专利名称：：高速率编码发射波束形成技术及近似最佳低复杂度接收机的制作方法
技术领域：
：本发明一般涉及用于通31^lt波束形成的MMO信道(transmitbeamfonnedMMOchannel)imim^i^到接收机的系统，所述鄉机包括至少两个鄉殘、遵織腺校正码结构(error,ctingcodestructure)和微波束形成技术的编码器，所述接收机包括至少两个接收天线和根据所述错误校正码结构限定的解码器。
背景技术：
：在下文中，信道资源意,频率带宽、时间间隔和可能地由放置在不同的空问位置的，天线和接收天线带来的若干空间维度(spatialdimension)。由于信道变化(例如衮减(fading)和遮蔽(shadowing)),通过无线信道发射的信号遭受严重的劣化，这允许把信道当作随机z遞。在下文中，关于信息字，所需要的时间来考虑慢的信道变化，但信道的实现在信息字的两次发射之间应该已经改变。防止被称为准静态(quasi-static)衰蹿的一种重要方法是,提供在时间、频率或空间中的，(diversity)-信道分集度被限定为在用于传输的信道资源中观察到的独立衰减随机变量的数量。传辙接收方案能够收集賴的给定量，被称为系统的膽度(diversityorder),由信道^g决定其上界，也叫做全^g。当信息字被接收机不正确的估计，就发生了错误事件。允许计算与给定错误事件相关联的错误的概率的主参数是在与发射的信息字相关联的无噪声接收信号和与解码的信息字相关联的重建的无噪声接收信号之间的欧几里德距离(Euclideandistance)。错误事件的分集度被限定为在与错误事件相关联的欧几里德距离中涉及的独立随机变量的数量。最后，系统分集度等于所有可能的错误事件的最小，度，或相当于所有可能的信息字对。在无线链路的接收机端和/或发射机端使用多个天线的电信系统叫做多输入多输出系统(也被称为MMO系统)。MMO系统相对于单"^系统所提供的传输容量被示出为提供了更大的传输容量(transmissioncapacity〉。特别是，对于给定信噪比和在适宜的不相关信道条件下，MMO容量随着mt或接收天线的数量而增长，无论哪一个是最小的。MMO技术从而很可能用于未来无线系统，该无线系统意在提供大的频谱效率或者可替代地减少获得与当前电信系统中获得的频谱效率相当的频谱效率(spectralefficiency)所需要的划寸功率。MMO技术很可能与类似于OFDM的多载波调制技术相结合，这允许将MMO信道模型考虑为没有符号间干扰。MMO系统的发射机包括数字调制器，该数字调制器用于将编码比特流(codedbitsstream)转换成调制符号的空间流，该数字调制器的输入是编码比特，该数字调制器的输出是A^min(W,，A^个调制符号的向量。该系统随后在凝寸MMO信道上^l寸Ns个空间流。特征向量发身寸波束形成方案(eigenvectortransmitbeamformingscheme)可用于改进MIMO信道的性能。^!t波束形成的MMO信道的矩阵是该信道的HxH矩阵H和NsX;H波束形力效巨阵的级联(concatenation^所述NsXNt波束形h,巨阵是从与信道的NtXNr矩阵的Ns个最佳特征值(besteigenvalue)相关联的特征向量得出的。随后，刻中波束形成技术需要在刻称L处的矩阵H的不完全知识以便应用预t虑波(pre-filtering),该预f虑波允许在接收机处的低复杂度最优监观"例如，不完全知识是在接收机处处理的并且从接收机向发射机反馈的信道估计的量化版本。假定单一发射的空间流时，特征向量发射波束形成方案达到全分集度。当为了增加该方案的数据速率而划寸多个空间流时，该方案的分集度大幅度减少。本发明的目的在于在保持接收机低复杂度的同时获得高的数据速率，并保证目标分集和高的性能。实际上，在划寸机侧，M包fi^戋性组合(combine)调制符号的代数线性预编码器(algebraiclinearprecoder)可以克月艮分集M^、。然而，在接收机侧，这样的代数线性预编码器通常包括高复杂度检测。另外，发明者注意至赃发射机处包括错误校正编码器允许受益于多个划寸天线带来的部分分集，而该部分取决于错误校正编码器的编码速率(codingrate)。发明者还注意到应用代数线性预编码器有助于恢复(recover)由多个发射天线所带来的分對变部分，该部分取决于预编码尺寸(precedingsize)，被限定为所组合在一起的调制符号的数量。通过在发射机处组合错误校正码和线性预编码器，能够独:雄择错误校正的编码速率和预编码尺寸以在接收机^hH察到目标，度，例如全分集度。本发明的目的是确定预编码尺寸、刻射皮束形成的mmo信道的参数以及可达到的分集度之间的关系。然后，选择预编码尺寸用于获得系统的目标分集度。因为检测器的复杂度随着预编码尺寸而增加，在预编码尺寸、发射波束形成的mimo信道的参数、错误校正码速率以及目标分集度之间的这样的关系有助于发现最小的预编码尺寸，所述最小的预编码尺寸允许实现目标分集度和降低的接收机复杂度。此外，本发明的另一个目的是利用代数简化(algebraicreduction)技术以在保持相同的分集属性的情况下减小检测器的复杂度。在这种假设下，如果预编码尺寸被最小化，则检测器的性能被优化。
