专利名称：Mimo系统的信号检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种MIMO系统的信号检测方法及装置。
背景技术：
多输入多输出技术(MIMO)可以在不增加频带的前提下，成倍地提高传输速率，现今频率资源日益紧张，所以，MIMO技术被认为是下一代宽带无线通信技术中最为重要的物
理层技术之一。在MIMO系统中，为了提高信源信息传输的可靠性，在发送端，待传输信号首先经过能够提供纠错能力的信道编码，再进行空时/空频/空时频编码，而后由多幅发送天线同时或者按照一定的时间顺序发送出去。在接收端，由多幅接收天线同时或者按照一定的时间顺序接收来自于发送端的信号，并依次进行空时/空频/空时频解码和信道译码，从而将译码结果作为待发送信号的原始信息。接收端所进行的信道译码实质上是对接收信号的检测，即从接收信号中检测出最优信号，作为译码结果。然而，MIMO技术的信号检测技术却面临着巨大的难题，虽然最大似然(ML)算法从最小错误概率的意义上看是最优的，但是其计算复杂度大，是天线数目及调制阶数的指数形式，例如采用16QAM(16阶正交幅度调制)方式调制、共有5幅天线时，计算复杂度为165 = 1048576。实时系统难以接受这样大的计算复杂度。作为ML算法的一种近似简化，球形译码(Sphere Decoding, SD)系列算法因为其接近于或等于ML的性能以及相比于ML算法大大降低的计算复杂度日益受到广泛关注。因此，球形译码方式成为当前MIMO信号检测的首选方案。在球形译码方式中共有深度优先算法(D印th First SD，DFSD)、距离优先算法 (Metric First SD, MFSD)和宽度优先算法(Breadth First SD, BFSD)三种子算法，其中， 从访问节点数的意义上说，距离优先算法是最简单的。但是，距离优先算法在计算中需要建立一个队列用以存放可能的节点，为了保证算法的性能，这个队列可能会很大，于是在软硬件的配置上要求很多的资源，这是距离优先算法的一大缺点，这个缺点严重限制了距离优先算法的应用。降低所需队列的长度，是应用该算法最大的前提。目前，提出了一些对距离优先算法的简化方案，Seong Ro Lee等人的研究(Seong Ro Lee and Taehun An,"A Metric-First Scheme for MIMO Signal Decoding with Branch Length Threshold")提出在每个节点上加上剩余层的一个由噪声卡方分布所决定的值，作为每个节点的预计总距离值，裁剪掉那些大于一个设定值的节点以简化计算复杂度。该算法虽然简化了计算，但是算法性能有所下降，其结果不再是最优的。Rachid. Mansour and Daneshrad. Babak 等人的研究(Rachid. Mansour and Daneshrad. Babak, "Iterative ΜΙΜΟ sphere decoding throughput guarantees under realistic channel conditions")提出在固定队列的长度，大于长度的节点就丢弃的算法。同样，该算法简化了计算，但是算法性能有所下降，其结果不再是最优的。总之，目前提出的方案的共同缺点是一旦队列长度有所降低，性能就不能保证最优。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种MIMO系统的信号检测方法及装置，以在不降低信号检测性能的前提下，提高信号检测的速度。(二)技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种MIMO系统的信号检测方法，包括以下步骤Si、处理接收到的信号以构成搜索树；S2、将所述搜索树分成若干块；S3、分别在每个块内进行块内最优结果搜索；S4、比较各块搜索到的块内最优结果，得到整个搜索树的最优结果作为检测结果输出。优选地，所述步骤Sl还包括将所述搜索树各层按照增益从大到小的顺序进行排序。