基于改进qrd-m算法的广义空间调制信号检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信技术领域，涉及一种基于改进QRD-M算法的广义空间调制信号检 测方法。
【背景技术】
[0002] 传统的多输入多输出（Multiple Input Multiple Output ,ΜΙΜΟ)技术无需增加带 宽和天线发送功率，不但可有效地提高信道容量，而且还能降低误码率，因此，传统MMO技 术作为第四代移动通信系统物理层的关键技术之一，被国内外各标准组织所接受。然而，随 着技术的发展，传统MMO技术遇到了诸如天线间同步、接收端天线间干扰以及需要大量射 频单元等问题。为此，MeslehR等人在提出了空间调制(Spatial Modulation,SM)的概念。尽 管SM技术能有效地避免上述传统MBTO技术所固有的问题。然而，由于SM技术在每个时隙仅 有一根天线被激活并被用于数据传输。因此，SM技术的频谱效率和传输率均远远低于传统 的M頂0技术。
[0003] 针对SM技术的低频谱效率和低传输率问题，DiR M等人提出了GSM的思想，即在每 个时隙，多根天线同时被激活以用于数据传输。根据激活天线上所传输数据的不同，GSM技 术有单流和多流之分。而多流GSM技术的多根激活天线上，可用于并行传输独立的符号，即 实现了 SM技术和空间复用技术的有效结合，其频谱效率和传输率得到明显提升。方案中的 GSM技术指多流GSM技术。
[0004] 在已有MM)信号检测算法中，传统的基于QR分解(QRDecomposition，QRD)的M分支 搜索(QRD-M)算法能够以较低的复杂度取得近似ML算法的检测性能，同时，QRD-M算法在检 测过程中，采用并行M分支搜索结构，非常适于硬件设计，因此，QRD-M检测算法一经提出，就 广受关注。在GSM系统中，如果直接将传统的QRD-M算法应用于GSM信号检测，由于非激活天 线的存在，QRD-M算法在各层进行M分支搜索时，其搜索的有限字符集合Ω〇= Ω U 0。其具体 过程如下所示：
[0005] 以 s = ]7表不可能发送?目号矢量，其中 e.%，i = 1，2，· · ·，Nt。假如 第η层为当前搜索层，令
表示第η+1层（即上一层）的第m个保留分支，其 中m = 1，2，L，表示第n+1层保留的分支数;令>表示与该保留分支相对应的 累积分支度量。在此基础上，则对于当前搜索层（即第η层），与分支/C1相对应的第k个候选 预留分支
>与之对应的累积分支度量
表示分支度量。在上 述定义基础上，传统QRD-M算法从第Nt+1层开始，以宽度优先的顺序遍历树。在树遍历过程 中，每层最多只保留具有累积分支度量最小的M个分支，沿着这些保留分支将树扩展至下一 层，计算所有候选预留分支的累积度量值并对其进行排序，保留具有最小度量的M条分支及 其度量。重复上述过程直到第1层，输出累积分支度量最小的路径作为检测结果。
[0006] 由此可见，传统的QRD-M算法直接应用于GSM信号检测中，必须在非GSM的无效发送 信号矢量上进行M分支搜索，不仅徒增加计算复杂度，同时，还因候选发送信号矢量间的最 小欧式距离减小而导致检测性能与ML检测算法存在较大的差距。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于改进QRD-M算法的广义空间调制信号 检测方法，相比传统QRD-M算法，该方法不但能够降低了 GSM信号检测的复杂度，同时还可获 得近似ML的检测性能。
[0008] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:一种基于改进QRD-M算法的广义空间 调制信号检测方法，该方法借助QRD，将GSM信号的ML检测等价为一倒置树结构的搜索过程； 进而在对该树结构进行M分支搜索时，结合GSM信号的特点，通过裁剪与冗余天线组合相对 应的分支及与激活天线数目不匹配的分支，以提高各层保留分支的有效性。
