CN115333583B - 多发多收通信系统的信号检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种多发多收通信系统的信号检测方法，可以应用于无线通信技术领域。该方法包括：根据信道矩阵对初始接收信号进行预处理，以确定实际接收信号矢量和参考半径，根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径；以目标搜索半径为搜索半径，按照预设搜索算法，从发送信号矢量的全集中找出所有可选发送信号矢量的对应接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离小于目标搜索半径的可选发送信号矢量，根据搜索到的可选发送信号矢量以及其所对应的欧式距离的集合来计算实际发送信号矢量的软比特信息。本公开还提供了一种多发多收通信系统的信号检测装置、设备、存储介质和程序产品。
Description
技术领域
本公开涉及无线通信技术领域，更具体地涉及一种多发多收通信系统的信号检测方法、装置、设备、介质和程序产品。
背景技术
MIMO系统(Multiple-Iiput Multiple-Output，MIMO)是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量，其中，最大似然检测算法性能最优，但其计算复杂度与调制阶数、发射天线数呈指数关系，在实际系统中难以在硬件系统上实现。常见的检测算法虽然实现简单，但性能损失较大，因此如何既能降低算法的计算复杂度、又能保证性能成为信号检测算法亟需解决的技术问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
鉴于上述问题，本公开提供了降低信号检测算法计算复杂度的多发多收通信系统的信号检测方法、装置、设备、介质和程序产品。
根据本公开的第一个方面，提供了一种多发多收通信系统的信号检测方法，包括：根据信道矩阵对初始接收信号进行预处理，以确定实际接收信号；
根据发送信号的初始估计和所述实际接收信号确定参考半径，所述参考半径为实际发送信号的初始估计对应的接收信号估计与实际接收信号矢量的欧式距离；
根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径；
以所述实际接收信号为原点，以所述目标搜索半径为半径，按照预设搜索算法逐层搜索每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量；以及
根据所述可选发送信号矢量和所述可选发送信号矢量对应的欧式距离的集合计算实际发送信号矢量的软比特信息。
根据本公开的实施例，所述以所述实际接收信号为原点，以所述目标搜索半径为半径，按照预设搜索算法逐层搜索每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量包括：
以实际接收信号在第M层的分量为原点，以目标搜索半径为第M层搜索半径，搜索第M层的可选发送符号，以生成第M层可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的M层欧式距离分量；
从所述第M层可选发送符号集合中任选一个第一可选发送符号，向上层搜索以确定第m层的可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的m层欧式距离分量，同时从所述第M层可选发送符号集合移除所述第一可选发送符号，其中m＝1，2，3…M-1，所述M为信道矩阵阶数；
当m不等于1且所述第m层的可选发送符号集合为非空集时，从所述第m层的可选发送符号集合中任选一个第二可选发送符号，向上层搜索以确定第m)1层的可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的m)1层欧式距离分量，同时从所述第m层的可选发送符号集合移除所述第二可选发送符号；
当确定所述第m层的可选发送符号集合为空集时，返回第m+1层搜索；
循环上述搜索操作直至所述第M层可选发送符号集合为空集；以及
根据所有层的可选发送符号集合和最优搜索路径确定可选发送信号矢量，其中所述最优搜索路径为从第M层到第1层的搜索路径。
根据本公开的实施例，所述搜索第M层的可选发送符号，以生成第M层可选发送符号集合包括：
计算并保存第M层的每一发送符号对应的接收信号矢量在第M层的分量与第M层搜索原点的M层欧式距离分量；以及
将所述M层欧式距离分量小于等于所述第M层搜索半径的发送符号作为第M层的可选发送符号，并生成第M层的可选发送符号集合。
根据本公开的实施例，所述从所述第M层可选发送符号集合中任选一个第一可选发送符号，向上层搜索以确定第m层的可选发送符号集合包括：
根据第m+1层搜索半径和所述第一可选发送符号的欧氏距离更新第m层搜索半径；
以实际接收信号在第m层的分量为第m层原点，计算并保存第m层的每一发送符号对应的接收信号矢量在第m层的分量与所述第m层原点的第二欧式距离；以及
将所述第二欧式距离小于等于所述第m层搜索半径的发送符号作为第m层的可选发送符号，并生成第m层的可选发送符号集合。
根据本公开的实施例，所述根据所述可选发送信号矢量和所述可选发送信号矢量对应的欧式距离的集合计算实际发送信号矢量的软比特信息包括：
