专利名称：用于解码在多天线系统中的信号的方法，对应的计算机软件产品和解码装置的制作方法
技术领域：
本发明的领域涉及无线通信。更具体来说，本发明涉及在实施一个或一个以上接 收器天线的ΜΙΜ0(多输入多输出)系统的背景中的信号的接收。本发明可尤其适用于移动无线电通信的领域中。
背景技术：
在包括多个天线的系统中进行发射的技术具有许多优点。具体来说，这些技术使得可能通过在发送时使用空间/时间代码而在发射信道中 增大频谱效率来实现增加的发射容量。这些空间/时间代码可特别用于在信道的不同自由 度上分布经调制的符号。图1提供在多天线系统中的发射方案的更精确说明。在发送侧，将要发送的二进制源信号10经历源编码11且接着经历信道编码12。其 接着经过经设计以将二进制元素转换为复数符号的调制模块13 此类模块因此将属于(例 如QAM类型的)群集的复数信号与位的群组相关联。接着，执行K个符号的每一群组的空 间/时间编码14，且接着在MIMO类型发射背景中在nt个发送天线M1至15nt上发送这些 符号。信号接着通过发射信道传送且接着在~个接收器天线Ie1至16m上接收。每一接 收器天线接收在 个发送天线中的每一者上发送的符号的线性组合。所接收的信号首先 在空间/时间解码模块17中解码，所述空间/时间解码模块17应用对应于在发送时应用 的空间/时间编码的逆转的处理操作。接着将空间/时间解码块17的输出处的均衡信号馈入到解调模块18，且使其经历 信道解码19和源解码20的操作，从而传递经估计的二进制信号。不幸地是，由于使用若干个天线，所以所接收信号的解码尤其复杂。实际上，为了获得高解码性能，有必要在解码模块17中的最大似然解码方面使用 最佳解码技术，例如球形解码或施诺尔-欧确那(Schnorr-Euchner)算法解码。现在，这些技术的复杂性依据天线的数目和调制状态的数目而大大增加。一些技术设置超时机制来限制解码给定块并宣布块擦除所花费的时间。接着实施 特定块检索算法，且将另一解码器用以替换有缺陷的解码器。原理在于在特定的复杂度之后停止解码器，且通过另一方法来完成解码。这不是 自适应解码，因为解码器最初固定，且随后而并非初始使用可能取决于信道的停止准则以 便选择解码器。因此需要一种用于在实施若干发送和/或接收天线的系统中接收信号的新颖且 较不复杂的技术。
发明内容
本发明以一种用于解码由发送器通过发射信道发送且由包括一个或一个以上接收 天线的接收器接收的信号的方法的形式来呈现没有这些现有技术缺点的新颖的解决方案。根据本发明，此方法包括-用于在所述接收器中可用的至少两种技术中选择表示在发送时实施的空间/时 间编码的解码技术的步骤，所述用于选择的步骤考虑到至少一个选择准则；-实施所述选定解码技术的用于解码所述信号的步骤。因此，本发明依赖于新颖且具发明性的方法以解码在多天线系统中所接收的信 号，从而能够在接收器处可用的若干技术中选择解码技术。所选择的解码技术表示在发送模式中实施的空间/时间编码。换句话说，其为空 间/时间解码技术。因此，可能在考虑到例如发射信道的质量或多天线系统的规范的情况下使解码技 术适应于情形。具体来说，所述选择和解码步骤是适应性地、周期性和/或根据所述发射信道的 变化而应用的。因此，所使用的解码技术可在发射期间、周期性和/或根据所述发射信道的变化 而改变。本发明所提出的自适应方案还提供较不复杂的解码方案。本发明所提出的自适应 方案还呈现另一优点。实际上，此方案给出对于不同的信噪比且还对于不同的信道实施例 恒定的平均解码复杂性。对于复杂性取决于信噪比的其它方案，情况并非如此。具体来说，其设法优化解码的性能或复杂性或在整个发射时间中在这两个变量之 间实现折衷。根据本发明的一个特定方面，可用解码技术包括在最大似然(ML)解码方面的至 少一种最佳解码技术和至少一种次佳解码技术。术语“次佳解码技术”被理解为特定表示并未给出ML类型技术的性能的解码技 术。