专利名称：一种多输入多输出系统的多码接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)系统的多码接收机。
背景技术：
MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术是无线移动通信领域的重大突破，它能够在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。MIMO技术在发送端和接收端采用多天线(天线阵列)同时发送和接收信号。由于各发射天线同时发送的信号占用同一个频带，因而通信带宽并没有增加。每个发送天线和每个接收天线之间存在一个空间信道。如果每个空间信道的信道冲击响应独立，则MIMO系统通过多个发送天线和多个接收天线可以在发送端和接收端之间创建多个并行的独立的空间信道。通过这些并行的空间信道独立地传输信息，MIMO系统的传输数据率必然成倍增加。1998年G.J.Foschini和M.J.Gans充分论证了上述结论，并定量指出假设MIMO系统有M根发送天线和N根接收天线，在平坦慢衰落信道下，就可以建立N×M阶信道矩阵。该矩阵的元素为独立同分布的复高斯随机变量。MIMO系统可以获得的信道容量将是SISO(Single Input Single Output)系统的min(M，N)(min(m，n)表示取m和n中的最小值)倍，且总的发射功率保持不变。
1996年G.J.Foshini提出了MIMO系统的D-BLAST(Diagonal BLAST，BLASTBell Laboratories Layered Space-time Architecture)方法，该方法可以实现MIMO系统的解调，并且可以获得接近理论容量90％的容量。但是，D-BLAST方法复杂度较大，不易实时实现。
1999年，G.D.GoldenC、J.Foshini、R.A.Valenzuela和P.W.Wolniansky提出一种简化的BLAST方法——V-BLAST方法(Vertical BLAST)。该方法已经在实验室实时实现。发送端和接收端分别采用8根天线和12根天线的MIMO系统在室内环境下，当平均SNR在24dB～34dB的范围内变化时，可以获得20-40bps/Hz的频谱效率。尽管该频谱效率是在室内环境下获得的，但是这个量级的频谱效率是空前的。无论传播环境和SNR如何，现有的传统技术是无法获得该量级的频谱效率。但是，V-BLAST方法也有其不足之处处理时延较大。
为解决V-BLAST方法的不足，本人在另一件申请中提出了一种MIMO接收机。参见图1所示，该接收机包括分组垂直分层空时检测单元101和并行垂直分层空时检测单元102。其中，分组垂直分层空时检测单元101接收信号矢量，将所有接收信号矢量中待检测的符号分成Z组，完成分组垂直分层空时检测，输出所有符号的修正的接收信号矢量至并行垂直分层空时检测单元102，并行垂直分层空时检测单元102接收到经过分组垂直分层空时检测单元101修正的所有符号的接收信号矢量，对其进行并行垂直分层空时检测后，输出每个符号的估计。
该接收机的工作原理为分组垂直分层空时检测单元101将所有接收信号矢量中待检测的符号分成Z组，在第一组内，并行进行所有符号的检测，得到所有符号的估计和所有符号的信号估计，并从接收信号矢量中消除第一组内所有符号的干扰，得到修正的接收信号矢量，该接收信号矢量作为第一组给第二组的输入信号用于第二组符号的检测，使第二组符号的检测不受第一组符号的干扰；将第一组输出的接收信号矢量作为第二组内每个符号检测时采用的接收信号矢量，并行进行所有符号的检测，得到第二组内每个符号的估计和所有符号的信号估计，并从第一组输出的接收信号矢量中消除第二组内所有符号的干扰，得到进一步修正的接收信号矢量，该接收信号矢量作为第二组给第三组的输入信号矢量用于第三组符号的检测。依此类推，进行其他后续各组符号的检测。在完成Z组符号的检测后，分别得到Z组中每组符号的信号估计，以及经过第Z组修正的接收信号矢量，然后再由每组符号的信号估计以及经过第Z组修正的接收信号矢量，得到所有符号的修正的接收信号矢量。最后，输出所有符号的修正的接收信号矢量，将其并行送给并行垂直分层空时检测单元102。
上述MIMO接收机综合了并行实现与分组实现的优点，降低了V-BLAST方法的处理时延，并提高了检测性能。但是，该MIMO接收机是单码发送下的MIMO接收机，如果发送端采用多码发送，则接收端可以采用多个这样的单码MIMO接收机解调得到每个码道发送的符号序列。但是，该MIMO接收机只能有效消除码道内各个符号之间的干扰，却无法消除多码之间的互相干扰。
鉴于V-BLAST方法是单码下空域的串行干扰对消检测方法，无法消除多码发送下码道与码道之间的相互干扰，目前也有人提出将码域串行干扰对消应用于V-BLAST方法，并提出CD-SIC V-BLAST(Code Domain SerialInterference Cancellation V-BLAST)方法和相应的接收机。CD-SIC V-BLAST接收机结构如图2所示。
从图2可以看到码道k0的N个相关器组装置用信道码k0对N根接收天线的接收信号进行解扩，得到码道k0下N根天线的解扩信号。V-BLAST检测器对码道k0下N根天线的解扩信号进行检测和串行空域干扰对消，得到码道k0下N根天线发送符号矢量的估计 ，然后在CD-SIC装置中把已经检测出来的码道k0的信号从接收信号中对消掉，得到修正的接收信号矢量 。接着进行下一个码道下N根天线发送符号矢量的解调。通过该CD-SICV-BLAST方法，多码发送下MIMO系统的性能可以得到较大提高。
上述码域V-BLAST方法采用串行对消的思想消除多码发送下不同码道之间的互相干扰，可以提高多码发送下接收机的解调性能。但是码道之间的串行干扰对消和码内各符号的串行检测使该方法的处理时延很大，会使系统容量和峰值速率受到影响。因此，这种方法也不能保证多码发送下接收机的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种接收机，使其能有效消除多码之间的互相干扰，并降低处理时延。