[0009] 具体来说，本发明所述的基于改进QRD-M算法的广义空间调制信号检测方法包括 以下步骤:步骤一:将GSM信号的ML检测等价为一倒置树结构的搜索过程;步骤二:在对树结 构每一层进行M分支搜索前，结合GSM信号的特性，裁剪与冗余天线组合相对应的分支及与 激活天线数目不匹配的分支;步骤三:对每层保留下来的分支进行M分支搜索。
[0010] 进一步，步骤一中具体包括：当采用ML算法进行检测时，需要遍历寻找满足下式的
其中Ξ表示由所有容许传输符号矢量所形成的集合，该集合中共计有 夂|0~个矢量（I Ω I表示调制集合Ω的势）；本方法首先对信道矩阵H进行QRD，即H = QR，其 中Q为Nr X Nt维酉阵，R为Nt X Nt维上三角阵。在信道模型两边同时左乘Qh，得到：
>因此，GSM信号的ML检测可表示为：
[0012] 由于矩阵R具有上三角特性，因此，上式的ML检测可等价为对一 Nt+1层倒置树结构 进行搜索，从中寻找使得累积分支度量值最小的路径。
[0013] 进一步，步骤二具体包括:在GSM系统中，由于非激活天线的存在，QRD-M算法在各 层进行M分支搜索时，其搜索的有限字符集合Ω〇= Ω U0。假如第η层为当前搜索层，所提方 案对上一层保留分支完全扩展到当前层的所有益" =汾"+1|ββ|个分支中的无效分支进行裁 剪，使得第η层的实际候选预留分支数为成，具体裁剪过程如下：
[0014] 1)当11<队-仏，找到包含激活天线数目大于仏+1的分支，删除对应分支及从完全扩 展的个分支中将其减去，得到剩余的个候选预留分支，令;
[0015] 2)当η < Nt-NA+1，找到激活天线组合属于冗余激活天线组合的分支，删除对应分支 及从过程1)中剩余的个分支中将其减去，得到剩余的个候选预留分支，令;
[0016] 3)当η ^ Να，找到非激活天线数目大于Nt-NA+1的分支，删除对应分支及从过程2)中 剩余的个分支中将其减去，得到剩余的我<个候选预留分支，令士" =分" D
[0017]进一步，步骤三具体包括：
[0018] 1)计算步骤二剩余的所有候选预留分支的累积分支度量值，保留累积分支度量值 最小的M个分支及其度量值；
[0019] 2)判断当前搜索层是否为最底层，即如果η矣1，则令n = n-l，同时返回到步骤二； 如果n = l，输出累积分支度量值最小的分支作为检测结果输出。
[0020] 本发明的有益效果在于:本发明所述的改进QRD-M检测方法能够利用GSM信号本身 的特点，通过裁剪与冗余天线组合相对应的分支及与激活天线数目不匹配的分支，将M分支 搜索是的分支限定在GSM后有效的发送信号矢量中，不仅降低了系统的检测复杂度，同时有 效提尚系统性能。
【附图说明】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0022] 图1为本发明所述的检测方案的系统模型框图；
[0023]图2为本发明所述的检测方案的中树结构的举例；
[0024]图3为本发明所述的检测方案的流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0026]根据GSM的特点，共存在K 个有效GSM发送信号矢量，而传统QRD-M算法当执行 到第n=l层时，存在个候选预留分支，即有I^f -个属于非GSM的无效发送信号 矢量。经过分析，这:|i3〇|Ai -氧|12|& ?个非GSM的无效发送信号矢量包括两部分：（一)激活天线 数匹配（即.其中I I · I |〇表示0范数运算符），但由冗余天线组合所形成的无效发送 0； 信号矢量，共计|β|?个，其中K表示冗余天线组合数；（二)激活天线数不匹配 (即；的无效发送信号矢量，共计|ββ|??4Υ<个。 〇
[0027] 下面以Nt = 4，NA=2的GSM系统为例来进行说明。如果以集合Caii表示符合Nt = 4和 Na= 2的(文=6种可能天线组合，如下所示：
[0029]其中元素 m(I < i < 6)为一列矢量，表示一种可能天线组合;m中"Γ表示对应位置 的天线被激活，而"〇"则表示对应位置天线未被激活。GSM从Call中仅选择了
个元素构成有效激活天线子集CCSM。假设有效的激活天线子集Ccsm由Call中元素 ai，a2，a3，a4 所构成，即：