专利名称：一种多输入多输出信号检测方法、装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种多输入多输出信号检测方法、装置及 系统。
背景技术：
MIMO (Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)是下一代无线通信的关 键技术。在MIMO系统中，利用多根发送天线和多根接收天线进行无线信号传输，与传统的 单天线收发系统相比，MIMO系统能够在不增加带宽和天线发射功率的情况下，显著提高无 线频谱利用率。目前研究表明，在MIMO系统中采用ML (Maximum Likelihood，最大似然)检测方法 能够获得最优的信号检测性能，但是标准的ML检测算法由于其复杂度太高，往往难以在实 际应用中实现。为了解决这个问题，人们提出了一些简化的ML算法，如球形译码检测算法 等，其主要思想在于构造较小的候选集，这些候选集能够有效地覆盖可能性较大的信号组 合，从而不必对所有可能的发送信号的组合进行遍历搜索，降低算法的复杂度。在实现本发明的过程中，发明人发现上述方法至少存在如下的问题选择较小的 候选集虽然可以降低ML算法的复杂度，但是针对某个(或某些)发送信号比特，可能在候 选集中该比特为0的信号组合为空集(或者该比特为1的信号组合为空集)，此时，该比特 的LLR(Log-Likelihood Ratio，对数似然比)将无法计算。在现有技术中，是使用固定值来 代替该比特的LLR值作为判决输出，造成检测性能的下降。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多输入多输出信号检测方法、装置及系统，以解决在 MIMO系统中，因使用固定值代替LLR值作为判决输出而导致的检测性能下降的问题。技术 方案如下本发明提供一种MIMO信号检测方法，包括对接收信号进行线性检测，得到发送信号的线性检测量化值，所述量化值为调制 星座图上的星座点；由所述接收信号中，减去第一类发送信号的线性检测量化值的信道输出，得到重 构的接收信号，所述第一类发送信号为除待检测比特所在发送天线之外，其他发送天线的 发送信号；使用所述重构的接收信号，对待检测比特进行最大似然判决，得到该比特的判决 输出值；其中，所述待检测比特，在检测候选集中为0的信号组合为空集，或者在检测候选 集中为1的信号组合为空集。本发明还提供一种MIMO信号检测装置，包括线性检测单元，用于对接收信号进行线性检测，得到发送信号的线性检测量化值，所述量化值为调制星座图上的星座点；重构单元，用于由所述接收信号中，减去第一类发送信号的线性检测量化值的信 道输出，得到重构的接收信号，所述第一类发送信号为除待检测比特所在发送天线之外， 其他发送天线的发送信号；判决单元，用于使用所述重构的接收信号，对所述待检测比特进行最大似然判决， 得到该比特的判决输出值；其中，所述待检测比特，在检测候选集中为0的信号组合为空集，或者在检测候选 集中为1的信号组合为空集。本发明还提供一种MIMO信号检测系统，包括检测选择装置，第一检测装置和第二 检测装置；所述检测选择装置，用于判断在检测候选集中，待检测比特为0的信号组合与该 比特为1的信号组合是否都为非空集，如果否，则将该待检测比特发送至所述第一检测装 置；如果是，则将该待检测比特发送至所述第二检测装置；所述第一检测装置，如权利要求6至9任一项所述的装置；所述第二检测装置，用于根据接收信号，计算所述检测选择装置所发送比特的对 数似然比，作为该比特的判决输出值。本发明技术方案，对于在简化ML算法中无法计算LLR的发送信号比特，可以通过 重构接收信号的方法来获得该比特的LLR近似值并作为判决输出，与现有的使用固定值代 替LLR值作为判决输出的方法相比，检测性能有显著的提高。
图1为MIMO系统的发送接收天线示意图；图2为本发明实施例一的MIMO信号检测方法流程图；图3为本发明实施例二的MIMO信号检测方法流程图；图4为应用本发明技术方案的仿真结果示意图；图5为本发明实施例三的MIMO信号检测装置的结构示意图；图6为本发明实施例三的线性检测单元的结构示意图；图7为本发明实施例三的判决单元的结构示意图；图8为本发明实施例四的MIMO信号检测系统的结构示意图。
具体实施例方式首先对本发明的MIMO信号检测方法进行说明，包括对接收信号进行线性检测，得到发送信号的线性检测量化值，所述量化值为调制 星座图上的星座点；由所述接收信号中，减去第一类发送信号的线性检测量化值的信道输出，得到重构的接收信号，所述第一类发送信号为除待检测比特所在发送天线之外，其他发送天线的 发送信号；使用所述重构的接收信号，对待检测比特进行最大似然判决，得到该比特的判决 输出值；
