一种mimo无线通信接收机的多阶段迭代检测方法和装置制造方法

一种mimo无线通信接收机的多阶段迭代检测方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种MIMO无线通信接收机的多阶段迭代检测方法和装置，设置多个检测阶段，分阶段进行迭代检测，每一检测阶段只检测当前检测阶段可靠性大于预设门限的层，其中所述方法包括步骤：对接收信号进行前处理，以生成第一检测阶段初始接收信号；对第一检测阶段初始接收信号进行多轮迭代检测，以生成第一检测阶段判决信号，再经过后续处理步骤，以生成第二检测阶段初始接收信号；根据预设检测阶段数至所有层已检测，以生成最终判决信号。本发明通过对现有迭代检测方法的进一步改进，在增加较少复杂性和计算量的前提下，使MIMO无线通信接收机的性能得到提升，尤其有效地改善了高阶调制下MIMO无线通信接收机的性能。
【专利说明】-种ΜΙΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方法和装置

【技术领域】
[0001] 本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种ΜΙΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方 法和装置。

【背景技术】
[0002] 多输入多输出（ΜΙΜΟ,Multiple-Input Multiple-Output)技术利用丰富多径的无 线传播环境中不同天线之间信道增益的不相关特性，获得高信道容量，从而提高整个系统 的频谱利用率和可靠性。
[0003] 接收机是ΜΜ0系统的主要组成部分，也是整个系统性能和复杂性的瓶颈。因此， ΜΙΜΟ无线通信接收机的高性能低复杂性的检测方法一直是研究的热点，包括近些年提出的 应用于大规模ΜΜ0 (Large ΜΜ0, Massive ΜΜ0)系统中的低复杂性检测方法。
[0004] 首先，采用线性均衡方式的ΜΜ0无线通信接收机结构简单易实现，但其性能较 差。其中，常见的线性均衡方式包括迫零（ZF，Zero Forcing)均衡和最小均方误差（MMSE， Minimum Mean Square Error)均衡等。
[0005] 其次，基于顺序干扰消除（SIC，Successive Inference Cancellation)的 ΜΙΜΟ 无 线通信接收机，由于采用了很好的干扰抑制技术，使得不同层间的干扰大大减轻，性能一般 显著优于仅基于线性均衡的ΜΙΜ0无线通信接收机。但由于复杂性过高以及对信道测量误 差的敏感性，至今尚没有被工业界广泛接收。
[0006] 然而，迭代检测方法既能保持ΜΜ0无线通信接收机结构简单易实现的优点，又 能使接收机性能得到显著的提升。有效的迭代检测方法有，中国发明专利（专利申请 号：2010105543129)提出的一种ΜΜ0无线通信接收机的Turbo增强方法（又称为IIC， Iterative Interference Cancellation),以及适用于 Large ΜΙΜΟ 的 LAS (Likelihood Ascend Search)、RTS (Reactive Tabu Search)等等。
[0007] 需要说明的是：
[0008] 检测是指从所接收到的经射频、中频解调等处理后的含干扰噪声的基带信号中提 取有用信息符号或信息比特的过程；
[0009] 均衡是指对信道特性的均衡，即接收端的均衡器产生与信道相反的特性，可以消 除或部分消除信道对信号的影响；
[0010] 重构是指对发射信号对应的接收信号重现得重构信号的过程，包括与发端对应的 星座点映射过程和与信道估计矩阵相乘过程；
[0011] 判决是指根据发送端所采用的调制方式判断出所传输的信息比特或信息符号的 过程；
[0012] 部分判决是指根据中国发明专利（专利申请号：201210140037. 5)提出的部分判 决方法对判决统计量量化的过程。
[0013] 在ΜΜ0通信系统中，习惯上引入层的概念，对应发送的各路独立的数据流，例如 由第i根发射天线发射的数据流对应第i层符号。每一根发射天线在每一个时隙发射一个 符号，为一个层符号。
