专利名称：一种mimo系统中mld接收机的cinr估计方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字通讯领域，具体的说，涉及一种多入多出(Multiple Input Multiple Output,ΜΙΜΟ)系统中最大似然检测(Maximum Likelihood Detector,MLD)接收 机的载波干扰噪声比(Carrier to Interference Noise Ratio，CINR)的估计方法及装置。
背景技术：
载波干扰噪声比(Carrierto Interference Noise Ratio, CINR)是信号功率与 干扰加噪声的功率的比值，其是反映信道质量的重要参数。CINR的估计具有十分重要的意 义，系统可以根据CINR调整编码方式及发射功率等。作为一种多天线技术，多入多出(Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)系统 的一个主要特征就是把在传统意义上认为有害的信号多径传播转变为有利因素。它充分利 用了信道随时间随机衰落以及多径延迟扩展来成倍地提高传输速度，同时并不需要增加系 统的带宽(只是增加软硬件的复杂度)。由于MIMO系统仍然是组合优化多天线上的信号， 所以保持有智能天线的优点，同时还具有更大的空间自由度。正如智能天线由于在发射端 或接收端使用阵列天线而具有阵列增益一样，MIMO技术由于在发射端和接收端同时使用多 天线而具有联合发射_接收分集增益。在MIMO系统中，数据以矩阵形式发射，这种矩阵发射形式会带来其他的优势。在 一定条件下，min(M，N)条独立符号(数据)流可以同时在矩阵信道中传输(这里的矩阵信 道是由N根发射天线的和M根接收天线形成的)。通过线性变换，可以把矩阵信道变换成若 干个本征模态(eigenmodes)的形式(即解相关的矩阵信道形式)。空间复用技术(Spatial Multiplexing, SM)就是使用这一优势的MIMO系统。由于 MIMO 系统的这些优势，在 3G，Wimax(Worldwide Interoperability for Microwave Access，微波存取全球互通)等技术中，ΜΙΜΟ被广泛应用。但对于SM接收端 来说，需要对解空间复用后的合并数据进行CINR估计，根据该CINR，MAC (Medium Access Control Layer，媒体接入控制层)将调整功控以及调制编码方式。综合目前的各种解空间复用检测算法，最大似然检测(Maximum Likelihood Detector, MLD)有较好的性能，但是由于MLD是一种非线性算法，其在MIMO-decoder之后 得到的是bit流的LLR(对数似然比)，FEC-decoder使用bit流的LLR进行译码得到发射 端的bit信息。由于bit流的LLR是用于信道译码的对数似然比，不具有信号的功率特征， 因而无法计算CINR。因此，结合MLD解空间复用技术的特点，需要得到一种MLD解空间复用后的信号的 CINR的方法。
发明内容
有鉴于上述背景，本发明提供了一种载波干扰噪声比的估计方法及装置，能够对 MLD解空间复用后的信号进行CINR估计。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案一种多入多出系统中最大似然检测接收机的载波干扰噪声比估计方法，对于每一 个发射信号，包含如下步骤A、获取该发射信号到多根接收天线的无线信道响应、以及噪声加干扰的协方差； 其中，干扰协方差为其他发射信号的无线信道响应自相关的总和；B、根据步骤A得到的无线信道响应、以及噪声加干扰的协方差，计算该发射信号 的载波干扰噪声比，即CINR。在上述方法的一种实施例中，所述每一个发射信号的载波干扰噪声比采用如下公
Nlx _
式计算C/M +九,其中，CINRn为第η个发射信号的载波干扰噪声比，
