CN101573932A - Mimo通信系统的解码方法和设备 - Google Patents

Abstract

本文中描述了提供MIMO通信系统中的信号的解码的方法和设备。其它实施例可包括在给定所接收信号矢量的情况下得出可能的数据矢量的列表及对应量度的方法，并且将列表提供给软比特计算器。其它实施例包括解码设备，它包括移位和标度模块、线性接收器模块、列表生成器模块和格约化模块。在进一步的实施例中，解码设备可另外包括软比特计算器。其它实施例被描述并被要求。

Description

MIMO通信系统的解码方法和设备

技术领域

[0001]一般来说，本文所述的各个实施例涉及无线通信，更具体来说，用于MIMO通信系统的解码方法和设备。

背景技术

[0002]计算装置已经成为每一个用户的日常生活中普遍存在的部分。无论是无线还是有线，这些装置都提高了那些用户的日常生产力。在无线领域，蜂窝电话、无线保真(Wi-Fi)能力的膝上型电脑、用于家庭的无线宽带连接或者无线使能个人数字助理(PDA)使用户能够连续地与无线网络连接。在过去十年，已经完全确定，采用MIMO体系结构、即其中通过多个天线进行传送和接收的体系结构的通信系统就可靠性、吞吐量和功耗而论是优良的系统。

附图说明

[0004]在不一定按比例绘制的附图中，相似标号描述若干视图中实质上相似的组件。具有不同的字母后缀的相似标号表示实质上相似的组件的不同实例。作为示例而不是限制，附图一般示出本文件中所述的各个实施例。

[0005]图1示出根据本发明的实施例的无线通信系统的高级框图；

[0006]图2示出根据本发明的实施例的设备的高级框图；以及

[0007]图3示出根据本发明的实施例的方法的流程图。

具体实施方式

[0008]在本发明的实施例的以下详细描述中，参照构成其一部分的附图，附图中作为说明示出可实施主题的具体优选实施例。充分详细地描述这些实施例，使本领域的技术人员能够进行实施，以及要理解，可采用其它实施例，并且可进行逻辑、机械和电气变更，而没有背离本公开的精神和范围。发明的主题的这样的实施例在本文中可单独和/或共同由术语“本发明”来表示，只是为了方便，而不是要随意将本申请的范围限制到任何单一发明或发明构思，即使实际上公开了一个以上。

[0009]图1是根据本发明的实施例的无线通信系统的高级框图。在实施例中，无线通信系统100包括解码模块102、多个发射天线104和主机装置106。为了本论述的说明起见，将使用两个发射天线和两个接收天线的2×2MIMO系统，但是本文所公开的设备和方法同样可适用于MIMO系统的任何布置。多个接收天线所接收的无线信号由于天线的空间分隔而可能不同，这又可引起时间差异。在一个实施例中，解码模块102配置成接收来自多个接收天线的各种无线信号108作为信号矢量的集合，并且将可能的软数据比特110的流输出给主机装置106。

[0010]在实施例中，解码模块102配置为对已编码无线信号108进行解码，以及得出已编码无线信号108中包含的软数据比特110。在一个实施例中，已编码无线信号可通过多个接收天线从网络接收。本文所使用的“已编码”意在表示不能由主机系统106直接对其进行操作(operated)并且需要中间操作(operation)以便得出能由主机系统106直接对其进行操作的数据比特的信号。在本论述的上下文中，中间操作由解码模块102执行，并且共同地称为解码操作。已编码无线信号108是多个天线所接收的原始数据和噪声之和。噪声被认为是天线所接收的、不是打算传送的数据的部分的任何东西，并且又可称作干扰。由于原始数据会受到信道矩阵影响，因此，对于MIMO系统，已编码无线信号还可表示为信道矩阵所变换的原始数据与噪声之和。解码模块的目标之一是去除噪声，以便以适当的概率来确定所传送的原始数据。在一些实施例中，解码模块向主机装置提供所传送的原始数据比特的软近似。

[0011]图2是根据本发明的实施例的设备的高级框图。在实施例中，解码模块102包括移位和标度模块210、线性接收器模块212、列表生成器模块214和格约化(lattice reduction)模块216。在进一步的实施例中，解码模块102包括软比特计算器218。