根据所述可选发送信号矢量映射生成多个比特向量数组；
获取所述可选发送信号矢量对应的接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离值；
根据所述欧式距离值确定所述多个比特向量数组中每i位比特为1时对应的第一最短欧式距离；
根据所述欧式距离值确定所述比特向量数组中每i位比特为0时对应的第二最短欧式距离，其中i为正整数；以及
根据所述第一最短欧式距离和所述第二最短欧式距离确定实际发送信号矢量的软比特信息。
根据本公开的实施例，所述根据信道矩阵对初始接收信号进行预处理，以确定实际接收信号包括：
将所述信道矩阵进行正交三角分解，以确定正交矩阵和上三角矩阵；以及
根据所述正交矩阵的共轭转置矩阵和接收信号确定实际接收信号。
根据本公开的实施例，所述根据发送信号的初始估计和所述实际接收信号确定参考半径包括：
根据所述实际接收信号和所述上三角矩阵确定发送信号的初始估计信号；
计算所述初始估计信号对应的接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离，以确定参考半径。
本公开的第二方面提供了一种多发多收通信系统的信号检测装置，包括：第一确定模块，用于根据信道矩阵对初始接收信号进行预处理，以确定实际接收信号；
第二确定模块，用于根据发送信号的初始估计和所述实际接收信号确定参考半径，所述参考半径为实际发送信号的初始估计对应的接收信号估计与实际接收信号矢量的欧式距离；
第三确定模块，用于根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径；
搜索模块，用于以所述实际接收信号为原点，以所述目标搜索半径为半径，按照预设搜索算法逐层搜索每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量；以及
软比特计算模块，用于根据所述可选发送信号矢量和所述可选发送信号矢量对应的欧式距离的集合计算实际发送信号矢量的软比特信息。
本公开的第三方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述多发多收通信系统的信号检测方法。
本公开的第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行上述多发多收通信系统的信号检测方法。
本公开的第五方面还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述多发多收通信系统的信号检测方法。
通过本公开实施例提供的多发多收通信系统的信号检测方法，通过对接收信号进行预处理得到实际接收信号，根据所述实际接收信号确定参考半径；进而根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径；以所述实际接收信号为原点，以所述目标搜索半径为半径，按照预设搜索算法逐层搜索每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量，进而计算实际发送信号矢量的软比特信息，相较于现有技术，本公开实施例提供的方法由于每向上一层搜索，每层的搜索半径都在自适应的缩小，需要搜索的信号点数都不是固定的信号星座点的尺寸，而是会迅速不断的降低，减少了每一层搜索点数计算复杂度，同时无需排序操作，降低运算的复杂度，提高信号检测效率。
附图说明
通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示意性示出了根据本公开实施例的多发多收通信系统的信号检测方法、装置、设备、介质和程序产品的应用场景图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的多发多收通信系统的示意图；
图3示意性示出了根据本公开实施例的一种多发多收通信系统的信号检测方法的流程图；
图4示意性示出了根据本公开实施例的参考半径及目标搜索半径确定方法的流程图；
图5示意性示出了根据本公开实施例提供的可选发送信号矢量搜索方法的流程图；
图6示意性示出了根据本公开实施例提供的软比特信息计算方法的流程图；
图7示意性示出了根据本公开实施例的多发多收通信系统的信号检测装置的结构框图；以及
图8示意性示出了根据本公开实施例的适于实现多发多收通信系统的信号检测方法的电子设备的方框图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。
首先对本公开实施例出现的名词进行解释：
多发多收通信系统：MIMO系统(Multiple-Iiput Multiple-Output，MIMO)是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。
信号检测和估计：在接收端对收到的受干扰的信号时利用信号概率和噪声功率等信息按照一定的准则判定信号的存在，称为信号检测。在接收端利用收到的受干扰的发送信号序列尽可能精确地估计该发送信号的某些参数值，例如振幅、频率、相位、时延和波形等。
信道矩阵：指一般离散单符号信道的传输概率的矩阵形式。