为了达到上述目的，本发明提供了一种多输入多输出系统的多码接收机，该接收机包含解扩单元组(301)和至少两级联合检测单元(305)，其中，解扩单元组(301)中每个解扩单元将接收信号矢量中的每个分量进行解扩，并将得到的一个以上个解扩信号矢量输入至所述至少两级联合检测单元(305)中的第一级联合检测单元(302)；第一级联合检测单元(302)对接收到的每个解扩信号矢量对应码道内所有符号进行分组检测，得到每个码道内所有符号的信号估计和总信号估计，然后将得到的每个码道的所有符号的信号估计和总信号估计进行码域干扰对消以及解扩信号矢量的修正，输出每个码道的每个符号的修正的解扩信号矢量至下一级联合检测单元进行处理，直至最后一级联合检测单元(304)，最后一级联合检测单元(304)对接收到的修正的解扩信号矢量进行检测，得到每个码道的所有符号的估计。
所述解扩单元组包括一个以上个解扩单元，其中，第c个解扩单元用OVSF码c和扰码对接收信号矢量中每个分量进行解扩，得到第c个解扩信号矢量。
所述第一级联合检测单元包括C个第一级检测单元(401)和码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)，其中，第c个第一级检测单元(401)由第c个解扩信号矢量得到码c所有符号的信号估计和总的信号估计，每个第一级检测单元(401)分别将得到的所有符号的信号估计和总的信号估计输入至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)；码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)完成码片级干扰对消和解扩信号矢量的修正，得到码1至码C对应的所有符号的修正的解扩信号矢量；然后再将每个符号修正的解扩信号矢量输出至下一级联合检测结构。
所述第c个第一级检测单元(401)包括符号分组与重排单元(501)，由输入的解扩信号矢量和信道矩阵的估计将M个符号按照一定准则分成Zc组，并按照分组顺序与组内符号顺序将M个符号进行重新排列，并将组成信道矩阵的列矢量也进行重排形成新的信道矩阵，将解扩信号矢量和新的信道矩阵的估计输入至第一个新组内符号检测与干扰对消单元(502)，同时将新的信道矩阵的估计输出至其余新组内符号检测与干扰对消单元(502)并将解扩信号矢量输出至新预处理单元(503)；Zc个新组内符号检测与干扰对消单元(502)，其中，每个新组内符号检测与干扰对消单元由接收到的解扩信号矢量完成一个组的符号检测和并行干扰对消，得到组内所有符号的信号估计和修正的解扩信号矢量，并将所有符号的信号估计输出送至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)，以及将得到的修正的解扩信号矢量输出至下一个新组内符号检测与干扰对消单元；新预处理单元(503)，由接收到的解扩信号矢量估计出总的信号估计，并将其送至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)。
Zc个新组内符号检测与干扰对消单元(502)中第i个新组内符号检测与干扰对消单元包括权矢量计算单元(601)，用于根据输入的信道矩阵的估计计算出一个以上的权矢量，并将每个权矢量依次输入决策统计量计算单元(602)；每个决策统计量计算单元(602)，用于根据第(i-1)个新组内符号检测与干扰对消单元输出的经过修正的接收信号矢量ri和权矢量计算出决策统计量，并将计算出的决策统计量发送至与其相连的发送符号估计单元(603)；每个发送符号估计单元(603)，用于根据收到的决策统计量，估计出本组内对应符号的估计值并将其送至信号估计与干扰对消单元(604)；
信号估计单元与干扰对消单元(604)，由接收到的组内所有符号的估计值和修正的接收信号矢量完成组内所有符号的信号估计和干扰对消后，将所有符号的信号估计输出至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)，将修正的解扩信号矢量输出至第(i+1)个新组内符号检测与干扰对消单元。
所述码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)包括C个扩频单元(701)、码域干扰对消单元(702)、C个解扩单元(703)和解扩信号矢量修正单元(704)，其中，每个扩频单元将接收到的对应码道总的信号估计进行扩频，然后将扩频信号输出至码域干扰对消单元(702)，由码域干扰对消单元(702)将接收到的扩频信号进行干扰对消，然后再将经过干扰对消得到的残差信号分别并行输出至所有的解扩单元(703)，解扩单元(703)将接收到的信号的每个分量进行解扩后，将得到的解扩信号矢量输出至解扩信号矢量修正单元(704)，解扩信号矢量修正单元(704)完成解扩信号矢量的修正输出所有码道的所有符号的修正的解扩信号矢量。
所述至少两级联合检测单元(305)中第i(1＜i＜S)级联合检测单元(303)包括C个中间级检测单元(801)和码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(802)，其中，第c个中间级检测单元根据前一级联合检测结构输出的码c的所有符号的修正的解扩信号矢量估计出码c的所有符号的估计，并由每个符号的估计得到每个符号的信号估计和总信号估计，然后将每个符号的信号估计和码c的总信号估计输出至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(802)；码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(802)由接收信号矢量进行干扰对消，并完成对干扰对消得到的残差信号的解扩和解扩信号矢量的修正后，将得到的每个码道的每个符号的修正的解扩信号矢量输出第i+1级联合检测单元。
