CN101193082A - 带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测方法，包括：由待检测的各数据流的速率控制参数确定与各数据流对应的功率补偿值；根据所确定的功率补偿值和当前信道矩阵来生成各数据流的检测顺序；以及按照各数据流的检测顺序，对各数据流进行干扰抵消检测。

Description

带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测方法和设备

技术领域

本发明涉及多天线通信系统(例如多发多收天线通信系统)中的信息传输领域，特别涉及一种带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测方法和设备，能够在确定空间复用的检测和干扰抵消顺序的时候将数据流的速率控制因素考虑进去，充分利用各种信道信息，在实现复杂度增加非常小的情况下，性能达到最优。

背景技术

在多天线通信系统中，利用空间复用技术，即BLAST技术可以在有限的频谱资源条件下，有效地提高数据的传输速率。

现有的BLAST技术的检测算法主要有迫零检测算法(ZF)、最小均方误差检测算法(MMSE)、迫零加干扰抵消检测算法(ZF SIC)、最小均方误差加干扰抵消检测算法(MMSE SIC)。

下面将分别说明这些检测算法。

线性检测算法的原理如下：

设接收信号为

r＝Hs+n

式中，H是N×M信道矩阵，s是M维发送信号矢量，r是N维接收信号矢量，n是N维独立高斯白噪声矢量。

对于迫零算法，

${\hat{s}}_{\mathrm{ZF}}={\left(H^{H}H\right)}^{-1}{H}^{H}r$

$=s+{\left(H^{H}H\right)}^{-1}{H}^{H}n$

对于最小均方误差算法，

${\hat{s}}_{\mathrm{MMSE}}={(H^{H}H+{\mathrm{\σ}}^{2}I)}^{-1}{H}^{H}r$

$=s+{(H^{H}H+{\mathrm{\σ}}^{2}I)}^{-1}{H}^{H}n$

迫零线性算法完全消除了多天线之间的干扰，迫零线性算法在完全消除了多天线干扰的同时，增强了噪声功率；而最小均方误差算法综合考虑了天线之间的干扰和噪声功率增加，其性能要优于迫零线性算法。

下面将介绍串行干扰消除算法。

以上介绍的迫零算法和最小均方误差算法都是线性算法，用于多天线进行干扰抑制。

线性技术是可行的，但如果使用非线性技术将会获得更好的性能。一种较好的非线性替代方法是干扰消除算法。所谓串行干扰消除就是在检测当前信号时将来自于已检测成分的干扰去掉，从而减小干扰对较小信噪比数据的影响，类似于判决反馈均衡。

图1描述了每天线编码干扰抵消的检测过程。

对于串行干扰消除，检测过程为：

对于ZF-SIC检测器

G₁＝H⁺＝(H^HH)^-1H^H

对于MMSE-SIC检测器

G₁＝H⁺＝(H^HH+σ²I)^-1H^H

k₁＝argmin||(G₁)_j||²

k₁，k₂，…，k_M为检测过程的排序。

$w_{k_i}={\left(G_i\right)}_{k_i}$

$y_{k_i}=w_{k_i}^T{r}_i$

${\hat{a}}_k=Q\left(y_{k_i}\right)$

这样就判决出了一个信号。然后把它的影响从接收信号中减去，并确定新的伪逆阵，确定新的判决顺序。

$r_{i+1}=r_i-{\hat{a}}_{k_i}{\left(H\right)}_{k_i}$

$G_{i+1}=H_{k_i}^{\±}$

$k_{i+1}=\underset{j\∉\left\{\begin{array}{cc}{k}_1& k_i\end{array}\right\}}{\arg \min }{\left|\right|{\left(G_{i+1}\right)}_j\left|\right|}^2$

i←i+1

这样形成了一个循环过程，一直到i＝M，所有信号均判决完毕后，循环过程结束，这个过程如图2所示。

如所公知的，判决顺序的确定对干扰抵消的性能影响很大，如果抵消的顺序确定不当会引起很严重的误码传输情况。

速率控制技术

由于在空间复用的MIMO系统中，每个天线所发送的数据流信号的等价信噪比是不一样的、差别很大，如果所有的数据流采用相同的调制和编码方式，则对于信噪比较大的数据流采用低的编码速率和低的调制阶数，信噪比将有所浪费，反之，对于信噪比比较小的数据流采用高的编码速率和高的调制阶数，则误码率达不到要求。为了在满足误码率要求的前提下，而信噪比资源又不浪费，引入了速率控制的技术，即信噪比高的数据流采用高的编码速率和调制阶数，而信噪比低的数据流采用低的编码速率和低的调制阶数。为了便于分析，以下将会讨论的本发明只考虑调整调制阶数的方法，但是本发明并不局限于此。图3示出了在发射端利用调制的速率控制的示意图。

