一种多输入多输出检测方法及系统与流程

本发明属于通信计算领域，尤其属于4G系统中TDD模式的下行链路多输入多输出检测
技术领域：
，特别是涉及一种多输入多输出检测方法及系统。
背景技术：
：MIMO技术能够在空间中产生独立的并行信道，实现多路数据的同时传输，有效的提高了系统的传输速率和频谱利用率，由于MIMO系统在收发端均采用多天线来提高系统通信速率，所以多根接收天线接收的信号是来自所有发射天线信号经过对应信道后所得信号的叠加，每根接收天线收到的信号会相互干扰，因此，如何从多根接收天线中恢复出原始发射天线的信号成为了关键问题。MIMO检测技术就是利用信道估计模块得到的信道矩阵和接收侧收到接收信号，将发送信号检测出来。设计出高性能、低复杂度的MIMO检测算法成为近几年研究的重点。很多研究者对MIMO检测技术进行了大量的研究工作，提出了一些检测算法。以下是目前已提出的一些MIMO检测算法。下面介绍几种典型的算法，并同时说明其不足之处。第一种，最大似然(MaximumLikelihood,ML)检查算法最大似然检测算法[1]是众多MIMO检测算发中性能最优的检测算法，由于该算法考虑了发送向量空间内的所有星座点，其主要思想是在发射信号空间中，寻找出与接收信号矢量距离最小的发射信号。假设接收信道状态信息(CSI)是已知的，即H是已知的，ML算法可用下式来表示：x^ML=argminx∈Ω{||y-Hx||2}]]>其中Ω表示所有Nt个发射天线对应的星座点空间，假如Nt个发射天线均采用了调制阶数为M的调制方式，则要计算次范数运算，同时还要在个无序的计算结果里找到最小值。这样计算结果的复杂度会随着发送天线个数的增加呈指数增加，尤其是在采用多进制调制的情况下，计算复杂度会非常高。第二种，迫零(ZeroForcing,ZF)检查算法迫零检测算法[2]主要是基于Guass-Markov定理的加权最小二乘准则，其设计目标是使发射信号向量s的估计值在通过信道矩阵H的条件下与原始发射信号真实值误差平方和最 小。它是线性检测算法的一种，在接收端直接对接收到的信号向量乘以加权矩阵从而得到估计向量。ZF检测算法的优点是复杂度低，主要计算量是矩阵求逆，其复杂度等级为O(N3t)，虽实现简单，但在实现过程中没有考虑噪声的影响，抗噪声性能差，因此在信噪比很高的情况下才能具有较好的性能。第三种，SQRD(SortQR)检查算法为了获得最优的检测顺序克服QR分解过程中的误差传播，文献[3]-[4]提出了一种基于改进的Gram－Schmidt正交化的排序QR分解，该算法在第一步正交化过程之前，需要在信道矩阵H的NT个列向量中找出2范数最小的列，如果当前列不是最小2范数列，则需要把NT个列向量的范数值，Q、R、P里面相应的列都进行交换，得到新的Q矩阵和R矩阵，接着再做正交化；在第二步正交化之前，需要对Q的NT-1个列向量重做上述操作，依次类推，直到考虑完所有的列以后，再进行信号检测。由于改进的Gram－Schmidt算法在计算R矩阵对角线的顺序为从r11到rNtNt，但最优的检测顺序是从rNtNt到r11，为了使得信号检测到第k步(k＝NT,…,1)时，SNRk最大，需要引入一个交换矩阵P，用来记录交换过的位置。算法的具体步骤如下，整个算法由排序的QR分解和信号检测两部分组成：SQRD算法：1)R＝0,Q＝H,P＝eye(NT)2)fori＝1,...,NT3)ki＝argmin||ql||2l＝i,...,NT4)交换Q,P,R的第Ki与i列5)Ri,i＝||qi||6)qi＝qi/Rk,k7)forl＝i+1,...,NT8)Ri,l＝qiHql9)ql＝ql-Ri,lqi10)end11)end信号检测：12)y＝QHr13)fork＝NT,...,114)dk=Σi=k+1NTRk,ixi]]>15)zk＝yk-dk16)x^k=Q[zk/Rk,k]]]>17)end18)x=P·x^k]]>虽然对QR分解检查算法进行了排序，但和ML相比SQRD算法的检测性能仍然很差。