第c个中间级检测单元(801)包括
权矢量计算单元(901)，根据信道矩阵的估计计算出一个以上的权矢量，并将每个权矢量依次输入决策统计量计算单元(902)；每个决策统计量计算单元(902)根据第(i-1)级联合检测单元输出的码c的一个符号的修正的接收信号矢量和该符号的权矢量计算出决策统计量，并将计算出的决策统计量发送至与其相连的发送符号估计单元(903)；每个发送符号估计单元(903)根据收到的决策统计量，估计出对应符号的估计值并将其送至信号估计单元(904)；信号估计单元(904)由接收到的码道c的所有符号的估计值完成所有符号的信号估计和码道c的总信号估计，将所有符号的信号估计和总信号估计输出至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(802)。
所述最后一级联合检测单元(304)包括C个最后一级检测单元，其中，第c(1≤c≤C)个最后一级检测单元根据前一级联合检测结构输出的码c的所有符号修正的解扩信号矢量估计出码c的所有符号的估计，作为最后的检测结果。
所述C个最后一级检测单元中第c个最后一级检测单元(1001)包括权矢量计算单元(501)，计算出M个权矢量，将其分别输出至1～M决策统计量计算单元(502)；每个决策统计量计算单元(502)根据收到的权矢量以及接收到的相应符号的修正的解扩信号矢量，分别计算出一个决策统计量，然后再将计算出的决策统计量输出至与其连接的发送符号估计单元(503)；发送符号估计单元(503)，根据决策统计量估计出符号后，直接将符号估计值作为最后检测结果输出。
本发明MIMO系统的多码接收机是在码道内各个符号之间进行并行检测，在各个码道之间进行并行处理和并行干扰对消。该接收机可以有效解决多码发送下MIMO系统的解调问题，不仅提高了多码发送下接收机的解调性能，而且多个码道之间的并行解调与并行对消、码道内各个符号的并行解调使接收机的处理时延大大减小，同时提高系统容量和峰值速率。
图1为现有技术中单码MIMO接收机的结构示意图；图2为现有技术中CD-SIC V-BLAST接收机结构示意图；图3为本发明接收机的结构示意图；图4为图3中第一级联合检测结构302示意图；图5为图4中码c的第一级检测单元401示意图；图6图5中第i个新组内符号检测与干扰对消单元502结构示意图；图7为图4中码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402示意图；图8为图3中第i(1＜i＜S)级联合检测结构303示意图；图9为图8中中间级检测单元801示意图；图10为图3中第S级联合检测结构304示意图；图11为图10中最后一级检测单元1001结构示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明是在码道内各个符号之间进行并行检测，在各个码道之间进行并行处理和并行干扰对消。如图3所示，本发明的MIMO接收机包括解扩单元组301和联合检测结构305。其中，解扩单元组301包括C个解扩单元，联合检测结构305包括第一级联合检测结构302至第S级联合检测结构304。其中，解扩单元组301接收信号矢量，并用C个解扩单元分别对接收信号矢量进行解扩，然后将得到的C个码道的解扩信号矢量输入至第一级联合检测结构302；第一级联合检测结构302分别将每个码道的解扩信号矢量进行并行分组检测及干扰对消，然后将得到的每个码道的所有符号的信号估计与总信号估计进行码域干扰对消与解扩信号矢量的修正，输出每个码道的每个符号的修正的解扩信号矢量至第二级联合检测结构，第二级联合检测结构进行类似的处理对输入的每个码道的每个符号的修正的解扩信号矢量进行检测，得到每个码道每个符号的估计，然后由每个码道每个符号的估计得到每个符号的信号估计和每个码道的总信号估计，接着由每个码道的每个符号的信号估计、每个码道的总信号估计和接收信号矢量进行码域干扰对消和解扩信号矢量的修正，输出每个码道的每个符号的更新的修正的解扩信号矢量至下一级联合检测结构，后续各级联合检测结构进行同样的处理直至第(S-1)级联合检测结构303输出每个码道的每个符号的更新的修正的解扩信号矢量至第S级联合检测结构304。第S级联合检测结构304分别检测收到的每个码道的每个符号的修正的解扩信号矢量，得到每个码道的所有符号的估计。
本发明的MIMO接收机的信号检测过程如下设发射天线数目为M，接收机的接收天线为N根。N维的码片级接收信号矢量为R(t)。发送端采用了C个OVSF码进行码复用发送。C个OVSF码分别为OVSF码c，c＝1，2，3，......，C。
在上述假设下，解扩单元组中第c个解扩单元用OVSF码c和扰码对N维基带接收信号矢量R(t)中每个分量进行解扩，得到1个N维的解扩信号矢量，即Rc，c＝1，2，...，C。并将得到的C个N维的解扩信号矢量输入至第一级联合检测结构302中。
如图4所示，第一级联合检测结构302包括C个第一级检测单元401和码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402。其中，第c个第一级检测单元401由第c个解扩信号矢量得到码c所有符号的信号估计和总的信号估计。每个第一级检测单元401分别将得到的所有符号的信号估计和总的信号估计输入至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402。码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402完成码片级干扰对消和解扩信号矢量的修正，得到码1至码C对应的所有符号的修正的解扩信号矢量。然后再将每个符号修正的解扩信号矢量输出至第二级联合检测结构303。