发明内容本发明涉及用于通过mimo信道从刻寸机劍寸数据到接收机的系统，戶腐^!寸机包括至少两个发射天线、遵循错误校正码结构和发射波束形成技术的编码器(ENC)，所述接收机包括至少两个接收天线和根据所述错误校正码结构限定的解码器，该系统的特征在于编码器的编码速率、所述刻寸波束形成的mmo信道的参数和系统的目标分集度的选择是相互依赖的。戶腿接收机包括检测器，戶欣检测器的输出^)(寸编码比特的估计。通过聚集戶尸战数字调制器、戶斤述劍寸波束形成的mimo信道和戶;M检测器来限定等效信道模型。所述等效信道模型的输入是编码比特，所述等效信道模型的输出是对编码比特的软估计或硬估计。所述等效的信道模型在接收机处被分解(decompose)为包括嵌套的±央衰减信道。嵌套的块衰减信道的数学模型由等效信道系数(coefficient)的块的级联组成。一个编码比特被假定在一个块上发射。在相同块上划寸的所有编码比特经历相同的等效信道系数。每个等效信道系数都是带给定分集度的随机变量的一个或若干实现的组合。等效信道具有五个参数，分别为空间流的数量W,，发射天线的数量H，接收天线的数量H，与每个块的等效信道系数相关联的分集度的集合"={M乂，(iv,-1)(乂-1),…,(w,-yv、,+力(乂-w、.+力}，以及块的长度集合丄^(丄卯),…，丄，、.》，级联块的数量等于Ns并且堂丄柳4;其中L是針码字的编码比特的数量，每个块与刻寸的一个空间^i相关联。每个块的长度丄卯)源自与第i空间流相关联的WH雕附号的比特的数量。与第i±央相关联的衰减随机变量通过独立随机变量"(O的子集S(/)与整数值D(,')S7V,乂的组合来限定，使得印+l)ci:(0，其含义是V!'〈,卯)2￡>(;)，以及假定Z)(1^W,乂具有最高的分集度。所述编码器的编码速率Rc、所述嵌套的块衰减信道的五个参数以及可达至啲系统目标分驗S由如下的关系链接,-il"l,5=D(i)，其中i由2"(^)<^2>5("^2^5("给出，:M:中IdI是集合d白勺基数。八依据^M机的特征，发射权腿一步包括代数线性预编码器，所述代数线性预编码器的输入是乂个调制符号的向量，其输出被给到^l寸波束形成的MIMO信道的输入。所述代数线性预编码器具有参数s，该参数s被称为预编码尺寸，其满足s^Ns，用以将乂个调制符号的相同向量的s个调制符号线性组合在一起以产生s个组合的调制符号。其提供包括s个组合的调制符号和iV,-s个未组合的调审U符号的W,个预编码符号的输出向量，与通过划寸波束形成的MMO信道的一传输相关联。戶皿线性预编码器由Ns个调制符号的输入向量乘以乂xA/、矩阵来表示。根据代数线性预编码器的实施方式，所述输出向量的预编码符号通过调制符号的向量与复线性矩阵S的乘积来获得，所述复统性矩阵S由以下给出其中P,和P2是iy、xA^置换矩阵，而S'是满足以下的sxs矩阵，即如果s个调制符号的向量与矩阵S'相乘，通过尺寸为sxs的对角带噪声瑞利衰减信道发送，并且由最大似然解码器解码，则性能的分集度等于s。{腿的，置换矩阵P,被选择为等于单位矩阵，置换矩阵P2选择为使得输出向量的组合的符号[X(1)，X(W、.-^+2),...,^,)]是调制符号的所述向量的调制符号[Z(l)，...，ZW]的线性组合，这样的输出向量的其它预编码符号是未组合的符号并满足[x(2)，…,x(^v,-"i)]=[zo+1)，…,z(Ag]。在线性预编码方案的该选择下，等效嵌套信道具有五个参数，分别是空间流的数量A^min(W,，Ag，魁寸天线的数量Nt，接收天线的数量H，与每个块的等效信道系数相关联的分集度的集合/)二{^(乂,(^-1)(乂-1),...5)(A^-7V、.+力}，以及块的长度集合f乂.1丄5=j+￡Z^5(/),丄S(2),..,丄S(jV、一s+1)y，纟及耳关块白勺数量^^于W、一s+1并w广且Z/^(/)=丄，其中L是旨码字的编码比特的数量。编码器的编码速率Rc、所述嵌套的i央衰减信道的五个参数以及可达到的系统目标分集度S由如下的关系链接6=D(i)，其中i由Z丄5(Ar)〈尺Zi^(/t)2Zi^("给出，注意当s=l的时，意n歸没有调制符号被组合在一起，贝U代数线性预编码器被包括在其中的系统的等效嵌套信道是在其中^l寸机不包括代数线性预编码器的系统的同样的等效嵌套信道。根据系统的特性，将相同的调制用于每个空间流，即，V(/J),￡5(/)=/^(7')=￡/#、。在接收机的输出处观察的分集5(S)通过如下给出50)=min(W,乂，(s+W,-「《,WS.，)("乂-]))。接收机包括检测器，所述检测器的输出是对编码比特的估计，所述检测器包括第一检测器块和第二检测器块，所述第一检测器块意在估计与由接收的向量携带的调制符号的向量的S个组合的调制符号相关联的编码比特，所述第二检测器块意在估计与调制符号的所述向量的M.J个未组合的调制符号相关联的编码比特。优选的，所述第一检测器块允许恢复由所述代数线性预编码器S'所带来的分集度，所述第二检测器块是提供对编码比特的软输出估计或者硬输出估计的线性检测器。依据意在提供低复杂度检测的所述接收机的特性，在接收机处接收的向量由以下纟合出YVT=ZSA+N2其中A是矩形对角x乂矩阵，其对角值是以大小降序来排序的相关的非同分布随机变量；而N2是附加的白高斯噪声向量。戶皿接收的向量随后通过如下给定YV'=[Z'S'D+N';Z"D'+N"]其中Z-[Z';Z"]是调制符号的向量，D是sxs对角矩阵，D'是"对角矩形矩阵，而N'和N"都是噪声向量。随后，第一检测器块将Z'S'D+N'转换成对与Z'相关联的编码比特的估计，而戶脱第二检测器i央将Z"D'+N"转换成对与Z"相关联的编码比特的估计。如以下戶腿，M3K柳代数线性简化来斷氐第一检测器块的复杂度。本发明还涉及用于ffiil^l寸波束形成的MIMO信道^l寸数据到接收机的装置，所述接收机包括至少两个接收天。)5舰装置包括至少两个发射天线、遵循错误校正码结构的编码器和数字调制器，戶;M数字调制器的输出是Ns个调制符号的向量。