送信号具体为判断i是否为N,若i -N，则表示发送信号均已检测完毕，可以结束本流程，若i〈N，则表示还有未 检测的发送信号，则要继续置零向量更新的操作，为下一次检测做准备。
步骤606，根据当前检测信号对应的置零向量，更新未检测的发送信号对
应的置零向量及其范数平方值。
本步骤中，利用希尔伯特空间中的投影定理，得到了每级干扰消除中所 需置零向量与前一级的简单递归关系，利用该关系可以得到更新的置零向
量，而不需要如Golden算法中一样利用系统矩阵的伪逆进行更新。具体地， 更新未检测的发送信号对应的置零向量及其范数平方值包括
<formula>formula see original document page 12</formula>利用通过式(6)得到的新的w;,,对其余未检测的发送信号对应的置零
向量进行更新，即对于yec/，计算
通过上述(7)式得到更新后的其他置零向量及其范数平方值。由上述
可以看出，置零向量的更新不需要再独立地求一次伪逆，而是利用上一次计 算得到的值进行更新，这样避免了反复求伪逆，从而大大的降低了复杂度。
步骤607,将未检测的发送信号中对应的置零向量范数平方值最小的发 送信号作为当前检测信号，并更新迭代标识，返回步骤603。
本步骤中，确定下一次检测的发送信号。确定方法具体为确定检测的 发送信号中对应的置零向量范数平方值最小的发送信号，将该发送信号作为 当前检测信号，准备进行检测。另外，更新迭代标识，令!'=/+1，然后跳到 步骤603,进行下一轮检测。
直到将所有的发送信号全部检测完毕，则本流程结束。将检测出的数据 l按原始的子流重新排序好，就得到最终的检测数据a。
上述为本发明实施例提供的基于V-BLAST的信号检测方法的具体实施 流程。本发明实施例还提供了 一种基于V-BLAST的信号检测设备的具体结 构，可以用于实施上述方法流程。图7即为本发明实施例中的信号检测设备 的具体结构图。如图7所示，该设备包括接收模块510、信号检测判决模
块520、置零向量模块530和信号检测模块540。其中，置零向量模块530 包括初始化模块531和更新模块532。
在该设备500中，接收模块510，用于接收发送信号，形成接收信号， 并将该信号发送给信号检测模块540
置零向量模块530中，初始化模块531用于根据系统矩阵，对置零向量 进行初始化，得到发送信号对应的置零向量及其范数平方值，并将结果发送 给更新模块532，将置零向量的范数平方值发送给信号检测判决模块520; 更新模块532，用于在接收到信号检测判决模块520的通知后，将当前检测 的发送信号对应的置零向量发送给信号检测模块540,并更新未检测发送信 号的置零向量及其范数平方值，将更新后的置零向量范数平方值发送给信号 检测判决模块520。
信号检测判决模块520,用于接收置零向量模块530发送的置零向量范 数平方值，选择其中最小的值对应的发送信号作为当前检测的发送信号，并 通知置零向量模块530此次检测的发送信号，记录发送信号的检测顺序，根 据该顺序，对接收自信号检测模块540的检测结果进行重排。信号检测模块 540，用于接收接收模块510发送的接收信号和置零向量模块530发送的当 前检测的发送信号对应的置零向量，对当前检测的发送信号进行检测，并在 每次检测发送信号后，将该发送信号在接收信号中的千扰消除，并将检测得 到的结果发送给信号检测判决模块520。
上述即为本发明的具体实施方式
。由上述可以看出，本发明实施例接收 发送信号，形成接收信号，并根据系统矩阵，获得与发送信号对应的置零向 量；然后，按照未检测发送信号对应的置零向量范数平方值递增的顺序，也 即Golden算法中检测后信噪比递减的顺序依次检测发送信号，在检测完每 个发送信号后，将该发送信号在接收信号中的干扰消除，并根据检测完的发 送信号对应的置零向量，更新未检测的发送信号对应的置零向量，利用更新 后的置零向量对下个发送信号的检测。这样在进行置零向量更新的过程时， 利用由希尔伯特空间中的投影定理得到的当前检测信号对应的置零向量与
上次检测信号对应的置零向量间简单递归关系进行置零向量更新，而不再需 要每次都通过求伪逆得到，并且不影响排序结果，于是避免了繁瑣的反复求 伪逆的过程，在不改变原有算法总体架构的前提下，大大降低了信号检测的 复杂度。
下面举一个具体的例子，说明本发明实施例的具体处理过程。参数^:定 不影响一般性，假设数据源的数据采用BPSK调制，发射天线数#=4，接 收天线数M-4，信道为独立不相关信道。
