CN101068124B - 在通信系统中处理信号的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在多入多出(MIMO)通信系统中使用重新排序QRV-LST(分层空时)检测以进行有效处理的方法和系统。所述方法包括接收多个有序信号，其中，每个所述接收信号包括多个有序空间流中包含的信息。每个空间流包括一个或多个载频或调(tones)。可以检测对应的一个有序空间流中所包含的信息或数据，检测信息的顺序可以根据每个载频而确定。

Description

在通信系统中处理信号的方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信，更具体地说，涉及在多入多出(MIMO)系统中使用重新排序QRV-LST(layered space time，分层空时)检测以进行有效处理的方法和系统。

背景技术

在多入多出(MIMO)无线系统中，可以使用多个发射天线同时发射多个数据流。MIMO接收器可以使用多个接收天线来分离(decouple)和检测每个数据流。用于MIMO传输的两种主要方法包括奇异值分解(SVD)和分层空时(LST)处理，该LST也就是连续干扰消除(SIC)。

SVD能够结合发射器天线阵列以及接收器天线阵列使用波束成形来创建虚拟信道或者本征信道(eigen channel)，可通过这些信道发送多个数据流而不会彼此干涉。LST/SIC能够使用接收器天线阵列处理来检测多个数据流，每次检测一个数据流。对应每个检测“层”，来自尚未检测的流的干扰可以视为无效(nulled out)，而来自已经检测的流的干扰可以被消除或者减掉。

SVD中各个本征信道的信噪比(SNR)差异很大，这取决于MIMO信道矩阵的本征扩展(eigen-spread)。SVD同样依赖自适应调制或者位元承载(bitloading)，在具有较高SNR值的本征信道中获得较大的数据传输速率，同时在具有较低SNR值的本征信道中支持较低的数据传输速率。在大多数调制类型不可用之时，SVD还将遭遇性能损失，不能达到各本征信道总和的峰值理论数据传输速率。例如，如果本征信道的最大数据传输速率要求1024 QAM调制类型，当因所要求的调制类型不可用而无法使用时，则不可能达到该最大数据传输速率。

LST/SIC方法也会因为误差传播(error propagation)而遭遇性能损失。例如，如果检测到当前层出错，这种误差会蔓延到其它层，增加了在随后的层检测到误差的可能性。有一些方法例如垂直分层空时(VLST)可以通过对每个数据流编码来进行误差防护。基于这种编码处理，在解码处理之后，可做出决定减去干扰。

另外，基于脏纸理论(dirty paper theory)的预编码如Tomlinson-Harashima预编码(THP)可用于在发射器端预消除干扰，不需要以更高的发射功率水平发射信号。THP方法可能会需要发射端知晓信道状态。

比较本发明后续将要结合附图介绍的系统，现有技术的其它局限性和弊端对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

发明内容

本发明提供在多入多出(MIMO)系统中使用重新排序QRV-LST(分层空时)检测以进行有效处理的方法和系统，如下面结合附图以及权利要求中所示和/或所述。

根据本发明的一方面，提供一种在通信系统中处理信号的方法，包括：

接收多个有序信号，其中，每个有序接收信号包括包含在多个有序空间流中的信息，每个空间流包括至少一个载频；以及

基于所述至少一个载频的顺序检测包含在对应的一个有序空间流中的部分信息的估算值。

优选地，所述方法还包括以指定的顺序检测当前有序空间流中的所述部分信息的估算值，以及至少还检测以下之一：前一空间流中所包含的前一部分信息的和后一空间流中所包含的后一部分信息的估算值。

优选地，所述指定的顺序是根据所述至少一个载频中的每一载频而确定。

优选地，所述方法还包括基于以下至少一个矩阵来检测所述信息的估算值：信道估算矩阵、波束成型矩阵和转置矩阵。

优选地，所述方法还包括为所述至少一个载频中的每个载频确定与所述信道估算矩阵、所述波束成型矩阵和所述转置矩阵中至少一个矩阵相关的对应值。

优选地，所述至少一个载频中的每个载频与用于接收所述多个有序接收信号的RF信道相关联。

优选地，所述信道估算矩阵至少基于上三角矩阵或下三角矩阵之一来计算。

优选地，所述上三角矩阵和下三角矩阵包括大致相等的对角线项。

优选地，所述方法还包括通过计算以下两项的差值来计算与第i个重新排序的空间流关联的部分信息的估算值：

第一项：与第(N-i+1)个接收信号关联的估算值，以及

第二项：(i-1)个乘积的总和，其中每个乘积包括：

第(N-j+1)个重新排序的空间流；和

上三角矩阵和/或下三角矩阵中的第j行的第(N-i+1)个矩阵元素；

将所计算的差值除以上三角矩阵或下三角矩阵的第(N-i+1)行中对角矩阵元素的值；

其中，变量N表示重新排序的空间流中包含的空间流的数目；i和j表示标号，其取值范围为1，2，…，N。

优选地，所述方法还包括通过将转置矩阵进行转置后乘以有序的多个空间流来确定重新排序的多个空间流。

根据本发明的另一方面，提供一种在通信系统中处理信号的系统，包括：

能够接收多个有序信号的电路，其中，每个有序接收信号包括包含在多个有序空间流中的信息，每个空间流包括至少一个载频；以及

所述电路能够基于所述至少一个载频的顺序检测包含在对应的一个有序空间流中的部分信息的估算值。

优选地，所述电路能够以指定的顺序检测当前有序空间流中的所述部分信息的估算值，以及至少还检测以下之一：前一空间流中所包含的前一部分信息的和后一空间流中所包含的后一部分信息的估算值。

优选地，所述指定的顺序是根据所述至少一个载频中的每一载频而确定。

优选地，所述电路能够基于以下至少一个矩阵来检测所述信息的估算值：信道估算矩阵、波束成型矩阵和转置矩阵。

优选地，所述电路能够为所述至少一个载频中的每个载频确定与所述信道估算矩阵、所述波束成型矩阵和所述转置矩阵中至少一个矩阵相关的对应值。

优选地，所述至少一个载频中的每个载频与用于接收所述多个有序接收信号的RF信道相关联。

优选地，所述信道估算矩阵至少基于上三角矩阵或下三角矩阵之一来计算。

优选地，所述上三角矩阵和下三角矩阵包括大致相等的对角线项。

优选地，所述电路能够通过计算以下两项的差值来计算与第i个重新排序的空间流关联的部分信息的估算值：

第一项：与第(N-i+1)个接收信号关联的估算值，以及

第二项：(i-1)个乘积的总和，其中每个乘积包括：

第(N-j+1)个重新排序的空间流；和

上三角矩阵和/或下三角矩阵中的第j行的(N-i+1)个矩阵元素；

将所计算的差值除以上三角矩阵或下三角矩阵的第(N-i+1)行中三角矩阵元素的值；

其中，变量N表示重新排序的空间流中包含的空间流的数目；i和j表示标号，其取值范围为1，2，…，N。

优选地，所述电路能够通过将转置矩阵进行转置后乘以有序的多个空间流来确定重新排序的多个空间流。

比较本发明后续将要结合附图介绍的系统，现有技术的其它局限性和弊端对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的一个实施例使用的无线数据通信系统的示意图；

图2是本发明的一个实施例使用的示例性MIMO系统的示意图；

图3是本发明的一个实施例使用的MIMO通信系统中的分层空时通信的示意图；

图4是本发明的一个实施例的LST MIMO系统中收发器的功能框图，该收发器包括发射器和接收器；

图5是本发明的一个实施例中，多个载频中的每个载频上，从MIMO发射器发射的位元的示例性排序；

图6是根据本发明的一个实施例中，MIMO通信系统中重排QRV-LST检测以进行有效处理的示例性步骤。

具体实施方式

本发明涉及多入多出(MIMO)通信系统中对重排QRV-LST(分层空时)检测进行量化，以进行有效的处理的方法和系统。本发明的一些实施例能够同时接收多个有序的信号。同时(concurrently)接收的每个有序信号可包括包含在有序的多个空间流(spatial stream)中的信息。每个空间流可包括一个或多个载频或调(tone)。可以检测出包含在对应的一个空间流中的信息或者数据。可以为每个载频确定检测这些信息的顺序。

图1是示例性的无线数据通信系统的框图，本发明的实施例采用了该通信系统。参照图1，示出了分布系统(DS)110、扩展服务集(ESS)120和IEEE802.x局域网(LAN)122。ESS 120可以包括第一基本服务集(BSS)102、第二基本服务集112。第一BSS 102可包括第一802.11 WLAN(无线局域网)站104，第二802.11 WLAN站106和接入点(AP)108。第二BSS 112可以包括第一802.11 WLAN站114、第二802.11 WLAN站116和接入点(AP)118。IEEE802 LAN 122可以包括LAN站124和入口(portal)126。IEEE 802.11 WLAN站，或者IEEE 802.11 WLAN设备是与IEEE 802.11标准的至少一部分相兼容的WLAN系统。