[0014] 在ΜΜ0无线通信系统中，为了提高系统的频谱效率，普遍采用高进制调制。其中， 典型的高进制调制包括 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、64QAM 等。
[0015] 但是，目前现有的MMO无线通信接收机的检测方法在高进制调制下的性能还有 待于进一步改善。
[0016] 考虑到迭代检测方法其性能对系统的额外接收分集比较敏感，也就是说，在Ντ < Νκ情况下的ΜΜ0系统的检测性能要明显优于NT = Νκ的情况，其中，乂和乂分别为发射 天线数和接收天线数。本发明经研究发现一种在不局限于现有Ντ < Νκ系统的情况下有效 利用额外接收分集的方法。


【发明内容】

[0017] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种ΜΜ0无线通信接收机的多阶 段迭代检测方法和装置，它具有在增加较少复杂性和计算量的前提下，使ΜΜ0无线通信接 收机的性能得到提升的优点。
[0018] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0019] 一种ΜΙΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方法，包括如下步骤：
[0020] 步骤R11 :对ΜΜ0无线通信接收机的接收信号进行处理，得第一检测阶段的初始 接收信号；
[0021] 所述处理包括下变频、模数转换、同步、信道估计以及均衡，
[0022] 所述均衡允许是ZF均衡、MMSE均衡以及其他任何可行的均衡方法；
[0023] 步骤R12 :对所述步骤R11的第一检测阶段的初始接收信号进行多阶段迭代检测， 得到对应的最终判决信号；
[0024] 步骤R13 :对经多阶段迭代检测得到的最终判决信号进行判决；
[0025] 步骤R14 :输出判决后的信号，即输出最终检测结果。
[0026] 所述步骤R12中的进行多阶段迭代检测是：设置多个检测阶段，分阶段进行迭代 检测：
[0027] 其中，在第一检测阶段，只检测出可靠性高于1-α i对应的&层，即可靠性大于预 设门限l-α i的层，其中，l-α i为第一阶段预设门限值；
[0028] 需要说明的是，当且仅当判决统计量的正交分量和同相分量均满足可靠性高于 l-α i时，才称对应的层的可靠性高于l-α i，即该层为可靠性大于预设门限的层；
[0029] 在进行第二检测阶段之前，需要将信道矩阵对应于第一检测阶段检测的&层的列 置为零，并将第一检测阶段检测的K层对应的判决输出信号重构后，作为干扰从第一检测 阶段的初始接收信号中消除，得到第二检测阶段的初始接收信号；从而将原N TXNK的ΜΙΜΟ 系统等效为一个（NT_Ni) ΧΝΚ的ΜΙΜΟ系统；
[0030] 在第二检测阶段，将原NTXNd^MIM0系统等效为一个（NT-Ni) XNd^MIMO系统后， 按与第一检测阶段同样的方法检测出可靠性高于预设门限值1_α2对应的队层。其中，Ν τ 和Νκ分别为发射天线数和接收天线数，&是第一检测阶段检测的层的个数，α 2为第二检测 阶段预设门限值；
[0031] 在第m个检测阶段，检测之前均要对上一检测阶段做前述对第一检测阶段相同的 处理，使得当前检测阶段的系统等效为一个…+U] XNK的系统，有效地利用系统 的额外接收分集。其中，m= 1，2，···，M，Μ为预设检测阶段数；
[0032] 最后第Μ个检测阶段检测前Μ-1个检测阶段未检测的NT_(Ni+…-Νη)层，即当Ντ 层均被检测完毕时，Μ阶段迭代检测结束；
[0033] 每一检测阶段预设的迭代检测的迭代次数Km和判决距离门限值a m允许相同也允 许不同。其中，〇< am< l，m= 1，2，···，Μ，Μ为预设检测阶段数。
[0034] 所述步骤R12包括如下步骤：
[0035] 步骤R12-1 :存储步骤R11输出的初始接收信号，所述初始接收信号为第一检测阶 段中各层对应的初始接收信号

