CN101034928A - 多入多出无线通信系统中的信号接收方法与信号接收设备 - Google Patents

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CN101034928A CN 200610056710 CN200610056710A CN101034928A CN 101034928 A CN101034928 A CN 101034928A CN 200610056710 CN200610056710 CN 200610056710 CN 200610056710 A CN200610056710 A CN 200610056710A CN 101034928 A CN101034928 A CN 101034928A
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王兴林
张洁
邱巍
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Abstract

本发明提出了一种多入多出无线通信系统中的信号接收方法和相应的信号接收设备，在基于格缩减变换后的无线信道状态信息矩阵
Figure 200610056710.1_AB_0
对接收信号y进行补偿后，考虑到信号z的调制星座图的畸变，对检测信号
Figure 200610056710.1_AB_1
进一步进行处理，获得一个由至少两个中间信号
Figure 200610056710.1_AB_2
组成的中间信号列表LD，以增大检测信号
Figure 200610056710.1_AB_3
能够得到正确判决的区域，从而提高信号z的正确检测概率。然后，由所述中间信号列表LD得到一个候选信号列表L，并基于所述候选信号列表L得到发送信号的判决信号，由此提高发送信号的正确检测概率。在高信噪比时，本发明的系统误比特性能趋近于使用最大似然检测算法时的系统误比特性能。同时，使用本发明并不会致使系统的运算复杂度明显增加，因而使本发明在实施时具有较强的可行性。

Description

多入多出无线通信系统中的信号接收方法与信号接收设备
技术领域
本发明涉及一种无线通信方法与无线通信设备，具体地说涉及一种多入多出无线通信系统中的信号接收方法与信号接收设备。
背景技术
无线通信资源在无线通信技术的发展过程中一直是至关重要的决定性因素，如何能够对有限的无线通信资源进行有效利用一直是通信工作者的研究重点之一。近年来，多入多出(MIMO：Multiple Input and Multiple Output)无线传输技术由于其高效的无线通信资源利用率而获得了越来越多的关注。
在MIMO无线传输技术中，如图1所示，无线信号的发送端TX和接收端RX被分别设置以多个天线单元，通过所述多个天线单元在空间上的分隔特性，对无线传输中的空间资源加以利用，从而获得空间分集增益(Spatial Diversity Gain)或者提高无线信号的传输速率。
在MIMO无线传输技术中，空间分集(Spatial Diversity)传输和空间复用(SpatialMultiplex)传输是其两种主要的传输方式。其中，在空间分集传输方式中，例如采用STBC(Space Time Block Coded)传输方案，经过空时编码后的多路无线信号的数据流在多个天线单元上同时进行传输，从而获得空间分集增益，提高无线信号的传输性能。在空间复用传输方式中，例如贝尔实验室(Bell Lab)提出的BLAST(Vertical Bell Laboratories Layered SpaceTime)传输方案，多路无线信号的数据流以空间复用的方式在多个天线单元上同时进行传输，从而能够大大提高无线信号的传输速率。
从理论上来讲，在MIMO无线传输技术中，无线信号的传输速率或者传输性能可获得的增益将随着天线单元数量的增加近似呈线性增长。因而，MIMO无线传输技术被认为是未来高速无线通信系统的物理层技术发展趋势之一。
在贝尔实验室提出的BLAST传输方案中，无线信号接收端在对发送信号进行检测时通常可采用的算法有：迫零(ZF：Zero Forcing)检测、最小均方误差(MMSE：Minimum MeanSquare Error)检测、干扰消除(Interference Cancellation)检测和最大似然(ML：MaximumLikelihood)检测等。在这些常用的检测算法中，提高检测性能与降低运算复杂度之间互为矛盾。检测性能越好的检测算法具有越高的运算复杂度，运算复杂度较低的检测算法则检测性能欠佳。例如，最大似然检测算法和干扰消除检测算法为非线性检测算法，运算复杂度较高，检测性能较好。其中，最大似然检测算法为最优检测算法，但是其运算复杂度随着天线单元数量的增长呈指数上升。当天线单元的数量较多时，最大似然检测算法将由于运算复杂度过高而难以实现。迫零检测算法和最小均方误差检测算法为线性检测算法，运算复杂度较低，但检测性能次优。尤其是当发送天线单元与接收天线单元之间的无线信道状况较差时，线性检测算法的检测性能将显著恶化。
为了解决MIMO信号接收过程中检测性能与运算复杂度之间的矛盾，Huan Yao和G.W.Wornell等人提出了一种格缩减辅助检测(Lattice-Reduction-Aided Detection)算法，或者称为格缩减检测(Lattice Reduction Detection)算法，可以在检测性能不显著降低的条件下，降低检测算法的运算复杂度。在这种检测算法中，将代数学中的格缩减变换(Lattice Reduction)与上述的线性检测算法或干扰消除检测算法联合使用，发送信号的检测性能可被大幅度提高，同时还可保持运算的复杂度几乎不变。