信噪比：SIR(Sigial-Ioise Ratio，SIR)又称讯噪比，是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例，这里的信号值来自设备外部需要通过该设备进行处理的电子信号，噪声是经过该设备后产生的原信号并不存在的无规则的额外信号，并且这种信号不随原信号的变化而变化。信噪比越大，说明信号质量越好。
软比特：(Log Likelihood Ratio，LLR)对数似然比，在通信中通常用于软解码，不管发端发比特1还是比特0，收端都可能误判。如果收到信号r，正确判0的概率与正确判1的概率的比值就是似然比，取自然对数即为对数似然比。
欧式距离：指在m维空间中两个点之间的真实距离。
本公开的实施例提供了一种多发多收通信系统的信号检测方法，包括：根据信道矩阵对初始接收信号进行预处理，以确定实际接收信号；根据所述实际接收信号确定参考半径；根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径；以所述目标搜索半径为搜索半径，按照预设搜索算法搜索目标信号空间内的每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量；根据所述可选发送信号矢量计算软比特信息，其中，所述目标信号空间是根据所述实际接收信号和参考半径确定的。
图1示意性示出了根据本公开实施例的多发多收通信系统的信号检测方法、装置、设备、介质和程序产品的应用场景图。图2示意性示出了根据本公开实施例的多发多收通信系统的示意图。
如图1所示，根据该实施例的应用场景100可以包括多发多收通信系统信号检测场景。网络103用以在终端设备101、102、基站104和服务器105之间提供通信链路的介质。网络103可以是无线通信链路等。
用户可以使用终端设备101和102通过网络103接收或发送消息等。终端设备101和102上可以安装有各种通讯客户端应用，例如购物类应用、网页浏览器应用、搜索类应用、即时通信工具、邮箱客户端、社交平台软件等(仅为示例)。
终端设备101和102可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。
基站104可以是提供信号传输服务的基站，服务器105可以是提供信号检测服务的服务器，需要说明的是，本公开实施例所提供的多发多收通信系统的信号检测方法一般可以由服务器105执行。相应地，本公开实施例所提供的多发多收通信系统的信号检测装置一般可以设置于服务器105中。本公开实施例所提供的多发多收通信系统的信号检测方法也可以由不同于服务器105且能够与终端设备101、102和/或服务器105通信的服务器或服务器集群执行。相应地，本公开实施例所提供的多发多收通信系统的信号检测装置也可以设置于不同于服务器105且能够与终端设备101、102和/或服务器105通信的服务器或服务器集群中。
应该理解，图1中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。
如图2所示，MIMO通信系统定义如下：
yn代表在第n根接收天线上的接收信号，xm代表在第m根发送天线上的发送信号，H是信道矩阵，hnm为信道矩阵的第i行第m列元素，代表第m根发送天线与第i根接收天线之间的信道。i代表噪声。xm∈Q，Q＝{q1 q2…qL}，每根发送天线的发送信号取自一个L点的Qm阶调制星座(比如L＝256的8阶256QAM星座等)，其中L＝2Qm。
以下将基于图1描述的场景，通过图3～图6对公开实施例的多发多收通信系统的信号检测方法进行详细描述。
图3示意性示出了根据本公开实施例的一种多发多收通信系统的信号检测方法的流程图。
如图3所示，该实施例的多发多收通信系统的信号检测方法包括操作S210～操作S250，该方法可以由服务器或其他计算设备执行。
在操作S210，根据信道矩阵对初始接收信号进行预处理，以确定实际接收信号。
根据本公开的实施例，将所述信道矩阵进行正交三角分解，以确定正交矩阵和上三角矩阵。根据所述正交矩阵的共轭转置矩阵和接收信号确定实际接收信号。
一个示例中，首先对信道矩阵进行QR分解，或进行排序的QR分解，得到正交矩阵(Q矩阵)和上三角矩阵(R矩阵)。
由于H＝UR，其中UHU＝I，I为单位阵，R是一个上三角矩阵，由(1)式可得：
其中，z M×1即为实际接收信号，n′为噪声。
在操作S220，根据发送信号的初始估计和所述实际接收信号确定参考半径。
根据本公开的实施例，所述参考半径为实际发送信号的初始估计对应的接收信号估计与实际接收信号矢量的欧式距离。
在操作S230，根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径。
一个示例中，首先求出发送信号x的初始估计根据/>确定参考半径/>进而根据MIMO通信系统的结构，即信道矩阵的阶数和信噪比等参数确定目标搜索半径，具体过程可参见图4所示的操作S310～操作S340。
在操作S240，以所述实际接收信号为原点，以所述目标搜索半径为半径，按照预设搜索算法逐层搜索每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量。
根据本公开的实施例，所述预设搜索算法的搜索半径随搜索层数的增加自适应缩小。