优选地，所述步骤S2中搜索树的分块方法为根据需要分块的数目，选定所述搜索树中节点数目与所述分块数目对应的一层，将该层的每个节点以及该节点向下衍生的所有节点划分成一块。优选地，所述步骤S2中所述搜索树分成P = 2(m/2) 'κ块，其中m是调制阶数，K是大于等于1的整数。优选地，所述步骤S3中的块最优结果搜索采用距离优先球形译码搜索。优选地，所述步骤S3中各个块的块内最优结果的搜索同时并行地进行。优选地，所述信号检测方法还包括在进行块最优结果搜索前设置裁剪半径，进行块内搜索时，比较被搜索节点的距离与所述裁剪半径的大小，裁剪掉距离大于所述裁剪半径的节点。优选地，所述步骤S3还包括将所述裁剪半径更新为刚搜索完的块的搜索结果的距离，后搜索完的块中节点的距离如果大于所述裁剪半径的话，则裁剪掉该节点，直到所有的节点都被裁剪掉或者搜索完。优选地，在每个块内进行距离优先球形译码搜索的步骤包括S31、建立一个队列用以存储已被搜索的节点；S32、将块根节点放入所述队列中，并展开块根节点距离最小的子节点，将队列中的块根节点更新为这个新的子节点，将该新的子节点设为焦点节点；S33、将焦点节点距离最小的子节点展开，同时将该子节点替换掉队列中的焦点节点；比较该子节点的距离与裁剪半径，如果大于裁剪半径，则裁剪掉该节点；S34、查询焦点节点是否存在兄弟节点如果焦点节点存在兄弟节点，则将该兄弟节点距离最小的子节点展开，加入队列；并比较该新加入的节点的距离与裁剪半径，如果大于裁剪半径，裁剪掉该节点，去步骤 S35 ；如果焦点节点不存在兄弟节点，则判断焦点节点的父节点是否为块根节点如果焦点节点的父节点不是块根节点，则将原来的焦点节点的父节点设为焦点节点，回到步骤 S34 ；如果焦点节点的父节点是块根节点，去步骤S35 ；S35、判断队列长度是否为0 如果队列长度为0，则本块无解，本块搜索结束；如果队列长度不为0，则从队列中寻找一个距离最小的节点作为焦点节点；如果焦点节点不是位于第一层，则回到步骤S33 ；如果焦点节点位于第一层，则本块的解为当前的焦点节点，将裁剪半径更新为本块解的距离，本块搜索结束。另外，本发明还提供了一种MIMO系统的信号检测装置，包括信号接收单元，用于接收的信号；信号检测单元，用于处理所述信号接收单元接收到的信号以构成搜索树；对搜索树进行分块并进行各块的块内最优结果的搜索；比较各块的块内最优结果，得到整个搜索树的最优结果；信号输出单元，用于将所述信号检测单元得到的最优结果输出。(三)有益效果本发明提供的方法和装置在仍然保持最优检测性能的条件下，通过减小所需队列的长度，从而减少运行时间，提高了接收数据的检测效率，从而也提高了传输的效率，同时硬件的实现速度更快。本发明的方法可应用于多用户信号检测及其它信号检测。
图1为根据本发明实施例信号检测方法的流程图；图2为根据本发明实施例信号检测方法优选实施例的块搜索流程示意图；图3为根据本发明实施例MIMO系统的发送接收结构示意图；图4为根据本发明实施例对接受到的信号处理后构成的搜索树的示意图；图5为根据本发明实施例搜索树分块搜索的示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。图1为本发明实施例所述的MIMO系统的信号检测方法的流程图。如图1所示，所述方法包括以下步骤Si、处理接收到的信号以构成搜索树；所述步骤Sl还包括将所述搜索树各层按照增益从大到小的顺序进行排序。即搜索树从上层到下层按照节点的增益从大到小的顺序排列。通过对搜索树的节点按照增益大小进行排序，可以对搜索起到加速作用，进一步提高信号检测的速度。所述信号检测方法还包括在进行块最优结果搜索前设置裁剪半径，以在进行块内搜索时，比较被搜索节点的距离与所述裁剪半径的大小，裁剪掉距离大于所述裁剪半径的节点。步骤Sl的一个优选的实施例为将信道矩阵按增益大小排序，然后将排序之后的信道矩阵三角化以构成搜索树，并设定初始裁剪半径为无穷大。S2、将所述搜索树分成若干块；
