CN102158311A - 一种优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法，特征是在引入了混合自动请求重传和自适应调制编码策略的时分双工-长期演进系统中，对重传前后码字的信干噪比进行合并，并在解码前对码字的差错率进行预测，先检测码字差错率小的码字，从而优化了码字检测的顺序，提高了检测过程中先检测码字的可靠度，减少了错误传播现象的发生，使得后检测码字的分集优势得以被挖掘出来，改善了整个系统的吞吐量性能。采用本发明方法可以在不增加系统硬件开销以及过多复杂度的前提下提高系统的吞吐量性能。仿真结果表明：采用本发明方法，码字调制编码等级差异越大，发送天线和接收天线数越多，性能增益越大。

Description

一种优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法

技术领域

本发明属于无线通信的多天线技术领域，特别涉及排序串行干扰消除(OSIC)迭代检测方法的排序准则。

背景技术

《电气和电子工程师学会国际电子电路研讨会文集》(IEEE International Solid-State Circuits Conference，1998，pp.295-300.)中首次给出了多天线(MIMO)系统垂直分层空时码(V-BLAST)结构的检测方法--基于迫零的排序串行干扰消除方法(ZF-OSIC)。这种基于排序干扰消除的检测译码方法考虑的都是数据单次传输的接收端处理策略，因此存在不能确定数据多次传输时译码顺序的问题。从第三代合作伙伴计划开始的通用移动通信系统技术的时分双工-长期演进(TD-LTE)项目引入了混合自动请求重传(HARQ)策略以及自适应调制编码(AMC)策略，传统的译码方法没有考虑引入混合自动请求重传和自适应调制编码后对串行干扰消除译码顺序的影响，因此会出现由于检测顺序不准确而导致译码错误，系统性能降低的问题。

发明内容：

本发明的目的是提出一种结合自适应调制编码和混合自动请求重传的优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法，以克服现有的时分双工-长期演进系统中空分复用传输方案由于串行干扰消除顺序不准确导致错误传播的问题，达到提高系统性能的目的。

本发明结合自适应调制编码和混合自动请求重传的优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法，包括根据第三代合作伙伴计划技术规范组织制定的版本8下行物理层协议，发送端对传输码字分别进行该版本技术规范36.211文档所述的分块、信道编码、速率匹配和调制，即选择29种不同的自适应调制编码等级MCS等级对每个码字分别进行自适应调制编码；其特征在于：在引入混合自动请求重传和自适应调制编码技术的时分双工-长期演进系统中，对重传前后码字的信干噪比进行合并得到重传以后码字的总信干噪比SINR＝f(SINR^current，SINR^previous)，其中SINR^current为当前码字信干燥比，SINR^previous为重传之前码字信干噪比，f(g)表示合并操作；在解码前根据码字的差错率表达式CWER＝g(SINR)对码字差错率进行预测，其中g(g)表示预测操作，具体过程如下：

设分块以后的码块数为C，根据码字的总信干噪比SINR，按如下的码块差错率表达式(1)计算第i个调制编码等级对应的码块差错率：

$f_i\left(\mathrm{SINR}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& 0<\mathrm{SINR}\&le;{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{th}}^i\\ a_i\exp (-g_i\mathrm{SINR})& \mathrm{SINR}>{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{th}}^i\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中a_i和g_i分别为第i个调制编码等级对应的解码错误率拟合得到的幅度参数和相位参数，

为解码门限，其值为ln(a_i)/g_i；

根据码块差错率表达式(1)得到码字差错率表达式(2)：

CWER＝1-(1-f_i(SINR))^C    (2)

混合自动请求重传-卷积合并模式下码字的信干燥比表达式为

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{CC}}={\mathrm{SINR}}^{\mathrm{previous}}+{\mathrm{SINR}}^{\mathrm{current}}---\left(3\right)$

根据码字差错率表达式(2)得到混合自动请求重传-卷积合并模式下码字差错率表达式

${\mathrm{CWER}}_i^{\mathrm{CC}}=1-{(1-f_i\left({\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{CC}}\right))}^C---\left(4\right)$

