多入多出天线系统的球形译码的实现方法和装置的制作方法

专利名称：多入多出天线系统的球形译码的实现方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，特别是指一种多入多出天线系统的球形译码的实现方法和
直O
背景技术：
MIMO(Multiple Input Multiple Output，多入多出)的核心概念为，利用多根发 射天线与多根接收天线所提供的空间自由度，来有效提升无线通信系统的频谱效率，以提 升传输速率并改善通信品质。由于MIMO可以在不需要增加带宽或总发送功率耗损的情况 下，大幅地增加系统的资料吞吐量及传送距离，使得此技术在近几年受到许多瞩目。图1是常用的通信系统中MIMO检测装置图，发射端的信号经过空时编码和 IFFT (逆傅立叶变换)后，经过两根天线发射，信号经过无线信道H到达接收端。接收端进 行FFT (傅立叶变换)后，进行信道估计处理得出信道矩阵H，进行空时信号处理，得出接收 到的信号序列Y，并将H和Y送给球形译码部分进行处理，得出空时编码前的信号序列S。MIMO的最大似然检测(ML，MaXimum Likelihood)可以使系统获得最佳的性能，可 是ML检测的穷举遍历式搜索因其NP (非确定性多项式，Non-Deterministic Polynomial) 运算复杂度，在实际系统中往往难以实时实现或不能实现，因此低复杂度的MIMO-ML和接 近ML的信号检测算法一直是MIMO系统所要解决的问题。SD(sphere decoding，球形译码)的思想是通过一个在多维星座空间中的球体来 限制搜索的区域，在球体积充分大的情况下可以达到与ML检测相同的性能。球形译码实质 上是把MIMO-ML检测问题建构为在一棵源信号星座点树上搜索一条最佳路径的问题，并在 搜索过程中不断地强化约束条件。球形译码的工作原理是先在接收信号空间中预设一个以接收信号点为圆心的 球，再把该球映射为发射信号空间中的一个椭球，在此椭球内搜索可能的发射信号点，一旦 找到一个发射信号点，即以该信号点的映射点与接收信号的距离为半径收缩预设的球，从 而使以下的搜索得以在更小的范围内进行。传统的球形译码实现方法分为两种深度优先方式和宽度优先方式。深度优先方式的球形译码其实现方法是先设定一个约束条件，然后依据此约束 对所访问的点进行判决。首先要计算其顶层距离，满足约束条件继续深入搜索，不满足条 件，则连其所有的子节点一起舍弃，进入下一个兄弟节点的搜索或者返回父母节点。这样的 实现方案是不稳定的，因为随着信道质量的差异，信噪比较低的时候，会使得对点的访问数 量较多；信噪比较高的时候，对点的访问数量较少，系统的吞吐量波动较大，实现起来要兼 顾到最坏情况，会使得运算的时钟周期较长，从而计算的复杂度高，。宽度优先方式的球形译码实现方法使对每个层的节点保留着固定数量的节点吞 吐量较为稳定。但在信道较差的时候，系统的性能较差，无法满足要求。若要提高系统性 能，只能通过增加访问点的数量来解决，而系统的运算复杂度高又会因此而大幅增加，实现 起来会占用较多的资源，使系统的面积和功耗都大幅增加。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多入多出天线系统的球形译码的实现方法 和装置，降低球形译码的计算复复杂度。为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下一方面，提供一种多入多出天线系统的球形译码的实现方法，包括步骤一，获取多入多出天线系统接收的信号和空间信道矩阵；步骤二，对所述空间信道矩阵进行QR分解，得到酉矩阵和上三角矩阵；步骤三，对所述接收的信号进行均衡处理，得到第一预定数量的均衡值；步骤四，对所述上三角矩阵和第一预定数量的所述均衡值进行预处理，得到第一 预定数量的预估的顶层参考信号点的坐标值；步骤五，分别对所述预估的顶层参考信号点的坐标值进行处理，生成各路的软比 特值；步骤六，根据各路的所述软比特值，生成球形译码的软比特值，且输出。所述步骤六包括比较两路对应的软比特位的值，取最小值；将比特1位置的最小值减去比特0位置的最小值，作为球形译码的软比特值，且输