[0012]在实施例中，格约化模块216耦合到线性接收器模块212和列表生成器模块214，并配置成向线性接收器模块212和列表生成器模块214提供从信道矩阵H得出的矩阵P。P通过修改成计算(account for)复值矩阵的众所周知的LLL(Lenstra-Lenstra-Lavosz)算法从H得出。

[0013]在实施例中，移位和标度模块210耦合到接收天线，并配置成接收输入信号矢量y，并且将信号矢量变换成复矢量空间。在进一步的实施例中，移位和标度模块210对y执行到复矢量空间的线性变换，其中列表生成器模块214可对复矢量空间进行操作，下面将进行描述。输出矢量y _s 是输入矢量从QAM矢量空间到连续整数复矢量空间的线性变换，并且可通过下式提供：

y _s ＝0.5y+0.5H·(1+j)

[0014]在实施例中，线性接收器模块212耦合到移位和标度模块210和列表生成器模块214，并且配置成去除来自移位和标度模块210的输出矢量的分量之间的相关性。在进一步的实施例中，线性接收器212配置成将矢量By y _s 与任意矩阵(arbitrary matrix)A相乘，这可表示为：

z＝Ay _s

在特定示例中，对于迫零线性接收器：

$\underset{\‾}{z}={\left({\tilde{H}}^{*}\tilde{H}\right)}^{-1}{\tilde{H}}^{*}\underset{\‾}{y_s}$

其中 $\tilde{H}=\mathrm{HP}.$ 在进一步的实施例中，线性接收模块使用矩阵P对通过两个或更多天线接收的信号y执行线性操作，并且生成z值，其中矩阵P使用对MIMO信道的信道矩阵所执行的格约化算法来生成。

[0015]在实施例中，列表生成器模块214耦合到线性接收器模块212，并且配置成接收来自线性接收器模块212的矢量，以及通过操作得出可能的数据矢量的列表，其中所接收矢量的复分量通过复平面中的复整数来近似计算。在进一步的实施例中，列表生成器模块214丢弃其中数据矢量包含无效QAM符号的可能的数据矢量。下面参照图3更详细地说明列表生成器模块214的具体操作。

[0016]在一个实施例中，软比特计算器模块218与列表生成器模块214耦合，并且接收可能的数据矢量的列表以及每个可能的数据矢量的对应量度。软比特计算器模块218通过标准操作来提供原始数据比特的软近似。在进一步的实施例中，软比特计算器220向主机系统106提供原始数据比特的软近似，用于进一步的操作。在一个实施例中，软比特计算器模块218按照下式来计算原始数据：

${\hat{b}}_{i,j}^{\mathrm{LR}}=\min D_{i,j}^0-\min D_{i,j}^1,$

式中，D_i，j ⁰和D_i，j ¹是列表生成器模块214的输出中包含的对应量度。

[0017]图3示出根据本发明的实施例的方法的流程图。在实施例中，图3所示的操作可在解码模块102中执行，如以上所示及所述。在进一步的实施例中，图3中所示的操作在列表生成器模块214中执行，诸如以上关于图2所述。

[0018]在框305，矢量z从线性接收器模块212被接收，矩阵P和约化信道矩阵H从格约化模块216被接收，并且被输入。在实施例中，矢量z由下式定义：

z＝Ay _s

式中，A为任意矩阵。

[0019]在框310，获得矢量z的整数近似。在一个实施例中，逐个分量地对矢量z的分量执行整数近似。各分量的复整数近似的数自适应地改变。这种操作的自适应性质产生将要选择和处理的少量候选矢量。这与其中操作的复杂度随发射天线的数量和星座大小以指数快速增长的最大似然(ML)解码操作相反。在进一步的实施例中，获得矢量z的复分量的复整数近似是通过以下操作来实现。设置满足下式的M个正整数

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Π}}}{S}_i=S$

其中，S是确立解码器的复杂度的预定参数。还定义M个复数集合A₁、A₂、...、A_M，其中

|A_i|＝S_i，i＝1，...，M，并且|A_i|表示集合A_i的大小。各集合A_i包含复整数round(z_i)以及z_i的附加S_i-1个最接近整数。S₁、S₂、...S_M可通过自适应方式或者非自适应方式来确定。对于非自适应过程，S₁通过 $S_1=S_2=\·\·\·=S_M=S^{\frac{1}{M}}$ 来设置。对于自适应过程，量化误差通过ε_i＝|z_i-round(z_i)|来计算，i＝1，...，M，以及将小集合大小以升序分配到小量化误差。