此次佳解码技术因此较不复杂且要求比最佳技术少的资源。举例来说，解码技术属于包括以下技术的群组-“迫零”(Zero-Forcing，ZF)线性解码技术；-“最小均方误差”(MMSE)线性解码技术；-“迫零-决策反馈均衡”(ZF-DFE)解码技术；-“最小均方误差-决策反馈均衡”(MMSE-DFE)解码技术；-球形解码技术；-基于施诺尔_欧确那算法的解码技术；-法诺顺序解码(Fanosequential decoding)技术或此技术的任何修改形式；-顺序堆叠解码器技术或此技术的任何修改形式。还可使用其它解码技术。因此，在本发明的此方面中，可能选择考虑到例如发射信道的质量或多天线系统 的规范等至少一个选择准则的最佳解码技术或次佳解码技术。根据第一实例，至少一个选择准则考虑到发射信道中运转中断的概率。
更具体来说，此运转中断概率对应于发射信道的瞬间容量小于或等于发射速率的 概率，其中发射速率对应于每个信道使用所发射的位的数目(即，以位表示的频谱功效)。此选择信道准则因此考虑到发射信道的条件。举例来说，此选择步骤被认为在所述发射信道的瞬间容量在每个信道使用的位方 面低于发射速率时选择次佳解码技术，以及在所述发射信道的所述瞬间容量在每个信道使 用的位方面大于或等于所述发射速率时选择最佳解码技术。因此，如果发射信道具有高质量，那么可能选择在最大似然解码方面最佳的解码 技术，其在误差率方面具有高性能。如果发射信道的质量在发射期间变坏，那么所述解码技 术可通过选择在误差率方面具有较低性能但在数学运算方面具有降低的复杂性的次佳解 码技术来适应。接着，当发射信道的质量改进时返回最佳解码技术是可能的。当然，可在同一个发射期间应用各种最佳解码技术，例如使用球形解码、施诺 尔_欧确那算法、顺序法诺解码、顺序堆叠解码或堆叠解码器的任何修改形式等。类似地，可在相同发射期间应用各种次佳技术，例如ZF线性解码或MMSE、ZF-DFE 决策反馈解码或MMSE-DFE决策反馈解码、或具有不同于0的偏压b的顺序解码等。具体来说，顺序解码器可在其展示偏压b等于0时应用最佳解码技术或在其展示 不同于0的偏压b时应用次佳解码技术。换句话说，堆叠解码器或此解码器的任何修改形式 具有介于ZF-DFE解码器的性能特性到最大似然意义上的解码器的性能特性之间的性能特 性。此类解码器特别由A. D.穆卢干(Murugan)、H. El加麦尔(Gamal)、M. 0.达蒙(Damen) 和G.凯耳(Caire)在“树形搜索解码的统一框架重新发现顺序解码器(A Unified Framework for Tree Search Decoding !Rediscovering the Sequential Decoder)，，(2005 年5月13日)中描述。因此，通过仅修改此解码器的参数b (即，不添加实施接收器中的补充硬件资源)， 可能应用最佳解码技术和次佳解码技术两者。在第二实例中，至少一个选择准则考虑到随着信噪比而变的至少一个目标误差率。此选择准则因此考虑到发射系统的规范。更具体来说，此第二实例需要界定必须遵守不同的信噪比的最大误差率(目标误 差率)。可能界定遵守所有信噪比的单个目标误差率Petogrt，或者各自对应于一信噪比或对 应于一信噪比范围的不同的目标误差率Petawt。因此可能预先选择一个或一个以上解码技术来用于遵守此目标误差率或这些目
标误差率。具体来说，如果若干解码技术用于实现此或这些目标误差率，那么选择步骤可在 预先选择的技术中选择具有最低误差率的解码技术。根据另一变型，选择步骤可在预先选 择的技术中选择具有最低复杂性的解码技术。在第三实例中，选择步骤考虑到若干选择准则。举例来说，其考虑到发射条件和发 射系统的规范两者。在此实例中，解码方法实施考虑到随着信噪比而变的至少一个目标误差率的第一 选择准则以便界定至少两个信噪比范围，且对于所述范围中的每一者，所述解码方法实施 考虑到在所述范围中的信道的运转中断概率的第二选择准则。
