重排序子块解码的制作方法

本发明一般涉及数字通信，特别地涉及用于解码数据信号的方法和设备。

背景技术：

在过去几十年中，为了满足在服务和应用方面日益增加的需求，已知通信系统的设计具有相当大的演进。越来越多的用户和所连接的机器要求构思能够以较高容量提供实时服务的越来越可靠的通信平台和设备。

多输入多输出(mimo)技术已经证明其是满足这种目标的潜在候选。它们对当今可用的大多数现行通信系统的设计做出了重要贡献。mimo技术例如已经被并入到若干标准中，例如，无线lan(wimaxieee802.16)和蜂窝移动网络(3g和4g)。

mimo技术将其成功归功于通过利用空间和时间维度在多个天线上并在多个时隙期间通信数据而增加数据传输速率的能力。空间-时间编码技术用于发送器设备，以编码携带原始数据的信息符号流。空间-时间解码技术实现在接收器设备中，其观察mimo信道的输出以估计由一个或多个发送器设备传输的原始数据。

空间-时间编码和解码技术可以实现于无线单用户mimo系统中，其容纳与一个多天线接收器设备通信的一个多天线发送器设备。在这种场景中，mimo系统的多个输入源自同一发送器设备，并且在单个接收器设备处接收多个输出。

空间-时间编码和解码技术可以用于无线多用户mimo系统中，其容纳装备有一个或多个天线并彼此通信的一组用户。这种通信系统还被称作“分布式mimo”，因为多个输入分布在不同用户的空间中。蜂窝上行链路通信是分布式mimo信道的例子。不同的用户设备可以与装备有多个天线的基站通信，该不同的用户设备使用分别具有属于同一覆盖小区的一个或多个天线。

空间-时间编码和解码技术可以用于光纤通信系统中。例如，可以利用光波的电场的两个偏振状态或多模式光纤的不同传播模式来编码和解码携带二进制数据序列的已调信号。这种光学mimo系统已经被识别为用于在长距离上在光纤链路中提供高传输速率的有前途的方案。示例性应用包括偏振多址接入系统(pmd)和模式划分多址接入系统(mdm)。

空间-时间编码和解码技术可以与使用大量正交副载波的多载波技术组合使用。示例性应用包括ofdm和滤波器组多载波(fbmc)系统。ofdm调制格式用于抵抗(combat)频率选择信道、干扰和时延。fbmc系统可以例如用于动态访问频谱管理和认知无线电应用。

空间-时间编码和解码技术还可以与存在若干发送器的多址技术组合使用。多址技术用于管理在同一通信系统中通信的不同用户之间对诸如带宽的共享资源的访问。示例性多址技术是例如用于无线电通信系统(例如，3g标准)中的码分多址(cdma)以及例如用于光学通信系统中的波分多址(wdma)。

由于无线介质的多路径和叠加属性并且由于光纤传播环境的散布和多重反射，起源于多个输入的信息符号在接收器设备处混合。接收到的信号或mimo信道输出表示在不同时隙期间以及在不同副载波上利用一个或多个天线由一个或多个用户发送的不同信息符号的一组多线性组合。不同信息符号的叠加导致在每个线性组合中的符号间干扰。

mimo系统中的接收器设备实现空间-时间解码器，用于根据接收到的信号和信道状态矩阵估计由一个或多个发送器设备传输的原始数据。其对接收到的信息符号的向量与可能的发送符号进行比较。取决于所要求的性能水平和接收器设备的处理能力，可以使用若干解码规则。用于均匀分布的信息符号的最优解码规则被已知为最大似然(ml)解码。其导致解码错误的最小概率。ml解码器支持最接近接收到的信号的信息符号的向量而做决定。到接收到的信号的最近向量表示相对接收到的信号具有最小欧几里得距离的向量。

可以以多种方式实现ml解码器。基于穷尽搜索的实现方式要求密集的处理和存储能力，这可能超出了可用的能力。替代的ml顺序解码方案可以用于提供最优性能，同时采用比基于穷尽搜索的方法更少的计算和存储资源。

顺序解码器基于信道状态矩阵的qr分解并在解码树中执行树搜索，以解决ml解码问题。解码树包括多个节点、水平、分支和路径。节点对应于信息符号的不同可能值。

存在若干ml顺序解码器，并通过根据树搜索策略将所述解码器划分为三个族。顺序解码器可以基于深度优先策略，例如如下公开的：

-“e.viterboandj.boutros.auniversallatticecodedecoderforfadingchannels.ieeetransactionsoninformationtheory,45(5):1639–1642,july1999.”

宽度优先树搜索策略可以用于堆栈解码器中，例如如下公开的：

“r.fano.aheuristicdiscussionofprobabilisticdecoding.ieeetransactionsoninformationtheory,9(2):64-74,1963.”

其它顺序解码器可以基于最佳优先策略，如sb堆栈解码器，例如在如下所公开的“g.r.ben-othman,r.ouertani,anda.salah.thesphericalboundstackdecoder.inproceedingsofinternationalconferenceonwirelessandmobilecomputing,pages322–327,october2008.”。

空间-时间(st)解码器一般可以被分类为联合、单流或子块解码器，这取决于构成原始信息符号的向量的不同流是否分别是被联合、单独或在子向量组中检测到的。联合解码器提供最优性能，但要求高的计算复杂性，其根据星座的尺寸和部署的天线的数量而增加。星座的尺寸一般影响在每个级别要访问的节点的数量。部署的天线的数量一般影响在解码树中级别的数量。

使用单流解码器，可以单独解码各种信息符号。单流解码器可以依赖于线性解码方案。在线性解码方案中，解码器首先创建无干扰数据流以去耦合不同的信息符号，然后分别传送每个符号的估计。因此，对于给定信息符号的决策独立于剩余的估计符号。通过利用过滤矩阵投影信道输出来实现第一步骤中的干扰消除。迫零(zf)和最小均方差(mmse)检测器是线性单流解码器的例子。替代地，单流解码器可以根据非线性解码方案进行操作，信息符号被单独估计。然而，与线性解码器不同，给定符号的估计受到使用非线性解码器的先前估计的符号的影响。迫零-决策反馈均衡器(zf-dfe)解码器是非线性单流解码器的例子。其已知为串行干扰消除(sic)方案。使用信道状态矩阵的qr分解来根据先前估计出的符号递归地确定每个单个符号的估计。然后递归地消除符号间干扰，通过即将来临的估计传播给定符号上的任意解码误差，由此感应性能退化。线性和非线性单流解码器要求低解码复杂性，但是提供有限的性能。可以在使用这种方法进行解码之前应用预处理技术(例如，格基约简(latticereduction)和mmse-gdfe预处理)，以获得更好的性能。