【权利要求】
1. 一种ΜΙΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方法，其特征是，包括如下步骤： 步骤R11 :分别对接收信号进行处理，得第一检测阶段的初始接收信号；所述处理包括 下变频、模数转换、同步和信道估计以及均衡等； 步骤R12 :对上述初始接收信号进行多阶段迭代检测，得到对应的最终判决信号； 步骤R13 :对经多阶段迭代检测得到的最终判决信号进行判决； 步骤R14 :输出判决后的信号，即输出最终检测结果。
2. 如权利要求1所述的一种ΜΙΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方法，其特征是， 所述步骤R12的进行多阶段迭代检测是：设置多个检测阶段，分阶段进行迭代检测： 其中，在第一检测阶段，只检测出可靠性高于l-α i对应的&层，即可靠性大于预设门 限Ι-h的层，其中，αι为第一阶段预设门限值； 当且仅当判决统计量的正交分量和同相分量均满足可靠性高于l-α i时，才称对应层 的可靠性高于l-α i，即该层为可靠性大于预设门限的层； 在进行第二检测阶段之前，需要将信道矩阵对应于第一检测阶段检测的K层的列置为 零，并将第一检测阶段检测的K层对应的判决输出信号重构后，作为干扰从当前检测阶段 的初始接收信号中消除，得到第二检测阶段的初始接收信号；从而将原N TXNK的ΜΙΜΟ系统 等效为一个（NT-Ni) ΧΝΚ的ΜΙΜΟ系统； 在第二检测阶段，将原ΝΤΧΝΚ的ΜΜ0系统等效为一个（NfNj ΧΝΚ的ΜΜ0系统后，按 与第一检测阶段同样的方法检测出可靠性高于预设门限值1-α 2对应的Ν2层；其中，Ντ和 Νκ分别为发射天线数和接收天线数，&是第一阶段检测的层的个数，α 2为当前检测阶段预 设门限值； 在第m个检测阶段检测之前均要对上一检测阶段做前述对第一检测阶段相同的处理， 使得当前检测阶段的系统等效为一个[NT_沉+…+U ] XNK的系统，有效利用了额外接收 分集；其中，m = 1，2,…，M，Μ为预设检测阶段数； 最后第Μ个检测阶段检测前Μ-1个检测阶段未检测的Ντ-沉+…-Nh)层，即当Ντ层均 被检测完毕时，Μ阶段迭代检测结束； 每一检测阶段预设的迭代检测的迭代次数Km和判决距离门限值a m允许相同也允许不 同；其中，〇 < a m < 1，m = 1，2,…，M，Μ为预设检测阶段数。
3. 如权利要求1所述的一种ΜΙΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方法，其特征是， 所述步骤R12包括如下步骤： 步骤R12-1 :存储步骤R11输出的初始接收信号，所述初始接收信号为第一检测阶段中 各层对应的初始接收信号一^'#'…，#)'!!^!; 步骤R12-2 :对步骤R12-1中所述的初始接收信号r(m)进行MMSE均衡，并利用部分判决 方法获得当前检测阶段各层对应的初级判决信号§(Β〇=(·5Γ，$Γ，…，其中，（· Γ表 示矩阵或向量的转置； 步骤R12-3 :利用所述步骤R12-2的初级判决信号§(m)来获得ΜΜ0无线通信接收机接 收到的第1层符号对应发射信号的重构信号，即Hjm) ，/ = 1,2,…,A;进一步地，对ΜΙΜΟ 无线通信接收机接收到的除第1层以外的其他Ντ-1层符号对应发射信号的重构信号的叠 Ντ 加得到艺11，^),/41，2,_^丨，即其他乂-1层符号对第1层符号的干扰；其中，# ) ?=1, ηΦ? 为第m个检测阶段的信道估计矩阵，Η广为对应的信道估计矩阵的第1列，m = 1，2, "·，Μ， 1 = 1，2,…，Ντ ; 步骤R12-4:进行第m个检测阶段的Km轮迭代检测，并确定当前检测阶段检测的可靠性 大于当前预设门限的层对应的标号，即V e丨1，2,…? = 1,2,···,Λ^，对应第m个检测阶 段检测的1层； 步骤R12-5 :更新第m个检测阶段检测的Nm层符号的重构信号 Λ1? Η 口從，*广e {丨,2，...,妗}，i =丨，2..·.，Λ?，并将其对应重构信号之和ΣΗΡ嘐 k! Αι 7：=1 从当前检测阶段的初始接收信号rw中消除掉，从而得到下一检测阶段的初始接收信号 r(m+1)； 步骤R12-6 :将信道估计矩阵H(m)对应于当前检测阶段检测的Nm层的列置零，即 Hg, = 0，/cfw)e{l，2，···，^}，?· = 1，2，?，得 H(m+1)，并重新计算均衡矩阵； 步骤R12-7 :m = m+1，继续下一检测阶段，即重复上述步骤R12-2至步骤R12-6 ; 步骤R12-8 :最后一个检测阶段结束，输出Μ阶段IIC检测的最终判决信号。