在TDD模式下4G系统下行链路中MIMO检查算法的改进。当系统的发射天线数为Nt，调制阶数为M时，由于ML算法考虑了全部的星座点，故ML算法考虑的发送符号集合有种可能性，本专利就是针对ML算法复杂度高而提出的，其思路是将ML算法和SQRD算法相结合，每一层发送符号的可能性为2M种，对除去该符号影响后的剩下系统用SQRD算法做检测，故改进算法考虑的发送符号集合数为2M×Nt种可能性。TDD模式下的4G系统下行链路支持的最大天线配置为8×8，如果选用64QAM的调制方式，那么ML算法搜索空间的复杂度为26×8，改进算法搜索空间的复杂度为26×8，和ML算法相比改进算法的复杂度有很明显的降低。因此，如何提供一种多输入多输出检测方法及系统，以解决现有技术中的MIMO检测技术方案检测性能差，复杂度高等种种缺陷，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多输入多输出检测方法及系统，用于解决现有技术中MIMO检测技术方案检测性能差，复杂度高等的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种多输入多输出检测方法，应用于包括用于发送发射信号的多输入多输出发射机和用于接收接收信号的多输入多输出接收机的通信系统，所述多输入多输出发射机具有L层用于传输发射信号序列为S＝[s1,s2,…,sL]T的 发射信号的传输层，具有NT个发射天线，所述多输入多输出接收机具有NR个接收天线，发射信号集接收信号集所述多输入多输出检测方法包括以下步骤：基于NT个发射天线和NR个接收天线，创建一传输信道矩阵H＝[h1,h2,…,hL]；根据预设数字调制方式固定第i层传输层中的一个发射信号xi，其取值在根据预设数字调制方式确定的星座点中选取一个星座点；其中，i大于等于1为小于等于L的整数；将所述发射信号xi从发射信号集中移除，更新发射信号集，形成发射信号更新集同时从所述传输信道矩阵H中移除所述第i层传输层对应的传输信道列hi形成传输信道更新矩阵H-i＝[h1,h2,…hi-1,hi+1,…,hL]；更新接收信号集形成接收信号更新集R-i；对更新的矩阵和更新集采用预存的排序QR分解算法获取中每一发射信号的似然概率，通过硬判得到每一发射信号的星座点位置，并将X-i同xi合并得到了针对xi已选取的星座点下的一组判决，对第i层传输层上所有发射信号执行以上步骤，之后对所有传输层执行以上步骤以获取判决发射信号集从中计算符合最大似然标准的发射信号。可选地，所述接收信号集的向量表达式为：R＝HS+N＝HWX+N；其中，R为接收信号集，H为传输信道矩阵，W为每层传输层发射信号序列到发射信号的映射矩阵，N为NR个接收天线中每一接收天线的噪声方差。可选地，第i层传输层对应的接收天线上接收的信号数据＝hi×xi。可选地，最大似然计算方式的一种实现方式为argmin{||r-H×x||2}。可选地，预设数字调制方式包括ASK、PSK、FSK、QAM、MSK、GMSK、或OFDM。本发明另一方面还提供一种多输入多输出检测系统，应用于包括用于发送发射信号的多输入多输出发射机和用于接收接收信号的多输入多输出接收机的通信系统，所述多输入多输出发射机具有L层用于传输发射信号序列为S＝[s1,s2,…,sL]T的发射信号的传输层，具有NT个发射天线，所述多输入多输出接收机具有NR个接收天线，发射信号集接收信号集所述多输入多输出检测系统包括：创建模块，用于基于NT个发射天线和NR个接收天线，创建一传输信道矩阵H＝[h1,h2,…,hL]；星座初始确定模块，用于根据预设数字调制方式固定第i层传输层中的一个发射信号xi，并确定该层发射信号的星座点位置；其中，i大于等于1为小于等于L的整数；第一选取模块，用于从发射信号xi取值 