混合自动请求重传-增量冗余重传模式下码字的信干燥比表达式为

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{IR}}={\mathrm{SINR}}^{\mathrm{previous}}\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{previous}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}+{\mathrm{SINR}}^{\mathrm{current}}\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{current}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}---\left(5\right)$

式中，BitLen^previous为重传之前码字的总比特数，BitLen^current为重传码字的总比特数；BitLen^total为码字的总有效比特数；

根据码字差错率表达式(2)得到混合自动请求重传-增量冗余重传模式下码字差错率表达式

${\mathrm{CWER}}_i^{\mathrm{IR}}=1-{(1-f_{i^{*}}\left({\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{IR}}\right))}^C---\left(6\right)$

式中i^*为重传以后码字的调制编码等级；

对于发送天线和接收天线数分别为M和N的多天线系统，其接收到的接收信号矢量

r＝Hx+n    (7)

其中x＝[x₁ x₂…x_M]^T为能量归一化的调制后的传输符号矢量，H为N×M瑞利块衰落信道矩阵，n为零均值、方差为σ²的独立同分布的复高斯白噪声信号；平均信噪比SNR＝1/σ²；接收端首先从控制信道获取以下四个参数：各个码字的调制编码等级MCS、码字重传指示INV、增量冗余版本号RV、资源映射比特指示信息Flag；设H_m表示第m次迭代的信道矩阵，G_m表示第m次迭代的滤波矩阵，初始化迭代次数m＝1、信道矩阵H₁＝H、滤波矩阵G₁＝(H^HH+σ²I_M)^-1H^H，计算第j个传输码字的信干噪比

${\mathrm{SINR}}_j=\frac{{\left|{\left(G_m{H}_m\right)}_{\mathrm{jj}}\right|}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}^2{\left|\right|{\left(G_m\right)}_j\left|\right|}^2+\underset{l\&NotEqual;j}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|{\left(G_m{H}_m\right)}_{\mathrm{jl}}\right|}^2},j\&Element;\left\{j\right|j\&NotElement;\{k_1,k_2,...,k_{m-1}\},j\&Element;\{\mathrm{1,2},...,M\}\}---\left(8\right)$

其中k_m为第m次检测的码字序号，(G_m)_j表示第m次迭代的滤波矩阵G_m的第j行；

对于混合自动请求重传-卷积重传的码字，先根据混合自动请求重传-卷积合并模式下码字的信干燥比表达式(3)计算重传合并以后码字的信干噪比

再根据该信干噪比采用混合自动请求重传-卷积合并模式下码字差错率表达式(4)计算重传码字的码字差错率

对于混合自动请求重传-增量冗余重传的码字，先根据混合自动请求重传-增量冗余重传模式下码字的信干燥比表达式(5)计算重传合并以后码字的信干噪比

再根据该信干噪比

按照合并后的码率查表得到的码字的调制编码等级MCS、采用混合自动请求重传-增量冗余重传模式下码字差错率表达式(6)计算重传码字的码字差错率

根据第m次迭代的码字差错率CWER_m进行排序，其中

获得第m次检测的码字序号

k_m＝arg(minCWER_m)    (9)

然后根据所获得的第m次检测的码字序号获取滤波矩阵的第k_m行零化向量

$w_{k_m}^T={\left(G_m\right)}_{k_m}---\left(10\right)$

获取判决统计量并得到解码后检测信号

$y_{k_m}=w_{k_m}^T{r}_m---\left(11\right)$

如果码字重传指示INV＝1，则码字的判决统计量

如果码字重传指示INV＝0，

重传方式为混合自动请求重传-卷积重传，则与重传前接收的信息进行合并，获得

合并后码字的判决统计量

$y_{k_m}^{\mathrm{Combine}}=\frac{{\mathrm{SINR}}_{k_m}^{\mathrm{CC}}-{\mathrm{SINR}}_{k_m}}{{\mathrm{SINR}}_{k_m}^{\mathrm{CC}}}{y}_{k_m}^{\mathrm{previous}}+\frac{{\mathrm{SINR}}_{k_m}}{{\mathrm{SINR}}_{k_m}^{\mathrm{CC}}}{y}_{k_m}---\left(12\right)$