第二级联合检测结构303至第(S-1)级联合检测结构303具有完全相同的内部结构，如图8所示。当1＜i＜S时，第(i-1)级联合检测结构包括C个中间级检测单元801和1个码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元802。其中，C个中间级检测单元801分别接收到上一级联合检测结构输出的码1所有符号的修正的解扩信号矢量至码C所有符号的修正的解扩信号矢量。每个中间级检测单元801由接收到的码道的所有符号的修正的解扩信号矢量检测得到对应码道的所有符号的信号估计和总信号估计，并将该码道的所有符号的信号估计和总信号估计输出至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元802。该单元由接收到的1至C码道的所有符号的信号估计和总信号估计完成码片级干扰对消，并得到码1至码C所有符号的修正的解扩信号矢量。这些输出信号并行送入第(i+1)级联合检测结构。其中，第c个中间级检测单元801由码c的所有符号的修正的解扩信号矢量通过检测得到码c所有符号的信号估计和总信号估计。
按照上述处理过程，完成第二级联合检测结构至第(S-1)联合检测结构的信号处理。
如图10所示，第S级联合检测结构包括C个最后一级检测单元1001。第c个最后一级检测单元1001由来自第(S-1)级联合检测结构的码c的所有符号的修正的解扩信号矢量得到码c的所有符号的估计。
下面详细介绍图4中第一级检测单元401、图8中的中间级检测单元801、图10中的最后一级检测单元1001和码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402。
参见图5所示，第一级检测单元401包括符号分组与重排单元501、Zc个新组内符号检测与干扰对消单元502和新预处理单元503。
符号分组与重排单元501由输入的解扩信号矢量和信道矩阵的估计将M个符号按照一定准则分成Z组，并按照分组顺序与组内符号顺序将M个符号进行重新排列，相应地组成信道矩阵的列矢量也进行重排形成新的信道矩阵，并将解扩信号矢量和新的信道矩阵的估计输入至第一个新组内符号检测与干扰对消单元502。同时，将解扩信号矢量输出给新预处理单元503，将新的信道矩阵的估计送给其他新组内符号检测与干扰对消单元502。
新组内符号检测与干扰对消单元502由接收到的解扩信号矢量完成一个组的符号检测和并行干扰，得到组内所有符号的信号估计和修正的解扩信号矢量，并将所有符号的信号估计作为第一级检测单元的输出送至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402。经过上述新组内符号检测与干扰对消单元502修正的解扩信号矢量用于下一组符号的检测。对于第c个第一级检测单元401，其包含的Zc个新组内符号检测与干扰对消单元分别完成第一组至第Zc组符号的检测与干扰对消，并将得到的对应组内所有符号的信号估计输出至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402。
如图6所示，新组内符号检测与干扰对消单元502包括权矢量计算单元601、决策统计量计算单元602、发送符号估计单元603、信号估计与干扰对消单元604。
新预处理单元503由来自最后一组的修正的解扩信号矢量和符号分组与重排单元501输出的解扩信号矢量得到总的信号估计，并将该总的信号估计输出至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402。
设第c个第一级检测单元的输入信号为Rc，c＝1，2，3...，C。Rc可以写成如下形式Rc＝Hac+vc(1a)这里，Rc为N维解扩后的信号矢量，由解扩单元组301中第c个解扩单元得到；ac＝[ac1，ac2，...，acM]T是M维发送符号矢量，该矢量由OVSF码c和扰码扩频以后通过M个发送天线发送；H为N×M维信道矩阵；vc表示N维噪声矢量，其分量是独立同分布的高斯白噪声。
令
R1，c，1＝Rc(1b)本发明以R1，c，1为图4中第c个第一级检测单元401的输入信号矢量，阐述该单元中各个子单元的功能。
其中，符号分组与重排单元501功能如下符号分组与重排单元501由解扩信号矢量R1，c，1和信道矩阵H的估计按照某个准则将M个符号ac1，ac2，...，acM分成Zc组，第i(i＝1，2，...，Zc)组符号数为Lc，i。第i组Lc，i个符号为bci1，bci2，...，bciLc，i。其中，bcij=acMc,i,j]]>(j的取值范围随组号i而变化，取值范围为j＝1，2，...，Lc，i)，这表示码道c下第i组第j个符号在原来符号集合中序号为Mc，i，j(Mc，i，j∈[1，2，...，M])。现在将符号序列ac1，ac2，...，acM进行重排，重排结果为bc11，bc12，...，bc1Lc，1，bc21，...，bc2Lc，2，...，bcZc1，...，bcZcLc，Zc。对应的发送符号矢量转换为 。公式(1a)中的信道矩阵H可以写成列矢量的形式H＝[H1，H2，...，HM]。对序列H1，H2，...，HM进行与序列ac1，ac2，...，acM同样的重排，得到的序列为Qc1，Qc2，...，QcM。记Qc＝[Qc1，Qc2，...，QcM]。经过H和ac的元素重排，公式(1a)和(1b)可以更新如下R1，c，1＝Qcbc+Vc(1f)该符号分组与重排单元501将更新的信道矩阵Qc发送给Zc个新组内符号检测与干扰对消单元502。将解扩信号矢量R1，c，1送给第一个新组内符号检测与干扰对消单元502和新预处理单元503。
新组内符号检测与干扰对消单元502功能如下第i(i∈[1，2，...，Zc])个新组内符号检测与干扰对消单元在输入解扩信号矢量为R1，c，i、组内符号总数为Lc，i时，完成组内Lc，i个符号bci1，bci2，...，bciLc，i的检测并得到修正的解扩信号矢量R1,c,i+1。
参见图6，第i个新组内符号检测与干扰对消单元完成以下计算权矢量计算单元601按照公式计算出各迫零权矢量w1，c，i，j，j＝1，2，...，Lc，i。