在现有的带有速率控制的空间复用系统中，在确定检测顺序的时候，没有考虑到速率控制的影响，所以当前传输信道情况确定的最优检测顺序，实际上不是最优的，如图1所示。

因此，需要改善的就是在确定空间复用的检测和干扰抵消顺序的时候将数据流的速率控制因素考虑进去，充分利用各种信道信息，在实现复杂度增加非常小的情况下，性能达到最优。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷提出了本发明，因此，本发明的目的是提出一种带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测方法和设备，能够在确定空间复用的检测和干扰抵消顺序的时候将数据流的速率控制因素考虑进去，充分利用各种信道信息，在实现复杂度增加非常小的情况下，性能达到最优。

为实现上述目的，根据本发明，提出了一种带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测方法，包括：由待检测的各数据流的速率控制参数确定与各数据流对应的功率补偿值；根据所确定的功率补偿值和当前信道矩阵来生成各数据流的检测顺序；以及按照各数据流的检测顺序，对各数据流进行干扰抵消检测。

优选地，所述功率补偿值随着速率控制参数所控制的数据流的速率的增加而增加。

优选地，对各数据流进行干扰抵消检测包括：从各数据流中抵消掉刚检测出的数据流，并对抵消掉刚检测出的数据流之后的各数据流继续进行检测。

优选地，所述速率控制参数包括：调制方式、编码方式和编码速率。

优选地，所生成的各数据流的检测顺序为： $k_i=\underset{j}{\arg }\max (10{\log }_{10}(1/{\left|\right|{\left(G_i\right)}_j\left|\right|}^2)-C_j),$ 其中：k_i是第i次检测数据流的标号，G_i第i次检测的迫零矩阵，C_j是第j数据流由于调制方式不同所加的功率补偿。

根据本发明，还提出了一种带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测设备，包括：功率补偿确定模块，由待检测的各数据流的速率控制参数确定与各数据流对应的功率补偿值；检测顺序确定模块，根据所确定的功率补偿值和当前信道矩阵来生成各数据流的检测顺序；空时检测模块，按照各数据流的检测顺序对各数据流进行并行检测；以及干扰抵消模块，从各数据流中抵消掉刚检测出的数据流。

优选地，所述设备还包括：译码模块，对检测出的数据进行信道译码；硬判决模块，对译码后的数据进行硬判决；以及编码模块，对检测、判决后的数据进行信道编码和调制。

优选地，所述多天线信号干扰抵消检测设备用于多发多收天线通信系统。

优选地，所述空时检测模块为迫零加干扰抵消检测器或最小均方误差加干扰抵消检测器。

本发明在进行检测和干扰抵消的顺序的时候，充分考虑了速率控制的影响，在实现复杂度增加非常小的情况下，性能达到了最优。

附图说明

通过参考以下结合附图对所采用的优选实施例的详细描述，本发明的上述目的、优点和特征将变得显而易见，其中：

图1是示出了传统技术的带有速率控制的空间复用结合的接收端检测与干扰抵消原理图；

图2是示出了每天线编码空间复用接收串行干扰抵消的检测原理的示意图；

图3是示出了带有速率控制的空间复用发射端原理图；

图4是示出了根据本发明的带有速率控制的空间复用结合的接收端检测与干扰抵消原理图；以及

图5是示出了根据本发明的带有速率控制的空间复用结合的接收端检测与干扰抵消与传统技术方案BER性能比较(4发送天线，4接收天线)。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明的优选实施例。

图4是示出了根据本发明的带有速率控制的空间复用结合的接收端检测与干扰抵消原理图。

如图4所示，根据本发明的带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测设备包括：功率补偿确定模块101、检测顺序确定模块102、空时检测模块103、译码模块104、硬判决模块105、编码模块106和干扰抵消模块107。

功率补偿确定模块101用于由待检测的各数据流的速率控制参数确定与各数据流对应的功率补偿值。检测顺序确定模块102根据所确定的功率补偿值和当前信道矩阵来生成各数据流的检测顺序。空时检测模块103按照各数据流的检测顺序对各数据流进行并行检测。译码模块104对检测出的数据进行信道译码。硬判决模块105对译码后的数据进行硬判决。编码模块106对检测、判决后的数据进行信道编码和调制。干扰抵消模块107从各数据流中抵消掉刚检测出的数据流。

