专利名称：一种联合检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据传输的抗干扰检测，具体涉及通信系统中数据传输的应
用maximum-likelihood sequence estimation最大似然序列检测，简称MLSE, 主要手段的联合检测方法及其装置。
背景技术：
目前，数据传输中误码，特别是实际的无线通讯基带传输系统，串扰是 难以避免的。当串扰影响严重时，必须对整个系统的传递函数进行校正或均 衡，使其接近无失真传输条件。接收端的均衡器通常置于接收机的中频或基 带，产生与信道特性相反的特性，用来抵消信道的时变、多径传播特性引起 的干扰，尤其在高数据率的无线传输系统，衰落会带来严重的码间串扰。
目前的数字滤波器或均衡器可以分为时域均衡和频域均衡，线性均衡 和非线性均衡，自适应均衡和非自适应均衡，橫向结构和格型结构；算法上 可分为迫零算法、MMSE算法和RLS算法及它们的各种变体等等。不同的 均衡器，其计算复杂度、代价、收敛速度、稳定性、跟踪性能等也不相同， 有相应的适用范围。
最大似然序列检测作为 一种性能最优的检测方法，用于检测符号序列。 它的基本思想是遍历所有可能的输入序列，从中选出与接收符号具有最大相 似性的输入序列作为检测结果。由于MLSE不采用均衡滤波器，因而避免了 增强已引入的噪声，在复杂度可以接受的前提下有着良好的性能，是首选的 检测方法。但是其复杂度成为算法设计所关注的重点。Viterbi算法利用格图 对MLSE进行了简化，在序列长度、关联长度带来的复杂度逐渐增大的情况 下，可以通过次优的截断方法减小延迟时间和序列路径存储等相关的存储空 间，并在一定的截断长度参数下保证一定的精确性。但对于经过预编码的序 列并不能简单的应用上述算法，而需要根据系统整体结构设计算法以追求更 高的性能代价比，在满足性能要求的情况下降低复杂度。
尤其是DFT-S-OFDM系统，在发送端采用DFT变换对序列进行了预编 码，在提高性能的同时使大量数据的相关联，单纯利用MLSE的复杂度过高 对硬件及其处理能力要求高而不易在接收端实现。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种联合检测方法及其装置，在保证 一定性能增益的基础上降低MLSE复杂度，可以解决数据传输特别是 DFT-S-OFDM系统中基带部分由于发送端预编码引入的相关数据，在经过 多径信道和噪声叠加后，在接收端应用最大似然序列检测算法检测时导致的 高复杂度问题。
本发明的上述第一个技术问题这样解决，提供一种联合检测方法，应用 在通讯系统中，由接收端依信道矩阵H对其提取的用户信号Y进行检测， 包括以下步骤
1.1) 分块QR分解将所述信道矩阵H分解为一个正交矩阵Q和一个 上三角矩阵R的乘积；将用户信号变换列向量y'，可能列向量S ,白噪声 变换列向量『'和所述上三角矩阵/ ,均以一定长度为单位按行划分为K段； 其中，所述可能列向量s是任一未经预编码的可能发送符号序列向量，所述 白噪声变换列向量由白噪声向量W变换而来，所述白噪声向量W是白噪声 AWGN在频i或的响应
<formula>formula see original document page 5</formula>
1.2) 迭代最大似然检测从第K段到第l段依次遍历所有所述可能列向 量S的对应段，依最大似然准则反复迭代从中选出与用户信号变换列向量7' 对应段最大似然的作为发送序列X的对应段；
1.3) 将所述发送序列X各段组合输出作为最终检测结果。
按照本发明提供的MLSE联合检测方法，所述长度可以选择和设定。
按照本发明提供的MLSE联合检测方法，所述接收端还包括干扰信号恢 复器和消除器，所述联合检测方法还包括利用所述恢复器恢复所述4全测结果 对应的信道内的信号，视为对其他用户的干扰信号，由所述消除器进行消除。
按照本发明提供的MLSE联合检测方法，所述通讯系统可以是光纤数据 传输系统、微波数据传输系统、卫星数据传输系统或移动通讯系统中基带传 输部分。
按照本发明提供的MLSE联合检测方法，尤其应用在DFT-S-OFDM系 统或IFDMA系统中基带传输部分。