一个示例中，可选发送信号矢量的确定过程实质上是在全局星座点中搜索确定出最优搜索路径的过程，根据预设搜索算法逐层搜索，从所有可能的发送信号矢量的集合中找出所有满足以下条件的发送信号矢量，即所找出的可选发送信号矢量的对应接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离小于目标搜索半径。在相关技术中，以典型的256QAM为例，需要在256个点中搜索，计算大量的欧式距离并做大量数组的排序运算，导致计复杂度较高。在本公开的实施例中，以操作S230确定的目标搜索半径为搜索半径，以所述实际接收信号为原点，在信号空间内进行可选发送符号的搜索，由于该目标信号空间是根据发送信号和初始搜索距离共同确定的，其要远小于全局信号空间，相较于在全局星座点中搜索的方法，本搜索算法相当于进行了局部的搜索，其计算量大大减少，同时搜索半径所搜索层数的增加不断减小，使得每次搜到验证的信号点的数量减少，进一步较少算法的计算量。具体搜索过程可参见图5所示的操作S241～操作S245，在此不再赘述。
在操作S250，根据所述可选发送信号矢量和所述可选发送信号矢量对应的欧式距离的集合计算实际发送信号矢量的软比特信息。
在确定可选发送信号矢量之后，可选发送信号矢量可以是一个也可以是多个，根据所述可选发送信号矢量和所述可选发送信号矢量对应的欧式距离的集合计算每一位比特对应的对数似然比，即实际发送信号矢量的软比特信息。具体计算过程可参见图6所示的操作S251～操作S254。
通过本公开实施例提供的多发多收通信系统的信号检测方法，通过对接收信号进行预处理得到实际接收信号，根据所述实际接收信号确定参考半径；进而根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径；以所述实际接收信号为原点，以所述目标搜索半径为半径，按照预设搜索算法逐层搜索每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量，进而计算实际发送信号矢量的软比特信息，相较于现有技术，本公开实施例提供的方法由于每向上一层搜索，每层的搜索半径都在自适应的缩小，需要搜索的信号点数都不是固定的信号星座点的尺寸，而是会迅速不断的降低，减少了每一层搜索点数计算复杂度，同时无需排序操作，降低运算的复杂度，提高信号检测效率。
在进行搜索可选发送符号之前需要确定参考半径，图4示意性示出了根据本公开实施例的参考半径及目标搜索半径确定方法的流程图。如图4所示，包括操作S310～操作S330。
在操作S310，根据所述实际接收信号和所述上三角矩阵确定发送信号的初始估计信号。
在操作S320，计算所述初始估计信号对应的接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离，以确定参考半径。
在操作S330，根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径。
一个示例中，首先确定发送信号的初始估计信号，求出每一层星座点的估计值，对该估计值进行符号硬判决，计算每一估计值对应的欧式距离，循环操作直至最上层，确定x′＝[x′1 x′2…x′m x′M]。将每一层的欧式距离进行求和即为参考半径具体算法如下：
x′M＝zM/rMM
xM＝x′M的符号硬判决(x′∈Q)
m＝M-1
While m＞＝1
xm＝x′m的符号硬判决结果
m＝m-1
eid
x′＝[x′1 x′2…x′m x′M]
x的初始估计以及参考半径/>也可以通过其它已有的算法，比如熟知的球译码算法来确定，在此不再赘述。
在确定参考半径之后，根据参考半径确定目标搜索半径R2，其中β参数的值根据MIMO结构、Qm阶数和SIR信噪比确定。
下面将结合图5介绍本公开实施例中的搜索算法，图5示意性示出了根据本公开实施例提供的可选发送信号矢量搜索方法的流程图。如图5所示，操作S240包括操作S241～操作S246。
在操作S241，以实际接收信号在第M层的分量为原点，以目标搜索半径为第M层搜索半径，搜索第M层的可选发送符号，以生成第M层可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的M层欧式距离分量。
根据本公开的实施例，计算并保存第M层的每一发送符号对应的接收信号矢量在第M层的分量与第M层搜索原点的M层欧式距离分量；将所述M层欧式距离分量小于等于所述第M层搜索半径的发送符号作为第M层的可选发送符号，并生成第M层的可选发送符号集合。
在操作S242，从所述第M层可选发送符号集合中任选一个第一可选发送符号，向上层搜索以确定第m层的可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的m层欧式距离分量，同时从所述第M层可选发送符号集合移除所述第一可选发送符号，其中m＝1，2，3…M-1，所述M为信道矩阵阶数。
根据本公开的实施例，根据第m+1层搜索半径和所述第一可选发送符号的欧氏距离更新第m层搜索半径；以实际接收信号在第m层的分量为第m层原点，计算并保存第m层的每一发送符号对应的接收信号矢量在第m层的分量与所述第m层原点的第二欧式距离；将所述第二欧式距离小于等于所述第m层搜索半径的发送符号作为第m层的可选发送符号，并生成第m层的可选发送符号集合。