在代数学中，一个n维实数空间中的格(Lattice)定义为ψ＝{s|s＝Bλ}。其中，B＝[b1 b2 … bn]，B的列向量b1至bn构成格ψ的一组基向量，B称为格ψ的一个基(Basis)。λ＝[λ1 λ2 … λn]T，为一个整数加权列向量，即λi均为整数，i＝1，2，…，n。对于一个格ψ，如果B为它的一个基，则由一个矩阵T，其中所述矩阵T中只包含整数元素，且det(T)＝±1，对B进行线性变换后所得的矩阵 B ~ = BT 也为所述格ψ的一个基。在所述格ψ中，B作为基时以x所表示的一个点s＝Bx，将在
Figure A20061005671000072
作为基时变换为以z＝T-1x所表示的一个点，即 s = Bx = ( BT ) ( T - 1 x ) = B ~ z . 格缩减变换即指对格ψ的一个基B进行上述的线性变换，使得变换后得到的 中的基向量更短，并且使
Figure A20061005671000075
中的基向量之间的相关性(Correlation)更低。
将一个MIMO信号接收机收到的信号表示为yc＝Hcxc+nc，其中Hc表示发送天线单元至接收天线单元之间的nR行nT列的无线信道状态信息(Channel State Information)矩阵，nR为接收天线单元的数量，nT为发送天线单元的数量，所述矩阵中的一个元素表示一个发送天线单元至一个接收天线单元之间的无线信道幅度特性与相位特性；xc表示nT行的发送信号列向量，yc表示nR行的接收信号列向量，nc表示nR行的复加性白高斯噪声(Complex AWGN：Complex Additive White Gaussian Noice)信号列向量。当将所述的格缩减变换与线性检测算法或干扰消除检测算法联合使用时，可将上述接收信号的复数表示形式转化为实数表示形式，即表示为y＝Hx+n，其中
Figure A20061005671000081
Figure A20061005671000082
Figure A20061005671000083
Figure A20061005671000084
接下来，首先，将对无线信道状态信息矩阵H进行格缩减变换，变换后的无线信道状态信息矩阵为 H ~ = HT , 通过选择合适的矩阵T，使得变换后的无线信道状态信息矩阵
Figure A20061005671000086
中的列向量之间具有准正交(Quasi-orthogonal)的特性。在变换后的无线信号状态信息矩阵
Figure A20061005671000087
下，接收信号将被表示为 y = ( HT ) ( T - 1 x ) + n = H ~ z + n . 然后，基于
Figure A20061005671000089
使用线性检测算法或干扰消除检测算法对y进行补偿(Compensation)，获得检测信号
Figure A200610056710000810
对检测信号
Figure A200610056710000811
进行量化(Slice或Quantize)，获得量化信号
Figure A200610056710000812
最后，将所述量化信号
Figure A200610056710000813
与变换矩阵T相乘，进而获得发送信号x的检测信号 x ^ = T z ^ . 例如，在使用迫零检测算法时，以
Figure A200610056710000815
的逆矩阵或伪逆(Pseudo-inverse)矩阵
Figure A200610056710000816
右乘y，获得检测信号
Figure A200610056710000817
对检测信号
Figure A200610056710000818
进行量化获得量化信号
Figure A200610056710000819
进而获得检测信号 x ^ = T z ^ .
由于在格缩减检测算法中，无线信号状态信息矩阵的特性通过格缩减变换而获得改善，即变换后的无线信道状态信息矩阵
Figure A200610056710000821
中的列向量与未经变换的无线信道状态信息矩阵H中的列向量相比，彼此之间具有更低的相关性或具有准正交的特性，并且向量长度更短，因而可使线性检测算法或干扰消除检测算法的检测性能得以改善。
然而，在格缩减检测算法中也存在下述的问题：假设在一个MIMO无线通信系统中，发送信号x采用16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)方式进行调制，
Figure A200610056710000822
Figure A200610056710000823
调制星座图如图2所示。在对发送天线单元与接收天线单元之间的无线信道状态信息矩阵H进行格缩减变换后，原本的发送信号x将变换为新的无线信道状态信息矩阵
Figure A200610056710000824
下的信号z＝T-1x。进一步假设T-1为 则不难看出信号z的调制星座图将畸变为如图3所示。相应于调制星座图的变化，检测信号
Figure A200610056710000826
的判决域也应由图2中所示的一个矩形区域变化为图3中所示的一个平行四边形区域。然而，在检测信号z时，例如使用迫零检测算法，首先以
Figure A200610056710000827
的伪逆矩阵
Figure A200610056710000828
右乘y，获得检测信号 然后，在对