出ο所述步骤五包括步骤a，根据该路的所述预估的顶层参考信号点的坐标值，从预存的顶层节点集选 择第二预定数量的顶层节点，并获取所述第二预定数量的顶层节点的坐标值；步骤b，将所述第二预定数量的顶层节点分组，每个组包含第三预定数量的节点， 所述第二预定数量大于所述第三预定数量；步骤C，根据各组的所述顶层节点的坐标值，在第三预定数量的分路进行处理，生 成各分路的软比特值；步骤d，对所述各分路的软比特值进行判决，选择最小值，作为该路的软比特值。所述步骤c包括步骤Cl，根据上一组的顶层节点的坐标值，在第三预定数量的分路并行的进行处 理，生成各分路的上一组的软比特值；步骤c2，根据当前组的顶层节点的坐标值，在所述第三预定数量的分路并行的进 行处理，生成各分路的当前组的软比特值；步骤c3，将各分路的当前组的软比特值与上组的软比特值进行判决，选择最小值， 作为各分路的软比特值。所述球形译码的软比特值包括顶层节点的软比特值和所述顶层节点对应的底层 节点的软比特值；所述步骤c2包括步骤c21，根据所述当前组的顶层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当前组的顶层 节点的欧氏距离；步骤c22，根据所述当前组的顶层节点的坐标值，计算所述当前组的顶层节点对应的底层节点的坐标值；步骤c23，根据所述当前组的底层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当前组的底层 节点的欧氏距离；步骤c24，将所述当前组的顶层节点的欧氏距离转换为顶层节点的软比特值，生成 该分路的当前组的顶层节点的软比特值；步骤c25，将所述当前组的底层节点的欧氏距离转换为底层节点的软比特值，生成 该分路的当前组的底层节点的软比特值。所述步骤c22之前，还包括判断所述顶层节点的欧氏距离是否大于阈值，如果大 于阈值，则停止对该顶层节点对应的底层节点的处理；所述步骤c25之后，还包括判断所述顶层节点的欧氏距离与所述底层节点的欧 氏距离之和是否小于阈值，如果小于，则使用所述顶层节点的欧氏距离与所述底层节点的 欧氏距离之和更新所述阈值。所述第二预定数量的值由信道的信号质量和天线的调制方式决定；所述第三预定 数量由所述第二预定数量、信道的信号质量以及天线的调制方式决定。另一方面，提供一种多入多出天线系统的球形译码的实现装置，包括获取单元，用于获取多入多出天线系统接收的信号和空间信道矩阵；QR处理单元，用于对所述空间信道矩阵进行QR分解，得到酉矩阵和上三角矩阵；均衡处理单元，用于对所述接收的信号进行均衡处理，得到第一预定数量的均衡 值；预处理单元，用于对所述上三角矩阵和第一预定数量的所述均衡值进行预处理， 得到第一预定数量的预估的顶层参考信号点的坐标值；第一预定数量的对调处理单元，用于分别对所述预估的顶层参考信号点的坐标值 进行处理，生成各路的软比特值；软比特输出单元，用于根据各路的所述软比特值，生成球形译码的软比特值，且输
出ο所述对调处理单元包括排序单元，用于根据该路的所述预估的顶层参考信号点的坐标值，从预存的顶层 节点集选择第二预定数量的顶层节点，并获取所述第二预定数量的顶层节点的坐标值；分配控制单元，用于将所述第二预定数量的顶层节点分组，每个组包含第三预定 数量的节点，所述第二预定数量大于所述第三预定数量；至少两个分路软比特处理单元，用于将各组的所述顶层节点的坐标值，间隔地在 第三预定数量的分路进行处理，生成各分路的各组的软比特值；并将各分路的当前组的软 比特值与上组的软比特值进行判决，选择最小值，作为各分路的软比特值；接收控制单元，用于对所述各分路的软比特值进行判决，选择最小值，作为该路的 软比特值。所述球形译码的软比特值包括顶层节点的软比特值和所述顶层节点对应的底层 节点的软比特值；所述分路软比特处理单元包括欧氏运算单元，用于根据所述当前组的顶层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当
7前组的顶层节点的欧氏距离；根据所述当前组的顶层节点的坐标值，计算所述当前组的顶 层节点对应的底层节点的坐标值；根据所述当前组的底层节点的坐标值进行欧氏运算，生 成当前组的底层节点的欧氏距离；顶层节点比特编码单元，用于将所述当前组的顶层节点的欧氏距离转换为顶层节 点的软比特值，生成该分路的当前组的顶层节点的软比特值；底层节点比特编码单元，用于将所述当前组的底层节点的欧氏距离转换为底层节 点的软比特值，生成该分路的当前组的底层节点的软比特值；约束更新单元，用于将各分路的顶层节点的当前组的软比特值与该分路的顶层节 点的上组的软比特值进行判决，选择最小值，作为各分路的顶层节点的软比特值；将各分路 的底层节点的当前组的软比特值与该分路的底层节点的上组的软比特值进行判决，选择最 小值，作为各分路的底层节点的软比特值。所述约束更新单元，还用于判断所述顶层节点的欧氏距离是否大于阈值，如果大 于阈值，则停止对该顶层节点对应的底层节点的处理；判断所述顶层节点的欧氏距离与所 述底层节点的欧氏距离之和是否小于阈值，如果小于，则使用所述顶层节点的欧氏距离与 所述底层节点的欧氏距离之和更新所述阈值。所述实现装置为超大规模集成电路VLSI。本发明的实施例具有以下有益效果上述方案中，获取多入多出天线系统接收的信号和空间信道矩阵；对所述空间信 道矩阵进行QR分解，得到酉矩阵和上三角矩阵；对所述接收的信号进行均衡处理，得到两 路的均衡值；对所述上三角矩阵和两路的所述均衡值进行预处理，得到两路的预估的顶层 参考信号点的坐标值；根据各路的所述预估的顶层参考信号点的坐标值，生成各路的软比 特值；步骤六，根据各路的所述软比特值，生成球形译码的软比特值，且输出。使用双路进行 互补，降低了运算的复杂度。