本发明的另一个技术问题这样解决，提供一种联合检测装置，内置在通 讯系统中接收端内，包括信道估计器和其输出端上进行最大似然序列检测的 块ML检测器，还包括与所述块ML检测器连接、进行信道矩阵QR分解的 信道矩阵分解模块和与所述块ML检测器连接、选择划分长度的分割长度选 择模块。
按照本发明提供的MLSE联合检测装置，所述信道矩阵分解模块位于所 述信道估计器和块ML检测器之间。
按照本发明提供的MLSE联合检测装置，所述信道矩阵分解模块内置在 所述信道估计器中。
按照本发明提供的MLSE联合检测装置，所述分割长度选择模块是独立部件。
按照本发明提供的MLSE联合检测装置，所述分割长度选择模块内置在 所述块ML^r测器中。
按照本发明提供的MLSE联合检测装置，所述通讯系统可以是光纤数据 传输系统、微波数据传输系统、卫星数据传输系统或移动通讯系统中基带传 输部分。
按照本发明提供的MLSE联合检测装置，尤其应用在DFT-S-OFDM系 统或IFDMA系统中基带传输部分。
本发明提供的MLSE联合检测装置，通过对信道矩阵的分块QR分解使 分段MLSE处理用户信号成为可能，大大降低了 MLSE算法的复杂度，在 保证一定性能增益的基础上，以少量检测性能为代价大大降低了检测复杂
度，使得简化后的检测方法和装置对硬件及其处理能力要求一般，从而便于 实际应用，尤其应用在DFT-S-OFDM系统中基带传输部分。
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。
图1是DFT-S-OFDM系统发送端信号处理示意图。 图2是DFT-S-OFDM系统接收端信号处理示意图。 图3是本发明提供的MLSE简化检测装置结构示意图。
具体实施例方式
下面仅以DFT-S-OFDM系统基带传输部分为例具体说明本发明，本发 明类似的还可以应用在其他数据传输领域。
首先，说明本发明思想
(-)本发明提供了一种简化的MLSE检测算法，包括以下步骤 将信道矩阵H进行QR分解，即将H分为一个正交矩阵2和一个上三 角矩阵i ，并将上三角矩阵/ 以一定长度为单位按行和列划分为KxK分块 上三角矩阵；再将列向量y'， s ， 均以该一定长度为单位按行对应 划分为K段，每段表示为《，A, & ,酽r * = l.X,此处S是任一可能 未经预编码的发送符号序列向量，W是AWGN在频域的响应，y是接收符 号的列向量，g'*y，『'=；=g'是正交矩阵e的逆矩阵。
从经过分段处理的候选输入序列S中选出与接收序列列向量《有最大 似然的序列作为判决结果，得到判定的发送序列的其中一段A;
经过与I^,'、 &_2'.......《反复迭代的最大似然判决，可以依次得到A—。
A—2......、《，将^ "(1.X)组合，可以得到最终的判决序列。
第二，说明本发明提供了一种简化的MLSE检测装置，如图3所示，至 少包括信道估计器32、信道矩阵QR分解模块35、块ML检测器31。其 中，ML检测器31连接或内置分割长度选择模块36。
信道矩阵QR分解模块35将信道估计器32估计出的信道矩阵H进行 QR分解，送入块ML检测器31,同时分割长度选择模块36也将参数"分割长度选择"也送入块ML检测器31，对参与运算的信号进行分割，ML检 测器31通过内部分段迭代运算，判决并组合输出正确的输入信号。
本发明简化的MLSE检测装置除了各自的部件外，还可以包括干扰信号 恢复器33和干扰信号消除器34,已判决出的信号通过干扰信号恢复，恢复 为空中接口形式的信号，视为对其他用户的干扰信号，由干扰信号消除器 34进行消除，从而减小对其他用户的干扰。
第三，以使用本发明方法和装置解决DFT-S-OFDM系统实际问题为例 详细说明本发明
(-)发送端数据发送调制过程，如图1所示，在DFT-S-OFDM系统中， 输入的bit流是首先经过调制，得到的符号经过DFT预编码，进行载波分配 后，加循环前缀后发送，经多径衰落信道，引入噪声，之后被接收端接收进 行检测判决。特别DFT-S-OFDM技术，在步骤12:子载波映射前加上的一 个步骤11: DFT变换，实现数据符号频域的扩展，从而在提供更好的子栽 波映射以降低峰均比PAPR的同时，^吏大量符号之间产生了相关性，相当于 大大增加了约束长度，因而Viterbi的格图检测算法在这里已不再适用。