WLAN是一种通信网络环境，其包括可通过一个或多个上行和/或下行RF信道进行无线通信的多个WLAN设备。BSS 102或112可以是IEEE 802.11 WLAN的一部分，该IEEE 802.11 WLAN包括至少2个IEEE 802.11 WLAN站，如第一802.11 WLAN站104、第二802.11 WLAN站106和AP 108，它们可以是BSS102的成员。BSS 102中的非AP站，即第一802.11 WLAN站104、第二802.11WLAN站106，可以单独与AP 108建立连接。AP如AP 108可以是以太网交换器、网桥或WLAN中的其它设备。同样，BSS 112中的非AP站，即第一802.11WLAN站114、第二802.11 WLAN站116，可以单独与AP 118建立连接。一旦第一802.11 WLAN站104和AP 108之间建立起连接，AP 108就将与第一802.11WLAN站104相关的可抵达性信息传送给与ESS 120相连接的其它AP及入口，例如AP 118和入口126。随后，WLAN站104将经由BSS 102无线传输信息。接着，AP 118将与第一802.11 WLAN站104相关的可抵达性信息传送给BSS 112中的站。入口126(可以是以太网交换器和LAN中的其它设备)将与第一802.11WLAN站104相关的可抵达性信息传送给LAN 122中的站，如802 LAN站124。传送与第一802.11 WLAN站104相关的可抵达性信息使得不在BSS 102内、但与ESS 120相连接的WLAN站能够与第一802.11 WLAN站104通信。

DS(分布系统)110提供一种内部结构，该内部结构使一个BSS 102中的第一802.11 WLAN站104能够与另一个BSS 112中的第一802.11 WLAN站114通信。DS 110还使一个BSS 102中的第一802.11 WLAN站104能够与IEEE802 LAN 122(如有线LAN)中的802 LAN站124进行通信。AP 108、AP 118或入口126给BSS 102、BSS 112或LAN 122中的站通过DS 110传送信息提供了一种途径。BSS 102中的第一802.11 WLAN站104可以通过以下途径将信息无线传送给BSS 112中的第一802.11 WLAN站114，首先第一802.11 WLAN站104将信息无线发送给AP 108，AP 108再通过DS 110将该信息发送给AP 118，然后AP 118将该信息无线发送给BSS 112中的第一802.11 WLAN站114。BSS102中的第一802.11 WLAN站104可以通过以下途径将信息无线传送给LAN 122中的802 LAN站124，首先第一802.11 WLAN站104将信息无线发送给AP 108，AP 108再通过DS 110将该信息发送给入口126，然后入口126将该信息发送给LAN 122中的802 LAN站124。DS 110可以使用无线通信(经由RF信道的)、有线通信(如IEEE 802以太网)或者无线和有线通信的组合。

WLAN站或AP在传输信息时可以使用一个或多个发射天线和一个或多个接收天线。使用多个发射天线和/或多个接收天线的WLAN站或AP称为多入多出(MIMO)系统。

图2是根据本发明的实施例所采用的典型MIMO系统的框图。参见图2，图中示出了基带处理器272、收发器274、RF前端280、多个接收天线276a，…，276n和多个发射天线278a，…，278n。收发器274包括处理器282、接收器284和发射器286。

处理器282可根据适用的通信标准来执行数字接收器和/或发射器的功能。这些功能包括但不限于，在相关协议参考模型中的较低层上执行的任务。所述任务还包括物理层会聚过程(PLCP)、物理介质依赖(PMD)功能和相关的层管理功能。基带处理器272可根据适用的通信标准来实现功能。这些功能包括但不限于，与对通过接收器284接收的数据进行分析相关的任务，以及与生成将通过发射器286发射的数据相关的任务。这些任务还可以包括有关标准规定的介质访问控制(MAC)层的功能。

接收器284可执行数字接收器功能，该功能包括但不限于快速傅立叶变换处理、波束成形处理、均衡、解映射、解调控制、解交错、解凿孔(depuncture)和解码。发射器286可执行数字发射器的功能，包括但不限于：编码、凿孔(puncture)、交错、映射、调制控制、反向快速傅立叶变换处理、波束成形处理。RF前端280通过天线276a、…、276n接收模拟RF信号，将RF信号转换为基带，并生成与所接收的模拟基带信号对应的数字信号。该数字信号表示式可以是包含I和Q分量的复量。RF前端280还可以通过天线278a、…、278n发射模拟RF信号，将数字基带信号转换为模拟RF信号。

在操作中，处理器282接收来自接收器284的数据。处理器282将接收到的数据传递给基带处理器272以进行分析和进一步处理。基带处理器272可生成将由发射器286通过RF信道发射的数据。基带处理器272可以将数据传送给处理器282。处理器282生成多个位元(bits)，这些位元将被传递给接收器284。处理器282可以产生控制信号，以便控制发射器286中调制处理操作和接收器中解调处理操作。

MIMO接收器能够同时接收多个信号，每个信号可包括包含在多个空间流中的信息。MIMO发射器能够同时发射多个信号，每个信号可包括包含在多个空间流中的信息。多个发射信号可同时从MIMO发射器发射出来，经由无线通信介质传输，并作为多个接收信号由MIMO接收器同时接收。每个空间流可包括一个或多个载频。这样，一部分信息与对应的多个空间流中的一个空间流相关联。这部分信息可由二进制信息来表示，其中，在该二进制表示式中至少有部分位元与对应的一个或多个载频相关联。与单个载频相关联的那部分位元(bit)称为码元(symbol)。同时与多个载频的集合相关联的所有位元称为正交频分复用(OFDM)码元(symbol)。多个载频的集合可以称为RF信道。

多个空间流可以按一定的方式排序，例如，对于指定的N个空间流(其中N表示空间流的总数)可以标识为第一空间流、第二空间流，…，第N空间流。类似地，也可以对多个发射信号、多个接收信号进行排序。有序的多个接收信号中，每个接收信号都对应于一个有序的发射信号。有序的多个发射信号可包括每个有序的空间流中的码元的加权组合。对于有序的多个发射信号中指定的一个发射信号，用于组合码元的权值随着载频的不同而变化。对于指定的载频，用于组合码元的权值随着有序的多个发射空间流的不同而变化。与各个载频相对应的多个权值可用波束成形矩阵来表示，其中每个权值可由波束成形矩阵中的矩阵元素来表示。

波束成形矩阵可以是三维矩阵，其中，第一维包括多个行。行的数目对应于有序的多个发射信号中发射信号的数量。每行对应于有序的多个发射信号中的一个发射信号。第二维包括多个列，列的数目对应于有序的多个空间流中空间流的数量。在指定的行中，每个列包括一个与有序的空间流中一个空间流对应的权值。行和列可定义一个二维波束成形矩阵，该二维波束成形矩阵包括与单个载频相关联的权值。第三维可包括多个二维的波束成形子矩阵，每个子矩阵包括与多个载频集合中的对应载频相关联的权值。

在MIMO接收器上，对于指定的接收信号而言，有序的多个接收信号中的其它信号表现为干扰信号。在指定的接收信号中，对于指定的包含着与指定空间流有关的信息的码元而言，与有序的多个空间流中的其它空间流关联的码元表现为干扰码元。在分层空时(LST)MIMO通信系统中，有序的多个接收信号对应于多个层。在LST MIMO发射器上，每个二维波束成形子矩阵中的矩阵元素可构成上三角矩阵(upper diagonal matrix)或下三角矩阵(lowerdiagonal matrix)。上三角或下三角形式的矩阵使MIMO接收器能够使用迫零(zero-forcing，简称ZF)法。

在ZF方法中，MIMO接收器能够检测指定空间流中第一码元的估值，其不包括统计上显著干扰的码元。检测完第一码元的估值之后，MIMO接收器可检测随后的空间流中第二码元的估值，其仅包括来自第一码元的统计上的显著干扰。在检测了第一码元的估值之后，就能够确定第二码元的估值。这个过程会继续下去，并会检测到当前空间流的当前码元的估值，该当前码元的估值包含着来自估值已经被确定的多个码元的统计上显著干扰。ZF法也可称为连续干扰消除(SIC)。连续消除的处理导致所谓的码元的可靠检测。

在MIMO发射器上，包含已发射的第一码元的空间流随着载频变化。例如，对于第一载频，已发射的第一码元可能与有序的多个空间流中的第一空间流关联；而对于第二载频，已发射的第一码元可能与有序的多个空间流中的第二空间流关联。结果，由于传输码元的顺序是基于载频而变化的，这就要求MIMO接收器以对应的顺序检测有序的多个接收信号中的码元。

