一种基于球形译码算法的半径更新方法和装置与流程

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于球形译码算法的半径更新方法和装置。

背景技术：

广义空间调制技术是空间调制技术中的一种，广义空间调制技术常采用球形译码检测算法检测接收信号。球形译码检测算法的关键是在搜索星座点过程中对于更新半径R的选择。更新半径R选择过小，会让球形译码检测算法得不到合理的解，而更新半径R选择过大，又使得计算量增大。目前的球形译码检测算法是依靠在初始半径的基础上不断减少每个层级上的半径调整量来得到最终的更新半径，因为当前搜索层级后的未搜索层级的半径调整量未知，因此，现有技术通常采用忽略未搜索层级的半径调整量，以简化计算出每层的更新半径。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

由于忽略未搜索层级的半径调整量，用于搜索的更新半径被一定程度的放大，增加了额外的计算量。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用发明实施例提供了一种基于球形译码算法的半径更新方法和装置，通过运用非中心卡方分布的期望值来裁剪更新半径，降低现有技术中球形译码检测算法的复杂度。

第一方面，本发明提供了一种基于球形译码算法的半径更新方法，所述方法包括：

获取当前搜索层级，半径初始值以及在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量；

基于非中心卡方分布，计算在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值；

根据所述半径初始值、在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量，以及，在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的期望值，计算所述当前搜索层级的半径。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述基于非中心卡方分布，计算在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值包括：

根据公式计算在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值；其中，i为当前搜索层级；为当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的方差；为非中心因子，其中，为接收信号经过化简后的值，R为信道矩阵化简后的矩阵，为发射向量。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据所述半径初始值、在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量，以及，在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值，计算所述当前搜索层级的半径包括：

根据所述在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的期望值和未搜索层级的数量，确定所述未搜索层级对应的半径调整量之和；

根据所述半径初始值与当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量和在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值之和的差值，确定为所述当前搜索层级的半径。

第二方面，本发明实施例提供一种基于球形译码算法的半径更新装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取当前搜索层级，半径初始值以及，在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量；

第一计算单元，用于基于非中心卡方分布，计算在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值；

第二计算单元，用于根据所述半径初始值、在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量，以及，在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值，计算所述当前搜索层级的半径。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一计算单元包括：

计算模块，用于根据公式计算在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值；其中，i为当前搜索层级；为当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的方差；为非中心因子，其中，为接收信号经过化简后的值，R为信道矩阵化简后的矩阵，为发射向量。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第二计算单元包括：

第一确定模块，用于根据所述在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的期望值和未搜索层级的数量，确定所述未搜索层级对应的半径调整量之和；

第二确定模块，用于根据所述半径初始值与当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量和在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值之和的差值，确定为所述当前搜索层级的半径。

本发明实施例提供了一种基于球形译码算法的半径更新方法和装置，未搜索层级的半径调整量的总和服从非中心卡方分布，计算出非中心卡方分布的期望值，根据所述期望值估算出未搜索层级的半径调整量的总和依靠估算出来的数值对更新半径进行剪裁，使得选择的更新半径更加精确。相比于现有技术中直接忽略未搜索层级的半径调整量，本发明提供的这种求解更新半径的方法既保证了检测的性能，又降低了球形译码检测算法复杂度，提高了检测速度。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于球形译码算法的半径更新方法的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种基于球形译码算法的半径更新方法的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的另一种基于球形译码算法的半径更新方法的方法流程图；

图4是本发明实施例提供的一种基于球形译码算法的半径更新装置的结构组成图；

图5是本发明实施例提供的一种基于球形译码算法的半径更新装置的结构组成图；

图6是本发明实施例提供的一种基于球形译码算法的半径更新装置的结构组成图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明实施例提供的基于球形译码算法的半径更新方法可适用于MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)系统中。

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)系统的接收信号的表达式

y＝pHx+n

其中，y是接收信号；p是接收天线的信噪比；H是信道矩阵；x是发射信号；n是信道噪声，它服从期望值为0，方差为的正态分布。

广义空间调制技术的球形译码算法的实数域表达式为

其中，是检测出的发射天线序号；是检测出的发射星座点；是广义空间调制中的实数域接收信号；是广义空间调制中的实数域信道矩阵；是广义空间调制中的实数域发射信号；C是球形译码检测搜索半径；φ是激活的发射天线组合；s是所有可能发射的星座符号。

将广义空间调制系统中的实数域球形译码表达式展开，表达式化简为：

上式中N_r为接收天线数；为信道矩阵H激活的所有列的和；β′_i是接收信号向量与发射信号向量的差值，即定义为球形译码检测的第k搜索层对应的半径调整量。

计算球形译码检测的更新半径的理论推导公式为

其中，c₀是半径初始值，c_i是当前搜索层级的半径，是已经搜索层级的半径调整量的总和，是未搜索层级的半径调整量的总和。

在现有技术中未搜索层级的半径调整量的总和是未知的，而已搜索层级的半径调整量的总和是可以计算出来的，因此，传统的球形译码算法在求解更新半径时采用放大的方式，直接忽略掉未搜索层级的半径调整量的总和，从而计算出更新半径，即而本发明的思想是利用非中心卡方分布的期望值估算出未搜索层级的半径调整量的总和，从而依靠非中心卡方分布的期望值对更新半径进行裁剪。