在操作S243，当m不等于1且所述第m层的可选发送符号集合为非空集时，从所述第m层的可选发送符号集合中任选一个第二可选发送符号，向上层搜索以确定第m-1层的可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的m-1层欧式距离分量，同时从所述第m层的可选发送符号集合移除所述第二可选发送符号。
在操作S244，当确定所述第m层的可选发送符号集合为空集时，返回第m+1层搜索。
在操作S245，根据所有层的可选发送符号集合和最优搜索路径确定可选发送信号矢量。
根据本公开的实施例，所述最优搜索路径为从第M层到第1层的搜索路径。
循环上述搜索操作直至所述第M层可选发送符号集合为空集。
一个示例中，搜索过程等效于以接收信号z为原点，以目标搜索半径为半径，搜索目标信号空间内所有能满足(3)式的发送信号矢量为一个长度为M的矢量，/>
假设共有K个信号矢量满足距离要求，表示为：
执行操作S241至操作S246即可得到具体如下：
(4)式表示在给定xj，j＝m+1，m+2，...M情况下，所有能满足的xm的取值的集合。首先将目标搜索半径作为第M层的搜索半径，以实际接收信号Z在第M层的分量为原点，进行搜索，具体的，计算第M层的发送符号对应的接收信号矢量在第M层的分量与第M层搜索原点的欧式距离，即M层欧式距离分量，将所述M层欧式距离分量小于等于所述第M层搜索半径的发送符号作为第M层的可选发送符号作为第M可选发送符号集合，第M层的可选发送符号集合表示为：
在完成第M层搜索之后，在第M层的可选发送符号集合中任一选取一个第一可选发送符号向第M层的上一层搜索，即在M-1层搜索，同时从XsM中移除该点，以避免重复搜索，提高搜索效率。为了便于理解，将该层记作m层，m为1至M-1的正整数。在搜索之前，需要计算新的搜索半径，搜索半径的更新方法见公式(6)。具体的，根据第m+1层搜索半径和所述第一可选发送符号的欧氏距离更新第m层搜索半径，以M-1层搜索为例，根据M层搜索半径即目标搜索半径和选取的第一可选发送符号对应的欧式距离值确定M-1层搜索半径。
以实际接收信号在第m层的分量为第m层原点，搜索满足条件的可选发送符号，计算并保存第m层的每一发送符号对应的接收信号矢量在第m层的分量与所述第m层原点的第二欧式距离，将所述第二欧式距离小于等于所述第m层搜索半径的发送符号作为第m层的可选发送符号，并生成第m层的可选发送符号集合。此时第m层的可选发送符号集合表示为：
根据m不同取值以及m层可选发送符合集合的情况进行搜索操作的判断，分为以下几种情况：
当m≠1时，如果Xsmm为非空，选取一个点继续向m-1层搜索，同时从Xsmm中移除该点；如果Xsmm为空，返回m+1层搜索；
当m＝1时，如果Xs1为非空，选取一个点作为x1，记记/>并且从Xs1中移除该点，然后再选取Xs1中的一个点，重复以上操作，直至Xs1为空集。
当m＝1时，如果Xs1为空集，则返回m+1层搜索。
当XsM为空时，信号空间内所有满足与接收信号的欧式距离小于R2的的搜索完毕。
根据上述算法逐层搜索，从所有可能的发送信号矢量的集合中找出所有满足以下条件的可选发送信号矢量，即所找出的可选发送信号矢量对应的接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离满足小于目标搜索半径；算法在找到满足条件的发送信号矢量的同时也计算出了其对应的接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离值，该欧式距离值用于之后软比特信息的计算。
最终搜索得到目标层可选发送符号集合的搜索路径即为目标搜索路径，目标搜索路径可以是一条，也可以是多条，根据多个目标搜索路径和目标路径对应的每一层的可选发送符号即可确定多个可选发送信号矢量。
图6示意性示出了根据本公开实施例提供的软比特信息计算方法的流程图。如图6所示，操作S250包括操作S251～操作S254。
在操作S251，根据所述可选发送信号矢量映射生成多个比特向量数组。
在操作S252，获取所述可选发送信号矢量对应的接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离值。
在操作S253，确定所述多个比特向量数组中每i位比特为1时对应的第一最短欧式距离，其中i为正整数。
在操作S254，确定多个所述比特向量数组中每i位比特为0时对应的第二最短欧式距离。
在操作S255，根据所述第一最短欧式距离和所述第二最短欧式距离确定实际发送信号矢量的软比特信息。
一个示例中，是有M个元素的矢量，每个元素代表一个Qm阶调制的星座点，每个星座点的值都对应Qm个比特，因此将前述确定的可选发送信号矢量映射得到比特向量数组b k，该比特向量数组由一个长度为M×Qm的由0，1组成的比特向量。
通过{b 1，b 2，...b k，bK}和即可计算LLR(i)，i＝1，...，M×Qm。其中/>为所述可选发送信号矢量对应的接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离值，/>在前述搜索过程中已经计算得到。具体的，确定所述比特向量数组中每一位比特为1时对应的第一最短欧式距离以及确定所述比特向量数组中每一位比特为0时对应的第二最短欧式距离，详见公式(8)和公式(9)，由公式(8)和(9)可得公式(10)：