在一些传统的MIMO系统中，MIMO发射器使用的波束成形矩阵包括单个二维矩阵，其中，用于组合空间流的权值不随着载频发生变化。这就要求MIMO接收器使用SIC法首先检测与同时接收的多个信号所包含的每个载频的特定空间流关联的码元，再检测与每个载频中剩下的有序的空间流关联的码元。例如，要求MIMO接收器检测每个载频中有序的多个空间流中的第一空间流的第一码元。MIMO发射器会基于载频改变用于发射所述第一码元的空间流，这就要求MIMO接收器要临时存储或者缓存在接收到与特定空间流关联的码元之前接收的码元。例如，对于同时接收的有序的多个信号所包含的指定载频，如果MIMO发射器首先发射与第三空间流关联的码元，那么，MIMO接收器需要缓存所接收的码元，直到随后接收到与第一空间流关联的码元为止。

这种缓存需求会导致在处理同时接收的有序的多个信号时反应时间延长。在上面的例子中，MIMO接收器尝试避免缓存需求和/或尝试先检测与第三空间流关联的码元使反应时间延长，都会导致对码元的检测不可靠，因为所检测的码元可能包括干扰码元，例如，来自第一和/或第二空间流的干扰。

本发明的一些实施例包括MIMO接收器对MIMO发射器作出响应，产生重新排序的空间流的方法和系统，其中，MIMO发射器使用了包括三维矩阵的波束成形矩阵。在该波束成形矩阵中，波束成形系数随着不同载频而改变。重新排序的多个空间流使得MIMO接收器能够检测包含在同时接收到的多个有序的信号中的每个载频上的第一接收码元。在本发明的一方面，MIMO接收器能够可靠地检测与同时接收到的多个信号关联的每个载频上的第一接收码元，而不需要缓存所接收的与一个或多个载频相关联的码元。示例性的MIMO发射器和/或MIMO接收器可包含在无线局域网(WLAN)站中。

图3是本发明的一个实施例使用的波束成形的示意图。参考图3，图中示出了移动发射终端302、移动接收终端322和多个RF信道342。移动发射终端302包括发射滤波系数模块V 304、第一空间流s₁306、第二空间流s₂308、第三空间流s₃310、以及多个发射天线312、314和316。移动接收终端322包括接收滤波系数模块Q^*324、第一目的流(destination stream)

第二目的流

第三目的流以及多个接收天线332、334和336。例如，典型的移动终端可以是WLAN站104。对应的矩阵V可以与发射滤波系数模块V 304关联。对应的矩阵Q^*可以与接收滤波系数模块Q^*324关联。矩阵V和Q^*可用于进行波束成形和QRV-LST检测。

在操作时中，发射天线312能够发射信号x₁，发射天线314能够发射信道x₂、发射天线316能够发射信号x₃。在波束成形操作中，每个发射信号x₁、x₂、x₃可以是有序的多个空间流s₁、s₂和s₃中至少一个的加权和的函数。可通过波束成形V矩阵确定权值：

                      X＝VSs          等式[1]

其中，X是3×1矢量，表示有序的多个同时发射信号x₁、x₂和 x₃，例如：

$X=\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\end{array}\right]$ 等式[2]

Ss是3×1矢量，表示有序的多个空间流s₁、s₂和s₃，例如：

$S_s=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\\ s_3\end{array}\right]$ 等式[3]

V是3×3矩阵，表示波束成形矩阵V，例如：

$V\left[f_K\right]=\left[\begin{array}{ccc}{V}_{11}\left[f_K\right]& V_{12}\left[f_K\right]& V_{13}\left[f_K\right]\\ V_{21}\left[f_K\right]& V_{22}\left[f_K\right]& V_{23}\left[f_K\right]\\ V_{31}\left[f_K\right]& V_{32}\left[f_K\right]& V_{33}\left[f_K\right]\end{array}\right]$ 等式[4]

其中，每个矩阵元素v_ij[f_k]表示用于波束成形的权值。每个矩阵元素v_ij[f_k]都于载频f_k关联，其中，f_k表示与RF信道关联的多个载频中的一个载频，k表示下标，其取值范围是：

$-\frac{N_{\mathrm{SC}}}{2}\≤K\≤\frac{N_{\mathrm{SC}}}{2}$ 等式[4a]

其中，Nsc表示与RF信道关联的载频的数目，v_ij[f₁]的值可能不等于v_ij[f_m]的值。

接收天线332能够接收信号y₁，接收天线334能够接收信号y₂，接收天线336能够接收信号y₃。多个RF信道342可通过传输系数矩阵H在数学上表征。传输系数矩阵H也称为信道估算矩阵。

同时接收的多个有序信号y₁、y₂、y₃可表示为多个发射信号x₁、x₂、x₃与传输系数矩阵H的函数，如下面等式所示：

         Y＝HX+N_c                                   等式[5]

其中，Y可以是3×1矢量，表示所接收的信号y₁、y₂和y₃，例如：

$Y=\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\\ y_3\end{array}\right]$ 等式[6]

H可以是3×3矩阵，表示传输系数矩阵，例如：

$H=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{13}\\ h_{21}& h_{22}& h_{23}\\ h_{31}& h_{32}& h_{33}\end{array}\right]$ 等式[7]

Nc可以是3×1矢量，表示通信介质中存在的噪声，例如：

$N_C=\left[\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\\ n_3\end{array}\right]$ 等式[8]

对于QRV-LST检测系统，可使用QRV分解表示矩阵H，如下等式：

     H＝QRV^*                              等式[9]

其中Q和V表示酉矩阵，其中：

     QQ^*＝Q^*Q＝I                         等式[10]

以及

     VV^*＝V^*V＝I                         等式[11]

V^*表示波束成形矩阵V的埃尔米特转置(Hermitian transpose)，Q^*表示矩阵Q的埃尔米特转置。矩阵R表示本发明一些实施例中的上三角矩阵或者下三角矩阵。与矩阵R关联的每个矩阵元素都可以用实数表示。

本发明的一些实施例使用几何平均分解(geometric meandecomposition，GMD)，GMD也称为统一信道分解(uniform channeldecomposition，UCD)。在本发明使用GMD的实施例中，矩阵R中的对角矩阵元素可能是相等的，使r_ii＝r_jj，其中，r_ii表示第i个对角矩阵元素，r_jj表示与第j个对角矩阵元素关联的值。

通过将等式[1]和等式[9]代入等式[5]，可基于有序的多个空间流表示同时接收的多个有序信号，如以下等式：

       Y＝QRV^*VS_s+N_c                         等式[12a]

       Y＝QRS_s+N_c                             等式[12b]

有序的多个目的流

其中，i包括值1，2，…，N(N表示空间流的数目)，可表示成目的流矢量

目的流矢量可表示成N×1列矢量，如下：

${\hat{S}}_R=\left[\begin{array}{c}{\hat{s}}_1\\ {\hat{s}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\hat{s}}_N\end{array}\right]$ 等式[13]

可基于有序的多个空间流来表示有序的多个目的流，如下等式所示：

${\hat{S}}_R=Q^{*}Y=Q^{*}\mathrm{QR}{S}_S+Q^{*}{N}_C$ 等式[14a]

${\hat{S}}_R={\mathrm{RS}}_S+Q^{*}{N}_C$ 等式[14b]

其中，包含在目的流

中的码元的值可表示包含在空间流s_i中的对应码元的统计估值。

典型的N×N上三角矩阵R[f_k]可表示为三维矩阵，如下面的等式所示：

等式[15]

其中，每个r_ij[f_k]都与一个载频f_k关联，其中，f_k表示与RF信道关联的其中一个载频，k表示下标，k的取值范围如等式[4a]所示。r_ij[f₁]的值可能不等于r_ij[f_m]的值。

在本发明的一些实施例中，对于指定的载频f_k，当MIMO发射器302首先发射第i空间流时，MIMO接收器322可检测与第i空间流s_i关联的码元，没有与其它空间流关联的码元的干扰。这可以通过构造置换(permuted)波束成形矩阵

来实现，如下面等式所示：

$\tilde{V}\left[f_k\right]=\left[\begin{array}{cccc}{V}_n\left[f_k\right]& V_{n-1}\left[f_k\right]& \·\·\·& V_1\left[f_k\right]\end{array}\right]\×P$ 等式[16]

其中，V_i[f_k]表示等式[4]所示的波束成形V矩阵的第i列，P表示置换矩阵。典型的P矩阵可通过N×N矩阵来表示，其中，每列包括1个值等于1的元素以及包括N-1个值等于0的元素。此外，每行包括1个值等于1的元素以及包括N-1个值等于0的元素。例如，当P矩阵是单位矩阵：

等式[17]

置换波束成形矩阵

可表示成下面的等式：

$\tilde{V}\left[f_k\right]=\left[\begin{array}{cccc}{V}_n\left[f_k\right]& V_{n-1}\left[f_k\right]& \·\·\·& V_1\left[f_k\right]\end{array}\right]$ 等式[18]

在本发明的一些实施例中，MIMO发射器在同时发射有序的多个信号X时，可使用置换波束成形矩阵

因此，等式[12a]可变换为以下等式：

$Y=\mathrm{QR}{V}^{*}\tilde{V}{S}_S+N_C$ 等式[19a]

               Y＝QRPS_S+N_C             等式[19b]