如果重传方式为混合自动请求重传-增量冗余重传，则合并后码字的判决统计量为：

$y_{k_m}^{\mathrm{Combine}}=\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{previous}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}{y}_{k_m}^{\mathrm{previous}}+\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{current}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}{y}_{k_m}---\left(13\right)$

合并后根据解码公式(14)对码字进行解码处理得到解码值

$x_{k_m}^{\mathrm{dec}}=\mathrm{Decoder}\left(y_{k_m}^{\mathrm{Combine}}\right)---\left(14\right)$

其中Decoder(·)表示解码操作；

然后对解码值进行循环冗余校验，检验16位循环冗余校验码CRC，当CRC≠0时，不进行干扰消除，并且检验增量冗余版本号RV，如果增量冗余版本号RV小于规定的重传次数R_v，则进行如下操作：RV＝RV+1，INV＝0；如果增量冗余版本号RV等于R_v，则进行如下操作：RV＝0，INV＝1；当CRC＝0时，则将增量冗余版本号RV赋值为0，码字重传指示INV赋值为1，并重建码字发送端信号，根据干扰消除公式(15)进行干扰消除得到干扰消除后的接收信号矢量

$r_{m+1}=r_m-\mathrm{reb}\left(x_{k_m}^{\mathrm{dec}}\right)H(:,k_m)---\left(15\right)$

其中

表示重建该码字的调制信号，H(：，k_m)表示矩阵H的第k_m列；

更新信道矩阵

其中

表示H_m的第k_m列被置零；

更新滤波矩阵

更新迭代次数m＝m+1，如果迭代次数m小于或者等于发送天线数M，则跳到计算传输码字信干噪比公式(8)；否则，结束循环。

本发明结合自适应调制编码和混合自动请求重传的优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法，由于采取了对重传前后码字的信干噪比进行合并，并在解码前对码字的差错率进行了预测的方法，优化了串行干扰消除顺序，相比于已有的仅仅根据信干噪比的排序串行干扰消除迭代检测译码算法，采用本发明方法可以在不增加系统硬件开销以及过多复杂度的前提下提高系统的吞吐量性能。

附图说明

图1为本发明优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法中的时分双工-长期演进系统原理框图。

图2为2×2天线配置下调制编码等级对系统吞吐量影响的比较曲线图；

图3为2×2天线配置下混合自动请求重传两种重传模式对多天线(MIMO)检测算法性能影响的比较曲线图；

图4为2×2天线配置下混合自动请求重传和自适应调制编码策略对MIMO检测性能影响的比较曲线图；

图5为4×4天线配置下调制编码等级对系统吞吐量影响的比较曲线图；

图6为4×4天线配置下混合自动请求重传两种重传模式对MIMO检测算法性能影响的比较曲线图；

图7为4×4天线配置下混合自动请求重传和适应调制编码策略对MIMO检测性能影响的比较曲线图。

具体实施方式

实施例1：

本发明结合自适应调制编码和混合自动请求重传的优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法，包括根据第三代合作伙伴计划技术规范组织制定的版本8下行物理层协议，发送端对传输码字分别进行该版本技术规范36.211文档所述的分块、信道编码、速率匹配和调制，即选择29种不同的自适应调制编码等级MCS等级对每个码字分别进行自适应调制编码。

本实施例在引入混合自动请求重传和自适应调制编码技术的时分双工-长期演进系统中，考虑发送天线和接收天线数分别为M和N的多天线(MIMO)系统模型，接收到的接收信号矢量r可以表示为r＝Hx+n，其中x＝[x₁ x₂...x_M]^T为能量归一化的调制后的传输符号矢量，H为N×M瑞利块衰落信道矩阵，n为零均值、方差为σ²的独立同分布的复高斯白噪声信号，平均信噪比SNR＝1/σ²。本实施例取M＝N＝2，即选择2根发送天线和接收天线，支持两码字传输，采用并行级联卷积码(Turbo码)信道编码方式，平均分配每根发送天线上的功率，重传次数R_v＝1，接收端采用最小均方误差估计-排序串行干扰消除(MMSE-OSIC)检测算法。