[0020]在框315，构造可能的数据矢量的集合X。通过首先定义由作为矢量z的近似的S个矢量组成的集合U，来构造集合X。在使用矩阵P进行标度操作之后，从U获得可能的数据矢量的集合X。集合U(具有大小M的S个矢量)可定义为：

U＝A₁×A₂×，…×A_M

[0021]在框320，对于可能包含无效QAM符号的那些矢量扫描集合X的元素。这缩小了可能的数据矢量的集合，由此加速查找可能的原始数据信号的过程。约化的集合X可定义为X_p。

[0022]在框325，计算X_p的各元素的量度。在一个实施例中，量度可定义为约化的集合中的每个可能的数据矢量与原始矢量z之间的距离。量度可由下式计算：

$d={\left|\right|\tilde{H}(\underset{\‾}{z}-\underset{\‾}{x})\left|\right|}^2$

[0023]在框330，可能的数据矢量的列表及其对应量度组合成单个集合，并且提供给软比特计算器，用于进行进一步操作。软比特计算器可将任何方法用于适当确定信号中包含的原始数据，而没有背离本论述的范围，并且可使用本领域众所周知的任何软比特计算器。

[0024]除非具体说明，不然，诸如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”、“显示”等术语可表示一个或多个处理或计算系统或者类似装置的动作和/或过程，其中所述一个或多个处理或计算系统或者类似装置可处理表示为操纵系统的寄存器和存储器中的物理(如电子)量的数据并将其变换成类似地表示为处理系统的寄存器或存储器或者其它这种信息存储、传送或显示装置中的物理量的其它数据。此外，本文所使用的计算装置包括与可以是易失性或非易失性存储器或者它们的组合的计算机可读存储器耦合的一个或多个处理元件。

[0025]本发明的一些实施例可通过硬件、固件和软件其中之一或者它们的组合来实现。本发明的实施例还可实现为存储于机器可读介质中的指令，所述指令可由至少一个处理器读取和运行以便执行本文所述的操作。机器可读介质可包括用于存储或发送机器(如计算机)可读形式的信息的任何机制。例如，机器可读介质可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪速存储器装置等。

[0026]“摘要”是根据37C.F.R.第1.72(b)小节来提供的，37C.F.R.第1.72(b)小节要求将允许读者确定技术公开的性质和要点的摘要。应当理解，它的提供并不是用来限制或解释权利要求书的范围或含意。接着的权利要求书结合到具体实施方式，各权利要求本身代表单独的实施例。

Claims (22)

1.一种用于MIMO通信系统的接收器，包括：

线性接收器模块，使用矩阵P对通过两个或更多天线接收的信号y执行线性操作，以便生成z值，其中矩阵P使用对MIMO信道的信道矩阵所执行的格约化算法来生成；以及

列表生成器模块，接收来自所述线性接收器模块的所述z值以及所述P矩阵，并且通过标度所述矢量z的复分量的复整数近似的矩阵，从所接收信号生成数据矢量及量度的列表，其中所述列表通过所述复域中的操作来生成。

2.如权利要求1所述的接收器，还包括：

软比特计算器，向主机装置提供软比特的流，其中所述软比特从所述可能的数据矢量及量度的列表得出。

3.如权利要求1所述的接收器，其中，所述列表生成器保留与正交幅度调制(QAM)符号对应的数据矢量，而丢弃没有与有效QAM符号对应的数据矢量。

4.如权利要求1所述的接收器，其中，所述线性接收器模块所使用的所述格约化算法是修改成计算复值量度的Lenstra-Lenstra-Lavosz(LLL)算法。

5.如权利要求1所述的接收器，其中，所述列表生成器配置成：

从输入矢量z获得复整数近似，其中所述输入矢量z从对信道矩阵H的格约化以及对信号y的线性操作得出；

建立可能的数据矢量的集合X，其中通过首先定义S个矢量的集合U来构造所述集合X，所述S个矢量是所述输入矢量z的分量的近似，然后采用从对所述信道矩阵H的所述格约化所得到的P来标度所述集合U；