其中，有序的多个空间流S_s可表示成下面的等式：

$S_S=\left[\begin{array}{c}{S}_N\\ S_{N-1}\\ \·\\ \·\\ \·\\ S_1\end{array}\right]$ 等式[19c]

等式[19a]和等式[19b]中矩阵乘积PSs表示重新排序的多个空间流Ss’：

              S_S′＝PS_S                 等式[20]

在本发明的一些实施例中，MIMO接收器按照MIMO发射器发射码元的顺序，使用置换矩阵来检测与多个重新排序的空间流中的每个空间流相关联的码元。这使得能够进行可靠的QRV-LST检测，不需要缓存与重新排序的其它空间流关联的码元。根据下面的等式，可基于有序的多个目的流

来确定对应的重新排序目的流

${\tilde{S}}_R=P{\hat{S}}_R$ 等式[21a]

相应地

${\hat{S}}_R=P^T{\tilde{S}}_R$ 等式[21b]

其中，可根据下面的等式表示重新排序的多个目的流：

${\tilde{S}}_R=\left[\begin{array}{c}{\tilde{s}}_N\\ {\tilde{s}}_{N-1}\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\tilde{s}}_1\end{array}\right]$ 等式[21c]

P^T表示置换矩阵P的转置。

MIMO发射器会根据载频改变置换矩阵P。例如，对于使用3个空间流且同时发射3个信号的MIMO发射器，与第一载频f₁关联的置换矩阵P[f₁]可表示成下面等式：

$P\left[f_1\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$ 等式[22]

其中，MIMO发射器通过第一空间流s₁发射第一码元，通过第二空间流s₂发射第二码元，通过第三空间流s₃发射第三码元。根据等式[21b]和[21c]，对应的多个有序空间流可表示成下面的等式：

${\hat{S}}_R=\left[\begin{array}{c}{s}_3\\ s_2\\ s_1\end{array}\right]$ 等式[23]

基于等式[19b]，MIMO接收器能够可靠地检测与第一空间流关联的第一码元。在检测第一码元之后，MIMO接收器能够可靠地检测与第二空间流关联的第二码元。在检测第一和第二码元之后，MIMO接收器能够可靠地检测与第三空间流关联的第三码元。因为MIMO接收器可在第一时刻接收第一码元，在接下来的第二时刻接收第二码元，在随后的第三时刻接收第三码元，所以MIMO接收器能够可靠地检测第一码元而不需要缓存第二和/或第三码元。同理，MIMO接收器能够可靠地检测第二码元而不需要缓存第一和/或第三码元。MIMO接收器还能够可靠地检测第三码元，而不需要缓存第一和/或第二码元。

与第二载频f₂关联的置换矩阵P[f₂]，可表示成以下等式：

$P\left[f_2\right]=\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\end{array}\right]$ 等式[24]

其中，MIMO发射器通过第三空间流s₃发射第一码元，通过第一空间流s₁发射第二码元，通过第二空间流s₂发射第三码元。根据等式[21b]和[21c]，对应的多个有序空间流可表示成下面的等式：

${\hat{S}}_R=\left[\begin{array}{c}{s}_2\\ s_1\\ s_3\end{array}\right]$ 等式[25]

在这种情况下，MIMO接收器能够可靠地检测与第三空间流关联的第一码元。在检测第一码元之后，MIMO接收器能够可靠地检测与第一空间流关联的第二码元。在检测第一和第二码元之后，MIMO接收器能够可靠地检测与第二空间流关联的第三码元。因为MIMO接收器根据发射的顺序来接收第一码元、第二码元和第三码元，所以MIMO接收器能够可靠地检测第一码元，而不需要缓存第二和第三码元。同理，MIMO接收器能够可靠地检测第二码元而不需要缓存第一和/或第三码元。MIMO接收器还能够可靠地检测第三码元，而不需要缓存第一和/或第二码元。

与第三载频f₃关联的置换矩阵P[f₃]，可表示成以下等式：

$P\left[f_3\right]=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\end{array}\right]$ 等式[26]

其中，MIMO发射器通过第二空间流s₂发射第一码元，通过第三空间流s₃发射第二码元，通过第一空间流s₁发射第三码元。根据等式[21b]和[21c]，对应的多个有序空间流可表示成下面的等式：

${\hat{S}}_R=\left[\begin{array}{c}{s}_1\\ s_3\\ s_2\end{array}\right]$ 等式[27]

在这种情况下，MIMO接收器能够可靠地检测与第二空间流关联的第一码元。在检测第一码元之后，MIMO接收器能够可靠地检测与第三空间流关联的第二码元。在检测第一和第二空间流之后，MIMO接收器能够可靠地检测与第一空间流关联的第三码元。因为MIMO接收器根据发射的顺序来接收第一码元、第二码元和第三码元，所以MIMO接收器能够可靠地检测第一码元，而不需要缓存第二和第三码元。同理，MIMO接收器能够可靠地检测第二码元而不需要缓存第一和/或第三码元。MIMO接收器还能够可靠地检测第三码元，而不需要缓存第一和/或第二码元。

图4是根据本发明的一个实施例的LST MIMO系统中的收发器的示意图，该收发器包括发射器和接收器。参考图4，图中示出了发射器400、处理器460、存储器462、多个发射天线415a，…，415n、接收器401以及多个接收天线435a，…，435n。发射器400包括编码模块402、凿孔(puncture)模块404、空间剖析模块405、多个频率交错模块406a，…，406n、多个星群映射(constellation mapper)模块408a，…，408n、波束成形V矩阵模块412、多个逆向快速傅立叶变换(IFFT)模块410a，…，410n、多个插入保护间隔(GI)视窗模块411a，…，411n以及多个带数字-模拟转换的无线前端(REF/DAC)模块414a，…，414n。

接收器401包括多个带模拟-数字转换的无线前端(RFE/ADC)434a，…，434n、多个移动(remove)GI视窗模块431a，…，431n、多个快速傅立叶变换(FFT)模块430a，…，430n、信道估算模块442、均衡模块432、多个加法模块444a，…，444n、多个星群解映射模块428a，…，428n、多个频率解交错模块426a，…，426n、空间交错(interlacer)模块425、解凿孔模块424以及解码模块422。接收器401还包括编码模块446、凿孔模块448、频率交错模块450、映射模块452、矩阵减法模块454。

发射器400可包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够同时发射多个有序信号，与发射器286基本相似。接收器401包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够同时接收多个有序信号，与接收器284基本相似。

编码模块402包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够通过应用前向纠错(FEC)技术例如二进制卷积码(BCC)来转换所接收的二进制输入数据块。应用FEC技术(也称为“信道编码”)，在经由RF信道发射数据之前，通过向输入数据添加冗余信息，可以提高接收端成功复原发射数据的能力。二进制输入数据块的位元的数目与转换后数据块中的位元的数目之比，称为“编码率”。编码率R可用符号i_b/t_b限定，其中，t_b表示总位元数，其包括编码位元组，而i_b表示位元组t_b中包含的信息位元的数目。t_b-i_b的位元数表示冗余位元，冗余位元使得接收器284能够对信息传输过程中所产生的误差进行检错和纠错，例如通过无线通信介质将信息从发射器302传输到接收器322的过程中所引起的误差。

冗余位元数目的增加，使接收器对所接收的信息位元中的误差的检测和纠正能力增加。冗余位元数目的增加会增加t_b值，而不会增加信息位元i_b的数目，从而降低了编码率R。与较高的编码率R相比，较低的编码率R称为“较健壮的”编码率。较健壮的编码率也相应于更强的误差防护方案。因此，更健壮的误差防护方案使接收器检测与纠正所接收的信息位元的误差的能力更强。冗余位元数目的减少会减少t_b值，而不会减少信息位元i_b的数目，从而提高了编码率R。与较低的编码率R相比，较高的编码率R称为“较虚弱的”编码率。

本发明不局限于BCC，本发明可采用任何一种编码技术如Turbo编码、低密度奇偶校验(LDPC)编码和/或各种块编码技术如里德-所罗门(Reed-Solomon)FEC等。

凿孔模块404包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够从所接收的转换二进制输入数据块中移除冗余位元，从而改变所接收的编码数据的编码率。例如，对于所接收的基于编码率R＝1/2的BCC编码的每个连续4位元的块，接收数据可包括2个信息位元和2个冗余位元。例如，凿孔模块304通过移除所接收的4个位元中的1个冗余位元，可将编码率从R＝1/2变化到R＝2/3。

空间剖析模块405包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将与单个位元流关联的数据位元块分割成多个数据位元剖析块，每个数据位元剖析块都与对应的多个剖析位元流关联。每个剖析位元流可称为空间流。空间流包括可在MIMO系统中进行处理的可标识位元块。

空间剖析模块405能够接收与单个位元流b_db关联的数据位元块，并生成多个剖析位元流b_st[i]，其中，i是标识多个剖析位元流中的特定剖析位元流的标号。标号i的取值范围如下表示：

       1≤i≤N_SS                               等式[28]