Lc，i个决策统计量计算单元602并行地计算出Lc，i个决策统计量。第j个决策统计量计算单元602由第j个迫零杈矢量计算第j个决策统计量y1,c,i,j=W1,c,i,jTR1,c,i,j=1,2,···,Lc,i...(2a)]]>Lc，i个符号估计单元603并行地计算出Lc，i个符号的估计。第j个符号估计单元603由第j个决策统计量得到第j个发送符号的估计c，i，j＝D(y1，c，i，j)，j＝1，2，...，Lc，i(2b)信号估计与干扰对消单元604由组内所有符号的估计，得到各符号的信号估计和修正的解扩信号矢量。各符号的信号估计被送给图4中码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402，修正的解扩信号矢量用于第(i+1)组符号的检测。
各符号的信号估计为S1,c,Mc,i,j=b^c,i,j(Q^c(i))J+j,j=1,2,···,Lc,i,J=Σk=1i-1Lc,k...(2c)]]>这里，Mc，i，j(Mc，i，j∈[1，2，...，M])表示第i组第j个符号在原来符号集合中的序号。 为更新的信道矩阵的估计。 可以这样求得 的前J=Σk=1i-1Lc,k]]>列为0列矢量，而第(J+1)列至第M列需要在第(i-1)次干扰对消以后，由导频序列对Q。矩阵的第(J+1)列至第M列重新进行信道估计而得到。如果不重新进行信道估计，则 可以这样求得使矩阵 中前J=Σk=1i-1Lc,k]]>列的列矢量为0列矢量，而其他列矢量为最近一次信道估计得到的Qc矩阵的估计的第(J+1)列至第M列。如果最近的一次信道估计在第k(k＜i)个新组内符号检测与干扰对消单元进行的，则 的第(J+1)列至第M列为 的第(J+1)列至第M列。
修正的接收信号矢量为R1,c,i+1=R1,c,i-Σj=1Lc,is1,c,Mc,i,j,j=1,2,···,Lc,i...(2d)]]>新预处理单元503功能如下该单元由第Zc个新组内符号检测与干扰对消单元502得到的修正的解扩信号矢量和码到c的解扩信号矢量得到码道c的总的信号估计如下S1,c=R1,c,1-R1,c,Zc+1...(3)]]>码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402的内部结构如图7所示，其他各级联合检测结构中与该单元的结构一样。在第i级联合检测结构中，码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402包括C个扩频单元701、码域干扰对消单元702、C个解扩单元703和解扩信号矢量修正单元704。其中，每个扩频单元将接收到的对应码道的总的信号估计进行扩频，然后将扩频信号输出至码域干扰对消单元702，码域干扰对消单元702将接收到的扩频信号进行码域干扰对消，得到残差信号，然后将残差信号分别输出至对应的解扩单元703，第c个解扩单元703用OVSF码c扰码对接收到的信号中的每个进行解扩，得到第c个解扩信号矢量，并将其输出至解扩信号矢量修正单元704，解扩信号矢量修正单元704由c个解扩信号矢量和所有码道的所有符号的信号估计完成解扩信号矢量的修正输出所有码道的所有符号的修正的解扩信号矢量。
其具体工作原理如下首先，第c个扩频单元70l由第c个OVSF码、扰码和第c个码道的总信号估计Si，c得到第c个码道的再生信号gi，c。
C个扩频单元701得到的C个码道的再生信号被送入干扰对消单元702。该单元完成干扰对消，得到残差信号。残差信号计算如下
Ri+1(t)=R(t)-Σc=1Cgi,c...(4a)]]>残差信号被并行送入C个解扩单元703。第c个解扩单元703用第c个OVSF码和扰码对输入的N维残差信号中的每个分量进行解扩，得到解扩信号矢量Ri+1，c。
C个解扩单元703得到的C个解扩信号矢量都被送入解扩信号矢量的修正单元704。该单元由C个解扩信号矢量和码1至码C的所有符号的信号估计得到每个码道的每个符号的修正的解扩信号矢量。第i级联合检测结构得到的第c个码道的第j个符号的修正的解扩信号矢量如下Ri+1，c，j＝Ri+1，c+Si，c，j，j＝1，2，...，M，c＝1，2，...，C (4b)所有符号的修正的解扩信号矢量被送入第(i+1)级联合检测结构中。
图8中第i(1＜i＜S)级联合检测单元中第c个中间级检测单元801的结构如图9所示。该单元完成第c个码道所有符号的第i级检测。该单元包括权矢量计算单元901、决策统计量计算单元902、发送符号估计单元903、信号估计904。权矢量计算单元901根据H矩阵的估计计算出一个以上的权矢量，并将每个权矢量依次输入决策统计量计算单元902；每个决策统计量计算单元902根据第(i-1)级联合检测结构送给其的码道c的一个符号的修正的解扩信号矢量和该符号的权矢量计算出该符号的决策统计量，并将计算出的决策统计量发送至与其相连的发送符号估计单元903。每个发送符号估计单元903根据收到的决策统计量，估计出对应符号的估计值并将其送至信号估计单元904，信号估计单元904由接收到的所有符号的估计值完成码道c所有符号的信号估计和码道c的总信号估计后，将码道c的所有符号的信号估计和总信号估计输出至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元802。
其中，第c个中间级检测单元801完成如下功能权矢量计算单元901按照公式计算出各迫零权矢量wi，c，j，j＝1，2，...，M。
M个决策统计量计算单元902并行计算M个决策统计量。第j个决策统计量计算单元902由第j个迫零权矢量和第j个符号的修正的解扩信号矢量计算第j个决策统计量yi,c,j=wi,c,jTRi,c,j,j=1,2,···,M...(5a)]]>M个符号估计单元903并行计算M个发送符号的估计。第i个符号估计单元903由第j个决策统计量得到第j个发送符号的估计(通过软判决得到)i，c，j＝D(yi，c，j)，j＝1，2，...，M(5b)信号估计单元904由M个发送符号的估计得到M个符号的信号估计和总信号估计。