所述接收机包括依据错误校正码结构而限定的解码器，该装置特征在于其还包括代数线性预编码器，该代数线性预编码器的参数S被称为预编码尺寸，期脔足(verify)s^Ns。该代数预编码器意在将调制符号的相同向量的s个调制符号线性组合在一起，称为组合调制符号，并意在提供与通过^l寸波束形成的MMO信道的一传输相关联的预编码符号的输出向量。本发明还涉及用于通过发射波束形成的信道从包括至少两个^l寸天线的发射机接收数据向量的装置。所述装置包括至少两个接收天线、依据错误校正码结构所限定的解码器、输出是乂寸编码比特的估计的检测器，所述接收的向量中的一些分量(component)是待激寸的调制符号的相同向量中的一些调制符号的线性组合，该装置特征在于所述检测器包括第一检测器块和第二检测器块，所述第一检测器块意在估计与在所述线性组合中所涉及的由接收的所述数据向量携带的调制符号的向量的调制符号相关联的编码比特，所述第二检测器块意在估计与在所述线性组合中未涉及的调制符号的所述向量的调制符号相关联的编码比特。调制符号的线性组合在发射机侧通过代数线性预编码器获得，该装置特征在于所述第一检测器块允许恢复由所述代数线性预编码器所带来的分集度，戶腿第二检测器块是提供软输出估计或者硬输出估计的线性检测器。通舰以下实例实施方式的说明的阅读，本发明的特性将更加清楚，所述说明参照所附附图，其中图1表^^通过波束形成的MMO信道的数据传输系统的方案；图2表示二进制输入二进制输出的等效信道的方案；图3表示嵌套的块衰减信道的块级联的方案；具体实施例方式数据传输系统SYST包括劍寸机TRD和接收机RCV，所述划寸机TRD包括A"个划寸天线，所述接收机RCV包括Nr22个接收天线和信道。所述发射机TRD包括遵循错误校正码结构的编码器ENC、数字调制器MOD、实施划t波束形成技术的波束形成装置TxBF以及依据j雌实施例包括代数线性预编码器ALP。该接收机RCV包括检测器DET和依据该错误校正码结构而限定的解码器DECo戶腿划寸机TRD可以例如是基站，接收机RCV例如是移动用户设备。概要的说，如下来进行数字传输过程待发射的信息数据比特(W以速率《=《/￡徽合编码器ENC，其中K是输入数据比特附的数量，而L是输出码字W比特数量。所述编码器ENC可遵循任何类型的错误校正码结构，例如，LDPC(低密度奇偶校验(LowDensityParityCheck))码、特博码(turbocode)、分组码(block-code)(例如Reed-Solomon)、二进制巻积码(binaiyconvolutionalcode)等。传输系统的变型是利用比特交错器(bitinterleaver)INT使编码比特交错，并且在接收机侧利用比特解交错器(bitde-interleaver)DINT来应用相关联的比特去交错，如图1所示。根据错误校正码结构设计比特交错器INT以确保在相关联的解码器DEC的输出处性能展示出可获得的目标分集度。戶脱数字调制器MOD可以是BPSK(二进制移相键控)或者是QPSK(正交移相键控)调制，例如J雌地为2"'-正交振幅调制(2"'-QAM)。爿腿数字调制MOD的输入是编码比特何或者是依据系统变型的这种编码比特的交错版本{c}，其输出是调帝附号，该调制符号形成了风个调制符号Z(0的向量Z。为Ns个符号中的每一个所应用的调制不一定相同，并且可以具有不同的输入比特数量。所述代数线性预编码器ALP在数学上由W、.xW、.的复矩阵(complexmatrix)S来代表。Ns个调制符号的向量Z与满足如下性质的W、.x矩阵S相乘「s's=P,P7'Loi」其中P,和P2是置换(permutation)矩阵，S'是sxs矩阵，其满足如下性质如果s个调制符号的向量由矩阵S'预编码，ffiii尺寸为sxs的对角带噪声瑞利衰减信道(diagonalnoisyRayleighfadingchannel)发送，并通过最大似然解码器解码，则性能的分集度等于所述力矩阵S'的尺寸s，称为预编码尺寸。在其他术语中，被称为全分集线性预编码器。戶，预编码器ALP的输出是风个预编码符号的输出向量X，其中的s个是向量Z的调制符号Z(i)的线性组合，被叫做组合的调制符号，而其它的N,-s个等于同一向量Z的调制符号Z(i)，称为未组合的调制符号。符号向量X随后被给定为所述，M形成方案的输入，其输出H个符号的向量X'，所述检测器DET的输入是H个符号的向量Y，Y由以下给出Y=X'H+N其中N是长度H的附加白高斯噪声向量(additivewhiteGaussiannoisevector)，H是信道的7V,x乂矩阵，其元(entry)为独立的复高斯随机变量(independentcomplexGaussianrandomvariable)。对H应用奇异(singular)值分解，并选择其Ns个最佳特征值，信道的信道矩阵H被写作H-Uz^V(1)其中U是x的酉矩阵(unitarymatrix)(l^U=I)V是A^x乂的酉矩阵(V")而Ah是対角矩形A^乂矩降，其对角值是以大小降序来排序(sortedindecreasingorderofmagnitude)的min(W,,)个奇异值。该奇异值是相关的非同分布随机变量(dependentnon-identicallydistributedrandomvariable)。假设由等式(1)给定的H在劍寸机处被知晓，如前面章节所描述的。W,个预编码符号的向量X'可写为X'=XT，其中波束形力效巨阵T是由l/的Ns个第一行构建的HxNt矩阵，而lT是矩阵U的转置共轭(transposeconjugated也就是说，T是在与H的H个最佳奇异值相关联的子空间上的投影(projection)矩阵。