专利名称：一种多级混合检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通讯系统中基带传输的抗千扰检测，具体涉及一种混合
数字滤波和MLSE检测的多级检测方法及其装置。
背景技术：
对于实际的基带传输系统，串扰是难以避免的。当串扰影响严重时，必 须对整个系统的传递函数进行校正或均衡，使其接近无失真传输条件。接收 端的均衡器通常置于接收机的中频或基带，产生与信道特性相反的特性，用
来抵消信道的时变、多径传播特性引起的干扰，尤其在高数据率的无线传输 系统，衰落会带来严重的码间串扰。
目前的数字滤波器或者均衡器可以分为时域均衡和频域均衡，线性均 衡和非线性均衡，自适应均衡和非自适应均衡，橫向结构和格型结构；算法 上可分迫零算法、MMSE算法和RLS算法以及它们的各种变体，等等。 不同的均衡器，其计算复杂度、代价、收敛速度、稳定性、跟踪性能等也不 相同，有相应的适用范围。
最大似然序列检测MLSE作为一种性能最优的检测方法，用于检测符号 序列。它的基本思想是遍历所有可能的输入序列，从中选出与接收符号具有 最大相似性的输入序列作为检测结果。由于MLSE不釆用均衡滤波器，因而 避免了增强已引入的噪声，在复杂度可以接受的前提下有着良好的性能，是 首选的检测方法。但是其复杂度成为算法设计所关注的重点。Viterbi算法利 用格图对MLSE进行了简化，在序列长度、关联长度带来的复杂度逐渐增大 的情况下，可以通过次优的截断方法减d、延迟时间和序列路径存储等相关的 存储空间，并在一定的截断长度参数下保证一定的精确性。但对于经过预编 码的序列并不能简单的应用上述算法，而需要根据系统整体结构设计算法以 追求更高的性能代价比，在满足性能要求的情况下降低复杂度。
特别的DFT-S-OFDM系统，在发送端采用DFT变换对序列进行了预
编码，在提高性能的同时使大量数据的相关联，单纯利用MLSE的复杂度过 高对处理硬件要求高且不易在接收端实现。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种多级混合检测方法及其使用装 置，在保证一定性能增益的基础上降低MLSE检测复杂度，该方法及其使用 装置进一步特别定义可以解决DFT-S-OFDM系统中由于发送端预编码引入 的相关数据，在经过多径信道和噪声叠加后，在接收端应用最大似然序列检 测算法检测导致的高复杂度问题。
本发明的上述第 一个技术问题这样解决，提供一种多级混合检测方法， 应用在基带传输中，由接收端对其提取的用户信号进行检测，其特征在于， 包括以下步骤
1.1) 一级滤波检测根据信道估计值，依数字滤波的信号处理准则从用 户信号中生成初判序列；
1.2) 中间扩展处理对所述初判序列在接收端可能接收的序列范围内进 行周边扩展，衍生出其他序列并与该初判序列共同组成待判决序列集合；
1.3) 二级MLSE检测对所述集合进行遍历，依最大似然准则和所述信 道估计值从中选出与所述用户信号有最大似然的序列作为检测结果。
其中
信道估计值可以是预先设定的典型值，也可以是接收端信道估计器实际 估计产生；步骤1.3)的遍历的复杂度已大幅下降，通常的MLSE处理器可达 到要求。
按照本发明提供的混合检测方法，所述最大似然准则是将可能暗藏在接 收用户信号中的实际发送信号结合噪声通过符合信道估计值的信道到达接 收端的信号与实际接收用户信号进行比较，差异最小的为最大似然。
按照本发明提供的混合检测方法，所述一级滤波检测中的准则包括但不 限制于最小均方误差MMSE准则、迫零准则或自适应滤波RLS准则。
按照本发明提供的混合检测方法，步骤1.2)中的扩展方式包括但不限制 于以下两种
(-)所述步骤1.2)的扩展是汉明距离扩展根据接收端所有可能接收的序 列与所述初判序列的汉明距离比较结果，选择落入指定范围内的序列加入所 述集合；所述范围是小于或小于等于指定值P。