使用子块解码器，信息符号的向量被划分为多个子向量，并且单独解码每个子向量。根据传输信道代表性矩阵的子块划分来执行信息符号的子向量划分。

特定的子块解码器应用组合的ml和dfe解码方案，用于使用数据流的空间复用的无线mimo系统，如在以下公开的：“won-joonchoi,r.negi,andj.m.cioffi.combinedmlanddfedecodingforthev-blastsystem.ieeeinternationalconferenceoncommunications.volume3,pages1243-1248,2000.”。因此，长度为n的信息符号的向量被划分为长度分别为p和n-p的两个子向量。在第一解码阶段，使用ml解码器估计包括p个信息符号的子向量。使用这些估计出的符号，接收器使用决策反馈均衡来递归地执行符号间干扰消除，以确定构成信息符号的第二子向量的剩余n-p个符号的估计。这种2块解码方案允许实现比zf-dfe解码更好的性能。

还针对利用线性空间-时间块代码(stbc)的空间-时间编码mimo系统提出了其它子块解码方案。已经考虑了特定类别的低复杂性ml可解码stbc，例如多组可解码代码族，其公开于：

-“d.n.dao,c.yuen,c.tellambura,y.l.guan,andt.t.tjhung.four-groupdecodablespace-timeblockcodes.ieeetransactionsonsignalprocessing,56(1):424–430,january2008.”

包括快速可解码代码的其它类别的低复杂性ml可解码stbc公开于：

-“e.biglieri,y.hong,ande.viterbo.onfast-decodablespace-timeblockcodes.inieeeinternationalzurichseminaroncommunications,pages116–119,march2008.”

包括快速组可解码代码的其它类别的低复杂性ml可解码stbc公开于：

-“t.p.ren,y.l.guan,c.yuen,andr.j.shen.fast-group-decodablespace-timeblockcode.inproceedingsofieeeinformationtheoryworkshop,pages1–5,january2010.”

在属于这些代码族之一的stbc中的子块解码可以使用信道状态矩阵的qr分解来有利地执行。等效传输信道矩阵的零结构允许信息符号的各种子向量的递归解码，其中降低了复杂性，而没有牺牲解码误差性能。特别地，可以单独地估计符号的一些子向量，同时允许更快且较低复杂性的解码。

解码信息符号的次序可能影响st解码器的性能和/或解码复杂性，本质上基于信道状态矩阵的qr分解的解码技术。

例如，可以实现在顺序解码之前对不同信息符号进行排序，以加速树搜索的阶段，并因此减少发现ml方案所需的计算复杂性。

使用zf-dfe的特定单流检测器实现在解码之前对信息符号的排序，以减少符号间干扰的影响并增强zf-dfe解码的性能。

已经为ml顺序和单流解码器提出了符号解码排序的一些例子(例如，v-blast和h范数排序)。v-blast排序公开于：“g.j.foschini.layeredspace-timearchitectureforwirelesscommunicationinafadingenvironmentwhenusingmulti-elementantennas.belllabstech.j.volume1,pages41-59.1996”，其被识别为zf-dfe解码的最优排序。因此，根据信噪比(snr)以递减次序组织符号解码次序，使得第一检测符号与最高snr相关联。h范数排序公开于：“m.-o.damen,h.el-gamal,andg.caire.onmaximum-likelihooddecodingandthesearchfortheclosestlatticepoint.informationtheory,ieeetransactionson,49(10):2389-2402,oct2003”。其包括根据如下对信息符号进行分类：依据其欧几里得范数的递增次序对信道状态矩阵的列向量进行排序。

为了改变符号解码次序，一般改变信道状态矩阵的列的排序。在特定解码器中，利用置换矩阵执行信道状态矩阵的列的排序，以实现列的期望排序。

根据符号相关排序标准，现有的符号解码排序技术执行符号排序。这种技术会要求密集的计算复杂性，以发现满足期望排序标准的置换矩阵。它们的实际实现方式可能是不可能的，尤其是当存在高数量的发送和/或接收天线时。此外，现有的排序技术可能不可应用于子块解码器。

技术实现要素：

为了解决这些和其它问题，提供了一种用于根据接收到的信号和信道状态矩阵对通过通信系统中的传输信道接收到的信息符号的向量进行解码的解码器。所述信息符号从携带一组信息比特的给定一组值中进行选择。所述解码器包括：

-划分单元，其配置为根据将信息符号的向量划分为多个子向量，将所述信道状态矩阵划分为列向量的多个子块；

-置换单元，其配置为通过置换列向量的划分的子块来确定一组置换的信道状态矩阵；所述置换单元还配置为根据选择标准在确定出的一组置换的信道状态矩阵中选择至少一个置换的信道状态矩阵；

-子块解码单元，其配置为根据接收到的信号和选定的至少一个置换的信道状态矩阵，确定转换的信号；并根据所述转换的信号通过应用解码算法的至少一次迭代来确定信息符号的每个子向量的至少一个估计；

所述解码器还可以配置为根据信息符号的每个子向量的确定出的至少一个估计，确定传输的信息符号的向量的至少一个估计。

在一个实施例中，所述置换单元还可以配置为通过对一组置换的信道状态矩阵中的每个置换的信号状态矩阵执行qr分解，根据所述每个置换的信道状态矩阵来确定上三角矩阵和正交矩阵。所述置换单元还可以包括将根据每个置换的信道状态矩阵确定出的每个上三角矩阵划分为上三角子矩阵和矩形子矩阵。

在一个实施例中，用于选择至少一个置换的信道状态矩阵的选择标准因此可以与通过置换的信道矩阵的qr分解获得的确定出的上三角子矩阵和/或矩形子矩阵相关。特别地，可以从包括以下的组中选择选择度量：矩形子矩阵的零分量的数量、所述上三角子矩阵的对角分量、与所述上三角子矩阵相关联的信噪比、以及所述上三角子矩阵和/或所述矩形子矩阵的条件数。