其中，b k(i)代表比特序列b k的第i个比特，如果对于所有的k，b k(i)＝0或b k(i)＝1，则表征该位的比特信息是确定的，则将相应的d0(i)或d1(i)设为γR2，γ＞1，其值根据MIMO结构、Qm和SIR设定。
基于上述多发多收通信系统的信号检测方法，本公开还提供了一种多发多收通信系统的信号检测装置。以下将结合图6对该装置进行详细描述。
图7示意性示出了根据本公开实施例的多发多收通信系统的信号检测装置的结构框图。
如图7所示，该实施例的多发多收通信系统的信号检测装置400包括第一确定模块410、第二确定模块420、第三确定模块430、搜索模块440和软比特计算模块450。
第一确定模块410用于根据信道矩阵对初始接收信号进行预处理，以确定实际接收信号。在一实施例中，第一确定模块410可以用于执行前文描述的操作S210，在此不再赘述。
第二确定模块420用于根据发送信号的初始估计和所述实际接收信号确定参考半径，所述参考半径为实际发送信号的初始估计对应的接收信号估计与实际接收信号矢量的欧式距离。在一实施例中，第二确定模块420可以用于执行前文描述的操作S220，在此不再赘述。
第三确定模块430用于根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径。在一实施例中，第三确定模块430可以用于执行前文描述的操作S230，在此不再赘述。
搜索模块440用于以所述实际接收信号为原点，以所述目标搜索半径为半径，按照预设搜索算法逐层搜索每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量。在一实施例中，搜索模块440可以用于执行前文描述的操作S240，在此不再赘述。
软比特计算模块450用于根据所述可选发送信号矢量和所述可选发送信号矢量对应的欧式距离的集合计算实际发送信号矢量的软比特信息。在一实施例中，软比特计算模块450可以用于执行前文描述的操作S250，在此不再赘述。
根据本公开的实施例，第一确定模块410、第二确定模块420、第三确定模块430、搜索模块440和软比特计算模块450中的任意多个模块可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本公开的实施例，第一确定模块410、第二确定模块420、第三确定模块430、搜索模块440和软比特计算模块450中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑阵列(PLA)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(ASIC)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件、硬件以及固件三种实现方式中任意一种或以其中任意几种的适当组合来实现。或者，第一确定模块410、第二确定模块420、第三确定模块430、搜索模块440和软比特计算模块450中的至少一个可以至少被部分地实现为计算机程序模块，当该计算机程序模块被运行时，可以执行相应的功能。
图8示意性示出了根据本公开实施例的适于实现多发多收通信系统的信号检测方法的电子设备的方框图。
如图8所示，根据本公开实施例的电子设备500包括处理器501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储部分508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器501例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))等等。处理器501还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器501可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
在RAM 503中，存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理器501、ROM502以及RAM 503通过总线504彼此相连。处理器501通过执行ROM 502和/或RAM 503中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM 502和RAM 503以外的一个或多个存储器中。处理器501也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。
根据本公开的实施例，电子设备500还可以包括输入/输出(I/O)接口505，输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。电子设备500还可以包括连接至I/O接口505的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分506；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分507；包括硬盘等的存储部分508；以及包括诸如LAI卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分509。通信部分509经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器510也根据需要连接至I/O接口505。可拆卸介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器510上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分508。