仁)所述步骤1.2)的扩展是星座图扩展根据发送端调制方法的星座图和 其引入的不同符号误判率，在最大替换符号数P，的限制下，选择误判率高于 指定值的符号替换所述初判序列中相应符号、产生新序列并加入所述集合。
按照本发明提供的混合检测方法，将所述误判率设立等级，误判率高等 级低，选择等级小于或小于等于指定等级的符号替换所述初判序列中相应符 号、产生新序列并加入所述集合。
按照本发明提供的混合检测方法，所述混合检测方法还包括步骤1.4) 三级MLSE检测将所述检测结果作为初判序列，重复所述步骤1.2)和1.3)。
按照本发明提供的混合检测方法，所述接收端还包括干扰信号恢复器和 消除器，所述混合检测方法还包括利用所述恢复器恢复所述检测结果对应的 空中接口形式的信号，视为对其他用户的干扰信号，由所述消除器进行消除。
按照本发明提供的混合检测方法，该方法采用MMSE准则进行一级滤 波检测，主要应用在单载波系统中基带传输内，这样就解决了 DFT-S-OFDM 系统中由于发送端预编码引入的相关数据，在经过多径信道和噪声叠加后， 在接收端应用最大似然序列检测算法检测导致的高复杂度问题。
按照本发明提供的混合检测方法，所述无线通讯系统可以是GSM、 CDMA或TDMAIFDMA，也可特别是单载波系统，所述单载波系统可以是 DFT-S-OFDM系统或IFDMA系统。。
按照本发明提供的混合检测方法，所述系统包括发送端和接收端，发送 /接收的合法数据序列中的合法码被包括在系统码集中，所述接收端所有可 能接收的序列符合该系统码集的要求。
本发明的上述另 一个技术问题这样解决，提供一种多级混合检测装置， 内置在无线系统中接收端内，包括从输入端到输出端依次连接的对用户信号
进行滤波检测的 一级滤波检测器和在该一级滤波检测输出初判序列的基础
上进行最大似然序列检测的块ML检测器，还包括输出连接所述一级滤波检 测器和块ML检测器的信道估计器。
按照本发明提供的多级混合检测装置，所述一级检测器可以是MMSE 检测器、迫零检测器或自适应滤波RLS检测器。
按照本发明提供的多级混合检测装置，还包括与所述块ML检测器连接 独立的或内置在所述块ML检测器内的分割长度选择模块。
按照本发明提供的多级混合检测装置，还包括与所述输出端连接的干扰 信号恢复器和与所述输入端连接的干扰信号消除器；所述千扰信号消除器输 出端与所述块ML检测器连接。
本发明提供的多级混合检测方法及其装置，以数字滤波为基础、用数字 滤波处理后的结果代替直接对大量相关的用户信号进行MLSE处理，大大降 低了 MLSE算法的复杂度，同时性能上优于各种数字滤波算法，在保证一定 性能增益的基础上降低复杂度，使得简化后的检测方法和装置对硬件要求一 般较易实现，从而便于实际应用，采用MMSE准则特别地可解决 DFT-S-OFDM系统中由于发送端预编码引入的相关数据，在经过多径信道 和噪声叠加后，在接收端应用最大似然序列检测算法检测导致的高复杂度问 题。
下面结合附图和具体实施例进一 步对本发明进行详细说明。
图1是DFT-S-OFDM系统发送端信号处理示意图。
图2是DFT-S-OFDM系统接收端信号处理示意图。
图3是本发明提供的MMSE和MLSE混合的多级检测装置结构示意图。
具体实施例方式
下面仅以MMSE准则为例具体说明本发明，本发明类似的还可以采用 迫零准则或自适应滤波RLS准则同样简化MLSE检测。
首先，说明本发明思想
(-)本发明提供了一种简化的MLSE检测算法，包括以下步骤 待检序列首先做MMSE检测，得到初判序列；
以距离为判断的扩展规则对初判序列作扩展，衍生出以其初判序列为中 心的多个MLSE的待判决序列；
以待判决序列作为确定的候选输入序列进行遍历，从中选出与接收序列 有最大似然的序列作为判决结果。
(=)上述步骤中一定的扩展规则可以是比特扩展规则，即汉明距离扩展 规则，扩展参数P = Hamming—distance^,,其中S是用户"长M,,的初判序列， 》是在P限制下衍生的MLSE的待判决符号序列，即满足与S汉明矩离 Hamming—distance小于等于尸的所有符号序列都可作为S ,成为衍生的 MLSE的待判决符号序列之一。