/'=] χΦη
hn为第η个发射信号到多根接收天线的无线信道响应，々f为第η个发射信号到多根接收天
ΝΤΧ
线的无线信道响应的转置矩阵，ο 2I为噪声协方差，Σ^^"为其他发射信号的无线信道响
1=1 i^n
应自相关的总和。
ΝΤΧ在上述方法的一种实施例中，所述公式<^^ =矽(°"2/ + 1矣矿广1九通过最大比
i=\ Φη
合并瓦获得，每一个发射信号的所述最大比合并瓦根据该发射信号的无线信道响应、噪声加 干扰的协方差、以及接收合并数据计算得到，其中，所述多信号的接收合并数据为各个发射 信号的接收信号以及多根接收天线的接收机噪声的总和。在上述方法的一种实施例中，所述最大比合并瓦采用如下公式计算
ΝΤΧ
K=K{<y2i+Yhihi)'lr ν= J柄+η, η为第n个发射信号到多根接收天线的无线信道响
/> /=1^n
Ntx
应的转置矩阵，ο2〗为噪声协方差，Σν^为其他发射信号的无线信道响应自相关的总和，
/=1 Un
T为接收合并数据，1>Α·为各个发射信号的接收信号之和，η为多根接收天线的接收机噪本发明还公开了一种多入多出系统中最大似然检测接收机的载波干扰噪声比估 计装置，包含信道响应获取模块，用于对每一个发射信号，获取该发射信号到多根接收天线的 无线信道响应；协方差获取模块，用于对每一个发射信号，获取该发射信号的噪声加干扰的协方 差；其中，干扰协方差为其他发射信号的无线信道响应自相关的总和；载波干扰噪声比计算模块，用于对每一个发射信号，根据其无线信道响应、以及噪 声加干扰的协方差，计算该发射信号的载波干扰噪声比。本发明以最小均方误差(Minimum Mean Squared Error, MMSE)接收机的CINR估 计来模拟逼近MLD接收机的CINR估计，并在逼近计算中，对于多入多出系统中的多个用户，针对目标用户的发射信号，将其他用户的发射信号视为该目标用户的干扰，而计入到该目 标用户的干扰协方差中，通过目标用户的无线信道响应、噪声加干扰的协方差，计算出目标 用户的CINR，从而对于MLD接收机，可以估计出不同用户的CINR。
图1示例性的描述了一种典型的MIMO系统框架；图2示例性的描述了本发明的CINR估计流程；图3示例性的描述了本发明的CINR估计装置的结构。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细说明。本发明主要涉及基于MIMO的SM技术接收的信号的CINR估计方法，该CINR方法 能够实现MLD接收机的CINR估计，同时可以对多个不同用户进行估计。在MIMO的SM系统中，可以等效的把多个用户的数据流看作是相互的干扰， 解SM的过程等效为多用户数据检测。以SM使用H-BLASTBLAST，Bell Labs Layered Space-Time，分层空时编码，包括H-BLAST (水平空时编码)、V-BLAST (垂直空时编码)、 D-BLAST(对角空时编码)编码多个数据流为例，需要估计出各个数据流各自在解空间复 用后的CINR。解空间复用接收机可分为线性接收机和非线性接收机。如前述，由于MLD是非线 性接收机，其bit流的LLR是一个数学统计量，不具有信号的功率特征，因而无法计算各路 解空间复用后数据流的CINR。而线性接收机则能通过信号的信道响应计算线性接收机解空 间复用后各路数据流的CINR，有鉴于此，本发明构思了“化直接为间接”的计算方式，通过考 察比较，确定了最小均方误差(Minimum Mean Squared Error,匪SE)接收机的解空间复用 性能与MLD接收机最为接近，从而采用MMSE接收机模拟计算的方式。MMSE接收机是一种线性接收机，其解空间复用后得到的是调制符号，携带有信号 的功率特征，从而可以用来计算CINR。MMSE接收机的CINR较好计算，并且可以较好的逼近 MLD解空间复用后的信号的CINR。