考虑有"个用户的DFT-S-OFDM系统中，各用户输入的bit流经串并变 换，每m个bit划为一组，进行星座映射，得到相应符号，即调制。用户1 的符号可表示为S,'，S"…，^,';用户"的符号可表示为S/7，^，...， ^/;式 中上标用于区分用户，脚标表示用户符号的序号，其中的风,表示用户"分配 的子载波数。将不同用户"的符号分别作乾点的DFT变换，得到经过预编 码的符号向量。用户"预编码后的符号可表示为C,"，C二...， CM/。将所有用 户的变换所得按照一定规则分配到子载波上，即子栽波映射。可用集中式分 配、分布式分配或其他分配方式将预编码后的符号分配到子载波上。采用集 中式分配后的子载波向量(0...0^乂21...^乂乂22...^22丄1^2"...0^,0...0)";采 用分布式分配后的子载波向量(0...0,0:110:12.丄1, 丄21/...^'<^2...(^/,0...0)\
分配之后的符号依序作W点的DFT变换，其中7V二M,+M2+…+M"经过加 入循环前缀、串并变换的处理发送至多径衰落信道。
(二)接收端数据接收解调过程，如图2所示，接收端首先进行步骤21: OFDM解调，解调中首先去掉接收信号的循环前缀后，对它作快速傅立叶变
换fast Fourier transform,简称FFT;然后依次进行步骤22:对用户进行载 波逆映射，步骤23:从中提取目标用户信号，步骤24:送MLSE算法检测 器，通过分支步骤241:信道估计，输入的信道估计值，可以获得检测用户 的信号向量。可以获得检测用户的信号向量。对于本发明来说，MLSE算法 检测器是经过简化的MLSE算法4全测器。以上完整的过程可以表示为式I :
y = //*尸*5 + ^ I
其中，y是接收到的列向量，即iv"的矩阵；s是经调制后的符号列 向量，即A^l的矩阵；P表示对输入序列作预编码和载波分配综合函数；//
是信道矩阵，即i^iv方阵；w为高斯白噪声在频域的响应。
由于每个用户的输入bit流相互独立，且预编码是针对单个用户进行的， 因此式I可以简化为式II:
U"]《J"]*CU"]+Ww>] II
其中参数皆是针对用户"而言，y_是接收到的单个用户列向量，即 Mjl矩阵；s_是经调制后的用户符号列向量，即M^l矩阵；此处i^仅 为预编码，即M^Af"的方阵，不涉及栽波分配过程。其中，A/;是分配给此 用户"的子载波数，Mu为25的倍数。
由上述DFT-S-OFDM的结构可知，预编码的存在，使用户"的M"个符 号关联起来。无论从对Mu的分配要求，还是从以后发展角度考虑，使用 MLSE算法检测的情况下，都需要一种降低复杂度，保证性能的优化算法来 适应发展的趋势。这也是本发明的立足点。
在子载波映射前的预编码可以实现数据符号在频域的扩展，从而能提供 更好的子载波映射以降低峰均比PAPR,与此同时也使数据产生了相关性。 用户"长为M"的待判序列，崖,,个符号是相互关联的，带来了检测时延和寄 存器的代价，大大增大了计算复杂度。
G)为了尽量不破坏这样的相关性，我们采用将矩阵分解和迭代的方法使 得处理的矩阵的维数降低，降低复杂度。
在接收端式II可改写为式III:
y = // *S +『 III
此处S是任一可能未经预编码的发送符号序列向量，H代表信道的频域 响应与DFT变换的共同作用，W是AWGN在频域的响应，y是接收符号的 列向量，即用户信号列向量。通过将i/进行QR分解，将/f分为一个正交 矩阵2和一个上三角矩阵7 )。这样可得式IV和式V:
y = 2*尺"+『 IV
不妨令，则式V可改写为式VI: y'=i *S +『' VI
此处i 是一个M^Mu的方阵。把列向量y', i , S , 均以一定长
为单位按行划分为若千段，此处被划分在一段中的行数称为分割长度，记为
C丄(误码率随C丄变化)。此处以划分四段为例，则式VI可用下式表示<formula>formula see original document page 10</formula>
分解后可得式VII和式VIII::
少<formula>formula see original document page 10</formula>; 预 同样可递推得到其他少的表达式。
由于上述结构，且"是估计得到的已知值，在式vn中，y4，及4已知，依 最大似然判决规则
<formula>formula see original document page 10</formula> IX 其中