其中，所述待检测比特，在检测候选集中为0的信号组合为空集，或者在检测候选 集中为1的信号组合为空集。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图对本发明的实 施方式做进一步的详细说明。图1所示为MIMO系统的示意图，假设在系统发送端有&根天线，接收端有Nk根天线。在典型的MIMO系统中，接收信号与发送信号的关系可以用下式来表示r = Hx+n其中，χ表示发送信号，X = R,Χ2 、Γ巧乂…^分别对应每根发送天线上的
发送信号；r表示接收信号，/· = [。 … ]"《。…\分别对应每根接收天线上接收到的信 号；H表示信道响应，为NkX Nt维矩阵；η表示加性噪声，服从均值为0，方差为2 σ 2的高斯分布，其维数为NkX 1。ML检测的原理是找到一个信号向量i，使得接收信号r和重构的接收信号历之间 的距离最小。ML检测需要遍历搜索所有可能的发送信号的组合，才能得到令上式距离最小 的信号组合。举例说明，若调制阶数为M，则在调制星座图上共有N= 2M个星座点，则可能 的发送信号的组合共有种。当使用高阶调制方式或发送天线数目较多时，ML检测的遍 历搜索过程其计算复杂度将非常大。在简化的ML算法中，由于构造了较小的候选集，从而不必对所有可能的发送信号 的组合进行遍历搜索。但是针对某个(或某些)发送信号比特，可能在候选集中该比特为 0的信号组合为空集(或者该比特为1的信号组合为空集)，此时，该比特的LLR将无法计 算，如果用一固定值来代替该比特的LLR值，将造成检测性能的明显下降。实施例一本发明针对待检测的发送信号比特在候选集中为0 (或1)的信号组合为可能为空 集的情况，提供一种改进的计算方法，以计算结果来代替该比特的LLR值。假设待检测比特 为第i(i = l，2，… )根天线发送信号的第k(k= 1，2，…M)个比特，参见图2所示，该 比特的检测方法包括以下步骤S201，对接收信号进行线性检测，得到发送信号的线性检测量化值。接收端在接收到信号r之后，首先通过线性均衡，获得发送信号的估计值i ,具体 方法如下x = wr其中，线性检测可以采用迫零(ZF)算法或者最小均方误差准则(MMSE)算法，相应 的线性均衡矩阵分别为wZF = (HhH) ^1HhWym^ ^ {Hh H+ σ2 IntYxHh , σ 2 为噪声功率。得到发送信号的估计值之后，根据调制星座图，对其进行量化处理=Q(X1) , i = 1,2. . . Nt其中Q(X)为量化算法函数，其作用是输出调制星座图上与χ的欧氏距离最近的星座点，判决算法函数的形式由调制方式及所采用的具体算法决定，本发明对此不需要进行 限定。S202,使用线性检测量化值，重构接收信号。重构接收信号的方法为对除第i根之外其他发送天线的信号的量化结果进行重 构，即计算除第i根之外其他发送天线量化值的信道输出值，并将所得到的每根发送天线 的信道输出值由总的接收信号中减去，得到重构的接收信号，具体实现如下其中，H( ，j)表示H矩阵的第j列，即针对第j根发送天线的信道响应。这样，在不存在误差传播或者说其他天线发送信号重构的比较精确的情况下，在 重构的接收信号F中，实际上主要包括的是第i根天线所发送信号的信道输出，因此该发送 天线每个信号比特的O (或1)候选集均不为空，可以利用ML检测算法获得该发送天线每个 信号比特的近似LLR，具体计算方法请参照S203。S203，使用重构的接收信号，对待检测比特进行最大似然判决。在调制星座点的集合中，找到一个信号向量s，使得重构的接收信号F与H(:，i)s 之间的距离最小，根据最大似然检测的算法，可以得到秘hmaxfl—恥ΜΙ] — -恥叫仏]