曰上述步骤中一定的扩展规则还可以是星座扩展规则，星座扩展规则 是根据所选择调制方法的星座图，由星座图的结构出发，以符号误判的可能 性不同划分等级，其等级记为"ve/，不妨令误判可能性越大的等级，丄eve/越 低。在选定丄，/后，以相应小于或等于"ve/的等级所包含的符号替换初判 序列的相应符号。
卿上述步骤中还可以将MLSE的判决结果视为中心，衍生出再一次 MLSE的待判决序列，然后进行ML检测判决。
第二，说明本发明提供了一种简化的MLSE简化检测装置，如图3所示， 至少包括信道估计器33、 MMSE检测器31和进行最大似然序列检测的块 ML检测器32。其中，ML检测器32可附带分割长度选择器36。
提取出的待检测用户信号首先送入MMSE简化算法接收机进行MMSE 检测，信道估计器为MMSE检测提供信道估计值，得到初判序列。以一定 的扩展规则对初判序列作扩展，衍生出以其初判符号为中心的多个MLSE 的待判决序列送块ML检测器进行检测。
本发明简化的MLSE筒化检测装置除了各自的部件外，还可以包括干扰 信号恢复器34和干扰信号消除器35，已判决出的信号通过干扰信号恢复，
恢复为空中接口形式的信号，视为对其他用户的干扰信号，由干扰信号消除 器进行消除，从而减小对其他用户的干扰。
第三，以本发明方法和装置解决DFT-S-OFDM系统实际问题为例全面 说明本发明
(-)发送端数据发送调制过程，如图1所示，在DFT-S-OFDM系统中， 输入的bit流是首先经过调制，得到的符号经过DFT预编码，进行载波分配 后，加循环前缀后发送，经多径衰落信道，引入噪声，之后被接收端接收进 行检测判决。特别DFT-S-OFDM技术，在步骤12:子载波映射前加上的一 个步骤11: DFT变换，在实现数据符号频域的扩展，从而提供更好的子载 波映射以降低峰均比PAPR的同时，使大量符号之间产生了相关性，相当于 大大增加了约束长度，因而Viterbi的格图检测算法在这里已不再适用。
考虑有"个用户的DFT-S-OFDM系统中，各用户输入的bit流经串并变 换，每m个bit划为一组，进行星座映射，得到相应符号，即调制。用户1 的符号可表示为^，^,...，";用户"的符号可表示为^7,、";式 中上标用于区分用户，脚标表示用户符号的序号，其中的M"表示用户"分配 的子载波数。将不同用户"的符号分别作Mu点的DFT变换，得到经过预编 码的符号向量。用户"预编码后的符号可表示为C,"，CV',...， CK"。将所有用 户的变换所得按照一定规则分配到子载波上，即子载波映射。可用集中式分 配、分布式分配或其他分配方式将预编码后的符号分配到子载波上。采用集 中式分配后的子载波向量(0...0, ...(^|1(:12^2...6^2.工1^2"...<^,,",0...0)";采 用分布式分配后的子栽波向量(0...0,(:116:12...6111^21(:22丄2 ^..Cm'Cm2...^ 、0...of 。
分配之后的符号依序作W点的DFT变换，其中A^M,+A^+…+Mu。经过加
入循环前缀、串并变换的处理发送至多径衰落信道。
仁)接收端数据接收解调过程，如图2所示，接收端首先进行步骤21: DFT-S-OFDM解调，解调中首先去掉接收信号的循环前缀后，对它作快速 傅立叶变换fast Fourier transform,简称FFT);然后依次进行步骤22:对 用户进行载波逆映射，步骤23:从中提取目标用户信号，步骤24:送MLSE 算法检测器，通过步骤241:信道估计，输入的信道估计值，可以获得检测 用户的信号向量。对于本发明来说，MLSE算法检测器是经过简化的MLSE
算法^r测器。以上完整的过程可以表示为式I :
y-7/承P" + w I