在一个实施例中，划分单元可以配置为取决于至少一个子块解码参数来划分所述信道状态矩阵。所述至少一个子块解码参数可以选自包括以下的组中：子块的预定义数量、一组子块长度、以及预定义的一组解码算法。

在一个实施例中，可以将信道状态矩阵的列向量的划分的子块的数量设置为等于子块的数量。

在一个实施例中，所述置换的信道状态矩阵的数量可以小于或等于子块的数量。

在一个实施例中，子块解码单元可以配置为使用类似或不同的解码算法确定信息符号的子向量的估计。解码算法可以选自包括以下的组中：顺序解码算法、zf解码算法、zf-dfe解码算法以及mmse解码算法。

在特定实施例中，子块解码单元还可以配置为对选定的至少一个置换的信道状态矩阵执行格基约简和/或mmse-gdfe预处理。

在特定实施例中，子块解码单元可以配置为确定信息符号的每个子向量的多个估计，用于输送关于由所述信息符号携带的一组信息比特的软输出决策。

本发明还提供一种用于接收并解码传输的信息符号的向量的接收器。所述接收器包括根据用于对信息符号的向量进行解码的前述特征中的任意一个的解码器。

在本发明在无线多输入多输出通信系统中的一个应用中，提供了能够接收数据的无线设备。所述无线设备包括根据前述任意实施例用于接收和解码传输的信息符号的向量的接收器。

在本发明在光学多输入多输出通信系统中的一个应用中，提供一种能够接收数据的光学设备。所述光学设备包括根据前述任一实施例所述的用于接收和解码传输的信息符号的向量的接收器。

还提供了一种对由通过通信系统中的传输信道接收到的信息符号的向量表示的信号进行解码的方法。所述传输信道由信道状态矩阵表示。所述信息符号从给定的一组值中进行选择并携带一组信息比特，所述方法包括：

-根据将传输的信息符号的向量划分为多个子向量，将信道状态矩阵划分为列向量的多个子块；

-通过置换列向量的划分的子块来确定一组置换的信道状态矩阵，并且根据选择标准在所述一组置换的信道状态矩阵中选择至少一个置换的信道状态矩阵；

-根据接收到的信号和所述至少一个置换的信道状态矩阵，确定转换的信号；并根据所述转换的信号通过应用解码算法的至少一次迭代来确定信息符号的每个子向量的至少一个估计；

所述方法包括根据信息符号的每个子向量的至少一个估计，确定传输的信息符号的向量的至少一个估计。

所述方法还包括：通过在一组置换的信道矩阵中执行对每个置换的信号状态矩阵的qr分解，根据每个置换的信道状态矩阵来确定上三角矩阵和正交矩阵，以及将每个上三角矩阵划分为上三角子矩阵和矩形子矩阵。

在一个实施例中，选择标准可以依赖于与确定出的上三角子矩阵和/或矩形子矩阵相关的选择度量。

在特定实施例中，所述选择度量选自包括以下的组中：所述矩形子矩阵的零分量的数量、所述上三角子矩阵的对角分量、与所述上三角子矩阵相关联的信噪比、以及所述上三角子矩阵和/或所述矩形子矩阵的条件数。

还提供了一种对由通过通信系统中的传输信道接收到的信息符号的向量表示的信号进行解码的计算机程序产品。所述传输信道由信道状态矩阵表示。所述信息符号从给定的一组值中间选择并且携带一组信息比特，所述计算机程序产品包括：非暂态计算机可读存储介质；以及存储于所述非暂态计算机可读存储介质上的指令，当被处理器执行时，所述指令使得处理器用于：

-根据将传输的信息符号的向量划分为多个子向量，将信道状态矩阵划分为列向量的多个子块；

-通过置换列向量的划分的子块来确定一组置换的信道状态矩阵，并且根据选择标准在所述一组置换的信道状态矩阵中选择至少一个置换的信道状态矩阵；

-根据接收到的信号和选定的至少一个置换的信道状态矩阵，确定转换的信号；并根据所述转换的信号通过应用解码算法的至少一次迭代来确定信息符号的每个子向量的至少一个估计；

还使得所述处理器根据信息符号的每个子向量的确定出的至少一个估计，确定传输的信息符号的向量的至少一个估计。

有利地，本发明的各个实施例允许优化信息符号的子向量的排序，使得能够减少错误传播并因此利用子块解码器减少解码错误概率。

有利地，在本发明在无线多用户mimo系统中的一个应用中，本发明的各种实施例允许改善起源于不同用户的传输的信息符号的子向量的解码次序。结果，可以增强通信系统的整体容量，并可以减少总共的错误概率。

有利地，在组合ofdm或fbmc调制格式的本发明的一个应用中，本发明的各种实施例允许改善通过不同副载波传输的信息符号的子向量的次序，能够有效地使用频谱带。

有利地，在本发明在光学通信系统中的一个应用中，本发明的各种实施例允许改善通过在多模式光纤中的不同模式上传播的信息符号的子向量的解码次序，使得能够考虑光学传输信道的损伤而实行适应性低复杂性和低错误概率解码。

在检查附图和详细描述时，本领域技术人员将理解本发明的其它优点。意欲在本文中并入任意额外的优点。

附图说明

附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，它们示出了本发明的各种实施例，并且，与上面给出的本发明的一般描述以及下面给出的优选实施例的详细描述一起，用于解释本发明的实施例：

图1是在无线单用户mimo系统中空间-时间解码器的实现方式的示意图；

图2是示出根据本发明的示例性实施例的空间-时间解码器的详细结构的框图；

图3是示出根据本发明特定实施例的置换生成器单元的详细结构的框图；

图4是示出根据本发明示例性实施例的子块解码设备的详细结构的框图；

图5是描绘根据本发明示例性实施例的子块解码的方法的流程图；

图6示出了根据本发明特定实施例的空间-时间解码器的硬件架构；以及

图7是示出根据本发明的一些实施例使用子块解码设备获得的误比特率性能的图。

具体实施方式

本发明的实施例提供用于以最优解码次序对通过在通信系统中的通信信道接收到的信息符号的向量进行解码的方法、设备和计算机程序产品。本发明的实施例基于将信息符号的向量划分成多个子向量，以及将表示传输信道的信道状态矩阵对应划分成列向量的多个子块。通过确定从列向量的子块的置换导出的置换的信道状态矩阵，以及利用置换的信道状态矩阵对接收到的信号进行转换，来实现最优解码次序。根据转换的信号的划分来确定信息符号的子向量，并且计算信息符号的每个子向量的至少一个估计。因此可以根据对信息符号的不同子向量的估计，确定传输的信号的估计。