换句话说，针对如上文参考第二实例描述的不同范围的信噪比界定将遵守的若干 目标误差率Petoget。举例来说，针对介于0到15之间的信噪比界定目标误差率1，针对介于 15到20之间的信噪比界定目标误差率0. 1，且针对大于20的信噪比界定目标误差率0.01。接着，针对每一信噪比范围，应用第二选择准则，其考虑到如上文参考第一实例所 界定的范围中的信道的运转中断概率。本发明的另一方面涉及一种可从通信网络下载和/或记录在计算机可读载体上 和/或可由处理器执行的计算机软件产品，其包括用于实施上文描述的解码方法的程序代 码指令。在另一实施例中，本发明涉及一种用于解码由发送器通过发射信道发送且由包括 一个或一个以上接收天线的接收器接收的信号的装置。此装置包括-用于在所述接收器中可用的至少两种技术中选择表示在发送时实施的空间/时 间编码的解码技术的构件，所述用于选择的构件考虑到至少一个选择准则；-实施所述选定解码技术的用于解码所述信号的构件。此解码装置尤其适合于应用上述解码技术。其可集成到包括一个或一个以上接收 天线的MIMO系统的接收器中。此装置当然可包括涉及本发明的解码方法的不同特性。
将从借助说明性且非详尽实例给出的特定实施例的以下描述以及从附图中了解 本发明的实施例的其它特征和优点，附图中图1已参考现有技术进行评论，其呈现MIMO系统的发射方案；图2说明根据本发明的解码方法的主要步骤；图3A至3D、4A和4B说明在应用两个发送天线和两个接收天线的MIMO系统中本 发明相对于现有技术解决方案的性能特性；图5呈现应用本发明的解码方法的解码装置的结构。
具体实施例方式5. 1 一般原理本发明的一般原理依赖于在接收器中从若干可用技术中选择空间/时间解码技 术，从而在MIMO发射的情况下对于所考虑的应用特别地实现最佳可能适应。具体来说，本发明可用以在最大似然(ML)解码方面选择最佳解码技术，或选择次 佳技术，即在考虑到至少一个选择准则的情况下不允许实现ML性能的技术。可能特别地想到ZF、MMSE, ZF-DFE, MMSE-DFE和其它类型的次佳解码技术具有低 复杂性但展示普通的性能。相反，例如球形解码器、基于施诺尔-欧确那算法的解码器、法诺(Fano)解码器、 堆叠解码器等最佳解码技术实现ML性能，但以极大复杂性为代价，其增加了发射系统的天 线数目。因此，根据本发明，可使解码技术适应于情形，且可改变在发射期间选择的解码技术以便使用最佳适合的技术。图2说明根据本发明的用于解码由包括一个或一个以上接收天线的接收器接收 的信号的方法的主要步骤。这些步骤可实施在如图1中说明的空间/时间解码模块17中。更具体来说，在不同接收天线处接收信号Y之后，从接收器中可用的至少两种技 术中选择21表示在发射中应用的空间/时间编码的解码技术(此解码技术也称为空间/ 时间解码技术)。此选择步骤21考虑至少一个选择准则。接着，通过应用在选择步骤21期间所选择的解码技术来解码22接收的信号Y。接 着将在空间/时间解码模块的输出处均衡的信号馈入到解调模块中。可注意到，本发明的方法可用许多方式来应用，具体来说以硬件形式或以软件形 式应用。具体来说，接收器可含有包括可变偏压的顺序解码器。实际上，此解码器可用以通 过偏压的简单调整来实现最佳或次佳性能。因此，应用根据本发明的解码方法的接收器不 必比经典接收器在结构上更复杂，因为其可能使用单一解码器的硬件资源来通过修改偏压 的值而实现最佳解码技术和次佳解码技术。在下文中，描述可被考虑用于选择解码技术的各种选择准则。当然，这些实例并非 限制性的，且可提出其它选择准则。5. 2第一选择准则我们考虑例如第一选择准则，其考虑到发射信道的质量和信道在发射期间的变 化。可首先想到香农(Shannon)在1948年所著的关于信息理论的著作(“通信的数学 理论(Mathematical Theory of Communication)”)可用于推导发射系统的极限。