图1是常用的通信系统中MIMO检测装置图；图2为本发明所述的多入多出天线系统的球形译码的实现方法的流程示意图；图3为本发明所述的多入多出天线系统的球形译码的实现装置的结构示意图；图4为本发明所述的多入多出天线系统的球形译码的实现装置的应用场景的结 构示意图；图5是图4中球形译码的实现装置的欧氏运算单元的状态转移示意图；图6是图4中球形译码的实现装置的QR处理单元的状态转移示意图。
具体实施例方式为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合 附图及具体实施例进行详细描述。如图2所示，为本发明所述的一种多入多出天线系统的球形译码的实现方法，包 括步骤11，获取多入多出天线系统接收的信号和空间信道矩阵；
步骤12，对所述空间信道矩阵进行QR分解，得到酉矩阵和上三角矩阵；步骤13，对所述接收的信号进行均衡处理，得到第一预定数量的均衡值；步骤14，对所述上三角矩阵和第一预定数量的所述均衡值进行预处理，得到第一 预定数量的预估的顶层参考信号点的坐标值；步骤15，分别对所述预估的顶层参考信号点的坐标值进行处理，生成各路的软比 特值；步骤16，根据各路的所述软比特值，生成球形译码的软比特值，且输出。其中，所述步骤16包括步骤161，比较两路对应的软比特位的值，取最小值；步骤162，将比特1位置的最小值减去比特0位置的最小值，作为球形译码的软比 特值，且输出。其中，所述步骤15包括步骤151，根据该路的所述预估的顶层参考信号点的坐标值，从预存的顶层节点集 选择第二预定数量的顶层节点，并获取所述第二预定数量的顶层节点的坐标值；步骤152，将所述第二预定数量的顶层节点分组，每个组包含第三预定数量的节 点，所述第二预定数量大于所述第三预定数量；步骤153，根据各组的所述顶层节点的坐标值，在第三预定数量的分路进行处理， 生成各分路的软比特值；步骤154，对所述各分路的软比特值进行判决，选择最小值，作为该路的软比特值。所述步骤153包括步骤a，根据上一组的顶层节点的坐标值，在第三预定数量的分路并行的进行处 理，生成各分路的上一组的软比特值；步骤b，根据当前组的顶层节点的坐标值，在所述第三预定数量的分路并行的进行 处理，生成各分路的当前组的软比特值；步骤C，将各分路的当前组的软比特值与上组的软比特值进行判决，选择最小值， 作为各分路的软比特值。所述球形译码的软比特值包括顶层节点的软比特值和所述顶层节点对应的底层 节点的软比特值；相应的，所述步骤b包括步骤bl，根据所述当前组的顶层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当前组的顶层 节点的欧氏距离；步骤b2，根据所述当前组的顶层节点的坐标值，计算所述当前组的顶层节点对应 的底层节点的坐标值；步骤b3，根据所述当前组的底层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当前组的底层 节点的欧氏距离；步骤b4，将所述当前组的顶层节点的欧氏距离转换为顶层节点的软比特值，生成 该分路的当前组的顶层节点的软比特值；步骤b5，将所述当前组的底层节点的欧氏距离转换为底层节点的软比特值，生成 该分路的当前组的底层节点的软比特值。
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可选的，所述步骤b2之前，还包括判断所述顶层节点的欧氏距离是否大于阈值， 如果大于阈值，则停止对该顶层节点对应的底层节点的处理；所述步骤b5之后，还包括判断所述顶层节点的欧氏距离与所述底层节点的欧氏 距离之和是否小于阈值，如果小于，则使用所述顶层节点的欧氏距离与所述底层节点的欧 氏距离之和更新所述阈值。所述第一预定数量由天线系统中接收天线的总数决定；所述第二预定数量的值由 信道的信号质量和天线的调制方式决定；所述第三预定数量由所述第二预定数量、信道的 信号质量以及天线的调制方式决定。如图3所示，为本发明所述的一种多入多出天线系统的球形译码的实现装置，包 括获取单元21，用于获取多入多出天线系统接收的信号和空间信道矩阵；QR处理单元22，用于对所述空间信道矩阵进行QR分解，得到酉矩阵和上三角矩 阵；均衡处理单元23，用于对所述接收的信号进行均衡处理，得到第一预定数量的均 衡值；预处理单元24，用于对所述上三角矩阵和第一预定数量的所述均衡值进行预处 理，得到第一预定数量的预估的顶层参考信号点的坐标值；第一预定数量的对调处理单元25 (图2中示出了两个，分别为25a和25b)，用于分 别对所述预估的顶层参考信号点的坐标值进行处理，生成各路的软比特值；软比特输出单元26，用于根据各路的所述软比特值，生成球形译码的软比特值，且 输出。