可以在通信系统中实现根据本发明各种实施例的方法、设备和计算机程序，所述通信系统包括用于发送多个信息符号的至少一个发送器设备(在后文也被称作“发送器”)，以及用于接收并解码由一个或多个发送器设备发送的信息符号的至少一个接收器设备(在后文也被称作“接收器”)。

发送器设备可以装备有一个或多个发送天线，并且接收器设备可以装备有一个或多个接收天线。

通信系统可以是无线单用户mimo系统，其中无线多天线发送器设备与无线多天线接收器设备通信表示输入数据的信息符号流，所述接收器设备配置为对由发送器传输的符号进行解码。

通信系统可以是无线多用户mimo系统，其中多个无线发送器设备和接收器设备彼此通信。在这种情况下，通信系统可以使用任意多址技术，例如，时分多址(tdma)、空分多址(sdma)、cdma或频分多址(fdma)

通信系统可以是基于光纤的通信系统。接收到的信号可以因此对应于通过光纤的不同偏振状态传输或通过多模式光纤的不同模式传播的信息符号。另外，诸如wdma的多址技术可以用于这种光学通信系统中。

通信信道可以是任意的线性加性高斯白噪声(awgn)信道或使用单载波或多载波调制格式(例如，ofdm和fbmc)的多路径信道。

在本发明的优选应用中，可以减少对通过无线单用户mimo系统传输的信号进行子块解码的复杂性，而不牺牲错误性能。子块解码方法和设备的示例性应用包括但不限于：在能够以无线标准实现的配置中的mimo解码，所述无线标准例如是wifi(ieee802.11n)、蜂窝wimax(ieee802.16e)、协作wimax(ieee802.16j)、长期演进(lte)、高级lte和5g进行中的标准。

仅出于说明的目的，下面的描述将参照无线单用户mimo系统进行，所述系统包括装备有nt≥1个发送天线的发送器设备和装备有nr≥1个的接收天线的用于对由发送器发送的信息符号进行解码的接收器设备。然而，本领域技术人员将容易地理解本发明的各种实施例应用于其它通信系统中，例如，分布式mimo系统和光学mimo系统。一般而言，本发明可以集成于以在接收器设备处的信道输出的晶格表示为特征的任意通信系统中。

参考图1，示出了实现本发明实施例的示例性无线通信系统100。mimo系统可以包括发送器，其实现空间时间块码(stbc)，以分布通过时间和空间维度调制的符号。根据无线通信系统100，站的每个发送器10可以与另一站的接收器11交换数据。

mimo系统可以呈现对称配置。如本文使用的，对称配置指的是发送器和接收器装备有相同数量的天线nt＝nr的情况的配置。替代地，mimo配置可以是非对称的，在该情况下，接收天线的数量nr不同于发送天线的数量nt。特别地，为了避免等级不足问题，接收天线的数量nr大于发送器处天线的数量nt。

发送器10可以通过有噪声的无线mimo信道将信号传输到接收器11。可以在能够在无线环境中操作的不同设备或系统中实现发送器10，例如在用户设备或移动站中。发送器可以是固定的或移动的。发送器10可以包括例如：

信道编码器101，其实现前向纠错(fec)码，例如块码或卷积码；

调制器103，其实现调制方案，例如输送已调符号向量sc的正交幅度调制(qam)；

用于输送码字矩阵x的空间-时间编码器105；

nt个发送天线107，每个发送天线与ofdm或fbmc调制器相关联。

发送器10可以配置为利用例如实现卷积代码的fec编码器101对接收到作为数据输入的信息比特流进行编码。然后利用调制器103将编码的二进制信号调制为符号向量sc。可以实现不同的调制方案，例如，具有2^q个符号或状态的2^q-qam或2^q–psk。已调的向量sc可以是复值向量，其包括k个复值符号s1、s2、…、sk，其中每符号q比特。

信息符号sj具有平均功率es，并可以写为以下形式：

sj＝re(sj)+iim(sj)(1)

在等式(1)中，i表示复数，从而i²＝-1，并且re(.)和im(.)算子分别输出输入值的实部和虚部。

当使用例如2^q-qam的调制格式时，2^q个符号或状态表示整数域的子集。对应的星座包括2^q个点，其表示不同的状态或符号。另外，在平方调制的情况下，信息符号的实部和虚部属于同一有限字母表a＝[-(q-1),(q-1)]。调制方案的最小距离dmin表示在星座中两个相邻点之间的欧几里得距离，并其在这种例子中等于2。

空间-时间编码器105可以用于根据编码的符号生成码字矩阵x。空间-时间编码器105可以使用长度为t的线性stbc，并可以输送维度为nt×t的码字矩阵x，其属于码本c，并在t个时隙上被发送。这种代码的编码率等于每信道使用个复数符号，在该情况中k是构成维度为k的向量sc＝[s1，s2，...，sk]^t的编码的复值符号的数量。当使用全速率代码时，空间-时间编码器105编码κ＝ntt个复值符号。stbc的例子是完全码。完全码通过编码(t＝nt)个复信息符号来提供全编码率并满足非零行列式性质。

通过在不同的发送天线上多路复用接收到的复值信息符号，而不在时间维度中执行编码，空间-时间编码器105可以使用空间多路复用方案，已知为vblast方案。

利用多载波调制技术，例如使用ofdm或fbmc调制器，可以将这样构造的码字从时域转换到频域，并扩展到发送天线107。可选地在滤波、频率转换和放大之后，从发送天线107发送信号。

接收器11可以配置为接收和解码由发送器10在无线网络中通过经受衰减和干扰并且由复值信道矩阵hc表示的通信信道(也称作“通信信道”)通信的信号。另外，通信信道会是有噪声的，例如受到高斯噪声的影响。

接收器11可以集成到基站中，例如蜂窝网络中的节点b、局域网或自组织网络中的接入点、或在无线环境中操作的任意其它接口设备。接收器11可以是固定的或移动的。在一个示例性实施例中，接收器11可以包括：