其中，y是接收到的列向量，即iv"的矩阵；s是经调制后的符号列 向量，即A^i的矩阵；p表示对输入序列作预编码和栽波分配综合函数；// 是信道矩阵，即A^AT方阵；w为高斯白噪声在频域的响应。
由于每个用户的输入bit流相互独立，且预编码是针对单个用户进行的， 因此式I可以简化为式II:
U"〗=O] *尸瞎* U"]+w,["〗 11
其中参数皆是针对用户"而言，y_是接收到的单个用户列向量，即 M^l矩阵；s_是经调制后的用户符号列向量，即M^i矩阵；此处尸_仅 为预编码，即M^M"的方阵，不涉及载波分配过程。其中，Mu是分配给此 用户"的子载波数，Mu为25的倍数。
由上述DFT-S-OFDM的结构可知，预编码的存在，使用户"的M"个符 号关联起来。无论从对肘,,的分配要求，还是从以后发展角度考虑，使用 MLSE算法检测的情况下，都需要一种降低复杂度，保证性能的优化算法来 适应发展的趋势。这也是本发明的立足点。
曰为了降低复杂度，又可以在一定程度保持结构上带来的性能增益。本 发明考虑将线性均衡的最小均方误差检测MMSE和非线性均衡MLSE相结 合，以MMSE的初判结果为中心，限定MLSE考查的输入序列范围，以减 小复杂度；同时这两种均衡方法的结合，和考查的输入序列范围设定又可以 保证一定的性能。具体检测算法如下。
如图3所示，提取出的待检测用户信号送入内置本发明MLSE简化检测 装置的接收机进行检测，将待检测的用户信号首先由MMSE检测器31做 MMSE检测，即第一次判决，得到的判决结果称为初判序列。MMSE属符 号判决算法，对抗符号间干扰的性能不如MLSE,但实现简单，复杂度相对 较低。考虑到MMSE的上述优点，以其作初判，虽然判决结果的性能，包 括误码率或误帧率，有所下降，但以一定的扩展规则对其初判符号作扩展， 衍生出以其初判符号为中心的多个MLSE的待判决序列再由块ML检测器
32做最大似然序列检测。这样利用增加一次MMSE初判为代价缩小了 MLSE 的待判决符号序列的数量，这种MLSE的待判决符号序列的数量降低量随着 扩展参数的选择和扩展规则变化，性能也随之变化，从而降低了只由MLSE 作序列判决时的复杂度，性能优于MMSE,劣于最优的MLSE算法的性能。 根据性能要求，可以将MLSE的判决结果视为中心，衍生出再一次MLSE 的待判决序列，同时选择扩展参数和扩展规则，更可在降低复杂度的同时， 达到期望的性能。
初判的扩展参数和扩展规则决定衍生的MLSE的待判决符号序列，记扩 展参数为P或P，，本发明具体提供的扩展规则包括①比特扩展规则和②星 座扩展规则。
① 采用扩展参数P,在比特扩展规则中，即汉明距离扩展规则，扩展参
数户=Hamming—distance^,力，其中S是用户"长M,,的初判序列，》是在i5限制
下衍生的MLSE的待判决符号序列，即满足与s汉明矩离Hamming—distance, 小于等于P的所有符号序列都可作为夂成为衍生的MLSE的待判决符号序 列之一。
② 采用扩展参数P ，，星座扩展规则是根据所选择调制方法的星座图， 由星座图的结构出发，以符号误判的可能性不同划分等级，其等级记为
丄eve/，不妨令误判可能性越大的等级，丄ew/越低。在选定Zeve/后，以相应 小于或等于"ve/的等级所包含的符号替换初判序列的相应符号。此时尸，指 示的与比特扩展规则中尸不同，而是用户"长M,,的初判序列中将要被替换的 符号数。
可见上述两种方法中，星座扩展规则下衍生的MLSE的待判决符号序 列，由于考虑了调制本身的星座结构特性，考虑了由星座结构上引入的导致 误码产生的可能性差异，可以依此可能性有效地缩小MLSE的待判决符号序 列的范围，使更有可能被误判成的初判序列的符号，即可能的正确符号，被 收入MLSE的待判决符号序列，以期在下一步进行的MLSE判决中得到正 确的判决结果。这样在减少MLSE的待判决符号序列的同时，增大了算法的 性能。
最后，说明本发明关键最大似然序列检测的基本思想是遍历所有可能