Figure A200610056710000830
进行量化时，若简单的对
Figure A200610056710000831
中的两个元素分别进行线性量化，会使
Figure A200610056710000832
的实际判决域为一个矩形区域，而非图3中所示的一个平行四边形区域，这将导致信号z的错误检测，进而导致发送信号x的错误检测。
若要避免上述此类错误检测，考虑到
Figure A200610056710000833
而 则应当在对检测信号
Figure A20061005671000091
进行量化时实施
Figure A20061005671000092
空间中的非线性量化。但由于变换后的信号z中的元素并不总是相互独立，而且对于不同的矩阵Hc，格缩减变换所使用的矩阵T也不尽相同，因而对
Figure A20061005671000093
进行
Figure A20061005671000094
空间中的非线性量化将难以进行。此外，当天线单元的数量很多时，上述非线性量化的运算量会非常巨大，从而也将限制所述非线性量化的实施。
有关格缩减检测方法的详细描述请参见作者为Huan Yao和G.W.Wornell的论文“Lattice-redution-aided detectors for MIMO communication systems”GLOBECOM ′02.IEEE，Volume：1，17-21 Nov.2002，Pages：424-428。
发明内容
本发明的目的在于针对多入多出无线通信系统中的信号检测问题，提出一种多入多出无线通信系统中的信号接收方法，可以在现有的线性检测、干扰消除检测或格缩减检测等算法的基础上，显著改进多入多出无线通信系统的信号检测性能，使得在高信噪比时，使用本发明信号接收方法时的系统误比特性能趋近于使用最大似然检测算法时的系统误比特性能。同时，本发明中提出的信号接收方法并不会致使系统的运算复杂度明显增加，使得本发明的方法在实施时具有较强的可行性。
本发明的目的还在于提出一种多入多出无线通信系统中的信号接收设备，用于实施本发明的信号接收方法。
上述的发明目的通过以下的技术方案加以实现：多入多出无线通信系统中的信号接收方法，包括步骤如下：
(1)获得无线信道状态信息矩阵H；
(2)对所述矩阵H进行格缩减变换，获得变换后的无线信道状态信息矩阵 H ~ = HT ;
(3)基于所述矩阵
Figure A20061005671000096
对接收信号y进行补偿，获得检测信号
Figure A20061005671000097
(4)基于所述检测信号
Figure A20061005671000098
获得一个中间信号列表LD，所述列表LD由至少两个中间信号
Figure A20061005671000099
组成；
(5)将所述的中间信号
Figure A200610056710000910
分别与所述的变换矩阵T相乘；
(6)将每个乘积信号
Figure A200610056710000911
约束为发送信号x调制星座图中的信号，获得一个候选信号列表L，所述列表L由至少一个候选信号 组成；
(7)基于所述候选信号列表L，获得判决信号比特。
根据本发明的一个方面，在所述步骤(3)中，使用线性检测算法或串行干扰消除检测算法对接收信号y进行补偿。
根据本发明的一个方面，所述步骤(4)包括：
(4a)将所述检测信号
Figure A20061005671000102
中的各个元素分别量化为一个最近的整数值；
(4b)在所述检测信号
Figure A20061005671000103
中选取至少一个最不可靠的元素，并将被选取的元素分别再次量化为一个次近的整数值；
(4c)将所述各个元素量化所得的整数值进行组合，获得所述的中间信号列表LD。
其中，所述最不可靠的元素为与一个最近的整数值之差的绝对值最大的元素。
根据本发明的一个方面，所述步骤(7)包括：
(7a)将所述候选信号列表L中的候选信号 分别与所述无线信道状态信息矩阵H相乘；
(7b)在所述的候选信号 中选取使所述的乘积信号
Figure A20061005671000106
与所述的接收信号y之间欧氏距离最小的候选信号
Figure A20061005671000107
(7c)对所选取的信号
Figure A20061005671000108
进行解调，获得判决信号比特。
或者，在所述步骤(7)中，基于所述候选信号列表L，使用检测与解码迭代的方法获得判决信号比特。则所述步骤(7)包括：
(7a)基于所述候选信号列表L和发送信号比特b的第一先验信息IA1，获得发送信号比特b的第一外部信息IE1，解交织所述第一外部信息IE1，获得发送信号比特b的第二先验信息IA2；
(7b)对所述第二先验信息IA2进行信道解码，以获得发送信号比特b的第二外部信息IE2，交织所述第二外部信息IE2，获得所述第一先验信息IA1；
(7c)基于所述第二先验信息IA2，获得判决信号比特。
根据本发明的一个方面，所述的多入多出无线通信系统为多入多出多载波无线通信系统。在接收所述多入多出多载波无线通信系统的信号时，在所述步骤(1)之前还包括：对所述多载波系统的各子载波上的接收信号yf进行分离。
多入多出无线通信系统中的信号接收设备，包括：
无线信道状态信息获取单元，用以获得无线信道状态信息矩阵H；
格缩减变换单元，用以对所述矩阵H进行格缩减变换，获得变换后的无线信道状态信息矩阵 H ~ = HT ;
补偿单元，用以基于所述矩阵
Figure A20061005671000112
对接收信号y进行补偿，获得检测信号