空间-时间解码器111，其配置为从信道矩阵hc和信道输出信号yc输送已调符号向量sc的估计

解调器113，其配置为通过执行估计的符号向量的解调来生成二进制序列；

信道解码器115，其配置为输送二进制信号作为输出，所述二进制信号例如是使用viterbi算法的发送比特的估计。

接收器11实现在发送器10中执行的过程的逆过程。因此，如果在发送器处使用单载波调制而不是多载波调制，则可以通过对应的单载波解调器来替代nr个ofdm或fbmc解调器。

参考图2，示出了根据本发明特定实施例的递归子块解码中的空间-时间解码器111的结构。因此，空间-时间解码器111可以包括复数到实数转换器201，其配置为将复值信道矩阵hc转换为实值等效信道状态矩阵h，并将复值信道输出yc转换为实值向量y。空间-时间解码器111可以包括划分单元202，其配置为根据将信息符号的向量划分为n个子向量而将实值信道状态矩阵h划分为列向量的n个子块，从而h＝[h⁽¹⁾|h⁽²⁾|...|h⁽ⁿ⁾]并且s＝[s⁽¹⁾，s⁽²⁾，...，s⁽ⁿ⁾]^t，在该例子中信息符号的向量具有实值。空间-时间解码器111还包括置换单元203，其配置为根据一个或多个选择标准，从一组置换信道矩阵中确定置换矩阵popt和对应的选择的置换信道状态矩阵hopt。选择标准可以与中间计算出的上三角矩阵相关，所述上三角矩阵是根据来自所述一组置换信道矩阵的每一个置换信道矩阵的qr分解而确定的。空间-时间解码器111还可以包括乘法单元205，用于通过转置从选定的置换信道状态矩阵的qr分解获得的矩阵q，经由缩放实值信号y来确定信号空间-时间解码器110可以包括子块解码单元207，其配置为输送构成信息向量的置换向量的信息符号的实部和虚部的估计。空间-时间解码器111还可以包括处理单元209，其配置为通过对向量应用置换和实数到复数转换，输送复值发送的信息符号的估计转换操作是在复数到实数转换器201处执行的过程的逆。

即使不限于这种应用，本发明在递归子块解码应用中也具有特定优点。仅为了说明的目的，后续描述将参考递归子块解码的应用进行。

图3是表示根据用于执行递归子块解码的特定实施例的置换单元203的结构的框图。

置换单元203还可以包括置换生成单元303，其配置为确定多个排序πq和对应的置换矩阵pq，其中q＝1，...，n！，且n是子块的预定义数量。在本发明的优选实施例中，一组置换的信道状态矩阵hq包括至少两个置换的信道状态矩阵。如这里使用的，置换的信道状态矩阵hq指的是利用对应的排序πq从信道状态矩阵h的列的置换得到的矩阵。可以将因此确定出的置换矩阵馈送到qr分解器307。

qr分解器307可以配置为执行每个置换信道状态矩阵hq的qr分解，从而hq＝qqrq，其中qq是正交矩阵且rq是上三角矩阵。

置换单元203还可以包括矩阵划分单元309，其配置为对于q＝1，...，n！将上三角矩阵rq划分为个子矩阵，其包括n个上三角子矩阵和个矩形子矩阵置换单元203还可以包括矩阵选择单元311，其配置为在计算出的置换信道状态矩阵中根据选择标准c选择一个置换信道矩阵hopt及其对应的上三角矩阵r、正交矩阵q、排序πopt和置换矩阵popt。

图4是表示根据特定实施例的子块解码单元207的结构的框图。子块解码单元207可以包括分解单元401，其配置为：

将向量sper和q^ty分别划分为子向量s^(k)和其中k＝1,…,n，且索引k的子向量具有长度lk，以及

取回选定的上三角矩阵r的上三角子矩阵r^(k)和矩形子矩阵b^(kj)，k＝1，...，n，j＝k+1，...，n

这些划分出的子矩阵可以在先前存储于存储器中。

使用子向量s^(k)和以及分解的子矩阵r^(k)和b^(kj)，可以定义一组子块(sb)k。对于每个索引k＝1,…,n-1，可以将子块(sb)k定义为对于k＝n，由给出对应的子块。

子块解码单元207还可以包括n个符号估计单元403和n-1个连续干扰抵消单元405。子块解码单元207还可以包括sic单元405，其与子块(sb)k相关联并配置为计算向量符号估计单元403可以与每个子块(sb)k相关联，以使用算法d^(k)确定估计子块解码单元207还可以包括串行转换器407，其配置为通过聚集n个符号估计单元的输出来确定实值向量

本领域技术人员可以容易地理解，本发明不限于为每个子块使用估计单元403。替代地，唯一的符号估计单元403或一组符号估计单元403(该组包括比子块总数少的单元)可以用于确定每个子块的估计.

在本发明到无线rayleigh衰减多天线系统的应用中，所述rayleigh衰减多天线系统用于使用v-blast空间复用方案和2^q-qam调制来解码信号，所述信号从装备有nt个发送天线的发送器发送到装备有nr个接收天线的接收器，其中nr≥nt，接收到的复值信号可以写为如下形式：

yc＝hcsc+wc(2)

在等式(2)中，yc是nr维向量，sc表示维度为nt的发送信息符号的复值向量。复值nr×nt矩阵hc表示包括衰减增益的信道状态矩阵。在rayleigh衰减信道中，信道状态矩阵hc的条目是独立相同分布(i.i.d.)的复高斯类型。信道矩阵可以是已知的或者在接收器处利用估计技术在相干传输中估计的。除了多路径衰减效果外，传输信道还可以是有噪声的。噪声可以由系统部件的热噪声、用户间干扰和天线拦截的干扰辐射造成。可以通过在等式(2)中通过nr维复值向量wc建模的每实值维度方差σ²的零均值加性高速白噪声对总噪声进行建模。

在本发明到编码系统的另一实施例中，所述编码系统使用线性stbc来对包括k个复值符号的调制的符号向量sc进行编码，接收到的信号是nr×t矩阵yc，其写作如下复值形式：

yc＝hcx+wc(3)