两个对调处理单元25a和25b的结构相同。所述对调处理单元25a包括排序单元，用于根据各路的所述预估的顶层参考信号点的坐标值，从预存的顶层 节点集选择第二预定数量的顶层节点，并获取所述第二预定数量的顶层节点的坐标值；分配控制单元，用于将所述第二预定数量的顶层节点分组，每个组包含第三预定 数量的节点，所述第二预定数量大于所述第三预定数量；至少两个分路软比特处理单元，用于将各组的所述顶层节点的坐标值，间隔地在 第三预定数量的分路进行处理，生成各分路的各组的软比特值；并将各分路的当前组的软 比特值与上组的软比特值进行判决，选择最小值，作为各分路的软比特值；接收控制单元，用于对所述各分路的软比特值进行判决，选择最小值，作为该路的 软比特值。所述球形译码的软比特值包括顶层节点的软比特值和所述顶层节点对应的底层 节点的软比特值；每个分路软比特处理单元的结构相同。所述分路软比特处理单元包括欧氏运算单元，用于根据所述当前组的顶层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当 前组的顶层节点的欧氏距离；根据所述当前组的顶层节点的坐标值，计算所述当前组的顶 层节点对应的底层节点的坐标值；根据所述当前组的底层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当前组的底层节点的欧氏距离；顶层节点比特编码单元，用于将所述当前组的顶层节点的欧氏距离转换为顶层节 点的软比特值，生成该分路的当前组的顶层节点的软比特值；底层节点比特编码单元，用于将所述当前组的底层节点的欧氏距离转换为底层节 点的软比特值，生成该分路的当前组的底层节点的软比特值；约束更新单元，用于将各分路的顶层节点的当前组的软比特值与该分路的顶层节 点的上组的软比特值进行判决，选择最小值，作为各分路的顶层节点的软比特值；将各分路 的底层节点的当前组的软比特值与该分路的底层节点的上组的软比特值进行判决，选择最 小值，作为各分路的底层节点的软比特值。所述约束更新单元，还用于判断所述顶层节点的欧氏距离是否大于阈值，如果大 于阈值，则停止对该顶层节点对应的底层节点的处理；判断所述顶层节点的欧氏距离与所 述底层节点的欧氏距离之和是否小于阈值，如果小于，则使用所述顶层节点的欧氏距离与 所述底层节点的欧氏距离之和更新所述阈值。所述实现装置为超大规模集成电路VLSI。如图4所示，为本发明所述的一种基于球形译码技术的MIM0(Multiple In Multiple Out，多输入多输出)互补检测的实现装置，也就是双天线ΜΙΜΟ互补检测中球形 译码装置结构图，包括内部参数控制单元、获取单元(未示出)、QR处理单元、ROT-O单元、 R0T-1单元(相当于上述的两个对调处理单元)、软比特输出单元。其中，ROT-O单元包括排序单元、存储单元(可以为ROM单元)、分配控制单元、 PU-O单元、PU-I单元、PU-2单元、PU-3单元、接收控制单元。其中，PU-O单元包括欧式运算单元、顶层节点比特编码单元、底层节点比特编码 单元、约束更新单元。PU-I单元、PU-2单元、PU-3单元具有和PU-O单元同样的处理结构， R0T-1单元和ROT-O单元具有同样的处理结构。内部参数控制单元用于设定PU单元的数量、ROT单元的数量等。所述的互补检测的实现方法包括第一步获取天线接收到的信号y、空间信道矩阵H和天线的调制方式等参数。第二步在QR处理单元中对输入的空间信道矩阵H进行QR(正交矩阵和上三角矩 阵)分解，将原始单路数据扩展为ROT-O和R0T-1双路，分别得到与ROT-O和R0T-1所对应 的酉矩阵Q和上三角矩阵R。对接收的信号y进行均衡处理，得到多路均衡值y_eq，通过对多路均衡值y_eq和 上三角矩阵y进行预处理，分别得到多路的预估的顶层参考信号点SN的坐标。QR处理单元包括循环复用的8个乘法器、6个加法器、两个求根取倒单元以及有限 状态机。此有限状态机为4个大状态和14个小状态的电路控制装置，控制电路进行运算直 到结果输出为止。对处理数据的过程分为三个阶段QR分解阶段，Y均衡阶段以及排序预处理阶段。 QR处理单元为下一阶段的处理提供一个最优点位置的参考值(上文的预估的顶层参考信 号点SN的坐标值)。在QR处理单元中设置有neg控制器，会在每个周期更新八位的neg寄 存器中的值。QR处理单元会在每次运算中根据相应的neg寄存器中的值进行对数的加减操 作。与传统的MIMO检测相比，这种结构的QR处理单元相当于94个乘法器。输出的数据在此一分为两路，分别送给后续的球形搜索部分做计算。所述第一预定数量可以为天线系统中接收天线的总数，也可以为天线系统中接收 天线的总数除以2的商。