由于时分双工-长期演进(TD-LTE)系统有29种不同的调制编码(MCS)等级，为了获取不同MCS等级下码块差错率，需要根据仿真曲线并利用码块差错率表达式(1)计算第i个调制编码等级对应的码块差错率：

$f_i\left(\mathrm{SINR}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& 0<\mathrm{SINR}\&le;{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{th}}^i\\ a_i\exp (-g_i\mathrm{SINR})& \mathrm{SINR}>{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{th}}^i\end{array}\right.---\left(16\right)$

其中a_i和g_i分别为第i个调制编码等级对应的解码错误率拟合得到的幅度参数和相位参数，SINR为码字的总信干噪比，为解码门限，其值为ln(a_i)/g_i。

本实施例选用了5种典型的MCS等级，并采用基于Turbo码编码结构的长期演进系统分别对其进行了仿真拟合并得到如下表1所示的拟合参数：

表1：不同MCS等级拟合参数

MCS等级	调制方式	码率	a	g	γth(dB)
						MCS1	QPSK	1/2	9.9771*10^26	43.009	1.60
MCS2	QPSK	3/4	1.8254*10^9	8.1076	4.20
						MCS 3	16QAM	9/16	6.3022*10^16	6.7222	7.60
MCS4	16QAM	3/4	5.7952*10^11	2.4702	10.40
						MCS5	64QAM	3/4	4.1937*10^11	0.7371	15.60

附图1为时分双工-长期演进系统原理框图。如图1中所示：码字经过空分复用模块T从发送天线上发送出去，经过衰落信道模块G被天线接收模块R接收，信道估计模块a从天线接收模块R获取接收信号并对信道信息进行估计，MMSE-OSIC检测模块b根据从信道估计模块a、自适应调制编码(AMC)参数提取模块c、混合自动请求重传(HARQ)合并模块d获取的参数计算码字的信干噪比，并预测码字的差错率，对码字差错率进行排序得到码字的检测顺序，先检测码字差错率最低的码字，信道译码模块e根据AMC参数提取模块c和HARQ合并模块d对检测后的码字进行信道译码并输入到重建调制信号模块f，重建检测的码字，最后重建的调制信号模块f将重建的码字反馈到MMSE-OSIC检测模块b。贝尔实验室垂直分层空时码(V-BLAST)是MIMO系统常用的基于空间复用的空时编码结构，其通过简单的串并变换实现多路数据的并行传输，提高了频谱效率。在该模型中，输入数据分为2个码字(CodeWord)，每个码字独立的添加循环冗余校验，并进行独立的信道编码，每个码字根据实际分配的资源进行速率匹配，然后进行调制、映射到不同的天线上发送，在接收端进行MIMO检测和译码的联合迭代检测译码。MMSE-OSIC检测模块是基于排序串行干扰消除进行的，首先对待检测的各层数据进行排序，根据排序规则检测第一层的数据，如果该层数据是重传的，则进行HARQ数据的合并，然后进行该层数据的译码并进行循环冗余校验，得到16位循环冗余校验码CRC；如果CRC＝0，重建该层数据的调制信号，并反馈到MMSE-OSIC检测模块然后消除该层数据的干扰；如果CRC≠0，则不进行干扰消除，接收端反馈该码字对应的重传指示INV给发送端，发送端判断是否进行重传。具体过程是：接收端首先从控制信道获取以下四个参数：各个码字的MCS等级、码字重传指示INC、增量冗余版本号RV、资源映射比特指示信息Flag；设H_m表示第m次迭代的信道矩阵，G_m表示第m次迭代的滤波矩阵，初始化迭代次数m＝1、信道矩阵H₁＝H、滤波矩阵G₁＝(H^HH+σ²I_M)^-1H^H；本发明结合自适应调制编码和混合自动请求重传的优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法具体步骤如下：

步骤一：根据传输码字的信干噪比公式(8)

${\mathrm{SINR}}_j=\frac{{\left|{\left(G_m{H}_m\right)}_{\mathrm{jj}}\right|}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}^2{\left|\right|{\left(G_m\right)}_j\left|\right|}^2+\underset{l\&NotEqual;j}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|{\left(G_m{H}_m\right)}_{\mathrm{jl}}\right|}^2},j\&Element;\left\{j\right|j\&NotElement;\{k_1,k_2,...,k_{m-1}\},j\&Element;\{\mathrm{1,2},...,M\}\}---\left(17\right)$