所接收的向量被重新写作Y=XAV+N<^YV十=(ZSTH+N)Vt=XA+N2其中A'是H的风个最佳奇异值的乂x乂对角矩阵，而N2是附加白高斯噪第i奇异值具有相关联的分集度(W,"+l)(乂-Z+l)。并且，任何两个奇异值对具有非零相关。如图2所描述，数字调制器MOD、代数线性预编码器ALP、波束形成装置TxBF、通过刻寸和接收天线的信道和检测器DET的聚集限定了等效信道模型，戶腿等效信道模型被称为二进制输入二进制输出等效信道BIBOCH，戶舰信道的输入是编码比特，而其输出是对编码比特的软估计或硬估计。由于错误校正码ENC结构和可选地由于交错器，在接收机处看到的编码比特就如同这些编码比特通过二进制输入二进制输出等效信道BIBOCH来劍寸一样，所述二进制输入二进制输出等效信道BIBOCH可被认为包括二进制调制器BM和嵌套的i央衰减信道NBFCH，就如图1所示。所述二进制调制器BM应用了标度的(scaled)BPSK调制器，艮P，'0，比樹直和'1，比特值分别与两个相反的值(oppositevalue)(例如，A和-A)相关联。并且，相应的欧几里德距离2A可以根据一个比特至U另一比特的传输而改变，其主要依靠数字调制MOD二进制日划寸。没有线性预编码时(即『1)，以块的级组成(如图3所示)的嵌套的块衰减信道NBFCH的数学模型具有五个参数，分别为空间流的数量A^^min(W,，乂)、^!寸天线的数量H、接收天线的数量N。与每个块的等效信道系数相关联的分集度集合"={W,A^，(M-l)(乂-1)，...,(vV,-M,+l)(乂-vV、.+1)}以及块的长度集合丄i^^卯)，…，MOV,》。级联块的数量等于Ns以及|>邵)4，其中L是每个码字的编码比特的数量。每个块的长度LB(i)源自^第i空间流相关联的每个调审附号的比特的数量，与第i块相关联的衰减随机变M过独立随机变量D(/)的子集E(/)与整数值D(/)《的组合来限定，使得(其含义是vz勺',D(/)^D(y))，以及假定D(i)-w,乂具有最高的分集度。遵循这样的等效信道模型，所述解码器DEC将编码比特("的接收版本"}转换为信息数据比特何的软估计{s}。根据劍寸机TRD的特性，编码器ENC的编码速率&、所述嵌套的块衰减信道NBFCH的五个参数和可获得的系统目标分集度5，具有如下的关系,-ii"i,5=D(i)，其中i由Zz^("〈尺Z丄S(yt)sZ丄S(yt)给出，其中|"|是集合D的基数(cardinality)。上面的等式建立了在相对于信道的奇异值D(i)数量的n!标分集度、编码器ENC的编码速率Rc、信道的五个参数(空间流的数量Ns、Elt天线的数量Nt、接收天线的数量H、与每个块的等效信道系数相关联的分集度集合D、块的长度集合LB)之间的关系。注意，实践中，调制符号Z(i)可能被除与衰减随机变量相关联的信道缺陷之外的其他的信道缺陷所干扰，例如，附加的噪声、其他的倍增的随机变量。重要的说明是，相比于与Z(i-l)的传输相关联的那个加上(plus)带来附加的分集度的其他随机变量，产生与Z(i)相关联的分集度的随机变量(奇异《直)集是相同的随机变量集。根据代数线性预编码器ALP的实施例，置换矩阵P,被选择得等于单位矩阵(identitymatrix),选择置换矩阵P2使得输出向量的预编码符号[X(l),X(iV,]+2),...，X(iVs,)]是所述调制符号向量的组合调制符号[Z(l),...,Z的线性组合，这样的输出向量的其它预编码符号是未组合的符号并满足[X(2)，…，X(7VS—al)]=[Z(s+1),…，Z(TV,)]。这个实施例舰了在解码器输出^H察到的分集度。发明者已注意到^l寸波束形成的信道是正交的，这意味着在没有任何线性预编码的情况下，对接收的信号的最佳检测是通过执行在检测器DET处处理的每个维度(per-dimension)而达到的，所述检测器DET产生对编码比特的软估计或硬估计。现在假设有线性预编码(即s>l)，最佳的检测是在组合的调制符号[Z(l)，...，ZW]被耳給检测时达到的，例如如果使用软输出则通过4顿穷举边缘化(exhaustivemarginalization)，这些在后面描述。所述检测器的这样的特性允许得至赃接收机的输出嫩见察到的性能的分集，其随后由以下给出,-i|"|,S(X)=D(0，其中i由Zl5(Ar)〈icZ丄别^^S丄S("给出上面的等式随后建立了在相对于信道的奇异值D(i)数量的目标分集度、编码器ENC的编码速率Ro信道的五个参数(空间流的数量N,、劍寸天线的数量H、接收天线的数量Np与每个块的等效信道系数相关联的分集度集合D、块的长度集合LB)、预编码尺寸s之间的关系。上面的等式随后确立了所述编码器ENC的编码速率Rc、空间流的数量H、對寸天线的数量Nt、接收天线的数量M和预编码尺寸s是相互相关的，并能够被i^择以获得系统的目标分集度。预编码尺寸s的增长增加了由解码器感知到的分集G,^2^^)^c^2))。与普通的不具有线性预编码(s=l)的波束形成技术相比，这证明所述系统的优点之一。根据系统的特性，将相同的调制用于每个空间流，即V(/,7〕,丄邵)=M(/)=丄/。在接收机的输出^bM察的分集5(s)iM:如下给出雌的，戶诚预编码尺寸s被选择以依据如下等式获得目标分集度&中D={jV,乂，(W,-l)(乂—1)，.，(TV,-W、.+匀-7V、,+s"并且丄5二j丄5(l)十艺丄5(/)，丄S(2),'.'，丄5(W、+s=argmin(((5"')=《}戶腿检测器DET提供对与由接收的向量Y携带的调帝附号Z(i)的向量Z相关联的编码比特的软估计或硬估计，如上fM。