如果天线系统中接收天线为4根，均衡值可以为4路，相应的，ROT 单元的数量为4，每个均衡值对应一根天线。相应的，最优点位置的参考值的数量为4。如果天线系统中接收天线为4根，均衡值可以为2路，相应的，ROT单元的数量为 2，每个均衡值对应二根天线。相应的，最优点位置的参考值的数量为2。第三步R0T-0单元的排序单元接收到来自QR处理单元计算出的该路的最优 点位置的参考值，然后依据此最优点位置的参考值，从存储在ROM中的数据里搜索最优 节点集。ROM里存储着所有节点的坐标值，根据最优点位置的参考值，从ROM里选出最 优点集，并根据信道的恶劣程度来确定最优点集中点的个数。也就是说，根据系统的 SNR(Signal to Noise Ratio，信噪比)反馈，从前到后选出不同数量的点进行处理。例如 以 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)为例，SNR ^ 14 的时候可 以，取16个点；14 < SNR彡18的时候，可以取12个点；18 < SNR彡22的时候，可以取8个 点；22 < SNR的时候，可以取4个点。ROM中存储点集有以下两个特点即包含各种可能的情况以及阶梯式渐进排序。 正是由于这种方式的排序，才使得点集中前面的点比后面的点成为最优解的概率要大。第四步分配控制单元将从ROM单元里选出的点集进行分组分配处理，使选出的 点集有序的进入η个并行的PU处理单元组进行处理。分配控制单元将从ROM中取出的点以等间隔的时间并行的分配到各个PU单元 (PU0-PU4)进行处理，每个PU单元处理一个节点需要m个时钟周期，则相邻节点的间隔时间 要大于m个时钟周期。在该应用场景中，将此间隔设为m+2，以满足需求而又留有余量。第五步PU单元包含欧式运算单元、顶层点比特编码单元、底层点比特编码单元、 约束更新单元等。其中，不同的PU单元之间是并行处理的。PU单元的个数根据实际情况可 以进行灵活配置。在PU单元中，输入的顶层节点先在欧氏运算单元中进行处理，输出顶层节点和底 层节点的欧氏距离。欧式运算单元，用于计算顶层节点和底层节点的欧式距离，并且对顶层 节点的欧式距离进行检查，若大于约束距离，则终止对底层节点的欧式距离的计算，若小于 约束距离，则对底层点进行运算。欧式运算单元处理一个点需要的最大时钟周期为6。欧式运算单元包含4个14比特和4比特的乘法器以及两个18比特的乘法 器、Chechterm单元、Closestnode单元以及有限状态机。Checkterm单元主要是对顶层 点的欧式距离进行判断，如果不满足约束条件，则直接终止对底层点欧式距离的求解。 Closestnode单元主要是求解底层节点的位置和坐标，以便进行底层节点的欧式距离的求 解。在PU中，Chechterm单元和Closestnode单元是两个并行的单元，都是只需要一个周 期。欧式运算单元计算过程中会送出顶层节点和底层节点的坐标，而对于软比特的计算，要 转变为其对应的比特编码。PU运算单元包含顶层节点比特编码单元和底层节点比特编码单元，是为软比特的 计算服务的。顶层节点比特编码单元和底层节点比特编码单元利用欧氏运算单元运算过程 中产生的坐标进行对点的坐标向比特的转换，这一转换与欧式运算单元并行进行。约束更新单元根据比特编码和输出的欧氏距离进行软比特位和约束条件的更新。
12在约束更新单元中，为了使之后软比特的计算更为容易，在这个单元中除了半径约束的功 能之外，还设置了 24个距离寄存器，对每个点所对应的软比特位进行更新，直至这组节点 处理完毕，输出最小值。第六步接收控制单元对每一个PU单元输出的软比特位的值进行综合处理，对应 于每一个软比特位，选择其中最小的值，进行判决更新，作为本路的最小软比特值输出。第七步在软比特输出单元中，将ROT-O和R0T-1输出的最小软比特值进行合并， 保留最小值，得出软比特并且输出。也就是说，软比特输出单元是对R0T-1和R0T-2结果的 综合处理，将两组软比特位对应的值求最小，然后将比特1位置的值减去比特0位置的值， 所得结果就是检测结果，作为球形译码的软比特输出。本发明中，OR处理单元将原始单路数据扩展为ROT-O和R0T-1双路进行互补处 理。可以根据实时的信噪比来动态调整运算点数，在单个支路的每一组数的运算过程中，有 η个并行的PU运算单元进行并行处理，并且对每一组数的处理结果进行软比特输出。本发 明可以根据系统的信噪比反馈自适应选择需要运算的节点。ROT-O和R0T-1有着相似的结构，ROT-O对第二路数据的处理，其得出的结果所对 应的天线和R0T-1相比是对调的，而且其得出的对应的软比特位的值与R0T-1相比也不完 全相同。ROT-O和R0T-1的输出结果是相互补充的。以下描述本发明的球形译码实现装置的另一应用场景。