如图1所示，图中示例性的描述了典型的ΜΙΜΟ系统框架，本文不再赘述其中为本 领域技术人员所熟知的单元功能及其工作方式，而仅针对CINR估计相关部分进行说明。如图2所示，该图示例性的描述了本发明的CINR估计流程，主要包括S01、对于每一个发射信号，获取该发射信号到多根接收天线的无线信道响应、以 及噪声加干扰的协方差；其中，干扰协方差为其他发射信号的无线信道响应自相关的总 和；S02、对于每一个发射信号，根据其无线信道响应、以及噪声加干扰的协方差，计算 该发射信号的载波干扰噪声比。通常MIMO系统包括多根发射天线，每根发射天线发射一个独立数据流，各根发射 天线的数据流可以采用不同的调制编码方式或者属于不同的用户，为描述方便，在本文中， 将一根发射天线上的发射信号流等价为一个用户，下文中的用户，即指一根发射天线上的 发射信号流；MIMO也包括多根接收天线，每根接收天线都接收到多根发射天线上多个数据流在空间相干合并后的无线信号，在接收端通过解空间复用算法获得各路发射天线上的发 射信号流。 不失一般性，首先以两用户为例进行说明。两用户的发射信号的数据流均采用 H-BLAST编码方式
(2.2)其中，r为NkxX 1的接收列向量，Nex是接收天线数，S1, S2分别代表H-BLAST的两 个数据流发射信号，h,表示发射信号S1到Nkx根接收天线的无线信道响应，h2表示发射信 号S2到Nkx根接收天线的无线信道响应，η表示Nkx根接收天线上的接收机噪声，在上述记 号下，公式(2. 1)成为r = Ii1S^h2S2+]!(2. 3)可以看到，r为发射信号S1的接收信号hlSl、发射信号S2的接收信号h2s2、以及接 收机噪声η的总和，在此，将r定义为接收合并数据。对于用户MSl:r = hiSi+n'η' = h2s2+n(Al)也即，在本发明中，对于某一用户而言，将其他用户的接收信号视为该用户的干 扰。由此，计算用户MSl的噪声+干扰的协方差矩阵是Σ, =^D + h2h"( A2 )
也即，用户MSl的噪声+干扰的协方差，包括噪声协方差D、以及干扰协方差A2Af在此，将W"定义为发射信号S2的无线信道响应自相关。 在上述记号下，使用干扰抑制后最大比合并(Interference Restrain Combine, IRC)接收机，得到MSl的最大比合并(Maximal Ratio Combine, MRC)是 5； = h『ΣΓ1 r = h," (σ2/ + hX Γ1,
(A3)这里，Σ :相当于把η' = h2s2+n白化为白噪声，之后就可以对各天线做最大比合 并得到式，也即，MSl的最大比合并式，为MSl的发射信号S1到Nkx根接收天线的无线信道响 应的转置矩阵矿、MS1的噪声+干扰的协方差矩阵的逆矩阵(σ2/ + ^"”、以及接收合并数 据r的乘积。同理，得到用户MS2的最大比合并
Σ2=σ2 + Η^(Α4)
玄2 = h ΣΧ(σ21 + hjif 疒r( A5 )
据此，由CINR = Ps/Ns，其中，Ps和Ns分别是最大比合并后信号功率与噪声功率之
比，可以得到两个MS相同子载波的CINR如下CINRx = h『(σ2Ι + h2hf)"' hxCINR2 = Zzf (σ2/ + hX )_1 h2
(A6) (A7) 公式(A2)和(A4)中的矩阵Σ工和乙2都是NkxXNkx的矩阵，比如在四天线的情况 下这两个矩阵都是4X4的矩阵，这种矩阵的求逆运算比较复杂，但是利用公式(Α2)和(Α4) 的结构可以简化矩阵求逆的运算。根据矩阵求逆引理(Matrix Inverse Lemma)
J 以 I 曰J TL Tth1干习、口、Jt 弁。TKK
,, H— A-lUVtlA'1 (A + uv") =A1--云~7-
(AB)可以得到(σ2/ + hkKr = (σ2/)—1 -1 乂 = 口
1 + (σ I) hk
(σ2/)-1 = Lr1 =
0 0σ.