本发明实施例提供了一种基于球形译码算法的半径更新方法，如图1所示，该方法具体步骤如下：

101、获取当前搜索层级，半径初始值以及，在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量。

所述半径初始值是在球形译码检测前已定义好的，所述半径初始值与现有技术中半径初始值的选择方式一样。

所述在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量是计算更新半径的一项参量，因为球形译码检测的搜索是自下而上的，所以所述在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量是可以计算出来的，其计算方法与现有技术中计算的方法一样。

102、基于非中心卡方分布，计算在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值。

所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和是服从非中心卡方分布的，其证明过程如下：

因为将公式展开其中是某一时刻的发射向量，是收端检测时假设的发端发出的向量。由于某一特定时刻是固定的，对于某一次搜索也是固定的，所以在某一特定时刻、某一次特定的检测时，是常量。一个正态分布的随机变量叠加一个常量后仍服从正态分布，所以服从期望值为u′_k，方差为的正态分布。有非中心卡方分布的定义：m个独立同分布的、均值为u_i(i∈{1,...,m})、方差为1的正态随机变量的平方和服从自由度为m的非中心卡方分布，可以证明出服从非中心卡方分布。

103、根据所述半径初始值、在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量，以及，在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的期望值，计算所述当前搜索层级的半径。

本发明实施例提供了一种基于球形译码算法的半径更新方法，未搜索层级的半径调整量的总和服从非中心卡方分布，计算出非中心卡方分布的期望值，根据所述期望值估算出未搜索层级的半径调整量的总和依靠估算出来的数值对更新半径进行剪裁，使得选择的更新半径更加精确。相比于现有技术中直接忽略未搜索层级的半径调整量，本发明提供的这种求解更新半径的方法既保证了检测的性能，又降低了球形译码检测算法复杂度，提高了检测速度。

进一步，为实现步骤102所述基于非中心卡方分布，计算在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值，本发明实施例提供了一种可能的实现方式，如图2所示，该方法步骤具体如下：

104、根据公式计算在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值。

其中，i为当前搜索层级；为当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的方差；为非中心因子，定义u′是服从正态分布的随机变量的期望值，所述随机变量是接收信号向量与发送信号向量的差值，即其中，为接收信号经过化简后的值，R为信道矩阵化简后的矩阵，为发射向量。

信道矩阵H经过QR分解，可以分解出Q矩阵和R矩阵相乘的形式，即H＝QR。接收信号左乘Q矩阵的共轭转置矩阵得到QR分解后的H矩阵左乘Q矩阵的共轭转置矩阵得到R。

补充说明，是的近似表达式，本算法定义的其中u′_i是当前搜索层的接收信号功率与发送信号功率的差值的期望值，即试想每根天线发射符号的概率等同，每个星座符号出现的概率也等同，所以从长期来看，每根接收天线在多个时刻接收到的符号与所有接收天线在某一个时刻接收到的符号具有近似的分布，其期望相同。另外，由于矩阵R中的元素通常都很小，发射向量中元素也很小且只有两个元素不为0，所以可以将u′_k看作是一个固定值u′，因此，估算未搜索层级的半径调整量总和的期望值的计算公式为：

进一步，为了实现步骤103所述根据所述半径初始值、在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量，以及，在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的期望值，计算所述当前搜索层级的半径，本发明实施例提供了相应的方法，如图3所示，具体步骤包括：

105、根据所述在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的期望值和未搜索层级的数量，确定所述未搜索层级对应的半径调整量之和。

106、根据所述半径初始值与当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量和在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值之和的差值，确定为所述当前搜索层级的半径。

本发明实施例提供一种基于球形译码算法的半径更新装置，可实现上述各方法流程，其组成如图4所述，所述装置包括：

获取单元21，用于获取当前搜索层级，半径初始值以及，在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量。

第一计算单元22，用于基于非中心卡方分布，计算在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值。

第二计算单元23，用于根据所述半径初始值、在当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量，以及，在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值，计算所述当前搜索层级的半径。

可选的是，如图5所示，所述第一计算单元22包括：

计算模块221，用于根据公式计算在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值；其中，i为当前搜索层级；为当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的方差；为非中心因子，其中，为接收信号经过化简后的值，R为信道矩阵化简后的矩阵，为发射向量。

可选的是，如图6所示，所述第二计算单元23包括：

第一确定模块231，用于根据所述在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量的期望值和未搜索层级的数量，确定所述未搜索层级对应的半径调整量之和。

第二确定模块232，用于根据所述半径初始值与当前搜索层级前的其它已搜索层级各自对应的半径调整量和在所述当前搜索层级后的未搜索层级对应的半径调整量总和的期望值之和的差值，确定为所述当前搜索层级的半径。

本发明实施例提供了一种基于球形译码算法的半径更新装置，未搜索层级的半径调整量的总和服从非中心卡方分布，计算出非中心卡方分布的期望值，根据所述期望值估算出未搜索层级的半径调整量的总和依靠估算出来的数值对更新半径进行剪裁，使得选择的更新半径更加精确。相比于现有技术中直接忽略未搜索层级的半径调整量，本发明提供的这种求解更新半径的方法既保证了检测的性能，又降低了球形译码检测算法复杂度，提高了检测速度。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。