各符号的信号估计为si,c,j=a^i,c,j(H^(i))j,j=1,2,···,M,...(5c)]]> 为更新的信道矩阵H的估计，通过在第i级对矩阵H重新进行信道估计得到。
可以这样求得 需要在前一级联合检测结构的干扰对消以后，由导频序列对H的各列重新进行信道估计而得到。如果在第i级不重新进行信道估计，则 可以这样求得 等于最近一次的信道矩阵H的估计。如果最近的一次信道估计在第k(k＜i)级联合检测结构中进行的，则H^(i)=H^(k).]]>总信号估计为Si,c=Σj=1Msi,c,j,j=1,2,···,M,...(5d)]]>最后一级检测单元的结构如图11所示。令i＝S，图10中第S级联合检测结构304中第c个最后一级检测单元1001包括权矢量计算单元1101、决策统计量计算单元1102、发送符号估计单元1103。其中，权矢量计算单元101计算出M个权矢量，将其分别输出至1～M决策统计量计算单元1102，每个决策统计量计算单元1102根据收到的权矢量以及接收到的相应符号的修正的接收信号矢量，分别计算出一个决策统计量，然后再将计算出的决策统计量输出至与其连接的发送符号估计单元1103。发送符号估计单元1103估计出符号后，直接将符号估计值作为最后检测结果输出。
第c个最后一级检测单元1001完成如下功能权矢量计算单元1101按照公式计算出各迫零权矢量wi，c，j,j＝1，2，...，M。
M个决策统计量计算单元1102并行计算M个决策统计量。第j个决策统计量计算单元1102由第j个迫零权矢量按照公式(5a)计算第j个决策统计量。
M个符号估计单元1103并行计算M个发送符号的估计。第j个符号估计单元1103由第j个决策统计量按照公式(5b)得到第j个发送符号的估计。
图3和图7中的解扩单元完成对输入信号矢量的解扩。设第c个OVSF码为oc(t)，扰码为s(t)。图3和图7中第c个解扩单元输入为N维的信号矢量V(t)＝[v1(t)，v2(t)，...，VN(t)]T，则第c个解扩单元的输出uc(t)＝[uc1(t)，uc2(t)，...，ucN(t)]T按照下式计算得到ucn(t)=1Ts∫Tsvn(t)oc(t)s*(t),n=1,2,···,N,c=1,2,···,C...(6)]]>其中，Ts是符号周期。
实际上，图3和图7中第c个解扩单元的输入信号矢量并不相同，分别为接收信号矢量和残差信号。
图7中扩频单元701功能如下设第c个扩频单元的输入为N维的信号矢量Uc(t)＝[uc1(t)，uc2(t)，...，ucN(t)]T，该单元的输出Vc(t)＝[vc1(t)，vc2(t)，...，vcN(t)]T按照下式计算得到vcn(t)＝ucn(t)oc(t)s(t)，n＝1，2，...，N，c＝1，2，...，C(7)在第一级至第S级联合检测结构中权矢量的计算至关重要。
在ZF准则下，在第一级联合检测结构中第c个第一级检测单元中第一个修正的组内符号检测与干扰对消单元中，可以由信道矩阵Qc的估计 按照公式(8a)和公式(8b)计算得到迫零权矢量Gc,1=(Q^c(1))+...(8a)]]>
wc,1,j=(Gc,1)jT,j=1,2,···,Lc,1...(8b)]]>其中，(Gc，l)j表示矩阵Gc，l的第j行，符号T表示转置，Lc，l表示码道c下第1组元素的个数。
在ZF准则下，在第i(1＜i≤Zc)组符号检测时，可以由信道矩阵 按照公式(8c)和公式(8d)计算得到迫零权矢量Gc,i=(Q^c(i))+...(8c)]]>wc,i,j=(Gc,i)J+jT,j=1,2,···,Lc,i,J=Σk=1i-1Lc,k...(8d)]]>其中，Lc，i表示第i组元素的个数。 表示在第i组检测时信道矩阵Qc的估计。
在不重新进行信道估计的情况下，信道矩阵 的前J=Σk=1i-1Lc,k]]>列为0列矢量，而第(J+1)列至第M列为最近一次的Qc的估计的第(J+1)列至第M列。如果最近的一次信道估计在第k(k＜i)个新组内符号检测与干扰对消单元进行的，则 的第(J+1)列至第M列为 的第(J+1)列至第M列。
在重新进行信道估计的情况下，信道矩阵 的前J=Σk=1i-1Lc,k]]>列为0列矢量，而第(J+1)列至第M列通过在第i组检测时重新进行信道估计得到。其中，第j∈[J+1，M]列通过对Qc矩阵的第j∈[J+1，M]列重新进行信道估计而得到。
在MMSE准则下，在第一个修正的组内符号检测与干扰对消单元中，可以由信道矩阵 按照公式(9a)和公式(9b)计算得到权矢量Gc,1=σs2FH[σs2FFH+σ2IM]-1,F=(Q^C(1))...(9a)]]>wc,1,j=(Gc,1)jT,j=1,2,···,Lc,1...(9b)]]>在MMSE准则下，在第i(1＜i≤Zc)组符号检测时，可以由信道矩阵 按照公式(9c)和公式(9d)计算得到权矢量
Gc,1=σs2FH[σs2FFH+σ2IM]-1,F=(Q^c(i))...(9c)]]>wc,i,j=(Gc,i)J+jT,j=1,2,···,Lc,i,J=Σk=1i-1Lc,k...(9d)]]>在不重新进行信道估计的情况下，信道矩阵 的前J=Σk=1i-1Lc,k]]>列为0列矢量，而第(J+1)列至第M列为最近一次的Qc的估计的第(J+1)列至第M列。如果最近的一次信道估计在第k(k＜i)个新组内符号检测与干扰对消单元进行的，则 的第(J+1)列至第M列为 的第(J+1)列至第M列。
在重新进行信道估计的情况下，信道矩阵 的前J=Σk=1i-1Lc,k]]>列为0列矢量，而第(J+1)列至第M列通过信道估计得到。其中，第j∈[J+1，M]列通过对Qc矩阵的第j∈[J+1，M]列重新进行信道估计而得到。