当检测器DET衝共编码比特的硬输出时，最佳检测性能从最大似然(ML)检测器获得，这是当进行在所有可能的候选向量Z上的穷^^叟索以便最大化4以然概率(likelihoodprobability)p(YIZ)时，即根据以下来找到符号Z:之二argminp(Y|Z)或者以便找到最小化品质因数(figureIfmerit)的符号，其例如是欧几里德距离lY-ZSTH|22=argmin(||Y-ZSTH||2)随后从符号2获得对与s个组合符号相关联的编码比特的估计W。当所述检测器DETlif共对编码比特的软输出，当通过最大化品质因数函数(figureofmeritflmction)tt行在所有可能的候选向量Z上的穷举检索(所述最大化品质因数函数为与调制符号Z(i)的向量Z相关联的每个编码比特Cj最小化错误概率)时，从MAP检测器获得最佳检测性能。例如，戶脱估计是外在概率，或A后验概率(APosterioriProbability)。最大A后验概率(MAP)检测器允许恢复6嗜度5(s)。相对于编码比特C.i的后验概率(APP)利用下面的穷举边缘化細丁计算Zer'7—lYV、ZxSx《其中，p(YIZ)=e———，其中No是噪声方差(noisevariance)，r(c,=1)是可能的候选向量z集，其标记具有等于i的第i比特，r是所有可能的候选向量Z的集，/(yt，Z)是在与潜在的候选向量Z相关联的二进制^i己中第k比特的值。对与由接收的向量Y携带的调制符号Z(i)的向量Z相关联的编码比特的估计W随后从相对于每个编码比特Cj的最大A后验概率(APP)中获得。注意，相对于编码比特Ci的软输出估计也经常被表示为对数似然比(LLR)，其由如下给出「^尸尸(c,=1)〕'，，(C'=0)J边缘化是在2，个可能的候选向量Z上进行的，并且随着w乂的增^ffl3I变得难以处理(intractable)。根据检测器DET的变型，对与s个组合符号相关联的编码比特的戶腿软输出估计考虑到与所述s个组合调制符号的编码比特相关联的并且由解码器(DEC)的输出给出的先验概率;r(c,)。根据接收机RCV的另一特性，戶皿检测器DET是接收的向量￥的低复杂度的近似最佳(near-optimal)的检测器，其产生对与由接收的向量Y携帯的tV、.个调制符号Z(i)的向量Z相关联的编码比特的估计。如果在解码之后该检测器可以允许获得展示出与最佳检测器相同的分集度的性能，则所述检测器是近似最佳的。根据这样的近似最佳的检测器DET的实施方式，所述检测器DET包括第一检测器i夫DETl和第二检测器i央DET2，戶;M第一检测器块意在估计与由向量Y携带的调制符号Z(0的向量Z的s个组合的调制符号相关联的编码比特，所述第二检测器块意在估计与调制符号的向量Z的W,-^个未组合的调制符号相关联的编码比特。注意，任何未组合的符号都是独立于任何其他的组合的或未组合的符号而检测的。进-一步的，对所述检测器块DET1的输出估计是独立于检测器i央DET2的输出估计而获得的，而没有任:f可性能劣化(degradation)。进一步的，所述检测器块DET2处理Ns-s个未组合的符号的Ns-s个独立检观"然而，为了保持检测器块DET1的最佳性和更具体地检测器DET的近j媳佳性，仍然需要对s个组合符号进行i^检测。根据第一检测器块DET1的特性，所述第一检测器i央DET1允许恢复由所述代数线性预编码器ALP(即由矩阵S')所带来的分集度，用于与所述s个组合调制符号相关联的估计的编码比特。注意，当矩阵是S'单位矩阵(即没有线性预编码)时，所述第一检测器块DET1提供对与调制符号的向量Z的第一个调制符号Z(1)相关联的编码比特的估计。根据这样的第一检测器土央DET1的实施方式，对与戶舰s个组合调制符号相关联的编码比特的估计,地是基于由以下给出的不完整(incomplete)似然概率p(Y、.。IZvQ)的函数的计算的p(Ys,。iZ.、.,0)=e~"^~~其中No是噪声方差，Z、、。是调制符号的向量Z，其中所，组合符号等于O，即Zs0=[Z(l)，...,Z(s),0，...,0],而Y,[Y(l)，...,Y(s)，O，...,O]是接收的向量，其中最后的(Nr-s)个值等于O。然后，通ii^择允许获得目标分集的最小的s^H值，这样的近^^佳检测器DET的复杂度被最小化。实际上，例如属于列表的仅2"、个点用于计算软输出而不是2一'。根据戶，第二检测器±央DET2的实施方式，戶斤述第二检测器i央DET2是判定函数(decisionfunction)Dec()戶膽循的线性检测器。所述线性检测器(优选i顿于硬输出估计来说)禾拥ZF(ZeroForcing(零强制))线性均衡器来提供软输出估计或者硬输出估计。线性检测器对接收到的符号应用线性变换(即矩阵乘法)。在硬输出值的情况下，判定函数Dec(.)允许将估计的接收符号转换为比特序列。正如前面已经描述的，系统的优点是增加预编码尺寸5^W、来增加了所述解码器感知的分集(^"2o)^~2))。不幸的是，当戶皿第一检测器i央DET1允许恢复由所:述代数线性预编码器ALP带来的分集度时，所述检测器DET的复杂度随着组合尺寸s的值而增加。相反的，简单的线性检测器被证明不能利用由S潜在带来的分集度。该缺陷的克服是由于使用了代数线性预编码器，其允许在接收机处执行"代数格简化"技术。这样的接收机允许了低复杂度的检测器而保证了分集度的性质。根据这样的低复杂度检测器的实施方式，检测器DET包括如下限定的"代数格简化"技术使得A^P,A，以及戶;M接收的向量YYV+=ZSA+N，=ZS'D00D'+N2=[Z'S'D+N';Z"D'+N"]D00D,l具有如下表达式SD00D'其中Z二[Z';Z"]为调制符号的向量，而D和D'都是对角矩形矢巨阵，而N'和N"都是噪声向量。