4. 如权利要求3所述的一种ΜΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方法，其特征是， 所述步骤R12-4中每个检测阶段可靠性大于预设门限的层的个数依赖于预设可靠性 门限值1_ αm; 所述步骤R12-8中最后一个检测阶段不再需要进行步骤R12-5至步骤R12-7,在步骤 R12-4后直接进行步骤R12-8的输出。
5. 如权利要求3所述的一种ΜΙΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方法，其特征是， 所述步骤R12-4的第m个检测阶段中的K m轮IIC检测，包括：干扰消除过程、最大比合 并过程、部分判决过程和更新当前检测层符号对应的重构信号过程。
6. 如权利要求5所述的一种MM0无线通信接收机的多阶段迭代检测方法，其特征是， 所述干扰消除过程是：从当前检测阶段的初始接收信号r(m> = (r/m)，f \…，咬丫 中减去除第1层符号以外的Ντ-1层符号对应重构信号的叠加和，即
所述最大比合并过程是：将得到的基带信号z(m)左乘
'即
;其中，表示向量伪逆运算。
7. 如权利要求5所述的一种ΜΙΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方法，其特征是， 所述部分判决过程是：利用部分判决方法对进行量化，得当前检测阶段的第1层 符号对应的部分判决信号句m) ·， 所述更新当前检测层符号对应的重构信号过程是：按照与步骤R12-3中所述的重构方 法完成对第1层符号对应的发射信号的重构后，更新对应重构信号旧值的过程，即重新计 算Hf 来更新对应的重构信号，更新后的重构信号将用于下一层符号检测过程中的干 扰消除过程。
8. 如权利要求3所述的一种ΜΙΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方法，其特征是， 所述步骤R12-4中第m个检测阶段Km轮迭代检测完成之后，若判决统计量的同相分量 和正交分量均在可靠性高于1-a m范围内，则对应的层定义为可靠性大于预设门限的层，即 第m个检测阶段检测的层；其中，1- a m为预设可靠性门限值；更新第m个检测阶段的初级 判决信号的对应于该检测阶段检测的Nm层的分量，得第m个检测阶段的最终判决信号 s( m)。
9. 如权利要求3所述的一种ΜΙΜΟ无线通信接收机的多阶段迭代检测方法，其特征是， 所述步骤R13的多阶段迭代检测中可靠性大于预设门限值的层是依据欧式距离确定 的：在标准星座点映射图上，对给定的各检测阶段判决距离门限值απ，若判决统计量到标 准星座点的欧式距离不大于απ，则该判决统计量对应的层为可靠性高于1-απ的层。
10. -种ΜΜ0无线通信接收机的多阶段迭代检测装置，其特征是，包括接收前处理模 块、多阶段迭代检测模块、判决模块和输出模块； 所述接收前处理模块，对接收到的信号进行射频、中频解调及基带处理，得第一个检测 阶段各层符号对应的初始接收信号； 所述多阶段迭代检测模块，对初始接收信号利用迭代检测方法逐阶段逐层提取信号， 获得多阶段迭代检测最终判决信号； 判决模块，对经多阶段迭代检测得到的最终判决信号进行判决； 输出模块，输出判决后的信号，即输出最终检测结果。
【文档编号】H04B7/08GK104301267SQ201410633088
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】杜岩, 张焕井, 何波, 刘焕焕 申请人:山东大学