0 0
<
(Α9)
(σ2/ + ^)1=^1Ntinr = D U、’k =
1 + 艺 nnknnk
1 + ￡吟
=1 ση
1,2
(AlO) 这里D-1VifD-1使用D—1是对角阵以及向量运算的特殊性，可以简化为
Lwu。」仏土" nknk丨叉巾 u /^a D-\h^D-'=(D-\lh^D-X
8
其中 ZT1Zilt =
σ,
2 Kk
lIk
<
-h
N yk
Afzr1 =
Arh
Xk
1 C
U可以得至ICINRx=hi
H
i (D-1^2 X^-1) 1^h* h
η=1 ση
K
CINR2 = h
D1-
,(D^hJhfD-1)
NRX U* U =1 ση .
K
(All)这里σ 2( = 1···Λ^)是第η根接收天线的底噪功率。上述以两个用户的数据流对本发明的CINR估计进行了说明，下面将其推广到η个
信号流
rI ―K Ki .·‘S1 ‘“ 1rI=^21 ^22 ‘‘S2+ 2rNih h /1NrxI nNltxI-'h hNsxNtx _Ι
(2.4) 令
‘rI ‘‘K ‘Zi12K^TX.nX _r2A =h2lΛ =h22,…A =K,…J1Ntx ~^TX,η =η2/nRX.J1nM-.^1Njtxn _J1NrxNTX _
r, Zi1，Zi2,/ι ，Vw，η 的意义同上，则 r = hlsl + h2s2+--- + hnsn-
对于第η个发射信号 r = hnsn+n' Ntx
η = ^ HiSj + η
(2.5)
Φη
干扰加噪声的协方差矩阵为
9
^n= D ^YuhIh“
!=1 i*n采用与前述两用户相同的推导过程，可以得到第η个用户的CINR值为CINRn =h^(a2I+ ^hfrhn。
/=1 Φη图3示例性的描述本发明的CINR估计装置，其主要包括信道响应获取模块，用于对每一个发射信号，获取该发射信号到多根接收天线的 无线信道响应；协方差获取模块，用于对每一个发射信号，获取该发射信号的噪声加干扰的协方 差；其中，干扰协方差为其他发射信号的无线信道响应自相关的总和；载波干扰噪声比计算模块，用于对每一个发射信号，根据其无线信道响应、以及噪 声加干扰的协方差，计算该发射信号的载波干扰噪声比。类似前述，载波干扰噪声比计算模块是采用如下公式计算每一个发射信号的载波
^TX
干扰噪声比的C/M 二/if (σ2/ + Σ Vf Γ1弋，其中，CINRn为第η个发射信号的载波干扰噪
/=1 Φη
声比，hn为第η个发射信号到多根接收天线的无线信道响应，Af为第η个发射信号到多根接
ΝΤΧ
收天线的无线信道响应的转置矩阵，σ2ι为噪声协方差，Σν1"为其他发射信号的无线信
/=1 Φη
道响应自相关的总和。载波干扰噪声比计算模块包括用于计算最大比合并的最大比合并计算单元，公式
^TX
OM^-《(σ Γ + ΣνΟ—1弋根据最大比合并计算单元计算的最大比合并获得，最大比合 /=1 Φη
Ντχ
并单元采用如下公式计算最大比合并入二矽(力+ |>,<) ^r=YjHiSi ,其中、为第
i 右η =1Sn
η个发射信号的最大比合开，《为第η个发射信号到多根接收天线的无线信道响应的转置
ΝΤΧ
矩阵，σ 2I为噪声协方差，Σ^^^为其他发射信号的无线信道响应自相关的总和，r为接收
i=l Φη
合并数据，为各个发射信号的接收信号之和，η为多根接收天线的接收机噪声。
=1本发明采用匪SE接收机模拟计算的方式，从而能够进行MLD接收机的CINR估计， 只需要在图1中的信道估计单元进行信道估计后就可以通过CINR单元完成CINR估计，而 不需要对MLD接收机流程进行改变或者进行一些特殊处理。并且，本发明可以对多个不同 的用户进行CINR估计。在CINR估计中，采用最大比合并进行计算，可以比较准确的标称出 其他数据流对当前数据流的影响，更好的逼近MLD接收机解空间复用后数据的CINR估计 值，具有较高的CINR估计精度，从而有利于利用CINR估计值进行功率控制等相关处理。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，但这只是为便于理解而举的实例，不应认为本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属 技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以做出各种可能的等同 改变或替换，这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。