其中，N_SS表示空间流的数目，例如，N_SS＝2将表明MIMO系统包括2个空间流。

每个剖析位元流b_st[i]可包括单个位元流b_db中包含的部分位元。单个位元流b_db可包括共同地包含于对应的多个剖析位元流中的多个位元。

本发明的一些实施例不局限于将单个位元流的位元分配到多个空间流的特定方法。例如，对于从单个位元流接收的N_TOT个位元的块，空间剖析模块405将大约N_TOT/N_SS个位元分为到N_SS个空间流中的每个空间流。例如，来自位元流b_db的第一N_TOT/N_SS个位元的块将分配到空间流1，第二N_TOT/N_SS个位元的块将分配到空间流2，第N_SS N_TOT/N_SS个位元的块将分配到空间流N_SS。另外，来自位元流b_db的第k位元(k表示与位元流b_db关联的数据位元块中的位元的标号)将分配到空间流i，如下式所示：

          k_i＝floor(k/N_SS)+kmod(N_SS)    等式[29]

其中，k_i表示分配到第i空间流的位元的标号，floor(x)表示不大于x的整数值，y mod(x)表示用x值对y取模(the modulus x value for y)。

频率交错模块406a包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够重新排序与所接收的空间流关联的位元块中的位元的顺序。在重新排列与所接收的空间流关联的位元块中的位元的顺序时，频率交错模块406a可使用多次置换(permutations)。重排之后，与第i空间流b_st[i]^int关联的交错的位元块，可分为多个子块b_sub[f_k]，其中标号f_k表示载频。所述载频可对应于多个载频中的一个载频，这些载频能用于例如通过无线通信介质传输子块中包含的位元表示(representation)。所述的位元表示也称为码元。每个子块b_sub[f]可包括块b_st[i]^int中的一部分位元。位元块b_st[i]^int可包括共同包含在对应的多个子块b_sub[f_k]中的的多个位元，k的取值范围与对应的RF信道有关。

频率交错模块406n包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够重新排序与所接收的空间流关联的位元块中的位元的顺序，如以上对频率交错模块406a所做讨论。在本发明的一些实施例中，频率交错模块406a，…，406n的数目等于空间流的数目N_SS。

星群映射模块408a包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将所接收的与空间流关联的位元映射到一个或多个码元。所接收的位元可以是基于FEC编码的，可称为编码位元。星群映射模块408a能够接收一个或多个编码位元b_sym[f_k]，并基于与空间流关联的调制类型生成码元sym[f_k]。可基于调制类型确定与b_sym[f_k]关联的编码位元的数量。码元表示sym[f_k]可以是复数，包括同相分量(I)和正交分量(Q)。与一个或多个编码位元b_sym[f_k]关联的每个码元sym[f_k]，可以与用于通过无线通信介质传输码元表示的载频f_k关联，其中k是标识与第k载频关联的频率的标号。

示例性调制类型包括二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、16级正交幅度调制(16 QAM)、64级正交幅度调制(64 QAM)和256级正交幅度调制(256 QAM)。对于BPSK调制类型，对于每个载频f_k，与一个码元关联的编码位元的数目可表示为：b_sym[f_k]＝1。对于QPSK调制类型，对于每个载频f_k，与一个码元关联的编码位元的数目可表示为：b_sym[f_k]＝2。对于16 QAM调制类型，对于每个载频f_k，与一个码元关联的编码位元的数目可表示为：b_sym[f_k]＝4。对于64 QAM调制类型，对于每个载频f_k，与一个码元关联的编码位元的数目可表示为：b_sym[f_k]＝6。对于256 QAM调制类型，对于每个载频f_k，与一个码元关联的编码位元的数目可表示为：b_sym[f_k]＝8。

空间流可包括多个载频N_SD，例如20MHz的RF信道包括可用于传输编码位元的N_SD＝56载频，f_-28，f_-27，…，f_-1，f₁，…，f₂₇和f₂₈，而40MHz的RF信道包括可用于传输编码位元的N_SD＝112载频，f_-56，f_-55，…，f_-1，f₁，…，f₅₅和f₅₆。在MIMO系统中，码元sym[f_-28]，sym[f_-27]，…，sym[f_-1]，sym[f₁]，…，sym[f₂₇]，sym[f₂₈]，或者sym[f_-56]，sym[f_-55]，…，sym[f_-1]，sym[f₁]，…，sym[f₅₅]，sym[f₅₆]共同称为正交频分复用(OFDM)码元。与一个OFDM码元关联的编码位元的数量N_CBPS＝N_SD*b_sym[f_k]。与该OFDM码元关联的数据位元的数目N_DBPS＝R*N_SD*b_sym[f_k]，其中R称为编码率。

星群映射模块408n包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将所接收的与空间流关联的位元映射到一个或多个码元，如以上对星群映射模快408a所做讨论。在本发明的一些实施例中，星群映射模块408a…408n的数量等于空间流的数量N_SS。

波束成形V矩阵模块412包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够处理所接收的多个空间流，并生成对应的将由MIMO发射器302同时发射的多个信号。MIMO接收器322能够接收包含在多个空间流中的信息。所产生的每个对应信号都包括所接收的空间流的至少一部分的至少一个加权和。可计算对应于每个载频f_k的加权和。波束成形V矩阵模块412能够基于波束成形矩阵V生成对应的多个信号，所述波束成形V矩阵基本上如等式[4]所示。

IFFT模块410a可包括合适的逻辑、电路和/或代码，用于将信号从频域表示X[f]转换成时域表示X(t)。对应的时域信号包括多个OFDM码元。可应用IFFT算法将OFDM码元计算成与对应信号X(t)相关联的频率分量。例如，当处理20MHz的RF信道时，IFFT模块410a能够使用64点IFFT算法；而在处理40MHz的RF信道时，可使用128点IFFT算法。一种计算OFDM码元的示例性方法可在IEEE标准802.11a-1999(R 2003)条款17.3.5.9中找到。

时域表示X(t)包括可多个由发射器302同时发射的信号x(t)的时域表示，如下式所示：

$X\left(t\right)=\left[\begin{array}{c}{X}_{N_{\mathrm{TX}}}\left(t\right)\\ X_{N_{\mathrm{TX}}-1}\left(t\right)\\ \·\\ \·\\ \·\\ X_{N_1}\left(t\right)\end{array}\right]$ 等式[30]

其中，N_TX表示发射天线的数目。

多个信号x_j(t)中每个信号都包括与MIMO发射器302同时发射的N_TX个信号中的第j个信号x_j(t)关联的多个OFDM码元。OFDM码元可以在同时发射的N_TX个信号中的第j个信号x_j(t)中连续地发射。每个OFDM码元可跨越一个时间段T_SYM，时间段T_SYM称为码元区间，例如T_SYM＝4微秒(us)。

IFFT模块410n包括合适的逻辑、电路和/或代码，用于将信号的频域表示X[f]转换成时域表示X(t)，如以上对IFFT模块410a所做讨论。在本发明的一些实施例中，IFFT模块410a，…，410n的数量等于所产生的信号的数量N_TX。

插入GI视窗模块411a包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够在MIMO发射器302发射的多个信号x_j(t)中的一个信号内插入保护间隔。保护间隔T_GI，表示当前OFDM码元区间的末尾与下一个OFDM码元区间的开始之间的时间间隔。当前OFDM码元的码元区间的末尾后可能具有保护间隔持续时间T_GI，例如T_GI＝0.8微秒，位于保护间隔持续时间后面的可能是对应于随后的OFDM码元的码元区间。

插入GI模块411n包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够在MIMO发射器302发射的多个信号x_j(t)中一个信号内中插入保护间隔，如以上对插入GI模块411a所做讨论。在本发明的一些实施例中，插入GI视窗模块411a，…，411n的数目等于生成的信号的数量N_TX。

RFE/DAC模块414a包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将所接收的信号转换成模拟RF信号。例如，所接收的信号包括I和Q分量。RFE/DAC模块414a能够接收包含信息或者数据的数字表示的基带信号。RFE/DAC模块414a能够使用这些信息来生成模拟RF信号，这些模拟RF信号通过振幅、相位和/或频率表征。RFE/DAC模块414a能够通过使用一个或多个RF载波信号对所接收的基带信号进行调制来生成模拟RF信号。经调制的信号可通过发射天线415a发射。例如，可利用RFE/DAC模块414a生成20MHz的RF信道信号和/或40MHz的RF信道信号。

RFE/DAC模块414n包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将所接收的信号转换成模拟RF信号，如以上对RFE/DAC模块414a所做讨论。RFE/DAC模块414n生成的调制信号可通过天线415n发射。在本发明的一些实施例中，RFE/DAC模块414a，…，414n的数量等于所产生的信号的数量N_TX。