在根据预设数字调制方式确定的星座点中选取一个星座点；移除模块，用于将所述发射信号xi从发射信号集中移除，更新发射信号集，形成发射信号更新集同时从所述传输信道矩阵H中移除所述第i层传输层对应的传输信道列hi形成传输信道更新矩阵H-i＝[h1,h2,…hi-1,hi+1,…,hL]，并更新接收信号集形成接收信号更新集R-i；处理模块，用于对更新的矩阵和更新集采用预存的排序QR分解算法获取中每一发射信号的似然概率，通过硬判得到每一发射信号的星座点位置，并将X-i同xi合并得到针对xi已选取的星座点下的一组判决；循环调用模块，用于对第i层传输层上所有发射信号、及对所有传输层循环调用以上所有模块以获取判决发射信号集；计算模块，用于从所述判决发射信号集中计算符合最大似然标准的发射信号。可选地，所述创建模块还用于创建接收信号向量表达式，即R＝HS+N＝HWX+N；其中，R为接收信号集，H为传输信道矩阵，W为每层传输层发射信号序列到发射信号的映射矩阵，N为NR个接收天线中每一接收天线的噪声方差。可选地，所述计算模块中的一种最大似然计算方式为argmin{||r-H×x||2}。如上所述，本发明的多输入多输出检测方法及系统，具有以下有益效果：本发明所述的多输入多输出检测方法及系统检测性能优于SQR、ZR检测算法，且复杂度比现有检测算法的复杂度低，并且提高了MIMO通信系统的通信速率。附图说明图1显示为本发明的多输入多输出通信系统原理结构示意图。图2显示为本发明的多输入多输出检测方法流程示意图。图3显示为本发明的多输入多输出检测系统原理结构示意图。元件标号说明1多输入多输出通信系统11多输入多输出发射机12多输入多输出接收机2多输入多输出检测系统21创建模块22星座初始确定模块23第一选取模块24移除模块25更新模块26处理模块27循环调用模块28计算模块29第二选取模块S1～S6步骤具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本发明提供一种多输入多输出检测方法，基本发明原理如下：在TDD模式下4G的MIMO系统下行链路中，为了使下行链路接收侧MIMO检测算法性能提高的同时复杂度降低，本发明针对ML(MaximumLikelihood，最大似然概率)算法复杂度高，提出了一种改进的MIMO检测算法。其主要思想是缩小搜寻空间，尽可能多地考虑可能的发送符号集，而不是全部。首先，将第一个待检测信号的估计值赋值为某种调制方式中的一种符号。然后，从原系统中去掉该符号的干扰，更新系统模型，对更新后的系统做SQR分解，一次性检测出剩余待检查信号的估计值，将其与第一个待检测信号的估计值组合，得到系统的一组待检测信号估计值，当考虑完第一层所有的符号，依次考虑完所有的层，会得到一个待检测信号估计值集合。最后，将得到的符号集合利用和ML算法相同的处理方式，即寻找最小欧氏距离，从而得到系统的发送估计值。经仿真和复杂度分析，改进算法的性能优于ZF算法，接近ML算法且复杂度低于ML算法。实施例一本实施例提供一种多输入多输出检测方法，应用于包括用于发送发射信号的多输入多输出发射机11和用于接收接收信号的多输入多输出接收机12的通信系统，即多输入多输出通信系统1中，如图1显示多输入多输出通信系统原理结构示意图，所述多输入多输出发射机具有L层用于传输发射信号序列为S＝[s1,s2,…,sL]T的发射信号的传输层，具有NT个发射天线，所述多输入多输出接收机具有NR个接收天线，发射信号集接收信号集请参阅图2，显示为多输入多输出检测方法流程示意图。如图2所示，所述多输入多输出检测方法包括以下步骤：S1，基于NT个发射天线和NR个接收天线，创建一传输信道矩阵H＝[h1,h2,…,hL]。在本实施例中，步骤S1还包括创建一接收信号集向量表达模型。