‘ υφ 〔/2^2J χ,.Φ； ^其中，σ 2为信道噪声功率，Φ 和Φ 分别是调制星座点集合中，第k个比特为O或 1的星座点的集合Oj = [Xi I Xi k = 0, Xi e Φ}d)J |χαe<D}Xi,k表示Xi的第k个比特，Φ是调制星座点集合。计算所得到的bi(k)即为第i(i = 1,2,-Nt)根天线发送信号的第k(k= 1，2，… M)个比特的判决输出值，在ML检测过程中，使用bi(k)来代替该比特的LLR值，并进行后续 的解扰及信道译码等操作。实施例二 实施例一介绍了针对发送信号比特在候选集中为0(或1)的信号组合为为空集 的情况，该比特的检测方法，而对于其他比特，可以仍然计算其LLR值。本实施例提供一种 MIMO信号的检测方法，方法的流程图可以参见图3所示，包括以下步骤S301，对于每根发送天线上的每个信号比特，如果在预先构造的检测候选集中，该 比特为0的信号组合与该比特为1的信号组合都是非空集，则执行S303，否则执行S302。发送信号= X^Xav]7中，包括Nt根天线所发送的信号，其中每根天线所发送 的信号又包括M个比特(Μ为调制阶数)，在简化的ML算法中，需要构造一个较小的候选集 Ψ，该候选集应能够有效覆盖可能性较大的发送信号组合。对于第i(i = l，2，一Ντ)根天线发送信号的第k(k= 1，2，"·Μ)个比特，设 是该比特在候选集中为0的信号组合，是该比特在候选集中为0的信号组合
Ψ^ = {χ I JCjt = 1}如果Ψ^和Ψ^都是非空集，则执行S303，否则执行S302。S302，使用实施例一所提供的方法，计算该比特的最终判决输出值。如果对于第i(i = 1，2，-·ΝΤ)根天线发送信号的第k(k= 1，2，…M)个比特， 或1 ^为空集，则通过S201-S203的方法来计算该比特的最终判决输出值。在本实施例
中不再重复描述。S303，根据接收信号，计算待检测比特的对数似然比，作为该比特的最终判决输
出ο如果对于第i(i = 1,2,…⑷根发送信号的第k(k = 1,2,…Μ)个比特，Ψ^和 Ψ^都不是空集，则通过计算该比特的对数似然比得到其最终的判决输出值
Σ κ小广⑷
剛秘^ 鄉糊
納 Λi = l,2, -Nt ；k = 1,2, -M其中，P(X)为发送信号的概率，由于发送信号中的各个符号先验等概，并且噪声服 从高斯分布，因此可以得到
Σb, (k) = In ^——--
‘ Σ
Σ蚧闵 Σ exp(J卜确l^2)^ In=In^——,『丨丨2 χ _
Σ 树巾) y exp(Jn|l/7)
鄉^k/2σi = l,2, -Nt ；k = 1,2, ...Μ根据Jacobian 对数等式 ln(ea| +^2) = max(ava2) + ln(l + e-,a'-ai1),并且采用 Max-Log_Map 近似，则
Σ ‘》 眷VHk-放I2/、
Γ (-\\r~Hxf/ Ι (-\\r~Hxt/ )w max " 11A 2 —max 丨12
iey t/2σζ/2σ
■ VJ νJi = 1,2, -Nt ；k = 1,2, ...Μ经过上述S301-S303步骤，可以得到Nt根发送天线所有信号比特的输出判决值， 使用这些输出判决值即可进行后续的解扰及信道译码等操作。
本发明所提供的技术方案，对于在简化ML算法中无法计算LLR的发送信号比特， 通过重构接收信号的方法来获得该比特LLR近似值，与现有的使用固定值替代LLR值作为 判决输出的方法相比，检测性能有显著的提高。图4所示为本发明技术方案应用在Nk = 2、Nt = 2的MIMO系统下的仿真结果，图 中的横坐标表示Es/NO (信噪比)，纵坐标表示BLER (误块率)。仿真条件如下编码码率为 1/3、信号调制方式为16QAM、信道模型为3GPP所定义的ETU信道。由图中可以看出，标准的 ML算法其检测性能最佳，而在候选集大小相同的前提下，使用本发明技术方案，其检测性能 明显优于使用固定 值代替LLR值的原有方案在BLER = 0. 1的条件下，当候选集为1时，信 噪比性能可以提升1. 5dB，候选集为8时可以提升ldB，如果采用更高的编码码率，性能提升 将更加明显。由图中还可以看出，当候选集为8时，本发明技术方案的检测性能已经逼近标 准的ML检测，而从复杂度方面，其计算量仅相当于标准ML算法的1/16左右，因而可实现性 也得到了显著的提高。实施例三相应于上面的方法实施例，本发明还提供一种MIMO信号检测装置，参见图5所示， 该装置包括线性检测单元510，用于对接收信号进行线性检测，得到发送信号的线性检测量化 值，所述量化值为调制星座图上的星座点；重构单元520，用于由所述接收信号中，减去第一类发送信号的线性检测量化值 的信道输出，得到重构的接收信号，所述第一类发送信号为除待检测比特所在发送天线之 夕卜，其他发送天线的发送信号；判决单元530，用于使用所述重构的接收信号，对所述待检测比特进行最大似然判 决，得到该比特的判决输出值；其中，所述待检测比特，在检测候选集中为0的信号组合为空集，或者在检测候选 集中为1的信号组合为空集。