的输入序列，从中选出与接收符号具有最大相似性的输入序列作为检测结
果。本发明将线性均衡的最小均方误差检测MMSE和非线性均衡MLSE相 结合，解决了 MLSE待判决符号序列过多，造成的复杂度增高的问题。本发 明采用的检测算法，基于MMSE检测的结果缩小MLSE的检测范围，以小 部分性能为代价大大降低了最大似然序列检测的复杂度。
权利要求
1、一种多级混合检测方法，应用在无线通讯系统的基带传输中，由接收端对其提取的用户信号进行检测，其特征在于，包括以下步骤1.1)一级滤波检测根据信道估计值，依数字滤波的信号处理准则从用户信号中生成初判序列；1.2)中间扩展处理对所述初判序列在接收端可能接收的序列范围内进行周边扩展，衍生出其他序列并与该初判序列共同组成待判决序列集合；1.3)二级MLSE检测对所述集合进行遍历，依最大似然准则和所述信道估计值从中选出与所述用户信号有最大似然的序列作为检测结果。
2、 根据权利要求1所述混合检测方法，其特征在于，所述一级滤波检测中的准则可以是最小均方误差MMSE准则、迫零准则或自适应滤波RLS准则。
3、 根据权利要求1所述混合检测方法，其特征在于，所述中间扩展 处理采用的是汉明距离扩展根据接收端所有可能接收的序列与所述初判序列的汉明距离比较结果，选择落入指定范围内的序列加入所述集合；所述范围是小于或小于等于指定值P。
4、 根据权利要求1所述混合检测方法，其特征在于，所述中间扩展处理采用的是星座图扩展根据发送端调制方法的星座图和其引入的不同符号误判率，在最大替换符号数P，的限制下，选择误判率高于指定值的符号替换所述初判序列中相应符号、产生新序列并加入所述集合。
5、 根据权利要求1所述混合检测方法，其特征在于，所述混合检测方法还包括步骤L4)三级MLSE检测将所述检测结果作为初判序列，重复所述步骤 1.2)和1.3)。
6、 根据权利要求1所述混合检测方法，其特征在于，所述接收端还包括千扰信号恢复器和消除器，所述混合检测方法还包括利用所述恢复器恢 复所述检测结果对应的空中接口形式的信号，视为对其他用户的千扰信号， 由所述消除器进行消除。
7、 根据权利要求1所述混合检测方法，其特征在于，所述无线通讯系统可以是GSM、 CDMA、 TDMA、 DFT-S-OFDM或IFDMA系统。
8、 一种多级混合检测装置，内置在无线系统中接收端内，其特征在 于，包括从输入端到输出端依次连接的对用户信号进行滤波检测的一级滤波 检测器和在该一级滤波检测输出初判序列的基础上进行最大似然序列检测 的块ML检测器(32),还包括输出连接所述一级滤波检测器和块ML检测器 的信道估计器(33)。
9、 根据权利要求8所述混合检测装置，其特征在于，所述一级检测 器可以是MMSE检测器(31)、迫零检测器或自适应滤波RLS检测器。
10、 根据权利要求8所述混合检测装置，其特征在于，还包括与所述 输出端连接的干扰信号恢复器(34)和其输出端上与所述输入端连接的干扰 信号消除器(35);所述干扰信号消除器输出端与所述块ML检测器连接。
全文摘要
本发明涉及一种多级混合检测方法及其装置，其中方法包括根据信道估计值、依数字滤波准则从用户信号中生成初判序列；对所述初判序列进行周边扩展组成待判决序列集合；对所述集合进行遍历，依最大似然准则从中选出与所述用户信号有最大似然的序列作为检测结果；其中，装置在块ML检测器之前还设置有数字滤波器进行预处理。这种方法及其装置，用数字滤波处理后的结果代替直接对大量相关的用户信号进行MLSE处理，大大降低了MLSE算法的复杂度，同时性能上优于数字滤波，在保证一定性能增益的基础上降低复杂度，在一些MLSE算法高复杂的情况下适当使用可以简化MLSE检测的具体实现，从而便于实际应用。
文档编号H04B1/707GK101170317SQ20061015033
公开日2008年4月30日 申请日期2006年10月26日 优先权日2006年10月26日
发明者张峻峰 申请人:中兴通讯股份有限公司