所述接收信号集的向量表达式为：R＝HS+N＝HWX+N；其中，R为接收信号集，H为传输信道矩阵，W为每层传输层发射信号序列到发射信号的映射矩阵，N为NR个接收天线中每一接收天线的噪声方差。所述接收信号集的向量表达式的矩阵形式表示为：r1r2...rNR=h11h12...h1lh21h22...h2l............hNR1hNR2...hNRl×x1x2...xl+n1n2...nNR]]>公式(1)传输信道矩阵H中每一元素表示为hjk，hjk为第k根发射天线到第j根接收天线的传输信道。S2，根据预设数字调制方式固定第i层传输层中的一个发射信号xi，其取值在根据预设数字调制方式确定的星座点中选取一个星座点；其中，i大于等于1为小于等于L的整数。所述预设数字调制方式包括ASK、PSK、FSK、QAM、MSK、GMSK、或OFDM。本实施例中，所述预设数字调制方式选取PSK中的QPSK，这样，该层发射信号的星座点为22+i22,22-i22,-22+i22,-22-i22.]]>S3，将所述发射信号xi从发射信号集中移除，更新发射信号集，形成发射信号更新集同时从所述传输信道矩阵H中移除所述第i层传输层对应的传输信道列hi形成传输信道更新矩阵H-i＝[h1,h2,…hi-1,hi+1,…,hL]。在本步骤中还包括更新接收信号集向量表达模型。将公式(1)根据和H-i＝[h1,h2,…hi-1,hi+1,…,hL]，并更新接收信号集形成接收信号更新集R-i。r1r2...rNR-h1ih2i...hNRi×xi=h11...h1,i-1h1,i+1...h1NTh21...h2,i-1h2,i+1...h2NT..................hNR1...hNR,i-1hNR,i+1...hNRl×x1x2...xl+n1n2...nNR]]>公式(2)令R-i=r1r2..rNR-h1ih2i...hNRi×xi]]>更新后的所述接收信号集的向量表达式的矩阵形式表示为：R-i＝H-i×X-i+n公式(3)S4，对更新的矩阵和更新集采用预存的排序QR分解(SQRD)算法获取发射信号更新集中每一发射信号的似然概率，通过硬判得到每一发射信号的星座点位置，并将X-i与xi合并得到针对xi已选取的星座点下的一组判决。在本步骤中，将X-i与xi组合，形成完整的一列发射信号的取值组合。从而获得一种发射信号的情况。S5，返回步骤S2，直至第i层传输层上所有可能的发射信号都选取完毕。直至L层传输层都执行以上步骤为止。S6，当L层传输层都执行以上步骤时，会获取判决发射信号集，从该判决发射信号集中找出满足最大似然标准，即计算符合最大似然标准的发射信号。在本实施例中，所述最大似然表情的实现方式为：argmin{||r-H×x||2}公式(4)在本步骤中，按照逐比特的0/1取值进行分类，找出每类组合下相对于接收信号向量的欧式距离中最小欧式距离，选取最佳的发射信号集。本实施例所述的多输入多输出检测方法检测性能优于SQR、ZR检测算法，且复杂度比现有检测算法的复杂度低，并且提高了MIMO通信系统的通信速率。实施例二本实施例提高一种多输入多输出检测系统2，应用于包括用于发送发射信号的多输入多输出发射机和用于接收接收信号的多输入多输出接收机的通信系统，所述多输入多输出发射机具有L层用于传输发射信号序列为S＝[s1,s2,…,sL]T的发射信号的传输层，具有NT个发射天线，所述多输入多输出接收机具有NR个接收天线，发射信号集接收 信号集请参阅图3，显示为多输入多输出检测系统原理结构示意图。如图3所示，所述多输入多输出检测系统包括：创建模块21、星座初始确定模块22、第一选取模块23、移除模块24、更新模块25、处理模块26、循环调用模块27、计算模块28、及第二选取模块29。所述创建模块21用于基于NT个发射天线和NR个接收天线，创建一传输信道矩阵H＝[h1,h2,…,hL]。