<formula>formula see original document page 10</formula>
从已确定的候选输入序列中选出与接收序列有最大似然的序列作为判 决结果，得到x4 。其中八(力是对数似然函数log-likelihood ftmction， LLF, S是
候选序列列向量。
由式YHI将已判决的;C4,及已知的乂，及3， i ;代入，经最大似然判决，得
到A。此处由于带入了判决结果A,可能会引入判决误差，而对A的判断造 成影响。由于以后的判决都是建立在以前的判决结果之上，因而会造成误差 的积累。当这种误差的影响所造成的性能下降在我们允许的条件下，这种算 法是可以应用的。如此就解决了大量符号关联的问题。
最后，总结说明本发明实质本发明提出的简化的最大似然序列检测算 法，通过将预编码和频域响应的联合矩阵进行QR分解，将要检测向量分成 维数较小的几个向量分别作最大似然迭代检测，以少量性能为代价大大降低 了最大似然序列检测的复杂度，从而有很高的应用价值。
权利要求
1、一种联合检测方法，应用在通讯系统中，由接收端依信道矩阵H对其提取的用户信号Y进行检测，其特征在于，包括以下步骤1.1)分块QR分解将所述信道矩阵H分解为一个正交矩阵Q和一个上三角矩阵R的乘积；将用户信号变换列向量Y′，可能列向量S，白噪声变换列向量W′和所述上三角矩阵R，均以一定长度为单位按行划分为K段；其中，所述可能列向量S是任一未经预编码的可能发送符号序列向量，所述白噪声变换列向量由白噪声向量W变换而来，所述白噪声向量W是白噪声AWGN在频域的响应，Y′＝Q-1*Y，W′＝Q-1*W；1.2)迭代最大似然检测从第K段到第1段依次遍历所有所述可能列向量S的对应段，依最大似然准则反复迭代从中选出与用户信号变换列向量Y′对应段最大似然的作为发送序列X的对应段；1.3)将所述发送序列X各段组合输出作为最终检测结果。
2、 根据权利要求1所述联合检测方法，其特征在于，所述长度可以 选择和设定。
3、 根据权利要求1所述联合检测方法，其特征在于，所迷接收端还 包括干扰信号恢复器和消除器，所述联合;^测方法还包括利用所述恢复器恢 复所述检测结果对应的信道内的信号，视为对其他用户的干扰信号，由所述 消除器进行消除。
4、 根据权利要求1所述联合检测方法，其特征在于，所述通讯系统 可以是光纤数据传输系统、微波数据传输系统、卫星数据传输系统或移动通 讯系统中基带传输部分。
5、 一种联合检测装置，内置在通讯系统中接收端内，包括信道估计 器和其输出端上进行最大似然序列检测的块ML检测器，其特征在于，还包 括与所述块ML检测器连接、进行信道矩阵QR分解的信道矩阵分解模块和 与所述块ML检测器连接、选择划分长度的分割长度选择模块。
6、 根据权利要求5所述联合检测装置，其特征在于，所述信道矩阵 分解模块位于所述信道估计器和块ml检测器之间。
7、 根据权利要求5所述联合检测装置，其特征在于，所述信道矩阵 分解才莫块内置在所述信道估计器中。
8、 根据权利要求5所述联合检测装置，其特征在于，所述分割长度 选择模块是独立部件。
9、 根据权利要求5所述联合检测装置，其特征在于，所述分割长度 选择模块内置在所述块ml检测器中。
10、 根据权利要求5所述联合检测装置，其特征在于，所述通讯系统 可以是光纤数据传输系统、微波数据传输系统、卫星数据传输系统或移动通 讯系统中基带传输部分。
全文摘要
本发明涉及一种联合检测方法及其装置，其中方法包括基于信道矩阵H的分块QR分解对检测的用户信号向量Y和检测用的发送符号序列向量进行分段；从尾到头对每一段向量进行最大似然迭代检测；组合输出判决结果。其中装置包括依次连接的信道估计器(32)、信道矩阵分解模块(35)和块ML检测器(31)以及连接或内置在所述块ML检测器中的分割长度选择模块(36)。这种装置及其方法，分段迭代处理用户信号向量，大大降低了MLSE算法的复杂度，在保证一定性能增益的基础上，以少量检测性能为代价大大降低了检测复杂度，使得简化后的检测方法和装置对硬件及其处理能力要求一般，从而便于实际数据传输抗干扰检测应用。
文档编号H04L25/03GK101170529SQ200610150330
公开日2008年4月30日 申请日期2006年10月26日 优先权日2006年10月26日
发明者张峻峰 申请人:中兴通讯股份有限公司