下面将描述根据本发明的带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测方法。

本发明在进行串行干扰抵消将速率控制的因素考虑进来，检测过程如下：

对于ZF-SIC检测器

G₁＝H⁺＝(H^HH)^-1H^H

对于MMSE-SIC检测器

G₁＝H⁺＝(H^HH+σ²I)^-1H^H

因为这里的每个数据流进行了速率控制，可以通过诸如仿真等方式，得出在不同调制方式，相同的信噪比、达到相同的误码率的时候还要额外补偿的功率。然后利用减除额外的补偿功率后的信噪比确定检测的顺序，

$k_1=\underset{j}{\arg }\max (10{\log }_{10}(1/{\left|\right|{\left(G_i\right)}_j\left|\right|}^2)-C_j)$

k₁，k₂，…，k_M为检测过程的排序，C_j为第j个数据流由于调制方式的不同所需要的功率补偿。优选地，所述功率补偿值随着调制速率的增加而增加。

$w_{k_i}={\left(G_i\right)}_{k_i}$

$y_{k_i}=w_{k_i}^T{r}_i$

${\hat{a}}_{k_i}=Q\left(y_{k_i}\right)$

这样就判决出了一个信号。然后把它的影响从接收信号中减去，并求新的伪逆阵

$r_{i+1}=r_i-{\hat{a}}_{k_i}{\left(H\right)}_{k_i}$

$G_{i+1}=H_{k_i}^{\±}$

$k_{i+1}=\underset{j\∉\left\{\begin{array}{cc}{k}_1& k_i\end{array}\right\}}{\arg \max }(10{\log }_{10}(1/{\left|\right|{\left(G_{i+1}\right)}_j\left|\right|}^2)-C_j)$

k_i+1为目前检测数据流的序号。

i←i+1

这样形成了一个循环过程，一直到i＝M，所有信号均判决完毕后，循环过程结束。

从这个过程我们可以看出，通过本发明的方法可以优化检测顺序，提高干扰抵消信号的可靠性，减少干扰抵消的误差传播，从而提高总的数据传输的可靠性。

图5是示出了根据本发明的带有速率控制的空间复用结合的接收端检测与干扰抵消与传统技术方案BER性能比较(4发送天线，4接收天线)。

如图5所示，本实例采用了四个发送天线和四个接收天线。信道为平坦瑞利衰落信道。速率控制通过不同的调制方式实现，调制方式为BPSK、QPSK和16QAM，没采用编码。

从图5可以看到改进的算法误比特性能比原来的干扰抵消算法有明显的改善。在图5中，横坐标是发射端的总功率与接收端的噪声的SNR，而纵坐标是误比特率。

尽管以上以调制方式为例描述了本发明，但是速率控制参数并不局限于此，而可以是诸如编码速率、编码方式等。

尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。

Claims (11)

1.一种带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测方法，包括：

由待检测的各数据流的速率控制参数确定与各数据流对应的功率补偿值；

根据所确定的功率补偿值和当前信道矩阵来生成各数据流的检测顺序；以及

按照各数据流的检测顺序，对各数据流进行干扰抵消检测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述功率补偿值随着速率控制参数所控制的数据流的速率的增加而增加。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于对各数据流进行干扰抵消检测包括：

从各数据流中抵消掉刚检测出的数据流，并对抵消掉刚检测出的数据流之后的各数据流继续进行检测。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述速率控制参数包括：调制方式、编码方式和编码速率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所生成的各数据流的检测顺序为：

$k_i=\underset{j}{\arg }\max (10{\log }_{10}(1/{\left|\right|{\left(G_i\right)}_j\left|\right|}^2)-C_j)$

其中：k_i是第i次检测数据流的标号，G_i第i次检测的迫零矩阵，C_j是第j数据流由于调制方式不同所加的功率补偿。

6.一种带有速率控制的多天线信号干扰抵消检测设备，包括：

功率补偿确定模块(101)，由待检测的各数据流的速率控制参数确定与各数据流对应的功率补偿值；

检测顺序确定模块(102)，根据所确定的功率补偿值和当前信道矩阵来生成各数据流的检测顺序；

空时检测模块(103)，按照各数据流的检测顺序对各数据流进行并行检测；以及

干扰抵消模块(107)，从各数据流中抵消掉刚检测出的数据流。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于还包括：

译码模块(104)，对检测出的数据进行信道译码；

硬判决模块(105)，对译码后的数据进行硬判决；以及

编码模块(106)，对检测、判决后的数据进行信道编码和调制。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述多天线信号干扰抵消检测设备用于多发多收天线通信系统。

9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述空时检测模块为迫零加干扰抵消检测器或最小均方误差加干扰抵消检测器。

10.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述功率补偿值随着速率控制参数所控制的数据流的速率的增加而增加。

11.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述速率控制参数包括：调制方式、编码方式和编码速率。

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