发射的数据经过串并转换分成W路信号流，再分别进行BPSK调制之后， 由发射天线发射出去，发射出去的信号经过空间信道之后，由接收端的Af
个接收天线接收，假设发射天线发射的信号矢量为3=[0^2，0^^ ,接收天线
收到的信号矢量为= r 4f，高斯白噪声矢量为"^h, n3,W,信道矩 阵为H二[Hh3，hJ，检测的具体过程如下
1, 令集合"={1,2，3,4}， r严r;计算出H的伪逆H+，得到置零向量w;、 和w;分别为(H+),、 (H+)2、 (H+)3和(H+)4，其对应的范数平方值g、 ￡2、
￡3和￡4，分别为!w〖『、||w;『、Iw;『和lw:『。
2, 找到w;、 w;、 w;和、w:中具有最小范数的那一个向量，这里我们假
设为w;,并令&=2。利用公式(3)和(4)检测出数据。2来，并利用公式(5) 进行干扰抵消得到重建的信号r2 。
从集合"中删掉2,得到新的集合{1,3,4},并根据公式(6)计算/2,以
及w;。
利用/2，,、 w;以及公式(7)计算w;、 w;和w:的更新值。
重复步骤2， 3， 4, 一共三次，将剩下的发送信号解调出来。需要注意
的是在第二次循环中w;已经被删除掉，只需要在w;、 w;和w;中找具有最小 范数的向量，后面的过程依次类推。
假设检测的顺序依次为a2,a3，ai,a4,最后将检测得到的数据按照原始顺序
组装起来得到最终的检测数据a 。
经过以上步骤后，就可以实现对四发射天线的V-BLAST系统的检测。
下面通过与现有技术的仿真对比说明本发明实施例中基于V-BLAST的 信号检测方法的效果。图8即为复杂度对比图。
上述即为本发明的一个具体例子的处理过程。由上述例子可以看出，本 发明实施例基本保留了原有Golden算法的结构，对于接收系统的改动较小。
在图8中，曲线801表示应用经典Golden算法进行信号检测的算法复 杂度曲线，曲线802为均方根算法进行信号检测的算法复杂度曲线，曲线 803为改进型解相关判决反馈算法进行信号检测的算法复杂度曲线，曲线 804为噪声预测判决反馈算法进行信号检测的算法复杂度曲线，曲线805为 利用本发明实施例的算法进行信号检测的算法复杂度曲线。其中，均方根算 法、改进型解相关判决反馈算法和噪声预测判决反馈算法均是在Golden算 法的基础上进行改进的算法。由图8可以明显看出，本发明实施例的方法相 比于Golden算法，其复杂度大大降低，并且随发射天线数的增多，其复杂 度降低越大。相比于其他三种算法，本发明实施例的算法复杂度也有不同程 度的降低。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种信号检测方法，其特征在于，该方法包括接收发送信号，形成接收信号，并根据系统矩阵，获得与所述发送信号对应的置零向量；根据所述发送信号对应的置零向量，按照检测后信噪比递减的顺序，依次检测发送信号，在检测完每个发送信号后，消除检测完的发送信号在接收信号中的干扰，并根据所述检测完的发送信号对应的置零向量，更新未检测的发送信号对应的置零向量，利用更新后的置零向量对下个发送信号进行检测。
2、 根据权利要求l所述方法，其特征在于，在获得置零向量时，进一步包括获得与所述发送信号对应的置零向量范数 平方值；所述按照检测后信噪比递减的顺序为按照置零向量范数平方值递增的顺序。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述发送信号对应 的置零向量，按照检测后信噪比递减的顺序，依次检测发送信号，在检测完每 个发送信号后，消除检测完的发送信号在接收信号中的干扰，并根据所述检测 完的发送信号对应的置零向量，更新未检测的发送信号对应的置零向量，利用 更新后的置零向量对下个发送信号进行检测包括bl、在发送信号中，将对应的置零向量范数平方值最小的发送信号作为当 前检测信号；b2、才艮据接收信号矢量和当前检测信号对应的置零向量，对当前检测信号 进行检测，并将当前检测信号检测后的结果从接收信号中消除；b3、判断当前是否存在未检测的发送信号，若是，则执行步骤b4，否则结 束本流程；b4、根据当前检测信号对应的置零向量，更新未检测的发送信号对应的置 零向量及其范数平方值，并将未检测的发送信号中对应的置零向量范数平方值 最小的发送信号作为当前检测信号，返回步骤b2。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤b2中所述对当前检测 信号进行检测为A,=e(w")，其中，、为第it,根发射天线上的发送信号对应的置零向量，r,为消除已检测的发送信号干扰后的接收信号，(.)'表示求共轭转 置，2(.)表示对应所用星座图的量化操作。