权利要求
一种多入多出系统中最大似然检测接收机的载波干扰噪声比估计方法，其特征在于，对于每一个发射信号，包含如下步骤A、获取该发射信号到多根接收天线的无线信道响应、以及噪声加干扰的协方差；其中，干扰协方差为其他发射信号的无线信道响应自相关的总和；B、根据步骤A得到的无线信道响应、以及噪声加干扰的协方差，计算该发射信号的载波干扰噪声比，即CINR。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每一个发射信号的载波干扰噪声比采 用如下公式计算:
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述公式
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述最大比合并瓦采用如下公式计算
5.一种多入多出系统中最大似然检测接收机的载波干扰噪声比估计装置，其特征在 于，包含信道响应获取模块，用于对每一个发射信号，获取该发射信号到多根接收天线的无线 信道响应；协方差获取模块，用于对每一个发射信号，获取该发射信号的噪声加干扰的协方差；其 中，干扰协方差为其他发射信号的无线信道响应自相关的总和；载波干扰噪声比计算模块，用于对每一个发射信号，根据其无线信道响应、以及噪声加 干扰的协方差，计算该发射信号的载波干扰噪声比。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述载波干扰噪声比计算模块是采用如下公式计算每一个发射信号的载波干扰噪声比的C/M =Af +九唭中，CINRn/=1 Φη为第η个发射信号的载波干扰噪声比，hn为第η个发射信号到多根接收天线的无线信道响 应，Af为第η个发射信号到多根接收天线的无线信道响应的转置矩阵，σ 2I为噪声协方差，ΝΤΧΣ V^为其他发射信号的无线信道响应自相关的总和。 /=1
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述载波干扰噪声比计算模块包 括最大比合并计算单元，用于根据该发射信号的无线信道响应、噪声加干扰的协方 差、以及接收合并数据计算得到最大比合并，根据所述最大比合并获得所述公式N7KCINRn=^ia2I+ YjHiHf )~lhn ‘，其中，所述接收合并数据为各个发射信号的接收信号以及多 1=1 Φη根接收天线的接收机噪声的总和。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述最大比合并计算单元是采用如下公式计算最大比合并的入=^(σ2/ + ΣνΟ_1”，其中，为第η个发射信号的最/=1L·^ ^ t^ Φη/=1η大比合并，/if为第η个发射信号到多根接收天线的无线信道响应的转置矩阵，O2I为噪声协Ntx方差，石树为其他发射信号的无线信道响应自相关的总和，r为接收合并数据，g/^为各i 荦η/=1个发射信号的接收信号之和，η为多根接收天线的接收机噪声。
全文摘要
本发明公开了一种多入多出系统中最大似然检测接收机的载波干扰噪声比估计方法及装置，所述方法包含如下步骤对于每一个发射信号，获取该发射信号到多根接收天线的无线信道响应、以及噪声加干扰的协方差；其中，干扰协方差为其他发射信号的无线信道联合响应的总和；对于每一个发射信号，根据其无线信道响应、以及噪声加干扰的协方差，计算该发射信号的载波干扰噪声比。所述装置包含信道响应获取模块，协方差获取模块，载波干扰噪声比计算模块，用于对每一个发射信号，根据其无线信道响应、以及噪声加干扰的协方差，计算该发射信号的载波干扰噪声比。本发明实现了MLD接收机的CINR估计，也可对多用户进行估计。
文档编号H04L25/02GK101958852SQ20091010891
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月17日 优先权日2009年7月17日
发明者杨祁, 杨芸霞 申请人:中兴通讯股份有限公司