参见图6所示，所述线性检测单元510，可以包括均衡子单元511，用于对接收信号进行线性均衡，获得发送信号的估计值；量化子单元512，用于根据调制星座图，对所述发送信号的估计值进行量化处理， 得到发送信号的线性检测量化值。其中，所述线性检测单元采用的线性检测算法可以是迫零算法或者最小均方误差 准则算法。参见图7所示，所述判决单元530，可以包括参数获得子单元531和判决输出子单 元 532 所述参数获得子单元531，用于获得以下参数调制星座点集合中，第k个比特为0的星座点的集合；调制星座点集合中，第k个比特为1的星座点的集合Φ;;所述重构单元所得到的重构的接收信号F ；信道噪声功率σ2;第i根发送天线的信道响应H ( , i)；所述判决输出子单元532，用于根据所述参数获得子单元531所获得的参数，得到待检测比特的判决输出值
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，所述待检测比特为第i根发送天线发送信号的第k个比特，bi(k)为该比特 的判决输出值。实施例四本发明还提供一种MIMO信号检测系统，参见图8所示，包括检测选择装置810，第 一检测装置820和第二检测装置830 ；所述检测选择装置810，用于判断在检测候选集中，待检测比特为0的信号组合与 该比特为1的信号组合是否都为非空集，如果否，则将该待检测比特发送至所述第一检测 装置；如果是，则将该待检测比特发送至所述第二检测装置；所述第一检测装置820即为实施例三所描述的MIMO信号检测装置，其作用是对于 无法计算LLR的信号比特，使用本发明所提供的改进方法计算其判决输出值。所述第二检测装置830，用于根据接收信号，计算所述检测选择装置所发送比特的 对数似然比，作为该比特的判决输出值。对于装置与系统实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以描述得比较简 单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置与系统实施例仅仅是示 意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单 元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到 多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案 的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本 发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请中 的实施例可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请中的 实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现 出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令 用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请中的 各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。以上所述仅是本发明的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
一种多输入多输出MIMO信号检测方法，其特征在于，包括对接收信号进行线性检测，得到发送信号的线性检测量化值，所述量化值为调制星座图上的星座点；由所述接收信号中，减去第一类发送信号的线性检测量化值的信道输出，得到重构的接收信号，所述第一类发送信号为除待检测比特所在发送天线之外，其他发送天线的发送信号；使用所述重构的接收信号，对待检测比特进行最大似然判决，得到该比特的判决输出值；其中，所述待检测比特，在检测候选集中为0的信号组合为空集，或者在检测候选集中为1的信号组合为空集。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对接收信号进行线性检测，得到发送 信号的线性检测量化值，包括对接收信号进行线性均衡，获得发送信号的估计值；根据调制星座图，对所述发送信号的估计值进行量化处理，得到发送信号的线性检测量化值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述线性检测的算法为迫零算法或者 最小均方误差准则算法。