计算当前没有检测的各个码字传输的信干噪比SINR_j，其中k_m为第m次检测的码字序号，(G_m)_j表示第m次迭代的滤波矩阵G_m的第j行；

步骤二：根据第三代合作伙伴计划技术规范组织制定的版本8下行物理层协议，发送端对传输码字分别进行该版本技术规范36.211文档所述的分块标准以及各个码字的资源映射比特指示信息Flag计算各个码字包含的码块数C；

步骤三：如果重传模式为混合自动请求重传-卷积合并(HARQ-CC)模式，先根据混合自动请求重传-卷积合并模式下码字的信干燥比表达式(3)

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{CC}}={\mathrm{SINR}}^{\mathrm{previous}}+{\mathrm{SINR}}^{\mathrm{current}}---\left(18\right)$

计算混合自动请求重传合并以后码字的信干噪比

其中SINR^previous为重传前码字的信干噪比，SINR^current等于SINR_j，码字的调制编码等级保持不变，再根据该信干噪比

采用码字差错率表达式(2)

CWER＝1-(1-f_i(SINR))^C    (19)

计算混合自动请求重传-卷积合并模式下码字差错率

${\mathrm{CWER}}_j^{\mathrm{CC}}=1-{(1-f_i\left({\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{CC}}\right))}^C---\left(20\right)$

如果重传模式为混合自动请求重传-增量冗余重传(HARQ-IR)模式，先根据混合自动请求重传-增量冗余重传模式下码字的信干燥比表达式(5)

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{IR}}={\mathrm{SINR}}^{\mathrm{previous}}\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{previous}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}+{\mathrm{SINR}}^{\mathrm{current}}\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{current}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}---\left(21\right)$

计算混合自动请求重传合并以后码字的信干噪比

其中BitLen^previous为重传之前码字的总比特数，BitLen^current为重传码字的总比特数；BitLen^total为码字的总有效比特数，i^*为按照合并后的码率查表1得到的码字重传后的调制编码等级；再根据该信干噪比

重传后的调制编码等级i^*，采用码字差错率表达式(2)计算混合自动请求重传-增量冗余重传模式下码字差错率

${\mathrm{CWER}}_j^{\mathrm{IR}}=1-{(1-f_{i^{*}}\left({\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{IR}}\right))}^C---\left(22\right)$

步骤四：根据第m次迭代的码字差错率CWER_m进行排序，其中获得第m次检测的码字序号

k_m＝arg(minCWER_m)            (23)

然后根据所获得的第m次检测的码字序号获取滤波矩阵的第k_m行零化向量

$w_{k_m}^T={\left(G_m\right)}_{k_m}---\left(24\right)$

获取判决统计量并得到解码后检测信号

$y_{k_m}=w_{k_m}^T{r}_m---\left(25\right)$

如果码字重传指示INV＝1，则码字的判决统计量

如果码字重传指示INV＝0，

重传方式为混合自动请求重传-卷积重传，则与重传前接收的信息

进行合并，获得合并后码字的判决统计量

$y_{k_m}^{\mathrm{Combine}}=\frac{{\mathrm{SINR}}_{k_m}^{\mathrm{CC}}-{\mathrm{SINR}}_{k_m}}{{\mathrm{SINR}}_{k_m}^{\mathrm{CC}}}{y}_{k_m}^{\mathrm{previous}}+\frac{{\mathrm{SINR}}_{k_m}}{{\mathrm{SINR}}_{k_m}^{\mathrm{CC}}}{y}_{k_m}---\left(26\right)$

其中等于如果重传方式为混合自动请求重传-增量冗余重传，则合并后码字的判决统计量为：

$y_{k_m}^{\mathrm{Combine}}=\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{previous}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}{y}_{k_m}^{\mathrm{previous}}+\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{current}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}{y}_{k_m}---\left(27\right)$