所述步骤S2中搜索树的分块方法为根据需要分块的数目，选定所述搜索树中节点数目与所述分块数目对应的一层，将该层的每个节点以及该节点向下衍生的所有节点划分成一块。所述步骤S2中所述搜索树分成P = 2W2) ‘κ块，其中m是调制阶数，K是大于等于 1的整数，其取值可以根据需要调整。从上面的步骤描述可以看出，分块的方法及分块后各块的大小是影响检测复杂度的决定性因素。分的块越多，每个块就越小，每个块所需要的队列长度就越短。S3、分别在每个块内进行块内最优结果搜索；所述步骤S3中的块最优结果搜索采用距离优先球形译码搜索。其中“距离”为与搜索树中各节点对应的接受到的信号与经过信道的发送信号之间的欧氏距离。所述步骤S3中各个块的块内最优结果的搜索同时并行地进行。所述步骤S3还包括将所述裁剪半径更新为刚搜索完的块的搜索结果的距离，即如果一特定块的搜索结束，则判断是否所有块都结束，如果所有块的搜索没有都结束，将特定块的解(搜索结果)的距离设定为新的裁剪半径。后搜索完的块中节点的距离如果大于所述裁剪半径的话，则裁剪掉该节点，直到所有的节点都被裁剪掉或者搜索完。如果块内所有的节点都被裁剪掉，则该块无解，如果有节点保留到最后，该块有解。图2为本发明实施例信号检测方法优选实施例的块搜索流程示意图，如图2所示， 在每个块内进行距离优先球形译码搜索的步骤包括S31、建立一个队列用以存储已被搜索的节点；S32、将块根节点放入所述队列中，并展开块根节点距离最小的子节点，将队列中的块根节点更新为这个新的子节点，将该新的子节点设为焦点节点；S33、将焦点节点距离最小的子节点展开，同时将该子节点替换掉队列中的焦点节点；比较该子节点的距离与裁剪半径，如果大于裁剪半径，则裁剪掉该节点；S34、查询焦点节点是否存在兄弟节点如果焦点节点存在兄弟节点，则将该兄弟节点距离最小的子节点展开，加入队列；并比较该新加入的节点的距离与裁剪半径，如果大于裁剪半径，裁剪掉该节点，去步骤 S35 ；如果焦点节点不存在兄弟节点，则判断焦点节点的父节点是否为块根节点如果焦点节点的父节点不是块根节点，则将原来的焦点节点的父节点设为焦点节点，回到步骤 S34 ；如果焦点节点的父节点是块根节点，去步骤S35 ；S35、判断队列长度是否为0 如果队列长度为0，则本块无解，本块搜索结束；如果队列长度不为0，则从队列中寻找一个距离最小的节点作为焦点节点；如果焦点节点不是位于第一层，则回到步骤S33 ；如果焦点节点位于第一层，则本块的解为当前的焦点节点，将裁剪半径更新为本块解的距离，本块搜索结束。S4、比较各块搜索到的块内最优结果，得到整个搜索树的最优结果作为检测结果输出。下面对本发明的检测方法进行更详细的说明。应该理解，本发明并不局限于所示出的具体实施方式
。
1、接收信号的数学表示对于MIMO系统，在具有丰富散射路径的条件下，假定发送天线数为Nt，接收天线 数为Nr，满足Nt彡Nr，系统模型如图3所示。为了表述方便，取Nt = Nr = N/2。X= (X1 X2 …T是复数的发送矢量，y= (Y1 y2…yN/2)T是复数的接收矢量，n= Oi1 n2…nN/2) T是复数的噪声矢量，满足实部虚部方差为O，H是N/2XN/2阶的复信道矩阵，其中每ー个 元素都是独立同分布的复高斯随机变量，满足Edhy I2) =1。则接收信号可以表示为y = Hx+n(1)即MIMO系统中ー个发送符号(矢量)含有多个发送信号(标量)。如果采用最大似然检测(ML)算法进行信号检测，最大似然解就是选取一組i满 足
权利要求
1.一种MIMO系统的信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤51、处理接收到的信号以构成搜索树；52、将所述搜索树分成若干块；53、分别在每个块内进行块内最优结果搜索；54、比较各块搜索到的块内最优结果，得到整个搜索树的最优结果作为检测结果输出。
2.如权利要求1所述的MIMO系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤Sl还包括 将所述搜索树各层按照增益从大到小的顺序进行排序。
3.如权利要求1所述的MIMO系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤S2中搜索树的分块方法为根据需要分块的数目，选定所述搜索树中节点数目与所述分块数目对应的一层，将该层的每个节点以及该节点向下衍生的所有节点划分成一块。