假设2Χ2ΜΙΜ0系统中，调 制方式为16QAM，信道环境较差，选取的节点数为10，PU的配置数为5，PU处理每个点的时 钟周期是38，实现方法包括步骤Sl 获取2Χ2ΜΙΜ0天线系统接收到的信号y、空间信道矩阵H和天线的调制方 式等参数；步骤S2 在QR处理单元中进入QR_dec状态，对输入的空间矩阵H的做QR分解，分 别得到与ROT-O和R0T-1所对应的酉矩阵Q和上三角矩阵R ；在QR处理单元中进入Y_eq状 态，对接收信号1做均衡处理，得到两路均衡值y_eq ；在QR处理单元中进入Pre-ordering 状态，通过对两路均衡值y_eq和上三角矩阵R进行预处理，分别得到两路的预估的最优顶 层参考信号点Sn的坐标。步骤S3 排序单元根据调制方式，从ROM所存储的数据中根据Sn选出10个最优点 作为点集输出。步骤S4 分配控制单元将排序单元输出的点集进行分组加间隔处理，使输出的点 集5个为一组，并行的进入PU处理单元组进行处理，两组之间间隔40个周期。步骤S5 在PU单元中，输入的顶层节点先在欧氏运算单元中进行处理，输出顶层 节点和底层节点的欧氏距离。顶层节点比特编码单元和底层节点比特编码单元利用欧氏运算单元运算过程中 产生的坐标进行对点的坐标向比特的转换，这一转换与欧式运算单元并行进行。约束更新单元根据比特编码和输出的欧氏距离进行软比特位和约束条件(相当 于上文的阈值)的更新。在处理第二组数据时，会与第一组得到的值进行比较，取最小的一 个。步骤S6 接收控制单元对5个PU处理单元输出的软比特位的值进行综合处理，进 行判决更新，选择本路当中最小的值。例如，将第一组的第一点到第五点分别输入PU-O到PU-4，接收控制单元生成第一组软比特位。间隔40个周期后，将第二组的第六点到第十点 分别输入PU-O到PU-4，并将生成的结果与第一组的软比特位比较，取最小值。步骤S7 在软比特输出单元中，将ROT-O和R0T-1中的软比特位的值进行合并，保 留最小值，得出软比特并且输出。图5是图4中球形译码的实现装置的欧氏运算单元的状态转移示意图，也就是欧 氏运算单元的运算控制过程。在没有数据到来的时候，欧氏运算单元处于IDLE的状态，有 数据到来的时候，信号Rx_req变为高电平，运算开始进入N0de_btmC0mp_l的状态，然后分 成两路一路进行顶层节点的计算(N0de_t0p_C0mp状态)，然后检查节点距离是否符合约 束条件(checkterm)，如果满足约束条件，Term_flag信号为低电平，进入Closestnode的状 态。如果不满足约束条件，Term_flag信号为高电平，进入IDLE状态，终止此次运算过程， 等待下一次运算的开始。另外一路进行底层节点的计算预处理，之后直接进入Closestnode 的状态。在Closestnode状态，查找底层最近节点，如果查找完成，Closestnode_f inish信 号变为高电平，然后如果Term_flag信号为低电平，则进入下一状态N0de_btm_C0mp_2状 态，进行底层节点欧氏距离的运算，运算完成之后，输出节点后，信号Node_btm_finiSh和 信号Tx_req为高电平，重新回到IDLE状态。图6是图4中球形译码的实现装置的QR处理单元的状态转移示意图，也就是QR处 理单元的运算控制过程。整个QR处理单元的运算分为三个部分QR分解部分(QR_dedc)， Y均衡部分(Y_eq)和排序预处理部分(Pre-ordering)。没有数据到来的时候，QR处理单 元一直处于IDLE的状态。有数据到来的时候，信号Rx_req为高电平，进入QR_dec部分进 行运算。运算结束以后，信号QR_deC_finiSh为高电平，然后进入Y_eq部分进行运算。运 算完成之后，Y_eq_finish为高电平，然后进入Pnordering部分进行计算。在运算完成 之后，信号Pre_ordering_f inish和Tx_req为高低电平，将结果送出，然后对此QR处理单 元进行一次reset操作，进入IDLE状态，等待下一个结果的送入。在运算过程中如果遇到 RST_n为低电平的状态，会结束此次运算过程，进入IDLE状态等待下一组数据的输入。本发明的基于双天线MIMO互补检测的球形译码VLSI实现方法和装置与传统的 MIMO检测进行比较，有益效果为降低了运算复杂度，对于16QAM调制，只需要按照16QAM查找规则，便可以围绕最 佳参考点列出步进式参考点集，对于64QAM调制，亦是如此，可复用的QR处理单元和欧氏计 算单元的设计大大降低了由于繁杂运算所带来的复杂度。本发明对球形译码的实现使用了深度优先和宽度优先相结合的方法，对于处理中 的每一个环节每一个单元都易于通过VLSI设计方法加以实现，并且有限状态机的合理设 计大大降低了由于运算复杂所带来的占用资源过多的情况。本发明以可以接受的性能损失 为代价换取了运算复杂度的降低。本发明针对现有技术的MIMO检测方法的不足，提出一种低复杂度的球形译码互 补检测的VLSI (超大规模集成电路，Very Large Scale Integrated)实现方法和装置。该 方法不仅可应用于的2X2 MIMO系统，还可用于更为高速的4X4 MIMO检测系统，可以有效的 提高MIMO的检测效率，降低MIMO的检测复杂度。本发明所述的该路的软比特值是指ROT单元输出的；分路的软比特值是指PU单元 输出的；球形译码的软比特值是指实现装置输出的。