Figure A20061005671000113
第一信号处理单元，用以基于所述检测信号
Figure A20061005671000114
获得一个候选信号列表L，所述列表L由至少一个候选信号 组成；
第二信号处理单元，用以将所述的中间信号
Figure A20061005671000116
分别与所述的变换矩阵T相乘，并将每个乘积信号
Figure A20061005671000117
约束为发送信号x调制星座图中的信号，获得一个候选信号列表L，所述列表L由至少一个候选信号
Figure A20061005671000118
组成；
判决单元，用以基于所述候选信号列表L，获得判决信号比特。
根据本发明的一个方面，所述补偿单元使用线性检测算法或串行干扰消除检测算法对接收信号y进行补偿。
根据本发明的一个方面，所述第一信号处理单元首先将所述检测信号
Figure A200610056710001110
中的各个元素分别量化为一个最近的整数值；然后，在所述检测信号
Figure A200610056710001111
中选取至少一个最不可靠的元素，并将被选取的元素分别再次量化为一个次近的整数值；最后，将所述各个元素量化所得的整数值进行组合，获得所述的中间信号列表LD。所述最不可靠的元素为与一个最近的整数值之差的绝对值最大的元素。
根据本发明的一个方面，所述判决单元首先将所述候选信号列表L中的候选信号
Figure A200610056710001112
分别与所述无线信道状态信息矩阵H相乘；然后，在所述的候选信号 中选取使所述的乘积信号
Figure A200610056710001114
与所述的接收信号y之间欧氏距离最小的候选信号
Figure A200610056710001115
最后，所述判决单元对所选取的信号
Figure A200610056710001116
进行解调，获得判决信号比特。
根据本发明的一个方面，所述判决单元基于所述候选信号列表L，使用检测与解码迭代的方法获得判决信号比特。则所述判决单元首先基于所述候选信号列表L和发送信号比特的第一先验信息IA1，获得发送信号比特的第一外部信息IE1，解交织所述第一外部信息IE1，获得发送信号比特的第二先验信息IA2；然后，对所述第二先验信息IA2进行信道解码，以获得发送信号比特的第二外部信息IE2，交织所述第二外部信息IE2，获得所述第一先验信息IA1；最后，基于所述第二先验信息IA2，获得判决信号比特。
根据本发明的一个方面，所述多入多出多载波无线通信系统中的所述信号接收设备还包括：滤波单元，用以对所述多载波系统的各子载波上的接收信号yf进行分离。
附图说明
以下将通过具体实施例并结合附图对本发明的目的及特性进行详细描述，这些具体实施例是说明性的，不具有限制性。
图1为多入多出无线通信系统的示意图；
图2为发送信号x的调制星座图和判决域；
图3为变换后的信号z的调制星座图和判决域；
图4为根据本发明方法的一个具体实施例的流程图；
图5为根据本发明方法的一个具体实施例中信号z的调制星座图和判决域；
图6为根据本发明方法的一个具体实施例中信号z的另一调制星座图和判决域；
图7为现有的线性检测算法与根据本发明方法的线性检测算法的误比特率性能曲线图；
图8为现有的串行干扰消除检测算法与根据本发明方法的串行干扰消除检测算法的误比特率性能曲线图；
图9为根据本发明方法的中间信号
Figure A20061005671000123
的数量与误比特率的关系曲线图；
图10为根据本发明方法的中间信号
Figure A20061005671000124
的数量与候选信号
Figure A20061005671000125
的数量的关系曲线图。
具体实施方式
本发明的核心在于：在使用格缩减变换对无线信道状态信息矩阵H进行了线性变换后，当基于变换后的无线信道状态信息矩阵
Figure A20061005671000126
使用现有的检测算法对接收信号y进行补偿时，对于所获得的检测信号
Figure A20061005671000131
考虑到信号z的调制星座图的畸变，对检测信号
Figure A20061005671000132
进行进一步的处理，获得一个由至少两个中间信号
Figure A20061005671000133
组成的中间信号列表LD，以增大检测信号
Figure A20061005671000134
能够得到正确判决的区域，从而提高信号z的正确检测概率。然后，由所述中间信号列表LD得到一个候选信号列表L，并基于所述候选信号列表L得到发送信号的判决信号，由此最终提高发送信号的正确检测概率。
根据本发明的信号接收方法，图4所示为本发明方法一个具体实施例的流程图。在步骤100中，可利用系统中的导频信道(Pilot Channel)或随路训练序列符号(Midamble)等信标信号(Beacon signal)，使用已知的信道估计方法获得无线信道状态信息矩阵H。在步骤101中，对所述矩阵H进行格缩减变换，获得变换后的无线信道状态矩阵 H ~ = HT . 在步骤102中，基于所述矩阵
Figure A20061005671000136
使用线性检测算法对接收信号y进行补偿，获得检测信号
Figure A20061005671000137
在步骤103中，基于所述检测信号
Figure A20061005671000138
获得一个中间信号列表LD，所述列表LD由至少两个中间信号 组成。在步骤104中，将所述的每个中间信号 与变换矩阵T相乘，并将每个乘积信号 约束为发送信号x调制星座图中的信号，由此获得一个候选信号列表L，所述列表L由至少一个候选信号