RFE/ADC模块434a包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将所接收的模拟RF信号转换成基带信号，所产生的基带信号包括所接收的模拟RF信号中包含的信息或数据的数字表示。模拟RF信号可通过接收天线435a接收。所接收的模拟RF信号以振幅、相位和/或频率来表征。例如，数字表示可包括I和Q分量。RFE/ADC模块434a能够使用一个或多个RF载波信号来解调所接收的模拟RF信号。RFE/ADC模块434a通过使用低通滤波器和/或带通滤波器对解调信号进行滤波，提取基带信号。例如，RFE/ADC模块414a可用于接收20MHz的RF信道信号和/或40MHz的RF信道信号。

RFE/ADC模块434n包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将所接收的模拟RF信号转换成基带信号，如以上对RFE/ADC模块434a所做讨论。模拟RF信号可通过天线435n接收。在本发明的一些实施例中，RFE/ADC模块434a，…，434n的数量等于所接收的信号的数量N_RX。

移除GI视窗模块431a包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够移除MIMO接收器322接收的多个信号中的一个信号中的保护间隔。保护间隔T_GI如以上对插入GI视窗模块411a所做讨论中的保护间隔。

移除GI视窗模块431n包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够移除MIMO接收器322接收的多个信号中的一个信号中的保护间隔，如以上对移除GI视窗模块431a所做讨论。在本发明的一些实施例中，移除GI视窗模块431a，…，431n的数量等于所接收的信号的数量N_RX。

FFT模块430a包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将信号的时域表示X(t)转换成信号的频域表示X(f)。信号X(t)和X(f)如以上对IFFT模块410a所做讨论中提及。FFT模块430使用FFT算法来将OFDM码元的时域表示转换成频域表示，这种频域表示包括多个码元，其中每个码元与载频f_k相关联。例如，当处理20MHz的RF信道时，  FFT模块430a可以使用64点FFT算法；而在处理40MHz的RF信道时，可以使用128点FFT算法。

FFT模块430n包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将信号的时域表示X(t)转换成信号的频域表示X(f)，如以上对FFT模块430a所做讨论。在本发明的一些实施例中，FFT模块430a，…，430n的数量等于所接收的信号的数量N_RX。

信道估算模块442包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够使用包含在所接收信号中的前同步码信息来计算与信道估算矩阵H有关的值。信道估算矩阵H如等式[7]所示。前同步码包括确定的信息，如可适用的IEEE 802.11标准所制定的。MIMO发射302能够在同时发射的多个有序信号中的每个信号中传输前同步码。接收到对应的同时接收的多个有序信号之后，MIMO接收器322估算与前同步码信息有关的值，将这些值与预期值比较。信道估算模块442基于这种比较计算出等式[7]所示的信道估算矩阵H中的系数h_ij的值。

均衡模块432包括合适的逻辑、电路和/或代码，用于计算多个被计算的流矢量的估算值。被计算的信号矢量

包括多个已估算的信号值

如下式所示：

$\hat{Y}=\left[\begin{array}{c}{\hat{y}}_1\\ {\hat{y}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\hat{y}}_N\end{array}\right]$ 等式[31]

均衡模块432能够使用计算出的、如等式[7]所示的信道估算矩阵H，和/或在信道估算矩阵H上执行如等式[9]所示QRV分解和/或GMD分解。均衡模块432在计算与被计算的信号矢量

有关的估算值时，会应用如等式[14a]所示的与接收滤波系数模块324相关的矩阵Q^*。

加法模块444a包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够对与输入信号对应数字表示进行二进制加法和/或二进制减法操作，以生成输出信号，该输出信号包括对应的输入信号经加法和/或减法操作后的二进制表示。在本发明的一些实施例中，加法模块444a接收2个输入信号，并生成输出信号，其中，该输出信号包括这2个输入信号的相减后的二进制表示。在这些实施例中，输入信号中一个信号可表示与第i个被计算信号

有关的估值，另一个输入信号

(可用于连续干扰消除(SIC))表示与第i至第j个目的流中一个或多个目的流有关的估算值，其中，j表示用于参考一个或多个目的流的标号。加法模块444a的输出信号Z_i包括按照下式计算的二进制表示：

$Z_i={\hat{y}}_i-{\hat{S}}_{\mathrm{SIC}\left(i\right)}$ 等式[32]

加法模块444n包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够对与输入信号对应数字表示进行二进制加法和/或二进制减法操作，以生成输出信号，如以上对加法模块444a所讨论。在本发明的一些实施例中，加法模块444a，…，444n的数量等于空间流的数量N_SS。

星群解映射模块428a包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够基于调制类型，将所接收的与目的流有关的码元转换成对应的由所接收的码元表示的位元。星群解映射模块428a可接收目的码元d_sym[f_k]，以及基于与目的流有关的调制类型，确定对应的二进制表示的位元c_b_sym[f_k]。目的码元d_sym[f_k]的表示可以是包含I和Q分量的复数。载频f_k是与RF信道有关的多个载频中的一个载频，其中k是第k载频有关的频率的标识。示例性调制类型、目的码元d_sym[f_k]和对应的二进制表示c_b_sym[f_k]之间对应关系，如以上对频率交错模块406a所做讨论。

星群解映射模块428n包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够基于调制类型，将所接收的与目的流有关的码元转换成对应的由所接收的码元表示的位元，如以上对星群解映射模块428a所做讨论。在本发明的一些实施例中，星群解映射模块428a，…，428n的数量等于空间流的数量N_SS。

频率解交错模块426a包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够重排与所接收的目的流有关的位元块中的位元的顺序。频率解交错模块426a在重排与所接收的目的流有关的位元块中的位元的顺序时，使用多次置换。频率解交错模块426a能够接收多个子块c_b_sub[f_k]中的位元，重排各个子块的位元以形成对应的与第i目的流c_b_st[i]^int有关的位元块，其中标号f_k表示载频。位元块c_b_st[i]^int包括多个共同包含在对应的多个子块c_b_sub[f_k]的多个位元，k的取值范围与对应的RF信道有关。

频率解交错模块426n包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够重排与所接收的目的流有关的位元块中的位元的顺序，如以上对频率解交错模块426a所做讨论。在本发明的一些实施例中，频率解交错模块426a，…，426n的数量等于空间流的数量N_SS。

空间交错模块425包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将数据位元的多个剖析块合并成与单个位元流有关的单个数据位元块，其中，每个数据位元剖析块都与对应的多个剖析位元流相关。每个剖析位元流都与一个目的流相关联。

空间交错模块425能够接收多个剖析位元流c_b_st[i]，其中i是表示多个剖析位元流中某个特定剖析位元流的标号。标号i的取值范围如以上对等式[28]所做讨论相同。多个剖析位元流可合并成对应的单个位元流c_b_db。单个位元流c_b_db可包括多个共同包含在对应的多个位元流c_b_st[i]中的多个位元。

本发明实施例不局限于特定的组合多个目的流中的位元以形成单个位元流的方法。例如，对于从单个位元流上接收的N_TOT个位元的块，空间交错模块425能够从N_SS个目的流中的每个目的流中提取出约N_TOT/N_SS个位元的块。例如，可从剖析位元流c_b_st[1]中获取第一个N_TOT/N_SS个位元的块，从剖析位元流c_b_st[2]中获取第二个N_TOT/N_SS个位元的块，从剖析位元流c_b_st[N_SS]中获取第N_SS个N_TOT/N_SS个位元的块。

解凿孔模块424包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够向所接收的数据位元块中插入空位元(null bit)。插入空位元可用来调整所接收的数据位元块中包含的编码数据的编码率。调整后的编码率可表示为一个确定的编码率，例如R＝1/2。例如，如果与所接收的数据位元块有关的编码率是R＝3/4，解凿孔模块424在所接收的数据位元块中的每4位元的块中插入2个空位元，以产生包括6个位元的解凿孔数据块，该解凿孔数据块的编码率为R＝1/2。

解码模块422包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够将二进制数据的编码块恢复成未编码的二进制数据。例如，解码模块422能够使用FEC来检测和/或纠正所接收的二进制数据编码块中的误差。检测和/或纠正所接收的二进制数据的编码块中的误差使接收器322能够接收二进制数据块，该二进制数据块对应于发射器302通过无线通信介质342发射的二进制数据块。

本发明的一些实施例使用多种FEC方法，例如基于BCC或LDPC的解码、Turbo解码和/或各种块解码技术如里德-所罗门FEC。

矩阵减法模块454包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够计算SIC矢量包括多个SIC输入信号

如等式[32]所示。可以基于与多个有序目的流和/或多个重新排序目的流有关的估算值来计算该矢量。

矩阵减法模块454使用上三角或者下三角矩阵R，如等式[15]所示。矩阵减法模块454基于矩阵R以及对应的单位元矩阵I，通过计算Hadamard乘积R·I能够计算矩阵diag(R)，其中，“·”是Hadamard乘积操作，矩阵diag(R)包括来自矩阵R的对角矩阵元素。矩阵减法模块454通过从矩阵R减去由Hardamard乘积形成的矩阵，可以计算剩余矩阵R_RES，如下式所示：

         R_RES＝R-R·I                        等式[33]