根据该实施方式，戶脱第一检测器块DET1计算Z'S'D+N'至树与Z'相关联的编码比特的估计的转换，而fM第二检测器块DET2计算Z"D'+N"到对与Z"相关联的编码比特的估计的转换。假设，所述SXS矩阵D通过如下方式分解其中Q是sxs对角矩阵，使得S'Q=TS'，而i;是sxs基底变化(basischange)矩阵(该基底变化矩阵的元是复整数)，对角sxs矩阵甲具有正的实对角元素，而对角sxs矩阵①具有单位模(unitymodulus)的复元素。例如，这样的分解是可能的，条件是S'是分圆旋转(cyclotomicrotation),所述分圆旋转描述于GRekay^J-CBelfiore和E.Viterbo&"AVeryEfficientReductionToolonFastFadingChannels",正EEInternationalSymposiumonInformationTheoryanditsApplications(ISITA)，P醒a，Italy,October2004。在接收机处，Q被选择以优化系统性能，耐敏巨阵F应用于接收的信号YV"，其中.'一一一z'T;,+N'OfS'卞；Z"D'+N"](2)^YV卞F=在所滤波的接收的向量YVF的表达式中，所述第一检观lj器块DET1计算向量到对与Z'相关联的编码比特的硬估计或者软估计的转换，如与Z"相关联的编码比半Z'T',+N'OfS't寺':何影响，其可以选最小化所述第二上戶;M，而戶;M第二检测器土央DET2计算Z"D'+N"至IJ)的硬估计或者软估计的转换，如上所述。因此，"代数格简化"技术对第二检测器i央DET2择任何类型的，例如作为线性软输出检测器或硬输出检测器块DET2的錢度。对于所述第一检测器块DET1，发明者观察到Z'ef。W=ZXeZ2、'，其中f'是长度s的复向量的集，其元具有整数实部和虚部。噪声向量N'①t甲-'S't不是3虫—tt同分才P复高其万(independentidenticaldistributedcomplexgaussian)，然而，假定其是，第一检测器块DET1的子最佳性(sub-叩timality)处于该近似(approximation)中，其允许强的复杂度减少而不影响所述解码器输出处的分集假定Z'er，其中Z'(O是QAM调制符号，r是s-维复QAM调制空间，并且称ri;为满足weow=z't的点集，戶腿"代数格简化"技术通过在接收点Z'T"+N'。tTls't附近纟魏瞩于^的点列表并且通过在该列表上计算边缘化来计算所述第一检测器i央DET1的软输出。因为等效信道是正交的，小的点列表就會跶到最佳穷举边缘化的性能。随着系统的频谱效率增加，复杂度的减少也增加了。因此，随后，即使在多个空间流通过预编码波束形成的信道而被发射时，总是能够达到系统的目标分集度，而这在未预编码的波束形成的信道的情况下并不是总冑辦达到的^权利要求1、用于通过发射波束形成的MIMO信道从发射机发射数据到接收机的系统，所述发射机包括至少两个发射天线、遵循错误校正码结构的编码器(ENC)和发射波束形成技术，所述接收机包括至少两个接收天线和根据所述错误校正码结构限定的解码器，其特征在于编码器(ENC)的编码速率Rc、所述发射波束形成的MIMO信道的参数和系统的目标分集度的选择是相互依赖的。2、根据权利要求1戶脱的系统，戶腿划报KTRD)包括数字调制器(MOD)，戶腿数字调制器将编码比特流转换为调制符号空间流，戶腿数字调制器(MOD)的输出是Ns个调制符号(Z(i))的向量，其特征在于所述划寸机(TRD)进一步包括代数线性预编码器(ALP)，其参数s被称为预编码尺寸，其满足s^H，用以将调审附号的相同向量(Z)的s个调制符号(Z(i))线性组合在一起，称为组合调制符号，并用以掛共与舰刻寸波束形成的MIMO信道的一传输相关联的预编码符号(X(i))的输出向量(X)。3、根据权禾腰求2所述的系统，戶舰输出向量(X)的预编码符号(X(i))通过调制符号的向量(Z)与复统性矩阵S的乘积来获得，其特征在于所述复线性矩阵S由以下给出其中P,和P2是置换矩阵，而S'是满足以下的sxs矩阵，即如果s个调制符号的向量与矩阵S'相乘通过尺寸为sxs的对角带噪声瑞利衰减信道发送，并且由最大似然解码器解码，贝胜能的分葡变等于s。4、根据权利要求3所述的系统，置换矩阵P,被选择为等于单位矩阵，置换矩阵P2选择为使得输出向量的预编码符号[X(l),X(AA、.一5+2),...,X(AU]是调制符号的所述向量的组合的调制符号[Z(l)，...，ZW]的线性组合，这样的输出向量的其它预编码符号M组合的符号并满足[X(2),...,X(乂-"l)]=[Z("1)，...,Z(TV,)]。5、根据权利要求24中任何一个所述的系统，戶腿接收机(RCV)包括检测器，所述检观U器的输出就编码比特的估计，其特征在于通过聚集戶腿数字调制器(MOD)、所述刻寸波束形成的MIMO信道和戶;M检测器(DET)来限定等效信道纟莫型(BIBOCH)，所述等效信道模型的输入是编码比特，所述等效信道模型的输出是对编码比特的软估计或硬估计，所述等效信道模型在接收机处被看作包括嵌套的块衰减信道(NBFCH)，其数学模型由块级联组成并具Z^"Z^(1)+f;Z^(/)，Z^(2),…,Z^(W,-s+l)，级联块的数量等于Ns并且L'=w,-.、.