生成可能的数据矢量的所述集合X的每个元素的量度；以及

向计算模块提供可能的数据矢量的结果的集合X以及所述集合X的每个元素的量度，其中所述计算模块配置成生成所述信号y中包含的可能的数据比特的列表。

6.如权利要求1所述的接收器，其中，线性接收器模块使用所述LLL算法对所述MIMO信道的信道矩阵执行线性操作。

7.一种用于对通过两个或更多接收路径所接收的信号进行解码的方法，所述方法包括：

从输入矢量z获得复整数近似，其中所述输入矢量z从对信道矩阵H的格约化以及对信号y的线性操作得出；

建立可能的数据矢量的集合X，其中通过首先定义S个矢量的集合U来构造所述集合X，所述S个矢量由所述输入矢量z的复分量的近似组成，然后采用格约化得出矩阵P来标度所述集合U；

生成可能的数据矢量的所述集合X的每个元素的量度；以及

向计算模块提供可能的数据矢量的结果的集合X以及所述集合X的每个元素的量度，其中所述计算模块配置成生成所述信号y中包含的数据比特的软近似。

8.如权利要求7所述的方法，其中，对所接收信号矢量y以及对所述信道矩阵H使用格约化算法所得出的矩阵P来执行所述线性接收器操作。

9.如权利要求8所述的方法，其中，对所述信道矩阵H使用LLL算法来生成所述矩阵P。

10.如权利要求7所述的方法，其中，可能的数据矢量的所述结果的集合X排除作为无效QAM符号的元素。

11.如权利要求7所述的方法，其中，大小M的矢量的集合通过自适应方式来创建，其中量化误差通过ε_i＝|z_i-round(z_i)|来计算，其中i＝1，...，M，以及以升序向小量化误差分配小集合大小。

12.如权利要求7所述的方法，其中，大小M的矢量的集合通过非自适应方式来创建，并且S₁通过 $S_1=S_2=...=S_M=S^{\frac{1}{M}}$ 来设置。

13.如权利要求7所述的方法，其中，可能的数据矢量的结果的集合X以及结果的集合X的每个元素的对应量度被提供给软比特计算器，并且适合由所述软比特计算器用于产生可能的数据比特的流。

14.一种MIMO通信系统，所述系统包括：

多发射和接收天线的星座；以及

解码模块，与所述多发射和接收天线的星座耦合，所述解码模块包括：

线性接收器模块，使用矩阵P对通过两个或更多天线所接收的信号y执行线性操作，以便生成z值，其中矩阵P使用对MIMO信道的信道矩阵所执行的格约化算法来生成；以及

列表生成器模块，与所述线性接收器模块耦合以便接收来自所述线性接收器模块的所述z值以及所述P矩阵，并且通过标度所述矢量z的复分量的复整数近似的矩阵，从所接收信号生成可能的数据矢量及量度的列表，其中所述列表通过所述复域中的操作来生成。

15.如权利要求14所述的系统，其中，所述解码模块还包括：

软比特计算器，向主机装置提供软比特的流，所述软比特的流从所述可能的数据矢量及量度的列表得出。

16.如权利要求14所述的系统，其中，所述列表生成器保留与正交幅度调制(QAM)符号对应的数据矢量，而丢弃没有与有效QAM符号对应的数据矢量。

17.如权利要求14所述的系统，其中，所述线性接收器模块所使用的所述格约化算法是修改成计算复值量度的LLL算法。

18.如权利要求17所述的系统，其中，所述算法在实域中进行操作。

19.如权利要求17所述的系统，其中，所述算法在复域中进行操作。

20.如权利要求14所述的系统，其中，所述列表生成器配置成：

从输入矢量z获得复整数近似，其中所述输入矢量z从对信道矩阵H的格约化以及对信号y的线性操作得出；

建立可能的数据矢量的集合X，其中通过首先定义S个矢量的集合U来构造所述集合X，所述S个矢量由所述输入矢量z的复分量的近似组成，然后采用格约化得出矩阵P来标度所述集合U；

生成可能的数据矢量的所述集合X的每个元素的量度；以及

向计算模块提供可能的数据矢量的结果的集合X以及所述集合X的每个元素的量度，其中所述计算模块配置成生成所述信号y中包含的可能的数据比特的列表。

21.如权利要求14所述的系统，其中，所述列表生成器自适应地生成所述可能的数据矢量的列表，其中量化误差通过ε_i＝|z_i-round(z_i)|来计算，i＝1，...，M，以及以升序向小量化误差分配小集合大小。

22.如权利要求14所述的系统，其中，所述列表生成器非自适应地生成可能的数据矢量的列表，并且S₁通过 $S_1=S_2=...=S_M=S^{\frac{1}{M}}$ 来设置。

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