矩阵减法模块454通过计算剩余矩阵与表示与多个有序目的流

或者多个重新排序目的流

相关的矢量的乘积(multiplicative product)，来计算SIC矢量

编码器446与以上所讨论的编码器402相同，凿孔模块448与以上所讨论的凿孔模块404相同，频率交错模块450与以上所讨论的频率交错模块406a相同，星群映射模块452与以上所讨论的星群映射模块408a相同。

处理器460包括合适的逻辑、电路和/或代码，能够基于载频f_k计算与波束成型因子V_fj[f_k]有关的值，如等式[4]所示。处理器460能够计算对应于信道估算矩阵H的值，如等式[7]所示。处理器460可使均衡器432在计算至少与一部分目的流有关的估算值时能够选择分解(decomposition)方法并执行所选择的分解方法。在本发明的一些实施例中，处理器460能使均衡器432计算一个或多个转置矩阵P，如等式[17]所示，这使得接收器401能够执行重新排序的QRV-LST检测。

处理器460还能使发射器400根据适用的通信标准执行发射功能。处理器460也能使接收器401根据适用的通信标准执行接收功能。这些功能包括但不限于在相应的协议参考模型中的下层执行的任务如物理层(PHY)和介质访问控制(MAC)层功能。例如，这些任务包括物理层功能如物理层会聚协议(PLCP)、物理介质依赖(PMD)和/或有关的层管理功能。

处理器460也能够生成源信息位元，和/或提取所存储的源信息位元，这些源信息位元随后被编码、映射和传输例如通过无线介质传输。处理器460也能够接收信息位元和/或处理所接收的信息位元。所处理的信息位元可以被存储，随后至少一部分被运行在处理器460上的应用程序使用。所存储的和/或所处理的信息随后被编码、映射和传输，例如通过无线通信介质传输。

存储器462包括合适的逻辑、电路和/或代码，可用于存储和/或提取信息和/或表示信息，例如位元的二进制表示。存储器462能够存储源信息位元。所存储的源信息位元可分配到存储器462中的物理源以进行存储。所存储的源信息位元随后是可提取的。可通过存储器462输出所提取的源信息位元，并将其传输到与存储器462通信地直接连接和/或间接连接的其它器件、组件和/或子系统。存储器462能够保留所存储的源信息位元和/或让所存储的源信息位元可用于随后的提取，直到释放分配给该存储器的资源为止。可以基于从存储器462删除所存储的源信息位元的接收指令来释放物理资源，或者基于将物理资源分配用于存储随后的二进制信息的接收指令来释放物理资源。存储器462可以使用多种存储介质技术如易失存储器例如随机访问存储器(RAM)和/或永久性存储器如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。

在发射器400的操作过程中，处理器460能够计算一组波束成型因子，波束成型V矩阵412使用所述波束成型因子来同时生成多个有序信号。通过组合至少一部分空间流，波束成型因子可用于生成多个有序信号中的每个信号。处理器460将指令传输到存储器462，让存储器462提取所存储的源信息位元。所提取的源信息位元可传输给编码模块402。编码模块402使用BCC来生成基于确定的编码率的编码信息位元。凿孔模块404接收包含编码信息位元的位元块，改变位元块的编码率，例如应用更弱的编码率。空间剖析模块块405剖析位元块，以将一部分位元块分配到N_ss个空间流中的每个空间流，例如Nss＝3表示有3个空间流。

每个空间流的频率交错器406a能重新排列空间流中的位元顺序。重排后的位元由载频存储，其中，多个载频的集合构成RF信道，用于通过无线通信介质342传输信息。对应的星群映射器408a将所存储的位元分组合以形成与载频对应的一个或多个码元。多个载频的同时形成的码元集合称为OFDM码元。

波束成型V矩阵412可基于波束成型因子，通过组合与至少一部分空间流关联的码元，同时生成多个有序信号。同时生成的多个有序信号中的每一个可以是基带信号，该基带信号包含组合成同时生成的多个信号中的多个码元所包含的信息的数字表示。与波束成型因子关联的值随着空间流、所生成的信号和/或载频而变化。同时生成的信号的数目对应于发射天线415a，…，415n的数量N_TX。例如，N_TX＝3表示有3个同时生成的信号。

对于多个同时生成的有序信号中的每个信号，IFFT模块410a将所生成的信号的频域表示转换成相应的时域表示。对应的插入GI视窗模块411a在连续OFDM码元之间插入时间间隔，所述OFDM码元由对应的生成信号传输。RFE/DAC模块414a将所生成的信号的数字表示转换成模拟表示。多个RFE/DAC模块414a，…，414n根据RF信道调制相应的生成信号，所述RF信道可用于通过无线通信介质传输包含在有序的多个同时生成信号中的信息。

对于接收器401，处理器460能够计算与信道估算矩阵H关联的值，信道估算矩阵H可以被信道估算模块442使用。均衡模块432使用与H关联的值、基于同时接收的多个信号计算包含在有序的多个目的流中的码元的估算值。

多个RFE/ADC模块434a，…，434n可通过对应的多个接收天线435a，…，435n同时接收有序的多个模拟RF信号。同时接收的信号的数目对应于接收天线435a，…，435n的数目N_RX。例如，对于N_RX＝3，表示同时接收3个信号。每个RFE/ADC模块434a将同时接收的模拟RF信号中的一个转换成基带信号，该基带信号包括对应的模拟RF信号中包含的信息的数字表示。RFE/ADC模块434a将RF信号解调成基带信号，再将该信号从模拟模式转换到数字模式。每个基带信号都包括多个OFDM码元，每个OFDM码元由时间间隔分开。对应的移除GI视窗模块431a将移除所接收的每个基带信号中用于分隔连续的OFDM码元的时间间隔。

对应所接收的每个基带信号，对应的FFT模块430a会将基带信号中包含的时域表示的OFDM码元转换成频域表示。频域表示包括多个码元，其中每个码元都与RF信道的载频关联，所述RF信道用于通过无线通信信道传输所接收的OFDM码元。每个码元都包括OFDM码元中包含的至少一部分信息。

均衡器模块432使用信道估算矩阵H来执行矩阵H的分解，例如基于QRV分解和/或GMD。均衡模块432使用多个有序的同时接收信号、矩阵H、矩阵H的分解版和/或置换矩阵P来计算有序的多个目的流和/或多个重新排序的目的流的估算值。接收器401上的目的流动数目对应于发射器400上空间流的数目。

在接收器401上，多个加法模块444a，…，444n、多个星群解映射模块428a，…，428n、多个频率解交错模块426a，…，426n、空间交错器425、解凿孔模块424、解码器422、编码器446、凿孔模块448、频率交错器450、映射器452以及矩阵减法模块454构成了一个反馈环。在本发明的一些实施例中，反馈环能够基于QRV-LST检测可靠地检测与每个目的流关联的码元的估算值。在本发明的一些实施例中，基于使用转置矩阵P对码元进行估算值可靠检测不需要对之前从其它目的流接收的码元进行缓存。

每个星群解映射模块428a能够接收与多个码元关联的位元，所述码元与对应的目的流的OFDM码元关联。这些码元与RF信道的一个载频相关联。星群解映射模块428能够产生对应于每个码元的一组位元。这些位元可根据载频的顺序存储在目的流中。对应的频率解交错器426a能够重新排序对应的目的流中的位元的顺序。

空间交错器425能够将有序的多个目的流中的位元合并成单个位元流。例如，空间交错器425从当前目的流中选择当前位元块。当前块中的位元的数目对应于对应的目的流的码元中包含的位元的数目。空间交错器425将选择的当前位元块输出成单个位元流。空间交错器425能够从随后的目的流中选择随后的位元块。空间交错器425能够将选择的随后的位元块输出为单个位元流。各个目的流中从空间交错器425输出的位元的顺序可基于发射器400发射对应的位元的顺序确定。发射器400发射对应的位元的顺序可基于空间剖析器405和/或多个频率交错模块406a，…，406n确定。

空间交错器425能够以变化的顺序输出多个目的流的位元，所述顺序随着与所述位元关联的载频而变化。例如，对于第一载频，空间交错器425会输出来自第一目的流的位元，接着是第二目的流的位元，再接着是第三目的流的位元。对于第二载频，空间交错器425会输出第三目的流的位元，接着是第一目的流的位元，再接着是第二目的流的位元。对于第三载频，空间交错器425会输出第二目的流的位元，接着是第三目的流的位元，再接着是第一目的流的位元。

解凿孔模块424能够接收来自空间交错器425的单个位元流。解凿孔模块424能够插入空位元以改变单个位元流包含的位元块的编码率。解码模块422能够解码单个位元流中的位元以提取未编码信息。解码模块422可使用FEC检测和/或纠正单个位元流中的误码。当FEC的分析表明位元的检测值与预期值不相同时，就检测出误码。可通过将检测的位元值修正到对应的预期值来纠正误码。例如，解码模块422例如维特比解码器使用软信息来推出未编码信息的统计估算值。