+2J，其中l是每个码字的编码比特的数量，每个块的长度丄邵)源自与:第i空间流相关联的每个调制符号的比特的数量，与第i块相关联的衰减随机变翻过独立随机变量D(/)的子集S(,')与整数值D(/)S的组合来限定，使得S(/+1)d，其含义是V/<"(/)2D(力，以及假定Z)(l)=A^,AV具有最高的分集度，戶腿编码器(ENC)的编码速率(Rc)、戶脱嵌套的块衰减信道(NBFCH)的五个参数(Ns，Nt，NpD，LB)、预编码尺寸s以及可达到的系统目标分集度5由如下的关系链接,-i|/)|,5=D(0，其中i由Z丄^t)〈尺,Zz^(/t)^2]Z^Ot)给出，其中M是集合D的基数。6、根据权利要求5，的系统，，预编码尺寸等于1，其特征在于所述编码器(ENC)的编码速率(Rc)、所述嵌套的块衰减信道(NBFCH)的五个参数(Ns，Nt，NPD，LB)以及可达到的系统目标分集度5由如下的关系链接5=D(i)，其中i由Z丄^XKAZjL5(A;)sZZ^0t)给出其中lDl是集合D的基数，￡)={yV,7Vr,(iV,—l)(7Vr—1)，.，(vV,_7Vt+1)(A^—tV、+1)}以及丄6={厶5(1)，..，丄S(7V、.》。7、根据权利要求5或6所述的系统，特征在于将相同的调制用于每个空间流，涉及到所述等效信道NBFCH的所有块具有相同的长度LB(i)，并且特征在于，在接收机的输出处观察的系统分集度5(s)通过如下给出^0)=min(W,乂，(s+W,-「&iV、.])"+乂-「尺W、.]))。8、根据权利要求5-7中任何--个戶服的系统，特征在于所述预编码尺寸S被选择以依据如下等式获得目标分集度s=argmin(5(s9、根据权禾腰求2-8中任何一个戶腿的系统，戶腿接收机(RCV)包括检测器(DET)，戶腿检测器的输出魏编码比特的估计，特征在于戶腿检测器(DET)包括第一检测器块(DET1)和第二检测器块(DET2)，所述第一检测器块意在估计与由接收的向量(Y)携带的调制符号(Z(i))的向量(Z)的s个组合的调制符号相关联的编码比特，所述第二检测器块意在估计与调制符号的所述向量(Z)的乂]个未组合的调帝附号相关联的编码比特。10、根据权利要求9所述的系统，特征在于:关于所述第一检测器i央(DETl)的输出估计是^^于戶;M第二检测器块(DET2)的输出估计而获得的。11、根据权利要求10戶斤述的系统，特征在于所述第-检测器±央(DET1)提供软输出估计，对与s个组合符号相关联的编码比特的所述软输出估计考虑到与所述s个组合调制符号的编码比特相关联的并且由解码器(DEC)的输出给出的先验概率(;r(c,))。12、根据权利要求ll所述的系统，特征在于所述第二检测器i央(DET2)处理Ns-s个未组合符号的Ns-s个^Ui检测。13、根据权利要求9-12中任何一个所述的系统，特征在于所述第一检测器±央(DET1)允许恢复由所述代数线性预编码器(ALP)所带来的分集度。14、根据权利要求13所述的系统，特征在于对与所述s个组合调制符号相关联的编码比特的估计优选地是基于由以下给出的不完整似然概率P(Y、.,。IZ.、、。)的函数的计算的iv"'v:，sxAii2P(Y、。lZ',。)=e———^——其中No是噪声方差，Z、。是调制符号的向量Z，其中所g组合符号等于0，即Zs0=[Z(l),...,Z(s)，0,...，0]，而Ys,[Y(l),…,Y(s),0,…,0]是接收的向量，其中最后的(Nr-S)个值等于O。15、根据权利要求9-14中任何一个戶;M的系统，特征在于戶脱第二检测器±央(DET2)是提供软输出估计或者硬输出估计的线性检测器。16、根据权禾腰求15戶脱的系统，特征在于所述第二检测器土央(DET2)提供软输出估计，所述对与N,-s个未组合符号相关联的编码比特的软输出估计考虑到与所述Ns-s个未组合调制符号的编码比特相关联的并且由解码器(DEC)的输出给出的先验概率("(。))。17、根据权利要求13戶腿的系统，特征在于在接收机处接收的向量Y由以下给出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中信道的矩阵H被写作h=u~v，其中U是iV,xM的酉矩阵，而V是乂x乂的酉矩阵，AH^t角值的对角矩形W,x乂矩阵，所述对角值是以大小降序来排序的相关糊嗣分布随机变量，波束形磁邵车T是由1/的N,第一行构建的HxNt矩阵，1/是矩阵U的转置共轭，向量N和N2是白高斯噪声向量，特征在于戶/M接收的向M过如下给定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中z^z';z"]是调制符号的向量，d和d'都是sxs对角矩形矩阵，而n'和N"都是噪声向量，系统的特征在于第一检测器块(DET1)计算z's'd+n'到对与z'相关联的编码比特的估计的转换，而所述第二检测器块(DET2)计算z"d'+n"到对与z"相关联的编码比特的估计的转换。18、根据权利要求17所述的系统，特征在于所述sxs矩阵D通过分解，其中q是sxs对角矩阵，使得s'q二t;s'，而t;是sxs基底变化矩阵，该基底变化矩阵的元是复整数，对角SM矩阵W具有正的实对角元素，而对角sxs矩阵①具有单位模的复元氣在接收机处，q被选择以优化系统性能，而接收的信号W通过由以下给出的矩阵F滤波<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>其中i为单位矩阵，所述第一检测器土央(DET1)计算向量z't"+n'巾，—'s'、j对与z'相关联的编码比特的硬估计或者软估计的转换，而所述第二检测器块(DET2)计算z"d'+n"到对与z"相关联的编码比特的硬估计或者软估计的转换。