所述方法实施例是与所述装置实施例相对应的，在方法实施例中未详细描述的部 分参照装置实施例中相关部分的描述即可，在装置实施例中未详细描述的部分参照方法实 施例中相关部分的描述即可。本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以 通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中， 该程序在执行时，包括如上述方法实施例的步骤，所述的存储介质，如磁碟、光盘、只读存 储记忆体(Read-Only Memory, ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory, RAM)等。在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺 序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也 在本发明的保护范围之内。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种多入多出天线系统的球形译码的实现方法，其特征在于，包括步骤一，获取多入多出天线系统接收的信号和空间信道矩阵；步骤二，对所述空间信道矩阵进行QR分解，得到酉矩阵和上三角矩阵；步骤三，对所述接收的信号进行均衡处理，得到第一预定数量的均衡值；步骤四，对所述上三角矩阵和第一预定数量的所述均衡值进行预处理，得到第一预定数量的预估的顶层参考信号点的坐标值；步骤五，分别对所述预估的顶层参考信号点的坐标值进行处理，生成各路的软比特值；步骤六，根据各路的所述软比特值，生成球形译码的软比特值，且输出。
2.根据权利要求1所述的多入多出天线系统的球形译码的实现方法，其特征在于，所 述步骤六包括比较两路对应的软比特位的值，取最小值；将比特1位置的最小值减去比特0位置的最小值，作为球形译码的软比特值，且输出。
3.根据权利要求1所述的多入多出天线系统的球形译码的实现方法，其特征在于，所 述步骤五包括步骤a，根据该路的所述预估的顶层参考信号点的坐标值，从预存的顶层节点集选择第 二预定数量的顶层节点，并获取所述第二预定数量的顶层节点的坐标值；步骤b，将所述第二预定数量的顶层节点分组，每个组包含第三预定数量的节点，所述 第二预定数量大于所述第三预定数量；步骤c，根据各组的所述顶层节点的坐标值，在第三预定数量的分路进行处理，生成各 分路的软比特值；步骤d，对所述各分路的软比特值进行判决，选择最小值，作为该路的软比特值。
4.根据权利要求3所述的多入多出天线系统的球形译码的实现方法，其特征在于，所 述步骤c包括步骤Cl，根据上一组的顶层节点的坐标值，在第三预定数量的分路并行的进行处理，生 成各分路的上一组的软比特值；步骤c2，根据当前组的顶层节点的坐标值，在所述第三预定数量的分路并行的进行处 理，生成各分路的当前组的软比特值；步骤c3，将各分路的当前组的软比特值与上组的软比特值进行判决，选择最小值，作为 各分路的软比特值。
5.根据权利要求4所述的多入多出天线系统的球形译码的实现方法，其特征在于，所 述球形译码的软比特值包括顶层节点的软比特值和所述顶层节点对应的底层节点的软比 特值；所述步骤c2包括步骤c21，根据所述当前组的顶层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当前组的顶层节点 的欧氏距离；步骤c22，根据所述当前组的顶层节点的坐标值，计算所述当前组的顶层节点对应的底 层节点的坐标值；步骤c23，根据所述当前组的底层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当前组的底层节点的欧氏距离；步骤c24，将所述当前组的顶层节点的欧氏距离转换为顶层节点的软比特值，生成该分 路的当前组的顶层节点的软比特值；步骤c25，将所述当前组的底层节点的欧氏距离转换为底层节点的软比特值，生成该分 路的当前组的底层节点的软比特值。
6.根据权利要求5所述的多入多出天线系统的球形译码的实现方法，其特征在于，所述步骤c22之前，还包括判断所述顶层节点的欧氏距离是否大于阈值，如果大于阈 值，则停止对该顶层节点对应的底层节点的处理；所述步骤c25之后，还包括判断所述顶层节点的欧氏距离与所述底层节点的欧氏距 离之和是否小于阈值，如果小于，则使用所述顶层节点的欧氏距离与所述底层节点的欧氏 距离之和更新所述阈值。