合并后根据解码公式(14)对码字进行解码处理得到解码值

$x_{k_m}^{\mathrm{dec}}=\mathrm{Decoder}\left(y_{k_m}^{\mathrm{Combine}}\right)---\left(28\right)$

其中Decoder(·)表示解码操作；

步骤五：对解码结果

进行循环冗余校验，检验16位循环冗余校验码CRC，当CRC≠0时，判断为校验不正确，则不进行干扰消除，并且检验增量冗余版本号RV，如果RV小于规定的重传次数R_v，则进行如下操作：RV＝RV+1，INV＝0，如果RV等于R_v，则进行如下操作：RV＝0，INV＝1；当CRC＝0时，判断为校验正确，则将RV赋值为0，INV赋值为1，重建码字发送端信号并进行干扰消除

更新信道矩阵

更新滤波矩阵其中表示重建该码字的调制信号，H(：，k_m)表示矩阵H的第k_m列，表示H_m的第k_m列被置零；更新m＝m+1，如果m≤M，跳到步骤一，否则，结束循环。

附图2为在没有重传的情况下，发送端一个码字选择MCS1，另一个码字分别选择MCS1，MCS4，MCS5(图中用MCS1-1、MCS1-4，、MCS1-5表示)时传统的MMSE-OSIC接收机和本发明的接收机吞吐量随信噪比(SNR)变化的关系仿真图。曲线a1、a3、a5和a2、a4、a6分别表示两个码字MCS等级选择MCS1-1、MCS1-4、MCS1-5时，传统的MMSE-OSIC接收机和本发明的接收机吞吐量随SNR变化的关系仿真图。当两码字为MCS1-1时，传送的数据块大小为648比特；对于两个码字的MCS等级分别为MCS1和MCS4的情况，传送的数据块大小分别为648和1992比特；对于两个码字的MCS等级分别为MCS1和MCS5的情况，传送的数据块大小分别为648和2984比特。从附图3可以看出，在没有重传条件下，本发明的接收机性能优于传统的MMSE-OSIC接收机，并且随着两个码字MCS等级差距的增大，本发明接收机性能增益就越明显。可见，MCS等级的改变会影响OSIC检测的顺序，从而提高接收机性能。

附图3为在HARQ-CC和HARQ-IR两种重传模式下，发送端两个码字的MCS等级相同，传统的MMSE-OSIC接收机和本发明的接收机吞吐量随SNR变化的关系仿真图。曲线b1、b2和b3、b4分别表示在HARQ-CC和HARQ-IR重传模式下传统的MMSE-OSIC接收机和本发明的接收机吞吐量随SNR变化的关系仿真图。在仿真中，两个码字的MCS等级都选为MCS2，传送的数据块大小为984比特。从附图4可以看出，对于多个码字是同种MCS等级的场景，MCS等级不再是影响码字差错率(CWER)排序的因素，HARQ是影响CWER重要因素。从图中还可以看出本发明考虑重传的优化排序方法比已有的仅仅依赖当前传输SINR进行排序的算法性能更优。

附图4为在HARQ-CC重传模式下，发送端一个码字选择MCS1，另一个码字分别选择MCS1，MCS4，MCS5(两个码字的MCS等级用MCS1-1、MCS1-4，、MCS1-5表示)时传统的MMSE-OSIC接收机和本发明的接收机吞吐量随SNR变化的关系仿真图。曲线c1、c3、c5和c2、c4、c6分别表示两个码字MCS等级选择MCS1-1、MCS1-4、MCS1-5时，传统的MMSE-OSIC接收机和本发明的接收机吞吐量随SNR变化的关系仿真图。在仿真中，对于两个码字的MCS等级都为MCS1时，传送的数据块大小为648比特；对于两个码字的MCS等级分别为MCS1和MCS4的情况，传送的数据块大小分别为648和1992比特；对于两个码字的MCS等级分别为MCS1和MCS5的情况，传送的数据块大小分别为648和2984比特。从附图5中可以看出，随着SNR的增加，两种接收机方案的吞吐量都逐渐增加，最后收敛到某一值；本发明提出的方案性能要优于传统方案，并且两个码字MCS等级差距越大，系统吞吐量在高SNR时就越大，本发明性能增益就越明显。