在这种实施例中，由每实部和虚部的方差σ²的高斯i.i.d.零均值条目的nr×t复值矩阵wc表示噪声。

给定信道输出，接收器可以试图生成信息符号的原始向量的估计。

图5是描绘根据特定实施例并根据递归子块解码应用的解码方法的流程图。

在步骤501中，可以执行复数到实数转换，以确定接收到的信号的实值形式。

例如，在使用空间多路复用方案的一个实施例中，等式(2)中的系统可以转换为：

在等式(4)中的re(.)和im(.)算子指定构成基本向量或矩阵的每个元素的实部和虚部。

等式(4)可以写为以下晶格表示形式：

y＝hs+w(5)

替代地，在使用长度为t的线性空间-时间块码并且对k个符号进行编码的一个实施例中，可以在等式(5)的晶格表示形式中写出信道输出的实值表示，其中，等效信道矩阵是实值2nrt×2κ矩阵heq，由以下给出：

所述2ntt×2κ矩阵g指定实值矩阵，已知为线性空间-时间块码的生成器矩阵或编码矩阵。it表示维度为t的单位矩阵，算子是kronecker矩阵乘积。

在本发明到不对称mimo配置的应用中，其中nt＜nr，等式(5)形式的晶格表示还可以通过向表示如下的等效系统执行步骤501的复数到实数转换来获得：

矩阵u和v是与矩阵d一起根据矩阵的奇异值分解hc＝udv^t获得的酉矩阵。d是具有表示矩阵hc的奇异值的正对角线条目的对角线矩阵。

空间多路复用和空间-时间块编码对称和非对称mimo方案允许由等式(5)给出的信道输出的类似实值晶格表示。为了便于理解后续实施例，仅出于说明的目的，将参考空间多路复用方案并涉及对称mimo配置进行后续描述，在所述对称mimo配置中发送器和接收器装备有相同数量的天线nt＝nr。因此，等式(5)中的实值向量y、s和w将被表示为n维向量，其中n＝2nt＝2nr，并且等效实值信道矩阵h将由方形n×n矩阵表示。向量s包括构成向量sc的原始复信息符号的实部和虚部。

为了执行递归子块解码，在步骤503中，可以从存储器中初始接收或取回包括至少一个子块解码参数的一组预定义的子块解码参数。子块解码参数可以包括子块的目标数量n(优选至少等于2)，满足的一组子块长度lk，k＝1，...，n，和/或一组子块解码算法d^{(k)，k＝1，...，n}。长度lk，k＝1，...，n可以是相等的或不同的。解码算法可以是类似的或不同的。将参考包括这三种类型参数(n,lk，k＝1，...，n,d^{(k)，k＝1，...，n})的子块解码参数来进行后续描述。

根据对信息符号s的向量和向量y进行的子向量划分，利用子块解码参数(n,lk，k＝1，...，n)，可以在步骤505中执行将实值信道状态矩阵划分为子块。具体地，可以将实值信息符号s的向量划分为n个子向量，从而。

索引k的子向量s^(k)具有长度lk并包括lk个实值符号。因此，可以将矩阵h划分为列向量的n个子块，从而h＝[h⁽¹⁾|h⁽²⁾|...|h⁽ⁿ⁾]。可以将索引k的列向量h^(k)的子块看作是维度为n×lk的矩形矩阵。

使用矩阵h的子块划分和向量s的子向量划分，可以定义两个有序集合v和m。有序集合v可以是的形式，其中分量svk对应于索引k的信息符号的子向量s^(k)。分量svk的次序可以对应于子向量s^(k)的解码次序。有序集合m可以表示为的形式，其中分量smk对应于索引k的列向量h^(k)的子块。分量smk的次序对应于矩阵h中列的子块的次序。

然后对信道矩阵h的列进行排序，以改变符号解码次序。为了改变信息符号的子向量的解码次序，可以使用定义的集合v和m改变集合分量svk和smk的次序。

在步骤507中，可以确定一组n！个置换矩阵pq，q＝1，...，n！和一组n！个置换信道矩阵hq，q＝1，...，n！。索引q的置换矩阵pq对应于集合v和m到集合vq和mq的排序πq。如本文使用的，置换矩阵指的是用于置换n个子向量的有序集合(其是二进制条目的正交n×n矩阵)的矩阵，而传统的符号相关排序方案(例如，v-blast和h范数排序)对应于n×n个二进制置换矩阵。

排序πq可以表示为形式，其中索引k的分量svk被置换为分量πq(svk)。对应于排序πq的置换矩阵pq是除了行k外具有全零条目的矩阵，对应于πq(svk)的索引的条目等于1。然后通过和给出对应的排序集合和因此，可以通过确定分别对应于有序集合和的置换向量sper，q和置换矩阵hq来获得根据排序πq改变子向量解码次序。逆排序通过对置换向量sper，q进行排序来允许确定原始向量s。

为了示出对应于信息符号的子向量的期望排序的置换矩阵的推导，考虑n＝4，n＝3，l1＝1，l2＝2，l3＝1的后续例子。

因此，将向量划分为三个子向量如从而s⁽¹⁾＝[s1]，和s⁽³⁾＝[s4]。包括四个列向量h1，h2，h3和h4的矩阵h＝[h1|h2|h3|h4]被对应地划分为三个子块，从而h＝[h⁽¹⁾|h⁽²⁾|h⁽³⁾]，其中h⁽¹⁾＝[h1]，h⁽²⁾＝[h2|h3]和h⁽³⁾＝[h4]。有序集合和由和给出。

对于这种设置，存在信息符号的子向量的六种可能的排序。一种可能的排序允许获得由给出的置换向量。其对应于由给出的集合v的排序π1。然后通过给出对应的置换矩阵，并因此由和给出有序集合和因此通过分别根据集合和的置换排序来置换列向量的子向量和子块，获得置换向量sper，1和置换信道矩阵h1。

在步骤509中，执行获得的一组置换信道矩阵中的每个矩阵的qr分解，以确定n！个正交矩阵qq和n！个上三角矩阵rq，从而hq＝qqrq，其中q＝1，...，n！。

在步骤511中，执行将获得的n！个上三角矩阵rq划分为子矩阵。因此，对于每个q＝1，...，n！，将上三角矩阵rq划分为个子矩阵，其包括n个上三角子矩阵和个三角子矩阵从而：

