一种mimo无线通信系统及信号检测装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种MMO无线通信系统及信号检测装置和 方法。
【背景技术】
[0002] 第四代移动通信（4G)及之后的第五代移动通信系统（5G)，例如3GPP LTE (Long term evaluation)/LTE-Advanced。在 UE (user equipment)接收器处使用多入多 出（MIMO，multiple-input multiple-output)和正交频分复用（OFDM，orthogonal frequency-division multiplexing)接入方案来提供下行链路中的高数据速率。在LTE 中，例如，UE类型（UE category) 6 (支持4x4MM0)，下行链路能够支持高达300Mbps的数据 速率；以及在LTE-A中，例如UE类型8,下行链路能够支持高达3Gbps (每秒千兆位），即高 达8层的数据速率。
[0003] 5G通信系统目标提高频率使用率，以此提供更高的数据速率。例如，可采用载波聚 合（CA，carrier aggregation)，或者混合组网方式（HetNets，heterogeneous networks)。 上述技术的基本原理在于提高频率使用率，但是在实际应用中会导致强干扰而影响性 能。在无线通信系统中，多用户检测是有效的抗干扰技术。此外，非正交接入（Ν0ΜΑ， non-orthogonal multiple access)等被广泛应用于克服干扰带来的性能衰退。MIMO信号 检测器也广泛应用于上述技术中。
[0004] 在无线通信接收机中，MMO信号检测器负责信号向量的检测和星座图样的解调。 高性能但低复杂度的MMO信号检测器是4G及5G通信系统中满足上述典型场景下的可靠 高数据速率要求的关键。另一方面，MMO信号检测需要获得足够高精度的信道状态信息 (CSI，channel state information)。为此，信道估计是必需的。典型4G通信系统通过接 收一些已知的参考信号用于估计CSI。由于有限数量的参考信号通过实际噪声信道传输，接 收器只可能获得非理想的信道估计，这导致MMO信号检测器不得不进行复杂的数字信号 处理以获取可靠的检测性能，其复杂度成为MIMO技术大规模实用的瓶颈。
[0005] 目前考虑信道估计误差情况下的MMO信号检测方法主要有以下三种：第一种方 法是在信号检测过程中假设信道估计是完美的。该方法完全忽略了信道估计误差，因此也 被称为失配检测。失配检测计算复杂度较低，但是忽略信道估计误差导致MIMO信号检测器 并不能提供令人满意的检测性能，特别是当信道估计误差较大的情况下。
[0006] 第二种方法是假设信道估计误差为高斯白噪声（WEN，white estimation noise)， 然后根据有效观测噪声的高斯分布模型，采用树搜索算法（包括球形检测算法）计算每传 输此特的对数似然此以减少信道估计误差的影响。树搜索算法在保证最佳似然估计性能的 同时能够大幅度减少算法复杂度。但是由于信道估计误差依赖于码元星座，其检测模型并 不符合高斯白噪声分布，不适当的分布模型选择也将影响实际信号检测效果。
[0007] 第三种方法是基于信道估计误差为有色噪声的检测模型下的遍历搜索算法。有色 噪声的功率谱密度在整个频域上不均匀分布，白噪声则是均匀分布。在实际系统中，有色噪 声更常见。已知基于有色信道噪声估计（CEN，colored estimation noise)的ML估计是最 佳信号检测模型。基于该模型的MMO信号检测器可以提供最佳性能。但是遍历搜索算法 复杂度随着天线数量以及星座图阶数的增加指数增长，所以不适用于实际应用。例如，LTE/ LTE-A支持4x464QAMMM0,并可扩展到8x8256QAM ΜΜ0,这使得其解调每传输此特的计算 复杂度各自约为1.6\107和1.8\1019嫩0(1111111:1。17-3(^111]11113〖6)。这个数字远超现有技 术的可行数字。
[0008] 现有MIMO信号检测器普遍采用树搜索信号检测器（包括球型检测器）。现有树搜 索信号检测器均基于白噪声参数模型，即噪声参数为常数。
[0009] 因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种MIMO无线通信系统及信号检测装置和方法，以克服 现有技术中存在的不足。
[0011] 为实现上述发明目的，本发明提供的一种MMO信号检测装置，其包括：搜索树转 换单元、搜索单元、节点选择单元、节点计算单元、树剪切/更新单元；
[0012] 所述搜索树转换单元，其用于将队XNtMIMO系统以及相应信道估计与信道估计误 差方差转换为Nt+1层的搜索树；
[0013] 所述搜索单元，其用于判断当前检测层节点是否存在子层节点未被检测，如是，前 进至相应子层节点进行检测，否则，后退至当前检测层节点的父层节点，当没有节点未被检 测或者不需要被检测，搜索单元终止；
[0014] 所述节点选择单元，其用于在子层节点中确定节点检测顺序；
[0015] 所述节点计算单元，其用于根据所述节点检测顺序，依次计算相应节点的有色噪 声参数以及相对应的检测指标值；该有色噪声参数计算依赖于所述节点的父层节点相对应 的发射信号；
[0016] 所述树剪切/更新单元，其用于对此相应节点的检测指标值与修剪变量γ，当节 点检测指标值大于修剪变量γ，相应节点及其所有子节点被从树结构中剪切掉，否则，修剪 变量γ即被更新为相应节点的检测指标值。
[0017] 作为本发明的MMO信号检测装置的改进，所述节点计算单元中，所述节点的有色 噪声参数计算不依赖于所述节点的子层节点相对应的发射信号。
[0018] 作为本发明的MIMO信号检测装置的改进，所述的节点计算单元中，计算所述节点 的检测指标的下界值。
[0019] 为实现上述发明目的，本发明还提供的一种MMO无线通信系统，其包括：发射机 和接收机；
[0020] 所述发射机包括：信息源产生端、编码器、调制器、串并转换单元；
[0021] 所述接收机包括：如权利要求1所述的MMO信号检测装置、并串转换单元、解码 器。
[0022] 作为本发明的MMO无线通信系统的改进，所述MMO无线通信系统的数学模型为： r = Ηχ+η，其中，r = Qtvr2，…；TnJ1^ NrX 1 维复数接收信号向量，X = [X1, x2，··· XnJ1^ NtX 1维发送信号向量，其中Xi