具体来 说，一个主要参数是信道的容量。此值用以确定可在没有误差的情况下在信道中发射的信 息的量。举例来说，对于快速衰落的MIMO信道，对应于(如泰拉塔尔E (Talatar E)的“多 天线高斯信道的容量(Capacity of Multi-Antenna Gaussian channels) ”，国际技术报告， 贝尔实验室，1995中所定义的)最大交互信息的遍历容量可如下表述其中-H是信道的转移矩阵；-nt是发送天线的数目；-nr是接收天线的数目；以及-ρ是每个接收天线的信噪比。对于块衰落的MIMO信道，如香农所定义的严格容量是零。我们因此用以下形式来 定义瞬间容量C(H)
信道的运转中断的概率对应于瞬间容量C(H)低于用位表示的发射速率R(其对应 于每个信道使用所发射的位的数目)的概率Pout (R) = Pr {C (H) < R}换句话说-如果C(H)< R 那么发射信道具有过分差的质量且其不可能正确解码所发射的 数据；-如果C(H)^ R 那么发射信道具有良好的质量且能够正确解码所发射的数据。根据本发明的第一实施例，此运转中断概率被考虑以从接收器处可用的若干解码 技术中选择一种解码技术。更具体来说，如果C(H) < R，即如果这是溢出情形，且将不可能准确解码所发射的 消息，那么选定的解码技术是次佳技术，例如ZF或ZF-DFE。相反，如果C(H) ^ R，即如果我们不在溢出情形下且所发射消息因此可被准确解 码，那么选定的解码技术如在最大似然方面所理解是最佳技术，例如球形解码——使用施 诺尔-欧确那算法或堆叠解码器的技术，其中偏压b等于0。具体来说，发射信道将在通信期间变化是可能的，例如在接收器为移动的情况下。接着可能选择新的解码技术，其可更好地适应于发射信道。实际上，可根据本发明 的一个特定方面、周期性地和/或根据发射信道的变化来适应性地实施选择和解码步骤。举例来说，如果发射信道具有高质量，那么选定的解码技术是最佳的。其例如是具 有零偏压(b = 0)的顺序解码技术。接着，如果信道的质量变坏，那么解码技术可通过转为 次佳技术而改变。举例来说，为了改变解码技术，修改偏压(b兴0)。如果信道再次变为高 质量信道，那么可能通过再次修改偏压的值(b = 0)而返回到最佳解码技术。图3A至3D特别说明在使用16-QAM调幅的MIMO系统中本发明相对于现有技术解 决方案的性能特性。更具体来说，图3A和3B在实施两个发送天线和两个接收天线的系统中分别比较 随着以dB表示的信噪比(SNR)而变的每个字的误差率与随着以dB表示的信噪比(SNR)而 变的运算的数目(乘法的数目)的复杂性，且所述系统使用-根据现有技术的ZF-DFE类型次佳解码技术31A、31B；-根据现有技术的ML类型最佳解码技术32a、32b；-本发明的应用考虑到运转中断概率的选择准则的解码技术33a、33b。图3C和3D在实施四个发送天线和四个接收天线的系统中分别比较随着以dB表 示的信噪比(SNR)而变的每个字的误差率与随着以dB表示的信噪比(SNR)而变的运算(乘 法)的数目的复杂性，且所述系统使用-根据现有技术的ZF-DFE类型次佳解码技术31。、31d；-根据现有技术的ML类型最佳解码技术32c、32d；-本发明的应用考虑到运转中断概率的选择准则的解码技术33c、33d。在这些性能曲线中可注意到，基于运转中断概率的第一选择准则显著降低了解码 的复杂性(在乘法数目方面)，同时保留了高性能(在误差率方面损耗小于2dB)。举例来说，下表说明在实施两个发送天线和两个接收天线且使用16-QAM调制的 多天线系统中针对用于发射的不同信噪比的次佳解码技术(例如ZF-DFE)和最佳解码技术(例如ML)的选择的比率。此表还说明复杂性的增益和在ML解码方面相对于最佳技术的性能损耗(以dB表 示)°举例来说，可注意到，对于IOdB的信噪比，复杂性增益接近90%，且相对于最大似 然解码器的性能的误差率的损耗小于2dB。