解码模块422会根据空间交错器425将位元合并成单个位元流的顺序来检测位元值。因此，解码模块422根据每个对应的载频，连续地检测与码元关联的位元值。

在LST系统中，解码模块422将检测码元输出到由编码器446、凿孔模块448、频率交错器450、映射器452和矩阵减法模块454构成的反馈路径。矩阵减法模块454的输出可输入到多个加法模块444a，…，444n。

反馈环能够使用当前的检测码元来检测每个目的流的后续码元。在一个可靠的QRV-LST检测系统中，如果在目的流中接收到码元而无其它的干扰码元，或者已经可靠地计算出干扰码元的估算值，就能可靠地检测码元。

在本发明的一些实施例中，使用多个加法器444a，…，444n来计算重新排序的N个目的流中第i个目的流关联的码元的估算值

按照下式计算：

${\tilde{S}}_i=\frac{1}{r_{(N-i+1)(N-i+1)}}({\hat{y}}_{N-i+1}-\underset{j=N-i+2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{(N-i+1)j}{\tilde{S}}_{N-j+1})$ 等式[34a]

其中，r_(i)(j)表示等式[15]中所示的矩阵R的第i行、第j列的矩阵元素，例如，j表示对应的之前检测的与对应的目的流

关联的码元的标号；

表示多个信号中的一个信号由均衡模块432计算的估算值，如等式[31]所示。

在等式[34a]中，在重新排序的多个目的流

中，与第一空间流关联的码元的估算值首先得到可靠的检测如下面等式所示：

${\tilde{S}}_1=\frac{1}{r_{\mathrm{NN}}}{\hat{y}}_N$ 等式[34b]

随后与第二空间流关联的码元的估算值

得到可靠的检测，如下面等式所示：

${\tilde{S}}_2=\frac{1}{r_{(N-1)(N-1)}}({\hat{y}}_{N-1}-r_{(N-1)N}{\tilde{S}}_1)$ 等式[34c]

在本发明的一些实施例中，与有序的多个目的流

关联的估算值可以基于对应的多个重新排序的目的流

来计算，例如，基于等式[21b]和[21c]。

本发明的各种实施例使用转置矩阵P，使接收器401响应由于空间剖析器405和/或多个频率交错器406a，…，406n的运行导致的发射器400发射位元的顺序的变化，可靠地检测多个有序的目的流中的码元。

图5是本发明的一个实施例中，对应于每个载频，从MIMO发射器发射的位元的示例性顺序。图5中示出了第一码元502、第二码元504、第三码元506。图5示出了对应于20MHz RF信道中的每个载频，MIMO发射器发射位元的顺序，例如，该20MHz RF信道包括52个载频或者音调。垂直轴表示载频标号k，水平轴表示以时间为单位的编码位元的顺序。对于指定的载频，从左到右表示的位元可在连续的时刻(time instant)编码和发射。在图5中，MIMO发射器使用3个空间流。图5中使用的示例性调制类型是16 QAM。

第一码元502包括4个位元，每个位元都在单独的连续的时刻发射。对于标号k＝1的载频，可以首先发射第一码元502；对于标号k＝1的载频，第二次发射第二码元504；对于标号k＝1的载频，第三次发射第三码元506。第一码元502可以与第三空间流关联，第二码元504可以与第一空间流关联，第三码元506可以与第二空间流关联。

在一些传统的LST MIMO接收器中，直到已经检测第二码元504、第三码元506之后，才能可靠地检测第一码元502。因此，第一码元502将被缓存，直到已经可靠地检测第二码元504以及第三码元506。但是，这要求将第一码元502缓冲大概600个时间单位。

在本发明的一些实施例中，可以首先可靠地检测第一码元502，接着可靠地检测第二码元504，然后可靠地检测第三码元506。MIMO接收器的检测顺序与MIMO发射器发射码元的顺序相对应。

本发明的一些实施例能够可靠地检测与MIMO接收器上重新排序的多个目的流关联的码元的估算值。转置矩阵可用于重构基于转置矩阵P的有序的多个目的流。与接收器的有序的多个目的流关联的码元估算值包括与发射器400上有序的多个空间流关联的对应码元的估算。在本发明的一方面，有序的多个目的流可等效于有序的多个空间流。在本发明的另一方面，重新排序的多个目的流可等效于重新排序的多个空间流。MIMO接收器可以基于有序的多个目的流的顺序组合接收信息位元。接收信息位元可存储在存储器462中，和/或由处理器460处理。

图6是根据本发明的一个实施例中，QRV-LST检测的示例性步骤。参考图6，步骤602中，计算一个或多个转置矩阵P。步骤604中，接收器401通过无线通信介质同时接收多个信号。在步骤606中，接收器401基于所计算的转置矩阵产生重新排序的多个目的流。步骤608中，接收器401按照码元的发射顺序来依次检测接收码元的估算值。步骤610中，接收器401基于转置矩阵产生有序的多个目的流。步骤612中，接收器按照有序的多个目的流的顺序组合所接收的信息位元。

为了在MIMO通信系统中进行有效处理，带有QRV-LST检测的系统包括接收器401，接收器401能够接收有序的多个信号，其中每个有序的信号可以包括有序的多个空间流中包含的信号。每个空间流可包括一个或多个载频。接收器401能够按照一个或多个载频的顺序检测包含在对应的一个空间流中的部分信息的估算值。

接收器401能够以指定的顺序检测有序的多个空间流中当前的一个空间流中的信息部分的估算值，以及包含在前一个空间流中的前一部分信息和/或后一个空间流中的后一部分信息的估算值。可以为每个载频确定上述指定的顺序。

接收器401能够基于信道估算矩阵、波束成型矩阵和/或转置矩阵检测信息的估算值。对于每个载频，接收器401能够确定信道估算矩阵、波束成型矩阵和/或置换矩阵中的对应值。每个载频与RF信道关联，RF信道用于接收有序的多个接收信号。可以基于上三角矩阵和/或下三角矩阵计算信道估算矩阵。对于上三角和/或下三角矩阵，对角线项的值大致相等(The values fordiagonal terms may be approximately equal for the upper diagonal matrixand/or lower diagonal matrix)。

通过计算第(N-i+1)接收信号关联的估算值与(i-1)个乘积的总和之差，接收器401能够计算与第i个重新排序的空间流关联的部分信息的估算值。每个乘积包括：重新排序的多个空间流中第(N-j+1)个空间流，上三角矩阵和/或下三角矩阵中的第j行的第(N-i+1)个矩阵元素。计算所得的差值除以上三角矩阵和/或下三角矩阵第(N-i+1)行中对角矩阵元素的值。变量N表示重新排序的多个空间流中包含的空间流的数目；i和j表示标号，它们的取值范围都是1至N。通过将转置矩阵进行转置后乘以有序的多个空间流，接收器401能够确定重新排序的多个空间流。

本发明可以通过硬件、软件，或者软、硬件结合来实现。本发明可以在至少一个计算机系统中以集中方式实现，或者由分布在几个互连的计算机系统中的不同部分以分散方式实现。任何可以实现所述方法的计算机系统或其它设备都是可适用的。常用软硬件的结合可以是安装有计算机程序的通用计算机系统，通过安装和执行所述程序控制计算机系统，使其按所述方法运行。在计算机系统中，利用处理器和存储单元来实现所述方法。

本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，所述程序包含能够实现本发明方法的全部特征，当其安装到计算机系统中时，通过运行，可以实现本发明的方法。本文件中的计算机程序所指的是：可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表示式，该指令组使系统具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后实现特定功能：a)转换成其它语言、编码或符号；b)以不同的格式再现。

本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (3)

1.一种在通信系统中处理信号的方法，其特征在于，包括：

接收多个有序信号，其中，每个有序接收信号包括包含在多个有序空间流中的信息，每个空间流包括至少一个载频；以及

基于所述至少一个载频的顺序检测包含在对应的一个有序空间流中的部分信息的估算值；

基于以下至少一个矩阵来检测所述部分信息的估算值：信道估算矩阵、波束成型矩阵和转置矩阵；

所述信道估算矩阵至少基于上三角矩阵或下三角矩阵之一来计算；

所述方法还包括通过将转置矩阵进行转置后乘以有序的多个空间流来确定重新排序的多个空间流。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个载频中的每个载频与用于接收所述多个有序接收信号的RF信道相关联。

3.一种在通信系统中处理信号的系统，其特征在于，包括：

能够接收多个有序信号的电路，其中，每个有序接收信号包括包含在多个有序空间流中的信息，每个空间流包括至少一个载频；以及

所述电路能够基于所述至少一个载频的顺序检测包含在对应的一个有序空间流中的部分信息的估算值；

所述电路能够基于以下至少一个矩阵来检测所述部分信息的估算值：信道估算矩阵、波束成型矩阵和转置矩阵；

所述信道估算矩阵至少基于上三角矩阵或下三角矩阵之一来计算；

所述电路能够通过将转置矩阵进行转置后乘以有序的多个空间流来确定重新排序的多个空间流。

Images