4.如权利要求3所述的MIMO系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤S2中所述搜索树分成P = 2W2)—块，其中m是调制阶数，K是正整数。
5.如权利要求1所述的MIMO系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤S3中的块最优结果搜索采用距离优先球形译码搜索。
6.如权利要求1或5所述的MIMO系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤S3中各个块的块内最优结果的搜索同时并行地进行。
7.如权利要求5所述的MIMO系统的信号检测方法，其特征在于，所述信号检测方法还包括在进行块最优结果搜索前设置裁剪半径，进行块内搜索时，比较被搜索节点的距离与所述裁剪半径的大小，裁剪掉距离大于所述裁剪半径的节点。
8.如权利要求7所述的MIMO系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤S3还包括将所述裁剪半径更新为刚搜索完的块的搜索结果的距离，后搜索完的块中节点的距离如果大于所述裁剪半径的话，裁剪掉该节点，直到所有的节点都被裁剪掉或者搜索完。
9.如权利要求5所述的MIMO系统的信号检测方法，其特征在于，在每个块内进行距离优先球形译码搜索的步骤包括·531、建立一个队列用以存储已被搜索的节点；·532、将块根节点放入所述队列中，并展开块根节点距离最小的子节点，将队列中的块根节点更新为这个新的子节点，将该新的子节点设为焦点节点；·533、将焦点节点距离最小的子节点展开，同时将该子节点替换掉队列中的焦点节点； 比较该子节点的距离与裁剪半径，如果大于裁剪半径，则裁剪掉该节点；·534、查询焦点节点是否存在兄弟节点如果焦点节点存在兄弟节点，则将该兄弟节点距离最小的子节点展开，加入队列；并比较该新加入的节点的距离与裁剪半径，如果大于裁剪半径，裁剪掉该节点，去步骤S35 ；如果焦点节点不存在兄弟节点，则判断焦点节点的父节点是否为块根节点如果焦点节点的父节点不是块根节点，则将原来的焦点节点的父节点设为焦点节点，回到步骤S34; 如果焦点节点的父节点是块根节点，去步骤S35 ；·535、判断队列长度是否为0:如果队列长度为0，则本块无解，本块搜索结束；如果队列长度不为0，则从队列中寻找一个距离最小的节点作为焦点节点；如果焦点节点不是位于第一层，则回到步骤S33 ；如果焦点节点位于第一层，则本块的解为当前的焦点节点，将裁剪半径更新为本块解的距离，本块搜索结束。
10. 一种MIMO系统的信号检测装置，其特征在于，包括 信号接收单元，用于接收信号；信号检测单元，用于处理所述信号接收单元接收到的信号以构成搜索树；对搜索树进行分块并进行各块块内最优结果的搜索；比较各块的块内最优结果，得到整个搜索树的最优结果；信号输出单元，用于将所述信号检测单元得到的最优结果输出。
全文摘要
本发明公开了一种MIMO系统的信号检测方法及装置，所述方法包括以下步骤S1、处理接收到的信号以构成搜索树；S2、将所述搜索树分成若干块；S3、分别在每个块内进行块内最优结果搜索；S4、比较各块搜索到的块内最优结果，得到整个搜索树的最优结果作为检测结果输出。所述装置包括信号接收单元，用于接收信号；信号检测单元，用于处理所述信号接收单元接收到的信号以构成搜索树；对搜索树进行分块并进行各块块内最优结果的搜索；比较各块的块内最优结果，得到整个搜索树的最优结果；信号输出单元，用于将所述信号检测单元得到的最优结果输出。本发明在保持最优检测性能的条件下，提高了接收数据的检测效率，从而也提高了传输的效率。
文档编号H04L1/00GK102291215SQ201110270989
公开日2011年12月21日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者李斗, 毛新宇 申请人:北京大学