Figure A200610056710001312
组成。在步骤105中，将所述的候选信号
Figure A200610056710001313
分别与所述无线信道状态信息矩阵H相乘，并在所述的候选信号列表L中搜索使所述的乘积信号
Figure A200610056710001314
与所述的接收信号y之间欧氏距离(Euclidean Distance)最小的候选信号
Figure A200610056710001315
在步骤106中，对所选取的信号
Figure A200610056710001316
进行解调，获得硬判决(Hard Decision)信号比特。
在上述具体实施例中，例如，在步骤102中使用迫零检测算法对接收信号y进行补偿，获得检测信号 在步骤103中，为了基于所述检测信号
Figure A200610056710001319
获得一个中间信号列表LD，可以在将信号 中的各个元素分别量化为一个最近的整数值的基础上，在信号 中选取至少一个最不可靠的元素，并将被选取的元素分别再次量化为一个次近的整数值。所述最不可靠的元素是指与一个最近的整数值之差的绝对值最大的元素。然后，将所述各个元素量化所得的整数值进行组合。每个组合后的整数值序列构成一个中间信号
Figure A200610056710001322
所有的中间信号
Figure A200610056710001323
构成所述的中间信号列表LD。可以看出，当在信号
Figure A200610056710001324
中选取了一个最不可靠的元素时，所述的中间信号列表LD将由两个中间信号
Figure A200610056710001325
组成，当在信号
Figure A20061005671000141
中选取了两个最不可靠的元素时，所述的中间信号列表将由四个中间信号
Figure A20061005671000142
并依此类推。
下面仍以16QAM调制方式为例来说明通过对检测信号
Figure A20061005671000143
的上述处理，如何可以增大检测信号 能够得到正确判决的区域，从而提高信号z的正确检测概率。仍假设T-1为
Figure A20061005671000145
Figure A20061005671000146
Figure A20061005671000147
则信号z＝T-1x的调制星座图如图5所示，检测信号 的判决域应为图5中所示的平行四边形区域。当使用简单量化的方法对检测信号
Figure A20061005671000149
中的元素分别进行线性量化时，
Figure A200610056710001410
中的两个元素被分别量化为一个最近的整数值，与此相应的实际判决域如图5中所示的矩形区域。可以看出，只有当检测信号
Figure A200610056710001411
落入了所述平行四边形区域与所述矩形区域相交的网格区域中时，检测信号
Figure A200610056710001412
才能够得到正确判决。此时，根据本发明的信号接收方法，在将信号
Figure A200610056710001413
中的各个元素分别量化为一个最近的整数值的基础上，在信号 中选取至少一个最不可靠的元素，并将被选取的元素分别再次量化为一个次近的整数值。由图5可以看出，检测信号
Figure A200610056710001415
中的元素分别对应于信号z的调制星座图中的x坐标值或y坐标值，因而在将被选取的元素再次量化为一个次近的整数值后，即相当于将检测信号 的x坐标值和/或y坐标值量化为一个最近的整数值和一个次近的整数值。则由图5可以看出，此时，当检测信号
Figure A200610056710001417
落入了图中所示的灰色区域中时，由量化所得的最近整数值和次近整数值将可以得到信号z的正确检测，因而增大了检测信号
Figure A200610056710001418
能够得到正确判决的区域。但是，在图5所示的信号z的调制星座图下，即使根据本发明的方法，对检测信号
Figure A200610056710001419
进行了上述处理，当检测信号
Figure A200610056710001420
落入了图中所示的黑色区域中时，依然不能得到信号z的正确检测。不过，在很多时候，矩阵T-1常趋近于一个稀疏矩阵(Sparse Matrix)，这意味着变换后的信号z中各元素间的相关性不会很高，此时，根据本发明的方法，将检测信号
Figure A200610056710001421
的x坐标值和/或y坐标值量化为一个最近的整数值和一个次近的整数值，即可使检测信号
Figure A200610056710001422
能够得到正确判决的区域扩大为理想情况下的判决域。例如，当 T - 1 = 1 1 0 1 时，信号z＝T-1x的调制星座图将如图6所示。根据本发明的方法，在将信号
Figure A20061005671000151
的x坐标值和y坐标值分别量化为一个最近的整数值的基础上，将信号
Figure A20061005671000152
的x坐标值和y坐标值再次分别量化为一个次近的整数值，即可使检测信号
Figure A20061005671000153
能够得到正确判决的区域为理想情况下的判决域。
上述说明虽然以16QAM调制方式为例，但本领域的技术人员应不难理解，根据本发明的信号接收方法可同样适用于以QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)或32QAM和64QAM等更高阶的QAM方式进行调制的多入多出无线通信系统。