本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的多发多收通信系统的信号检测方法。
根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 502和/或RAM 503和/或ROM 502和RAM 503以外的一个或多个存储器。
本公开的实施例还包括一种计算机程序产品，其包括计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。当计算机程序产品在计算机系统中运行时，该程序代码用于使计算机系统实现本公开实施例所提供的多发多收通信系统的信号检测方法。
在该计算机程序被处理器501执行时执行本公开实施例的系统/装置中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分509被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分509从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质511被安装。在该计算机程序被处理器501执行时，执行本公开实施例的系统中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
根据本公开的实施例，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例提供的计算机程序的程序代码，具体地，可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。程序设计语言包括但不限于诸如Java，C++，pythoi，“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAI)或广域网(WAI)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (8)
1.一种多发多收通信系统的信号检测方法，其特征在于，所述信号检测方法包括：
根据信道矩阵对初始接收信号进行预处理，以确定实际接收信号；
根据发送信号的初始估计和所述实际接收信号确定参考半径，所述参考半径为实际发送信号的初始估计对应的接收信号估计与实际接收信号矢量的欧式距离；
根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径；
以所述实际接收信号为原点，以所述目标搜索半径为半径，按照预设搜索算法逐层搜索每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量；以及
根据所述可选发送信号矢量和所述可选发送信号矢量对应的欧式距离的集合计算实际发送信号矢量的软比特信息，
其中，所述以所述实际接收信号为原点，以所述目标搜索半径为半径，按照预设搜索算法逐层搜索每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量包括：
以实际接收信号在第M层的分量为原点，以目标搜索半径为第M层搜索半径，搜索第M层的可选发送符号，以生成第M层可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的M层欧式距离分量；
从所述第M层可选发送符号集合中任选一个第一可选发送符号，向上层搜索以确定第m层的可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的m层欧式距离分量，同时从所述第M层可选发送符号集合移除所述第一可选发送符号，其中m＝1，2，3…M-1，所述M为信道矩阵阶数；
当m不等于1且所述第m层的可选发送符号集合为非空集时，从所述第m层的可选发送符号集合中任选一个第二可选发送符号，向上层搜索以确定第m-1层的可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的m-1层欧式距离分量，同时从所述第m层的可选发送符号集合移除所述第二可选发送符号；
当确定所述第m层的可选发送符号集合为空集时，返回第m+1层搜索；
循环上述搜索操作直至所述第M层可选发送符号集合为空集；以及
根据所有层的可选发送符号集合和目标搜索路径确定可选发送信号矢量，其中所述目标搜索路径为从第M层到第1层的搜索路径；
其中，所述根据所述可选发送信号矢量和所述可选发送信号矢量对应的欧式距离的集合计算实际发送信号矢量的软比特信息包括：
根据所述可选发送信号矢量映射生成多个比特向量数组；
获取所述可选发送信号矢量对应的接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离值；
根据所述欧式距离值确定所述多个比特向量数组中每i位比特为1时对应的第一最短欧式距离；