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用重构的接收信号，对待检测比特 进行最大似然判决，具体实现为<formula>formula see original document page 2</formula>其中，所述待检测比特为第i根发送天线发送信号的第k个比特，bi(k)为该比特的判决输出值；<为调制星座点集合中，第k个比特为0的星座点的集合； #为调制星座点集合中，第k个比特为1的星座点的集合； F为所述重构的接收信号； O2为信道噪声功率； H( ，i)为第i根发送天线的信道响应。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当所述比特在检测候选集中为0的信号组合，和所述比特在检测候选集中为1的信 号组合都不为空集时，则根据接收信号，计算该比特的对数似然比，作为该比特的判决输出值。
6.一种多输入多输出MIM0信号检测装置，其特征在于，包括线性检测单元，用于对接收信号进行线性检测，得到发送信号的线性检测量化值，所述 量化值为调制星座图上的星座点；重构单元，用于由所述接收信号中，减去第一类发送信号的线性检测量化值的信道输 出，得到重构的接收信号，所述第一类发送信号为除待检测比特所在发送天线之外，其他 发送天线的发送信号；判决单元，用于使用所述重构的接收信号，对所述待检测比特进行最大似然判决，得到 该比特的判决输出值；其中，所述待检测比特，在检测候选集中为0的信号组合为空集，或者在检测候选集中 为1的信号组合为空集。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述线性检测单元，包括 均衡子单元，用于对接收信号进行线性均衡，获得发送信号的估计值；量化子单元，用于根据调制星座图，对所述发送信号的估计值进行量化处理，得到发送 信号的线性检测量化值。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述线性检测单元的线性检测算法为 迫零算法或者最小均方误差准则算法。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述判决单元，包括参数获得子单元和判 决输出子单元所述参数获得子单元，用于获得以下参数 调制星座点集合中，第k个比特为0的星座点的集合①？； 调制星座点集合中，第k个比特为1的星座点的集合①；；； 所述重构单元所得到的重构的接收信号F ； 信道噪声功率o 2 ；第i根发送天线的信道响应H( ,i)；所述判决输出子单元，用于根据所述参数获得子单元所获得的参数，得到待检测比特 的判决输出值<formula>formula see original document page 3</formula>其中，所述待检测比特为第i根发送天线发送信号的第k个比特，bdk)为该比特的判 决输出值。
10.一种多输入多输出MIM0信号检测系统，其特征在于，包括检测选择装置，第一检测 装置和第二检测装置；所述检测选择装置，用于判断在检测候选集中，待检测比特为0的信号组合与该比特 为1的信号组合是否都为非空集，如果否，则将该待检测比特发送至所述第一检测装置；如 果是，则将该待检测比特发送至所述第二检测装置；所述第一检测装置，如权利要求6至9任一项所述的装置；所述第二检测装置，用于根据接收信号，计算所述检测选择装置所发送比特的对数似 然比，作为该比特的判决输出值。
全文摘要
本发明公开了一种多输入多输出信号检测方法、装置及系统。一种多输入多输出信号检测方法包括对接收信号进行线性检测，得到发送信号的线性检测量化值，所述量化值为调制星座图上的星座点；由所述接收信号中，减去第一类发送信号的线性检测量化值的信道输出，得到重构的接收信号，所述第一类发送信号为除待检测比特所在发送天线之外，其他发送天线的发送信号；使用所述重构的接收信号，对待检测比特进行最大似然判决，得到该比特的判决输出值；其中，所述待检测比特，在检测候选集中为0或为1的信号组合为空集。本发明技术方案，与现有的使用固定值代替LLR值作为判决输出的方法相比，检测性能有显著的提高。
文档编号H04L1/06GK101834693SQ20091007938
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者陆会贤, 黄琛 申请人:大唐移动通信设备有限公司