在根据本发明的信号接收方法的第二个具体实施例中，如果使用最小均方误差检测算法对接收信号y进行补偿，则可以在步骤200中，对所获得的无线信道状态信息矩阵H和接收信号y进行扩展，扩展后的无线信道状态信息矩阵为 H ‾ = H σI m , 扩展后的接收信号为 y ‾ = y 0 m , 1 ; 其中σ表示复加性白高斯噪声信号的标准差，m＝2nT，Im表示m行m列的单位矩阵(Identity Matrix)，0m，1表示m行1列的零矩阵(Zero Matrix)。在步骤201中，对所述矩阵 H进行格缩减变换，获得变换后的无线信道状态矩阵 H ‾ ~ = H ‾ T . 然后，在步骤202中，与使用迫零检测算法等效，以
Figure A20061005671000157
的伪逆矩阵
Figure A20061005671000158
右乘 y，获得检测信号
Figure A20061005671000159
由于后续步骤与上述使用迫零检测算法时的有关步骤相同，在此不再赘述。
在根据本发明的信号接收方法的第三个具体实施例中，如果在获得格缩减变换后的无线信道状态信息矩阵
Figure A200610056710001510
后，对所述矩阵
Figure A200610056710001511
进行QR分解，即 H ~ = Q ~ R ~ , 则可以使用串行干扰消除检测算法对信号z进行检测，获得的检测信号为 z ~ LR - ZFSIC = Q ~ T y = R ~ z + Q ~ T n . 其余后续步骤与上述使用迫零检测算法时的有关步骤相同。
在根据本发明的信号接收方法的第四个具体实施例中，类似的，如果在获得格缩减变换后的无线信道状态信息矩阵 后，对所述矩阵
Figure A200610056710001515
进行QR分解，即 H ‾ ~ = Q ‾ ~ R ‾ ~ , 则可以使用串行干扰消除检测算法对信号z进行检测，获得的检测信号为 z ~ LR - MMSESIC = Q ‾ ~ T y ‾ . 其余后续步骤与上述使用迫零检测算法时的有关步骤相同。
在根据本发明的信号接收方法的第五个具体实施例中，在基于所述候选信号列表L，获得判决信号比特时，也可以使用现有的迭代检测与解码方法，基于所述的候选信号列表L，计算发送信号比特的软信息(Soft Information)，并与信道解码(Channel Decoding)过程进行迭带，获得判决信号比特，从而更进一步改进系统的误比特率性能。所述的迭代检测与解码方法包括步骤如下：基于所述候选信号列表L和发送信号比特b的第一先验信息(a priorInformation)IA1，计算发送信号比特b的第二先验信息IA2；对所述第二先验信息IA2进行信道解码，以获得所述第一先验信息IA1；基于所述第二先验信息IA2，获得判决信号比特。同时，为了增强系统抵抗突发错误(Burst Error)的能力，还可以先将发送信号进行交织(Interleaving)后，再对其进行信道编码(Channel Encoding)；相应的，在基于所述候选信号列表L，获得判决信号比特时，包括步骤如下：基于所述候选信号列表L和发送信号比特b的第一先验信息IA1，获得发送信号比特b的第一外部信息(Extrinsic Information)IE1，解交织(De-interleave)所述第一外部信息IE1，获得发送信号比特b的第二先验信息IA2；对所述第二先验信息IA2进行信道解码，以获得发送信号比特b的第二外部信息IE2，交织所述第二外部信息IE2，获得所述第一先验信息IA1；基于所述第二先验信息IA2，获得判决信号比特。有关迭代检测与解码方法的详细步骤可以参见作者为Hochwald，B.M.和ten Brink，S.的论文“Achieving near-capacity on a multiple-antenna channel”Communications，IEEE Transactionson，Volume：51，Issue：3，March 2003，Pages：389-399。
在发送天线单元和接收天线单元的数量均为4时，对现有的MIMO信号接收方法和根据本发明的信号接收方法的信号接收性能进行仿真，仿真结果如图7和图8所示。其中，曲线“ZF”、“MMSE”和“ML”分别表示使用迫零检测算法、最小均方误差检测算法和最大似然检测算法时的误比特率性能；曲线“LR-ZF”、“LR-MMSE”、“LR-ZFSIC”和“LR-MMSESIC”表示将格缩减变换分别与迫零检测算法、最小均方误差检测算法、迫零检测串行干扰消除检测算法和最小均方误差串行干扰消除检测算法相结合时的误比特率性能；曲线“List-LR-ZF”、“List-LR-MMSE”、“List-LR-ZFSIC”和“List-LR-MMSESIC”分别表示使用根据本发明方法的迫零检测算法、最小均方误差检测算法、迫零检测串行干扰消除检测算法和最小均方误差串行干扰消除检测算法时的误比特率性能。由所述各条误比特率曲线可以看出，在高信噪比时，使用根据本发明方法的最小均方误差检测算法和最小均方误差串行干扰消除检测算法时的误比特率性能可趋近于使用最大似然检测算法时的误比特性能。并且，通过图9中所示的中间信号列表LD中
Figure A20061005671000165
的数量与误比特率的关系曲线可以看出，根据本发明的信号接收方法的误比特率性能并不随中间信号
Figure A20061005671000171
数量的增大而降低。在中间信号
Figure A20061005671000172