鉴于第二级至第S级联合检测结构中权矢量的计算与OVSF码道号无关，所以上述的一种MIMO接收机中可以进行如下结构简化在第i(1＜i＜s)级联合检测结构中，每个中间级检测单元中权矢量计算单元可以去掉。而在每级联合检测结构中添加一个权矢量计算单元，按照公式(10)计算得到M个权矢量。这M个权矢量同时提供给C个中间级检测单元。
在最后一级联合检测结构中，每个最后一级检测单元中权矢量计算单元可以去掉。而在最后一级联合检测结构中添加一个权矢量计算单元，令i＝S按照公式(10)计算得到M个权矢量。这M个权矢量同时提供给C个最后一级检测单元。
在ZF准则下，在第i(1≤i≤s)级联合检测结构中，在重新进行信道估计情况下可以由信道矩阵 按照公式(10a)计算得到码道c第j个符号的权矢量Wi,j=(H^(i))j*||(H^(i))j||2,i=1,···,S;j=1,2,···,M...(10a)]]>
上式中， 表示 的第j列，‖B‖2＝BHB，B为列矢量， 是在第i级联合检测结构中信道矩阵H的估计。
在ZF准则下，在第i(1≤i≤s)级联合检测结构中，在不重新进行信道估计情况下，可以由最近一次信道矩阵的估计 (k＜i)按照公式(10b)计算得到码道c的第j个符号的权矢量Wi,j=(H^(i))j*||(H^(i))j||2,i=2,···,S;j=1,2,···,M...(10b)]]>这里， 表示最近的一次信道估计在第k(k＜i)级联合检测结构中进行的。
在MMSE准则下，在第i(1≤i≤s)级联合检测结构中，在重新进行信道估计情况下可以由信道矩阵的估计 按照公式(10c)计算得到码道c的第j个符号权矢量wi,j=(σs2FH[σS2FFH+σ2IM]-1)T,F=(H^(i))j...(10c)]]>其中，σ2为接收信号矢量中噪声分量的功率，σs2为发送符号的功率。
在MMSE准则下，在第i(1≤i≤s)级联合检测结构中，在不重新进行信道估计情况下可以由信道矩阵的估计 按照公式(10d)计算得到码道c的第j个符号的权矢量wi,j=(σs2FH[σs2FFH+σ2IM]-1)T,F=(H^(k))j...(10d)]]>其中，σ2为接收信号矢量中噪声分量的功率，σs2为发送符号的功率。
在上述MIMO接收机中，级数S的取值范围为2≤S＜M。通常，可以根据具体的性能和时延需求，确定S的取值。一般来讲，当S＝2或3时，性能就应该很好了，再增加S性能也提高不大。
该MIMO接收机第一级结构中组数Zc可以预先设置；可以由信道矩阵计算得到每个符号的SNR，然后按照每个符号的SNR对符号进行分组，具体分组方法可以借用多用户检测中分组串行干扰对消GSIC方法中的分组方法。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
1.一种多输入多输出系统的多码接收机，其特征在于，该接收机包括解扩单元组(301)和至少两级联合检测单元(305)，其中，解扩单元组(301)中每个解扩单元将接收信号矢量中的每个分量进行解扩，并将得到的一个以上个解扩信号矢量输入至所述至少两级联合检测单元(305)中的第一级联合检测单元(302)；第一级联合检测单元(302)对接收到的每个解扩信号矢量对应码道内所有符号进行分组检测，得到每个码道内所有符号的信号估计和总信号估计，然后将得到的每个码道的所有符号的信号估计和总信号估计进行码域干扰对消以及解扩信号矢量的修正，输出每个码道的每个符号的修正的解扩信号矢量至下一级联合检测单元进行处理，直至最后一级联合检测单元(304)，最后一级联合检测单元(304)对接收到的修正的解扩信号矢量进行检测，得到每个码道的所有符号的估计。
2.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述解扩单元组包括一个以上个解扩单元，其中，第c个解扩单元用OVSF码c和扰码对接收信号矢量中每个分量进行解扩，得到第c个解扩信号矢量。
3.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述第一级联合检测单元包括C个第一级检测单元(401)和码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)，其中，第c个第一级检测单元(401)由第c个解扩信号矢量得到码c所有符号的信号估计和总的信号估计，每个第一级检测单元(401)分别将得到的所有符号的信号估计和总的信号估计输入至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)；码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)完成码片级干扰对消和解扩信号矢量的修正，得到码1至码C对应的所有符号的修正的解扩信号矢量；然后再将每个符号修正的解扩信号矢量输出至下一级联合检测结构。
4.根据权利要求3所述的接收机，其特征在于，所述第c个第一级检测单元(401)包括符号分组与重排单元(501)，由输入的解扩信号矢量和信道矩阵的估计将M个符号按照一定准则分成Zc组，并按照分组顺序与组内符号顺序将M个符号进行重新排列，并将组成信道矩阵的列矢量也进行重排形成新的信道矩阵，将解扩信号矢量和新的信道矩阵的估计输入至第一个新组内符号检测与干扰对消单元(502)，同时将新的信道矩阵的估计输出至其余新组内符号检测与干扰对消单元(502)并将解扩信号矢量输出至新预处理单元(503)；Zc个新组内符号检测与干扰对消单元(502)，其中，每个新组内符号检测与干扰对消单元由接收到的解扩信号矢量完成一个组的符号检测和并行干扰对消，得到组内所有符号的信号估计和修正的解扩信号矢量，并将所有符号的信号估计输出送至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)，以及将得到的修正的解扩信号矢量输出至下一个新组内符号检测与干扰对消单元；新预处理单元(503)，由接收到的解扩信号矢量估计出总的信号估计，并将其送至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)。