7.根据权利要求4所述的多入多出天线系统的球形译码的实现方法，其特征在于，所 述第一预定数量的值由所述天线系统中接收天线的数量决定；所述第二预定数量的值由信 道的信号质量和天线的调制方式决定；所述第三预定数量由所述第二预定数量、信道的信 号质量以及天线的调制方式决定。
8.—种多入多出天线系统的球形译码的实现装置，其特征在于，包括 获取单元，用于获取多入多出天线系统接收的信号和空间信道矩阵；QR处理单元，用于对所述空间信道矩阵进行QR分解，得到酉矩阵和上三角矩阵； 均衡处理单元，用于对所述接收的信号进行均衡处理，得到第一预定数量的均衡值； 预处理单元，用于对所述上三角矩阵和第一预定数量的所述均衡值进行预处理，得到 第一预定数量的预估的顶层参考信号点的坐标值；第一预定数量的对调处理单元，用于分别对所述预估的顶层参考信号点的坐标值进行 处理，生成各路的软比特值；软比特输出单元，用于根据各路的所述软比特值，生成球形译码的软比特值，且输出。
9.根据权利要求8所述的多入多出天线系统的球形译码的实现装置，其特征在于，所 述对调处理单元包括排序单元，用于根据该路的所述预估的顶层参考信号点的坐标值，从预存的顶层节点 集选择第二预定数量的顶层节点，并获取所述第二预定数量的顶层节点的坐标值；分配控制单元，用于将所述第二预定数量的顶层节点分组，每个组包含第三预定数量 的节点，所述第二预定数量大于所述第三预定数量；至少两个分路软比特处理单元，用于将各组的所述顶层节点的坐标值，间隔地在第三 预定数量的分路进行处理，生成各分路的各组的软比特值；并将各分路的当前组的软比特 值与上组的软比特值进行判决，选择最小值，作为各分路的软比特值；接收控制单元，用于对所述各分路的软比特值进行判决，选择最小值，作为该路的软比 特值。
10.根据权利要求9所述的多入多出天线系统的球形译码的实现装置，其特征在于，所 述球形译码的软比特值包括顶层节点的软比特值和所述顶层节点对应的底层节点的软比 特值；所述分路软比特处理单元包括欧氏运算单元，用于根据所述当前组的顶层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当前组 的顶层节点的欧氏距离；根据所述当前组的顶层节点的坐标值，计算所述当前组的顶层节 点对应的底层节点的坐标值；根据所述当前组的底层节点的坐标值进行欧氏运算，生成当 前组的底层节点的欧氏距离；顶层节点比特编码单元，用于将所述当前组的顶层节点的欧氏距离转换为顶层节点的 软比特值，生成该分路的当前组的顶层节点的软比特值；底层节点比特编码单元，用于将所述当前组的底层节点的欧氏距离转换为底层节点的 软比特值，生成该分路的当前组的底层节点的软比特值；约束更新单元，用于将各分路的顶层节点的当前组的软比特值与该分路的顶层节点的 上组的软比特值进行判决，选择最小值，作为各分路的顶层节点的软比特值；将各分路的 底层节点的当前组的软比特值与该分路的底层节点的上组的软比特值进行判决，选择最小 值，作为各分路的底层节点的软比特值。
11.根据权利要求10所述的多入多出天线系统的球形译码的实现装置，其特征在于， 所述约束更新单元，还用于判断所述顶层节点的欧氏距离是否大于阈值，如果大于阈值，则停止对该顶层节点对应的底层节点的处理；判断所述顶层节点的欧氏距离与所述底 层节点的欧氏距离之和是否小于阈值，如果小于，则使用所述顶层节点的欧氏距离与所述 底层节点的欧氏距离之和更新所述阈值。
12.根据权利要求8-11任一项所述的多入多出天线系统的球形译码的实现装置，其特 征在于，所述实现装置为超大规模集成电路VLSI。
全文摘要
本发明提供一种多入多出天线系统的球形译码的实现方法和装置，涉及通信领域，为解决现有技术中球形译码的计算复杂度高的技术问题而发明。所述方法包括步骤一，获取多入多出天线系统接收的信号和空间信道矩阵；步骤二，对所述空间信道矩阵进行QR分解，得到酉矩阵和上三角矩阵；步骤三，对所述接收的信号进行均衡处理，得到第一预定数量的均衡值；步骤四，对所述上三角矩阵和第一预定数量的所述均衡值进行预处理，得到第一预定数量的预估的顶层参考信号点的坐标值；步骤五，分别对所述预估的顶层参考信号点的坐标值进行处理，生成各路的软比特值；步骤六，根据各路的所述软比特值，生成球形译码的软比特值，且输出。本发明应用于MIMO系统。
文档编号H04L25/03GK101902310SQ20101025978
公开日2010年12月1日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者庄亮, 葛小东, 邓冰 申请人:北京天碁科技有限公司