的数量等于2时，根据本发明的信号接收方法的误比特率性能即可达到所期望的较好性能。进一步的，通过图10中所示的中间信号列表LD中
Figure A20061005671000173
的数量与候选信号列表L中
Figure A20061005671000174
的数量的关系曲线可以看出，当中间信号
Figure A20061005671000175
的数量确定后，候选信号
Figure A20061005671000176
的数量还将少于中间信号
Figure A20061005671000177
的数量。
由上所述，根据本发明的信号接收方法，可以在现有的线性检测、干扰消除检测或格缩减检测等算法的基础上，显著改进多入多出无线通信系统的信号检测性能，使得在高信噪比时，使用本发明信号接收方法时的系统误比特性能趋近于使用最大似然检测算法时的系统误比特性能。同时，本发明中提出的信号接收方法并不会致使系统的运算复杂度明显增加，使得本发明的方法在实施时具有较强的可行性。
在实施本发明的信号接收方法时，根据本发明的的信号接收设备将包括：无线信道状态信息获取单元，用以获得无线信道状态信息矩阵H；格缩减变换单元，用以对所述矩阵H进行格缩减变换，获得变换后的无线信道状态信息矩阵 H ~ = HT ; 补偿单元，用以基于所述矩阵
Figure A20061005671000179
对接收信号y进行补偿，获得检测信号
Figure A200610056710001710
第一信号处理单元，用以基于所述检测信号
Figure A200610056710001711
获得一个候选信号列表L，所述列表L由至少一个候选信号
Figure A200610056710001712
组成；第二信号处理单元，用以将所述的中间信号
Figure A200610056710001713
分别与所述的变换矩阵T相乘，并将每个乘积信号
Figure A200610056710001714
约束为发送信号x调制星座图中的信号，获得一个候选信号列表L，所述列表L由至少一个候选信号
Figure A200610056710001715
组成；判决单元，用以基于所述候选信号列表L，获得判决信号比特。
此外，为了抵抗无线信道的频率选择性衰落(Frequency Selective Fading)，可以将MIMO无线信号传输技术与OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)多载波技术相结合。在这样的多入多出多载波无线通信系统中使用根据本发明的信号接收方法时，首先，需对所述多载波系统的各子载波上的接收信号yf进行分离。然后，将每个子载波上的接收信号yf视为一个单载波多入多出无线通信系统的接收信号，并进行相应处理，即可对各子载波上的发送信号进行检测。同理，在将根据本发明的信号接收设备应用于多入多出多载波无线通信系统中时，所述设备还需包括一个滤波单元，用以对所述多载波系统的各子载波上的接收信号yf进行分离。然后，对于每个子载波上的接收信号yf，所述设备中均包括一套所述的设备单元，用以对接收信号yf进行相应处理，从而可对各子载波上的发送信号进行检测。

Claims (21)

1.多入多出无线通信系统中的信号接收方法，其特征在于包括步骤如下：
(1)获得无线信道状态信息矩阵H；
(2)对所述矩阵H进行格缩减变换，获得变换后的无线信道状态信息矩阵 H ~ = HT ;
(3)基于所述矩阵
Figure A2006100567100002C2
对接收信号y进行补偿，获得检测信号
Figure A2006100567100002C3
(4)基于所述检测信号
Figure A2006100567100002C4
获得一个中间信号列表LD，所述列表LD由至少两个中间信号 组成；
(5)将所述的中间信号
Figure A2006100567100002C6
分别与所述的变换矩阵T相乘；
(6)将每个乘积信号
Figure A2006100567100002C7
约束为发送信号x调制星座图中的信号，获得一个候选信号列表L，所述列表L由至少一个候选信号
Figure A2006100567100002C8
组成；
(7)基于所述候选信号列表L，获得判决信号比特
Figure A2006100567100002C9
2.如权利要求1所述的信号接收方法，其特征在于在所述步骤(3)中使用线性检测算法对接收信号y进行补偿。
3.如权利要求1所述的信号接收方法，其特征在于在所述步骤(3)中使用串行干扰消除检测算法对接收信号y进行补偿。
4.如权利要求1所述的信号接收方法，其特征在于所述步骤(4)包括：
(4a)将所述检测信号 中的各个元素分别量化为一个最近的整数值；
(4b)在所述检测信号
Figure A2006100567100002C11
中选取至少一个最不可靠的元素，并将被选取的元素分别再次量化为一个次近的整数值；
(4c)将所述各个元素量化所得的整数值进行组合，获得所述的中间信号列表LD。
5.如权利要求4所述的信号接收方法，其特征在于所述最不可靠的元素为与一个最近的整数值之差的绝对值最大的元素。
6.如权利要求1所述的信号接收方法，其特征在于所述步骤(7)包括：
(7a)将所述候选信号列表L中的候选信号
Figure A2006100567100002C12
分别与所述无线信道状态信息矩阵H相乘；
(7b)在所述的候选信号
Figure A2006100567100003C1
中选取使所述的乘积信号
Figure A2006100567100003C2
与所述的接收信号y之间欧氏距离最小的候选信号