5.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，Zc个新组内符号检测与干扰对消单元(502)中第i个新组内符号检测与干扰对消单元包括权矢量计算单元(601)，用于根据输入的信道矩阵的估计计算出一个以上的权矢量，并将每个权矢量依次输入决策统计量计算单元(602)；每个决策统计量计算单元(602)，用于根据第(i-1)个新组内符号检测与干扰对消单元输出的经过修正的接收信号矢量ri和权矢量计算出决策统计量，并将计算出的决策统计量发送至与其相连的发送符号估计单元(603)；每个发送符号估计单元(603)，用于根据收到的决策统计量，估计出本组内对应符号的估计值并将其送至信号估计与干扰对消单元(604)；信号估计单元与干扰对消单元(604)，由接收到的组内所有符号的估计值和修正的接收信号矢量完成组内所有符号的信号估计和干扰对消后，将所有符号的信号估计输出至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)，将修正的解扩信号矢量输出至第(i+1)个新组内符号检测与干扰对消单元。
6.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(402)包括C个扩频单元(701)、码域干扰对消单元(702)、C个解扩单元(703)和解扩信号矢量修正单元(704)，其中，每个扩频单元将接收到的对应码道总的信号估计进行扩频，然后将扩频信号输出至码域干扰对消单元(702)，由码域干扰对消单元(702)将接收到的扩频信号进行干扰对消，然后再将经过干扰对消得到的残差信号分别并行输出至所有的解扩单元(703)，第c个解扩单元用OVSF码c和扰码对输入信号矢量中每个分量进行解扩，得到第c个解扩信号矢量，将得到的解扩信号矢量输出至解扩信号矢量修正单元(704)，解扩信号矢量修正单元(704)完成解扩信号矢量的修正输出所有码道的所有符号的修正的解扩信号矢量。
7.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述至少两级联合检测单元(305)中第i(1＜i＜S)级联合检测单元(303)包括C个中间级检测单元(801)和码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(802)，其中，第c个中间级检测单元根据前一级联合检测结构输出的码c的所有符号的修正的解扩信号矢量估计出码c的所有符号的估计，并由每个符号的估计得到每个符号的信号估计和总信号估计，然后将每个符号的信号估计和码c的总信号估计输出至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(802)；码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(802)由接收信号矢量进行干扰对消，并完成对干扰对消得到的残差信号的解扩和解扩信号矢量的修正后，将得到的每个码道的每个符号的修正的解扩信号矢量输出第i+1级联合检测单元。
8.根据权利要求7所述的接收机，其特征在于，第c个中间级检测单元(801)包括权矢量计算单元(901)，根据信道矩阵的估计计算出一个以上的权矢量，并将每个权矢量依次输入决策统计量计算单元(902)；每个决策统计量计算单元(902)根据第(i-1)级联合检测单元输出的码c的一个符号的修正的接收信号矢量和该符号的权矢量计算出决策统计量，并将计算出的决策统计量发送至与其相连的发送符号估计单元(903)；每个发送符号估计单元(903)根据收到的决策统计量，估计出对应符号的估计值并将其送至信号估计单元(904)；信号估计单元(904)由接收到的码道c的所有符号的估计值完成所有符号的信号估计和码道c的总信号估计，将所有符号的信号估计和总信号估计输出至码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(802)。
9.根据权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述最后一级联合检测单元(304)包括C个最后一级检测单元，其中，第c(1≤c≤C)个最后一级检测单元根据前一级联合检测结构输出的码c的所有符号修正的解扩信号矢量估计出码c的所有符号的估计，作为最后的检测结果。
10.根据权利要求9所述的接收机，其特征在于，所述C个最后一级检测单元中第c个最后一级检测单元(1001)包括权矢量计算单元(501)，计算出M个权矢量，将其分别输出至1～M决策统计量计算单元(502)；每个决策统计量计算单元(502)根据收到的权矢量以及接收到的相应符号的修正的解扩信号矢量，分别计算出一个决策统计量，然后再将计算出的决策统计量输出至与其连接的发送符号估计单元(503)；发送符号估计单元(503)，根据决策统计量估计出符号后，直接将符号估计值作为最后检测结果输出。
全文摘要
本发明公开了一种多输入多输出系统的多码接收机，该接收机包含解扩单元组和至少两级联合检测单元，解扩单元组将接收信号矢量中每个分量进行解扩，将得到的解扩信号矢量输入至至少两级联合检测单元中第一级联合检测单元；第一级联合检测单元对每个解扩信号矢量对应码道内所有符号进行分组检测，再将检测后得到的每个码道内所有符号的信号估计和总信号估计进行码域干扰对消及解扩信号矢量的修正，输出每个码道每个符号的修正的解扩信号矢量至下一级联合检测单元，逐级处理，直至最后一级联合检测单元接收到修正的解扩信号矢量，并得到每个码道所有符号的估计。该接收机提高了多码发送下接收机的解调性能，使接收机的处理时延减小，提高系统容量和峰值速率。
文档编号H04B7/08GK1716813SQ20041005005
公开日2006年1月4日 申请日期2004年6月29日 优先权日2004年6月29日
发明者魏立梅 申请人:华为技术有限公司