划分的上三角子矩阵指定维度为lk×lk的方形矩阵。

划分的子矩阵指定维度为lk×lj的矩形矩阵，并对应于在置换向量sper，q的子向量和之间的符号间干扰。

在步骤513中，根据选择标准c选择至少一个置换信道矩阵hopt及其对应的上三角矩阵r、正交矩阵q、排序πopt和置换矩阵popt。

在特定实施例中，选择标准c可以对应于与上三角矩阵rq(q＝1，...，n！)的划分的子矩阵相关的最大或最小选择度量。特别地，选择度量可以与划分的上三角子矩阵的分量相关，和/或与划分的矩形子矩阵的分量相关。

在一个实施例中，选择度量可以对应于矩形子矩阵中的零条目的数量。该选择度量可以被令人关注地使用，以便通过减少由矩形子矩阵的分量描绘信息符号的子向量之间的干扰的影响来减少解码误差传播。因此，在所有可能的排序πq，q＝1，...，n！上选定的排序πopt可以对应于一种排序，该排序允许获得在每个子矩阵中具有最小数量的零元素的上三角矩阵r。

在其它实施例中，选择度量可以对应于上三角子矩阵的对角条目的平均。因此，选定的次序πopt可以对应于允许在所有可能的排序πq，q＝1，...，n！上最大化子矩阵的对角条目的最小平均的排序。当解码算法d^(k)实现用于确定信息符号s^(k)的子向量的估计顺序解码策略时，可以有利地使用这种实施例。

在另一实施例中，选择度量可以对应于每个使用上三角子矩阵测量出的信息符号s^(k)的子向量的信噪比snr^(k)。因此，选定的排序πopt可以对应于在所有可能的排序πq，q＝1，...，n！上最大化最小snr^(k)(k＝1，...，n)的排序。当解码算法d^(k)实现用于确定信息符号s^(k)的子向量的估计的zf-dfe解码器时，可以使用这种实施例。

在另一实施例中，选择度量可以对应于上三角子矩阵的条件数。对于矩阵u，条件数τ(u)∈[0，1]由以下给出：

在等式(9)中，σmin和σmax分别对应于矩阵u的最小和最大奇异值。给定矩阵的条件数指定表示其列向量的正交性的正交测度。条件数越小，列向量的正交性就越好。因此，选定的排序πopt可以对应于在所有可能的排序πq，q＝1，...，n！上最小化划分的子矩阵和/或的条件数的排序。最小化与块(sb)k相关联的子矩阵的条件数可能影响解码算法d^(k)的性能和/或计算复杂性。例如，如果解码算法d^(k)实现zf、mmse或zf-dfe解码器，则利用最小的条件数的划分矩阵可以实现更好的误差性能。

在步骤515中，可以使用选定的置换来确定等式(5)的等效系统。因此，等式(5)首先可以重新写作：

y＝hoptsper+w＝qrsper+w(10)

给定矩阵q的正交性，可以根据以下确定等式(10)的等效系统：

在等式(11)中，指定缩放的噪声向量。针对原始传输的信息符号的估计，考虑等式(11)的实值等效系统。

由以下给出联合解码信息符号的ml解码问题：

在等式(12)中，a＝[cmin，cmax]指定构成实向量s以及相当于置换向量sper的复值向量sc的实部和虚部所属的字母表。字母表可以由边界cmin和cmax定义。ml矩阵定义为：

在本发明到递归子块解码的一个应用中，可以执行子块解码以恢复原始信息符号的估计。因此，在步骤517中，执行将向量划分为n个子向量，从而索引k的子向量具有长度lk。可以将相同的子向量划分应用于噪声向量以确定长度为lk的n个子向量从而

可以将子块解码参数、选定的上三角矩阵r的划分的子矩阵r^(k)和b^(kj)以及划分的子向量分组到子块(sb)k(k＝1，...，n)中。可以通过一组参数来定义子块(sb)k(k＝1，...，n-1)，从而其中：

对于k＝n，可以通过来定义子块，从而：

等式(14)和(15)中的系统可以用于解码信息符号的各个子向量。

根据这种子块的分组，等式(13)中的ml解码度量可以写为：

因此，在步骤521中递归地执行符号s^(k)(k＝n，n-1，...，1)的原始子向量的子块估计。可以在步骤519中对应于k＝n来执行初始化。

可以为每个子块(sb)k(k＝n，n-1，...1)重复步骤521，以确定置换向量sper的符号s^(k)的子向量的子向量估计对于每个k＝n-1，...1，可以在步骤527中根据先前估计出的子向量和矩形子矩阵b^(kj)(j＝k+1，...，n)来计算子向量可以使用解码算法d^(k)、上三角矩阵r^(k)和计算出的子向量来确定索引k的子向量的估计。对于k＝n，可以使用对应的解码算法d^(k)、对应的上三角矩阵r⁽ⁿ⁾和在步骤519中的初始化的向量来确定估计

如果确定出在步骤525中已经估计了符号所有的子向量，则可以执行步骤529以根据子向量构造输出作为信息符号向量sc的复值向量的估计构造步骤可以包括三个阶段。首先，可以通过聚集不同的子向量估计来构造实向量的估计然后，通过使用逆排序对向量进行排序来确定信息符号s的向量的估计最后，可以将获得到的向量转换为复向量从而由以下给出对于j＝1，...，n/2的分量

在等式(17)中，(u)j表示向量u的第j个元素。

根据本发明的特定实施例，在步骤521中实现的解码算法d^(k)(k＝1，...，n)可以是类似的或不同的。解码算法d^(k)可以是但不限于任意顺序解码方案，zf、mmse或zf-dfe。

在给定子块(sb)k中使用顺序解码器的一个实施例中，对应的解码器d^(k)通过根据以下最小化子块矩阵来输送估计

可以使用顺序树搜索算法(球解码器(sd)、堆栈解码器和/或sb-堆栈解码器(sb-堆栈))来对等式(18)求解。

此外，在特定实施例中，可以利用例如格基约简和/或mmse-gdfe过滤来执行在解码之前对上三角子矩阵r^(k)的预处理。还可以在子块划分和解码之前将预处理方法应用于信道状态矩阵上。

图7示出了依据使用16-qam已调符号的空间多路复用的16x16mimo系统的误码率(ber)进行评估的错误概率性能。针对解码方法的不同实施例和针对传统解码方法可以获得数值结果：