Figure A2006100567100003C3
(7c)对所选取的信号 进行解调，获得判决信号比特
7.如权利要求1所述的信号接收方法，其特征在于在所述步骤(7)中，基于所述候选信号列表L，使用检测与解码迭代的方法获得判决信号比特
Figure A2006100567100003C6
8.如权利要求7所述的信号接收方法，其特征在于所述步骤(7)包括：
(7a)基于所述候选信号列表L和发送信号比特b的第一先验信息IA1，获得发送信号比特b的第二先验信息IA2；
(7b)对所述第二先验信息IA2进行信道解码，以获得所述第一先验信息IA1；
(7c)基于所述第二先验信息IA2，获得判决信号比特
Figure A2006100567100003C7
9.如权利要求7所述的信号接收方法，其特征在于所述步骤(7)包括：
(7a)基于所述候选信号列表L和发送信号比特b的第一先验信息IA1，获得发送信号比特b的第一外部信息IE1，解交织所述第一外部信息IE1，获得发送信号比特b的第二先验信息IA2；
(7b)对所述第二先验信息IA2进行信道解码，以获得发送信号比特b的第二外部信息IE2，交织所述第二外部信息IE2，获得所述第一先验信息IA1；
(7c)基于所述第二先验信息IA2，获得判决信号比特
Figure A2006100567100003C8
10.如上述任一权利要求所述的信号接收方法，其特征在于所述的多入多出无线通信系统为多入多出多载波无线通信系统。
11.如权利要求10所述的信号接收方法，其特征在于在所述步骤(1)之前还包括：
对所述多载波系统的各子载波上的接收信号yf进行分离。
12.多入多出无线通信系统中的信号接收设备，其特征在于包括：
无线信道状态信息获取单元，用以获得无线信道状态信息矩阵H；
格缩减变换单元，用以对所述矩阵H进行格缩减变换，获得变换后的无线信道状态信息矩阵 H ~ = HT ;
补偿单元，用以基于所述矩阵
Figure A2006100567100004C2
对接收信号y进行补偿，获得检测信号
Figure A2006100567100004C3
第一信号处理单元，用以基于所述检测信号
Figure A2006100567100004C4
获得一个候选信号列表L，所述列表L由至少一个候选信号
Figure A2006100567100004C5
组成；
第二信号处理单元，用以将所述的中间信号
Figure A2006100567100004C6
分别与所述的变换矩阵T相乘，并将每个乘积信号
Figure A2006100567100004C7
约束为发送信号x调制星座图中的信号，获得一个候选信号列表L，所述列表L由至少一个候选信号 组成；
判决单元，用以基于所述候选信号列表L，获得判决信号比特
13.如权利要求12所述的信号接收设备，其特征在于所述补偿单元使用线性检测算法对接收信号y进行补偿。
14.如权利要求12所述的信号接收设备，其特征在于所述补偿单元使用串行干扰消除检测算法对接收信号y进行补偿。
15.如权利要求12所述的信号接收设备，其特征在于所述第一信号处理单元首先将所述检测信号 中的各个元素分别量化为一个最近的整数值；
然后，在所述检测信号
Figure A2006100567100004C11
中选取至少一个最不可靠的元素，并将被选取的元素分别再次量化为一个次近的整数值；
最后，将所述各个元素量化所得的整数值进行组合，获得所述的中间信号列表LD。
16.如权利要求15所述的信号接收设备，其特征在于所述最不可靠的元素为与一个最近的整数值之差的绝对值最大的元素。
17.如权利要求12所述的信号接收设备，其特征在于所述判决单元首先将所述候选信号列表L中的候选信号
Figure A2006100567100004C12
分别与所述无线信道状态信息矩阵H相乘；
然后，在所述的候选信号
Figure A2006100567100004C13
中选取使所述的乘积信号
Figure A2006100567100004C14
与所述的接收信号y之间欧氏距离最小的候选信号
Figure A2006100567100004C15
最后，所述判决单元对所选取的信号
Figure A2006100567100004C16
进行解调，获得判决信号比特
Figure A2006100567100004C17
18.如权利要求12所述的信号接收设备，其特征在于所述判决单元基于所述候选信号列表L，使用检测与解码迭代的方法获得判决信号比特
Figure A2006100567100005C1
19.如权利要求18所述的信号接收设备，其特征在于所述判决单元首先基于所述候选信号列表L和发送信号比特的第一先验信息IA1，获得发送信号比特的第一外部信息IE1，解交织所述第一外部信息IE1，获得发送信号比特的第二先验信息IA2；
然后，对所述第二先验信息IA2进行信道解码，以获得发送信号比特的第二外部信息IE2，交织所述第二外部信息IE2，获得所述第一先验信息IA1；
最后，基于所述第二先验信息IA2，获得判决信号比特
Figure A2006100567100005C2
20.如权利要求12至19任一所述的信号接收设备，其特征在于所述的多入多出无线通信系统为多入多出多载波无线通信系统。
21.如权利要求20所述的信号接收设备，其特征在于还包括：
滤波单元，用以对所述多载波系统的各子载波上的接收信号yf进行分离。
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Open date: 20070912