19、根据权利要求1-18中任何一个所述的系统，特征在于所述发射机(TRD)包括比特交错器(INT)，所述接收机(RCV)包f刮军交错器(DINT)，根据错误校正码结构设计比特交错器(INT)以确保在相关联的解码器(DEC)的输出处的性能展示出育的多获得的目标分集度。20、用于通过^l个波束形成的MIMO信道划寸数据到接收机的装置，所述接收机包括至少两个接收天线，所述装置(TRD)包括至少两个划寸天线、遵循错误校正码结构的编码器(ENC)、^!t波束形成技术和将编码比特流转换成调制符号的空间流的数字调制器(MOD),所述数字调制器的输出是凡个调制符号(Z(i))的向量，戶腿接收机(RCV)包括依擗昔误校正码结构而限定的解码器(DEC)，特征在于其还包括代数线性预编码器(ALP)，其参数s被称为预编码尺寸，其满足s^H，用以将调制符号的相同向量(Z)的s个调制符号(Z(i))线性组合在一起，称为组合调制符号，并用以提供与通过划寸波束形成的MMO信道的一传输相关联的预编码符号(X(i))的输出向量(X)。21、根据权利要求20所述的装置，所述输出向量(X)的预编码符号(X(i))通过调制符号的向量(Z)与复缘性矩阵S的乘积来获得，其特征在于所述复线性矩阵S由以下给出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中P,和P2是置换矩阵，而S'是满足以下的sxs矩阵，即如果s个调制符号的向量与矩阵S'相乘fflii尺寸为sxs的对角带噪声瑞利衰减信道发送，并且由最大似然解码器解码，则性能的分集度等于s。22、根据权利要求21所述的装置，置换矩阵P,等于单位矩阵，其特征在于置换矩阵P2被选择为使得输出向量(X)的预编码符号[^1),^、"+2)，...，^乂.)]是调制符号的所述向量(Z)的组合的调制符号[Z(1),…,Z("]的线性组合，这样的输出向量(X)的其它预编码符号满足[X(2),…，X(tV、—x+1)]=[ZO+1)，...，Z(W、)]。23、用于通过激寸波束形成的MMO信道从包括N,22个^l寸天线的劍寸机接收数据向量(Y)的装置，戶;M装置(RCV)包括N"2个接收天线、依据错误校正码结构所限定的解码器(DEC)、输出是对编码比特的估计的检测器(DET)，所述接收的向量(Y)的s个分量是刻寸的N,个调制符号的相同向量(Z)的一些调制符号的线性组合，s是满足"的整数值，其特征在于所述检测器(DET)包括第一检测器块(DET1)和第二检测器i央(DET2)，所述第一检测器i央意在估计与在所述s个线性组合中所涉及的由接收的所述数据向量(Y)携带的调制符号的向量(Z)的调审U符号相关联的编码比特，所述第二检测器±央意在估计与在所述线性组合中未涉及的调制符号的所述向量(Z)的调制符号相关联的编码比特。24、根据权利要求23所述的裝置，调制符号的线性组合在刻寸机侧通过代数线性预编码器(ALP)获得，其特征在于戶/M第一检测器块(DET1)允许恢复由所述代数线性预编码器所带来的分集度，所述第二检测器±央(DET2)是提供软输出估计或者硬输出估计的线性检测器。25、根据权禾腰求24所述的装置，特征在于接收的向量Y由以下给出YV卞=(ZSTH+翠t=ZSA+N2其中信道的矩阵H被写作H=UAHV，其中U是iV,xTV,的酉矩阵，而V是乂x乂的酉矩阵，AH^t角值的对角矩形iV,X乂矩阵，所，角值是以大小降序来排序的相关的非同分布随机变量，波束形》效巨阵T是由lT的Ns第一行构建的N,Nt矩阵，1/是矩阵U的转置共轭，向量N和N2是白高斯噪声向量，其特征在于:戶舰接收的向翻过如下给定YV卞=[Z'S'D+N';Z"D'+N"]其中Z^Z';Z"]是调帝附号的向量，D和D'都是sxs对角矩形矩阵，而N'和N"都是噪声向量，系统的特征在于第一检测器块(DET1)计算Z'S'D+N'到对与Z'相关联的编码比特的估计的转换，而所述第二检测器块(DET2)计算Z"D'+N"至树与Z"相关联的编码比特的估计的转换。26、根据权利要求25所述的装置，特征在于:所述sxs矩阵D通过D=QWO分解，其中Q是sxs对角矩阵，使得S"=TS'，而i;是sxs基底变化矩阵，该基底变化矩阵的元是复整数，对角sxs矩阵甲具有正的实对角元素，而对角sxs矩阵CD具有单位模的复元素，在接收机处，Q被选择以优化系统性能，而接收的信号YV"通过由以下给出的矩阵F滤波<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中I为单位矩阵，所述第一检测器土央(DET1)将向量Z'i;+N'(Dtf'S't转换成对与Z'相关联的编码比特的硬估计或者软估计，而所述第二检测器块(DET2)将Z"D'+N"转换成对与Z"相关联的编码比特的硬估计或者软估计。全文摘要本发明涉及高速率编码发射波束形成技术及近似最佳低复杂度接收机。本发明涉及用于通过发射波束形成的MIMO信道从发射机发射数据到接收机的系统，所述发射机包括至少两个发射天线、遵循错误校正码结构的编码器和发射波束形成技术，所述接收机包括至少两个接收天线和根据所述错误校正码结构限定的解码器，编码器(ENC)的编码速率Rc、所述发射波束形成的MIMO信道的参数和系统的目标分集度的选择是相互依赖的。本发明还涉及用于通过发射波束形成的MIMO信道发射数据到接收机的装置。文档编号H04B7/02GK101615934SQ20091013876公开日2009年12月30日申请日期2009年3月20日优先权日2008年3月21日发明者N·格雷塞特申请人:三菱电机株式会社