根据所述欧式距离值确定所述比特向量数组中每i位比特为0时对应的第二最短欧式距离，其中i为正整数；以及
根据所述第一最短欧式距离和所述第二最短欧式距离确定实际发送信号矢量的软比特信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搜索第M层的可选发送符号，以生成第M层可选发送符号集合包括：
计算并保存第M层的每一发送符号对应的接收信号矢量在第M层的分量与第M层搜索原点的第一欧式距离；以及
将所述第一欧式距离小于等于所述第M层搜索半径的发送符号作为第M层的可选发送符号，并生成第M层的可选发送符号集合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从所述第M层可选发送符号集合中任选一个第一可选发送符号，向上层搜索以确定第m层的可选发送符号集合包括：
根据第m+1层搜索半径和所述第一可选发送符号的欧氏距离更新第m层搜索半径；
以实际接收信号在第m层的分量为第m层原点，计算并保存第m层的每一发送符号对应的接收信号矢量在第m层的分量与所述第m层原点的第二欧式距离；以及
将所述第二欧式距离小于等于所述第m层搜索半径的发送符号作为第m层的可选发送符号，并生成第m层的可选发送符号集合。
4.根据权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，所述根据信道矩阵对初始接收信号进行预处理，以确定实际接收信号包括：
将所述信道矩阵进行正交三角分解，以确定正交矩阵和上三角矩阵；以及
根据所述正交矩阵的共轭转置矩阵和接收信号确定实际接收信号。
5.根据权利要求4所述的信号检测方法，其特征在于，所述根据发送信号的初始估计和所述实际接收信号确定参考半径包括：
根据所述实际接收信号和所述上三角矩阵确定发送信号的初始估计信号；
计算所述初始估计信号对应的接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离，以确定参考半径。
6.一种多发多收通信系统的信号检测装置，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于根据信道矩阵对初始接收信号进行预处理，以确定实际接收信号；
第二确定模块，用于根据发送信号的初始估计和所述实际接收信号确定参考半径，所述参考半径为实际发送信号的初始估计对应的接收信号估计与实际接收信号矢量的欧式距离；
第三确定模块，用于根据参考半径、信道矩阵阶数和信噪比确定目标搜索半径；
搜索模块，用于以所述实际接收信号为原点，以所述目标搜索半径为半径，按照预设搜索算法逐层搜索每一层的可选发送符号，以确定可选发送信号矢量；以及
软比特计算模块，用于根据所述可选发送信号矢量和所述可选发送信号矢量对应的欧式距离的集合计算实际发送信号矢量的软比特信息，
其中，所述搜索模块具体用于以实际接收信号在第M层的分量为原点，以目标搜索半径为第M层搜索半径，搜索第M层的可选发送符号，以生成第M层可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的M层欧式距离分量；
从所述第M层可选发送符号集合中任选一个第一可选发送符号，向上层搜索以确定第m层的可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的m层欧式距离分量，同时从所述第M层可选发送符号集合移除所述第一可选发送符号，其中m＝1，2，3…M-1，所述M为信道矩阵阶数；
当m不等于1且所述第m层的可选发送符号集合为非空集时，从所述第m层的可选发送符号集合中任选一个第二可选发送符号，向上层搜索以确定第m-1层的可选发送符号集合，以及每个可选发送符号对应的m-1层欧式距离分量，同时从所述第m层的可选发送符号集合移除所述第二可选发送符号；
当确定所述第m层的可选发送符号集合为空集时，返回第m+1层搜索；
循环上述搜索操作直至所述第M层可选发送符号集合为空集；以及
根据所有层的可选发送符号集合和目标搜索路径确定可选发送信号矢量，其中所述目标搜索路径为从第M层到第1层的搜索路径；
所述软比特计算模块具体用于根据所述可选发送信号矢量映射生成多个比特向量数组；获取所述可选发送信号矢量对应的接收信号矢量的估计与实际接收信号矢量的欧式距离值；根据所述欧式距离值确定所述多个比特向量数组中每i位比特为1时对应的第一最短欧式距离；根据所述欧式距离值确定所述比特向量数组中每i位比特为0时对应的第二最短欧式距离，其中i为正整数；以及根据所述第一最短欧式距离和所述第二最短欧式距离确定实际发送信号矢量的软比特信息。
7.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行根据权利要求1～5中任一项所述的信号检测方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行根据权利要求1～5中任一项所述的信号检测方法。
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| Publication number | Publication date |
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