5、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤b2中所述将当前检测 信号检测后的结果从接收信号中消除为rVi a、，其中，、为消除干扰后的接收信号，r,'为消除干扰前的接收信号，系统矩阵中与第A根发射天线对应的信道特性向量。
6、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤M中所述更新未检测 的发送信号对应的置零向量及其范数平方值包括<formula>formula see original document page 3</formula>
7、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据系统矩阵，获得与 各个发送信号对应的置零向量及其范数平方值为<formula>formula see original document page 3</formula>其中，w,.为与第y根发射天线上的发送信号对应的置零向量，W表示求共轭转置，H为系统矩阵，+表示伪逆，(H+h表示取矩阵H+的第y行，l卜l表示向量范数。
8、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测完所有发送信号后进 一步包括根据发送信号的检测顺序，对所有检测结果进行排序。
9、 一种信号检测设备，其特征在于，该设备包括接收模块、信号检测判 决模块、置零向量模块和信号检测模块；所述接收模块，用于接收发送信号，形成接收信号，并将该信号发送给所述信号检测模块；所述信号检测判决模块，用于按照检测后信噪比递减的顺序确定当前检测 的发送信号，并通知所述置零向量模块此次检测的发送信号；所述置零向量模块，用于获取和更新未检测发送信号对应的置零向量及其 范数平方值，并在接收到所述信号检测判决模块的通知后，将当前检测的发送 信号对应的置零向量发送给所述信号检测模块；所述信号检测模块，用于接收所述接收模块发送的接收信号和所述置零向 量模块发送的当前检测的发送信号对应的置零向量，对当前检测的发送信号进 行检测，并在每次检测发送信号后，将该发送信号在接收信号中的干扰消除。
10、 根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述置零向量模块包括初 始化模块和更新模块，其中，所述初始化模块，用于根据系统矩阵，对置零向量进行初始化，得到发送 信号对应的置零向量及其范数平方值，并将结果发送给所述更新模块，将置零 向量的范数平方值发送给所述信号检测判决模块；所述更新模块，用于在接收到所述信号检测判决模块的通知后，将当前检 测的发送信号对应的置零向量发送给所述信号检测模块，并更新未检测发送信 号的置零向量及其范数平方值，将更新后的置零向量范数平方值发送给所述信 号检测判决模块。
11、 根据权利要求9或IO所述的设备，其特征在于，所述信号检测判决模 块，进一步用于记录发送信号的检测顺序，根据该顺序，对接收自所述信号检 测模块的检测结果进行重排；所述信号检测模块，进一步用于将检测得到的结果发送给所述信号检测判 决模块。
全文摘要
本发明实施例公开了一种信号检测方法，包括接收发送信号，形成接收信号，并根据系统矩阵，获得与所述发送信号对应的置零向量；根据发送信号对应的置零向量，依次检测发送信号，在检测完每个发送信号后，消除检测完的发送信号在接收信号中的干扰，并根据所述检测完的发送信号对应的置零向量，更新未检测的发送信号对应的置零向量，用于下个发送信号的检测。本发明实施例中，采用检测完的发送信号对应的置零向量，对未检测的发送信号对应的置零向量进行更新，从而避免繁琐的反复求伪逆过程，在不改变原有算法总体架构的前提下，大大降低信号检测的复杂度。本发明实施例还公开了一种信号检测设备，包括接收模块、置零向量模块、信号检测模块。
文档编号H04L1/02GK101179357SQ200610138278
公开日2008年5月14日 申请日期2006年11月10日 优先权日2006年11月10日
发明者刘发彪, 唐友喜, 林华炯 申请人:华为技术有限公司;电子科技大学