权利要求
一种用于解码由发送器通过发射信道发送且由包括至少一个接收天线的接收器接收的信号的方法，其特征在于其包括用于在所述接收器中可用的至少两种技术中选择(21)表示在发送时实施的空间/时间编码的解码技术的步骤，所述用于选择的步骤考虑到至少一个选择准则；实施所述选定解码技术的用于解码(22)所述信号的步骤，且特征在于适应性地、周期性和/或根据所述发射信道的变化而实施所述用于选择(21)和解码(22)的步骤。
2.根据权利要求1所述的解码方法，其特征在于所述可用解码技术包括在最大似然 (ML)方面的至少一种最佳解码技术，和至少一种次佳解码技术。
3.根据权利要求1和2中任一权利要求所述的解码方法，其特征在于所述至少一个选 择准则考虑到所述发射信道的运转中断概率。
4.根据权利要求2和3所述的方法，其特征在于所述用于选择的选择步骤在所述发射 信道的瞬间容量在每个信道使用的位方面低于发射速率时选择次佳解码技术，且在所述发 射信道的所述瞬间容量在每个信道使用的位方面大于或等于所述发射速率时选择最佳解 码技术。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的解码方法，其特征在于至少一个选择准 则考虑到随着信噪比而变的至少一个目标误差率。
6.根据权利要求5所述的解码方法，其特征在于所述用于选择的步骤预先选择遵守目 标误差率的一种或一种以上解码技术。
7.根据权利要求6所述的解码方法，其特征在于所述用于选择的步骤在所述预先选择 的解码技术中选择具有最低误差率的解码技术。
8.根据权利要求1到7中任一权利要求所述的解码方法，其特征在于其应用考虑到随 着信噪比而变的至少一个目标误差率的第一选择准则以便界定至少两个信噪比范围，且对 于所述范围中的每一者，其应用考虑到在所述范围中的所述发射信道的运转中断概率的第 二选择准则。
9.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的解码方法，其特征在于所述解码技术属 于包括以下技术的群组“迫零”(ZF)线性解码技术；“最小均方误差”(MMSE)线性解码技术；“迫零_决策反馈均衡”(ZF-DFE)解码技术；“最小均方误差_决策反馈均衡”(MMSE-DFE)解码技术；球形解码技术；基于施诺尔_欧确那算法的解码技术； 法诺顺序解码技术； 顺序堆叠解码技术； 具有偏压的顺序解码技术。
10.一种可从通信网络下载和/或记录在计算机可读载体上和/或可由处理器执行的 计算机软件产品，其特征在于其包括当其在计算机上执行时用于实施根据权利要求ι到9中至少一项权利要求所述的解码方法的程序代码指令。
11. 一种用于解码由发送器通过发射信道发送且由包括至少一个接收天线的接收器接 收的信号的装置，其特征在于其包括用于在所述接收器中可用的至少两种技术中选择(21)表示在发送时实施的空间/时 间编码的解码技术的构件，所述用于选择的构件包括用于考虑到至少一个选择准则的构 件；用于解码(22)所述信号的构件，其包括用于实施所述选定解码技术的构件， 且特征在于其包括用于适应性地、周期性和/或根据所述发射信道的变化而实施所述 用于选择(21)的构件和用于解码(22)的构件的构件。
全文摘要
本发明涉及一种用于解码由包括至少一个接收天线的接收器接收的信号的方法。根据本发明，该方法包括用于在所述接收器中可用的至少两种技术中选择(21)表示在发送时实施的空间/时间编码的解码技术的步骤，所述用于选择的步骤考虑到至少一个选择准则；实施所述选定解码技术的用于解码(22)所述信号的步骤。
文档编号H04L1/06GK101971543SQ200980107288
公开日2011年2月9日 申请日期2009年2月2日 优先权日2008年2月4日
发明者卡耶·雷卡亚-本·奥斯曼, 让-克劳德·贝尔菲奥里, 雷恩·维塔尼 申请人:法国电信教育集团/巴黎电信学院