1、“没有置换的sd-zf-dfe”指的是子块解码方法基于将信息符号的向量划分为n＝2个子向量s⁽¹⁾和s⁽²⁾的实施例。没有执行信道矩阵的子块的置换，利用球解码算法解码子向量s⁽²⁾，并且利用zd-dfe解码器解码子向量s⁽¹⁾。

2、“具有置换的sd-zf-dfe”指的是子块解码方法基于通过置换信道矩阵的子块而将信息符号的向量划分为n＝2个子向量s⁽¹⁾和s⁽²⁾的实施例，其中在等于2！＝2(对应于n！)的生成的置换的总数中选择最佳置换。利用球解码算法解码子向量s⁽²⁾，然后利用zd-dfe解码器解码子向量s⁽¹⁾。

3、“没有置换的sd+sd”指的是子块解码方法基于将信息符号的向量划分为n＝2个子向量s⁽¹⁾和s⁽²⁾的实施例。没有执行信道矩阵的子块的置换，利用球解码算法递归地解码子向量s⁽²⁾和s⁽¹⁾。

4、具有置换的sd+sd”指的是子块解码方法基于通过置换信道矩阵的子块而将信息符号的向量划分为n＝2个子向量s⁽¹⁾和s⁽²⁾的实施例，其中在等于2！＝2(对应于n！)的生成的置换的总数中选择最佳置换。利用球解码算法递归地解码子向量s⁽²⁾和s⁽¹⁾。

5、“sd”指的是利用传统球解码器将信息符号的向量解码为单个向量(即，没有执行划分为子向量)的解码方法。数值结果示出了根据本发明实施例的基于信道矩阵的子块的排序的子块解码提供比传统子块解码(没有置换)更好的错误概率性能。另外，与基于信道矩阵的列向量的穷尽排序的现有技术的方法相比较，根据本发明各种实施例的排序/置换方法要求具有减少计算复杂性的操作，因为应用于信道矩阵的置换次数从n！减少到n！(n！是在现有排序技术中要求的列向量置换的次数)。

可以通过各种单元来实现本文描述的方法和设备。例如，这些技术可以实现于硬件、软件或其组合中。对于硬件实现方式，例如，可以根据仅硬件配置(例如，在具有对应存储器的一个或多个fpga、asic或vlsi集成电路中)或根据使用vlsi和dsp二者的配置，实现空间-时间解码器111的处理元件。

图6表示根据本发明特定实施例的空间-时间解码器111的示例性硬件架构60。可以在机器或计算机执行设备中实现硬件架构60。如图所示，空间-时间解码器111可以包括各种计算、存储和通信单元，其可以通过数据和地址端口69彼此交互，并包括：

输入外围部件61，用于从接收天线109接收例如输入数据；

处理外围部件63，其包括一个或多个微处理器(cpu)，例如fpga或asic，其例如配置为执行对应的指令以运行根据本发明各种实施例的方法和算法；

存储外围部件45，其可能包括随机存取存储器(ram)或只读存储器，以例如存储子块解码参数和在解码之前计算出的一组置换矩阵。

输出外围部件47，其包括通信单元(例如显示器)，例如支持在接收器设备11和mimo系统管理员之间出于配置和维护目的的人机交互。

虽然通过描述各种例子示出了本发明的实施例，并且尽管以相当多的细节描述了这些实施例，但申请人的意图不是将随附权利要求的范围约束或以任意方式限制到这种细节。本领域技术人员容易理解额外的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性方法、以及说明性例子。此外，本发明的各种实施例不限于特定类型的递归子块解码，并应用于任意其它类型的子块解码，例如在专利申请epno.15306808.5中公开的半穷尽递归块解码。此外，本发明的各种实施例可以应用于硬解码和软解码二者。

在软解码的一个应用中，根据本发明的方法和设备允许生成信息符号的原始向量的估计列表。因此获得到的列表可以用于计算对数似然比值，用于近似由原始信息符号携带的不同信息比特的外部信息。可以执行步骤521-529的若干次迭代，以填充估计的列表。

此外，虽然结合无线单用户mimo系统描述了本发明的特定实施例，但应该注意，本发明不限于这种应用。本发明可以集成到任意的接收器设备中，其在以信道输出的晶格表示为特征的任意线性通信系统中操作。通信系统可以是适应单个或多个用户的、使用单个或多个天线以及单载波或多载波通信技术的有线的、无线的或基于光纤的系统。例如，本发明可以集成到在无线分布mimo系统中实现的接收器设备中。分布式mimo可以用于例如应用于3g、4g和lte标准的蜂窝上行链路通信中。例如应用于自组织网络(无线传感器网络、机器对机器通信、物联网…)中的协作通信也是分布式mimo系统的例子。除了无线网络，本发明可以集成到在基于光纤的通信系统(例如，偏振分复用-ofdm(pdm-ofdm)系统)中实现的光学接收器设备中。

此外，本发明不限于通信设备，并可以集成到信号处理设备中，例如在音频应用(如，音频交叉和音频控制)中使用的有限脉冲响应(fir)的电子滤波器。因此，给定阶数m的fir滤波器的输出序列，本发明的特定实施例可用于确定输入序列的估计。

在另一应用中，根据本发明一些实施例的方法、设备和计算机程序产品可以实现于全球导航卫星系统(gnss)中，例如，irnss、beidou、glonass、galileo；例如至少包括gps接收器的gps中，所述gps接收器用于利用例如载波相位测量来估计定位参数。

此外，根据本发明一些实施例的方法、设备和计算机程序产品可以实现于加密系统中，用于确定在加密算法中使用的私人秘密值的估计，用于在其存储、处理或通信期间加密/解密数据或消息。在基于晶格的加密应用中，以晶格点的形式加密数据/消息。可以根据本发明的一些实施例有利地执行这种加密数据的解密，支持以减小的复杂性实现成功恢复秘密值的高可能性。

此外，本文描述的方法可以由计算机程序指令实现，所述指令供应于任意类型的计算机的处理器，以产生具有处理器的机器，该处理器执行指令以实现本文指定的功能/动作。这些计算机程序指令还可以存储于计算机可读介质中，其可以将计算机引导为以特定方式运行。为此，计算机程序指令可以被加载到计算机上，以使得执行一系列操作步骤，并由此产生计算机实现过程，从而执行的指令提供用于实现本文指定的功能的处理。