在本实施例中，步骤S1还包括创建一接收信号集向量表达模型。所述接收信号集的向量表达式为：R＝HS+N＝HWX+N；其中，R为接收信号集，H为传输信道矩阵，W为每层传输层发射信号序列到发射信号的映射矩阵，N为NR个接收天线中每一接收天线的噪声方差。所述接收信号集的向量表达式的矩阵形式表示为：r1r2...rNR=h11h12...h1lh21h22...h2l............hNR1hNR2...hNRl×x1x2...xl+n1n2...nNR]]>公式(1)传输信道矩阵H中每一元素表示为hjk，hjk为第k根发射天线到第j根接收天线的传输信道。与所述创建模块21连接的星座初始确定模块22用于根据预设数字调制方式固定第i层传输层中的一个发射信号，并确定该层发射信号的星座点位置；其中，i大于等于1为小于等于L的整数。所述预设数字调制方式包括ASK、PSK、FSK、QAM、MSK、GMSK、或OFDM。本实施例中，所述预设数字调制方式选取PSK中的QPSK，这样，该层发射信号的星座点位置为22+i22,22-i22,-22+i22,-22-i22.]]>与所述星座初始确定模块22连接的选取模块23用于从发射信号xi取值在根据预设数字调制方式确定的星座点中选取一个星座点。与所述选取模块23连接的移除模块24用于将所述发射信号xi从发射信号集中移除，更新发射信号集，形成发射信号更新集同时从所述传输信道矩阵H中移除所述第i层传输层对应的传输信道列hi形成传输信道更新矩阵H-i＝[h1,h2,…hi-1,hi+1,…,hL]。与所述移除模块24连接的更新模块25用于更新接收信号集向量表达模型，及更新接收信号集形成接收信号更新集R-i。将公式(1)根据和H-i＝[h1,h2,…hi-1,hi+1,…,hL]r1r2...rNR-h1ih2i...hNRi×xi=h11...h1,i-1h1,i+1...h1NTh21...h2,i-1h2,i+1...h2NT..................hNR1...hNR,i-1hNR,i+1...hNRl×x1x2...xl+n1n2...nNR]]>公式(2)令R-i=r1r2..rNR-h1ih2i...hNRi×xi]]>更新后的所述接收信号集的向量表达式的矩阵形式表示为：R-i＝H-i×X-i+n公式(3)与所述移除模块24和更新模块25连接的处理模块26用于对更新的矩阵和更新集采用预存的排序QR分解(SQRD)算法获取中每一发射信号的似然概率，通过硬判得到每一发射信号的星座点位置，并将X-i与xi合并得到针对xi已选取的星座点下的一组判决。在本步骤中，将X-i与xi组合，形成完整的一列发射信号的取值组合。从而获得一种发射信号的情况。与所述创建模块21、星座初始确定模块22、选取模块23、移除模块24、更新模块25、处理模块26连接的所述循环调用模块27用于对该层上所有发射信号、及对所有传输层循环调用以上所有模块以获取判决发射信号集。与所述循环调用模块27连接的计算模块28用于在所述循环调用模块27执行完L层传输层上执行完以上所有模块的所有功能时，获取判决发射信号集，从所述判决发射信号集中计算符合最大似然标准的发射信号，即计算符合最大似然标准的发射信号。在本实施例中，所述最大似然表情的实现方式为：argmin{||r-H×x||2}公式(4)所述计算模块28按照逐比特的0/1取值进行分类，找出每类组合下相对于接收信号向量的欧式距离中最小欧式距离，令所述第二选取模块29选取最佳的发射信号。本发明所述的多输入多输出检测方法及系统检测性能优于SQR、ZR检测算法，且复杂度比现有检测算法的复杂度低，并且提高了MIMO通信系统的通信速率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页1 2 3