本实施例利用优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法，考虑两种码字重传以及MCS等级对接收码字SINR的影响，并利用LTE系统中基于Turbo码结构的编码方式进行误包率仿真，通过参数拟合得到了码块差错率(CBER)的预测表达式。接收端根据CBER表达式以及码字的SINR预测每个码字检测的差错率CWER。CWER小的先进行检测，然后利用串行干扰消除算法检测另一个码字，这样优化了码字检测的顺序，尽可能提高检测过程中先检测码字的可靠度，减少了错误传播现象的发生，从而使得后检测码字的分集优势得以被挖掘出来，改善整个系统的吞吐量性能。

实施例2：

本实施例与实施例1的唯一不同是M＝N＝4，即发送和接收天线数都增加到4根，支持4码字传输。

对于TD-LTE Release10版本4*4MIMO天线配置，本发明方法与传统方法的性能对比如图5、图6和图7。图5为在没有重传条件下，发送端四个码字为MCS1、MCS1、MCS2、MCS2和MCS1、MCS1、MCS5、MCS5，以及MCS1、MCS2、MCS4、MCS5(四个码字的MCS等级用MCS1-1-2-2、MCS1-1-5-5，、MCS1-2-4-5表示)时传统的MMSE-OSIC接收机和本发明的接收机吞吐量随SNR变化的关系仿真图。图5中，曲线d1、d3、d5和d2、d4、d6分别表示四个码字MCS等级选择MCS1-1-2-2、MCS1-1-5-5、MCS1-2-4-5时，传统的MMSE-OSIC接收机和本发明的接收机吞吐量随SNR变化的关系仿真图。从图5和图2的对比中可以看出，本发明方法在4*4MIMO天线配置情况下比2*2MIMO天线配置下性能增益大；图6中，e1、e2和e3、e4分别表示在四个码字的MCS等级都为MCS2时，HARQ-CC和HARQ-IR两种重传模式下传统的MMSE-OSIC接收机和本发明的接收机吞吐量随SNR变化的关系仿真图。图7中，曲线f1、f3、f5和f2、f4、f6分别表示四个码字MCS等级选择MCS1-1-2-2、MCS1-1-5-5、MCS1-2-4-5时，传统的MMSE-OSIC接收机和本发明的接收机吞吐量随SNR变化的关系仿真图。从图7中可以看出，重传次数为一次，当四个码字的MCS等级为MCS1-1-5-5时，本发明在4*4MIMO天线配置下性能增益达到了3dB左右，其增益比2*2MIMO天线配置增益大。结合实施例1的仿真结果，可以得出以下两个结论：(1)发送端码字的调制编码等级MCS差距越大，本发明性能增益越大；(2)发送天线数和接收天线数越多(即MIMO阶数越高)，本发明性能增益越大，因为当MIMO阶数越高时，干扰消除误差传播效应越明显，本发明优化的排序算法可以有效降低误差传播的影响，性能增益就会越明显。本发明在基本不增加复杂度的情况下可以有效提高系统接收端的性能。

Claims (1)

1.一种结合自适应调制编码和混合自动请求重传的优化串行干扰消除顺序的迭代检测方法，包括根据第三代合作伙伴计划技术规范组织制定的版本8下行物理层协议，发送端对传输码字分别进行该版本技术规范36.211文档所述的分块、信道编码、速率匹配和调制，即选择29种不同的自适应调制编码等级MCS等级对每个码字分别进行自适应调制编码；

其特征在于：

在引入混合自动请求重传和自适应调制编码技术的时分双工-长期演进系统中，对重传前后码字的信干噪比进行合并得到重传以后码字的总信干噪比SINR＝f(SINR^current，SINR^previous)，其中SINR^current为当前码字信干燥比，SINR^previous为重传之前码字信干噪比，f(g)表示合并操作；在解码前根据码字的差错率表达式CWER＝g(SINR)对码字差错率进行预测，其中g(g)表示预测操作，具体过程如下：

设分块以后的码块数为C，根据码字的总信干噪比SINR，按如下的码块差错率表达式计算第i个调制编码等级对应的码块差错率：

$f_i\left(\mathrm{SINR}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& 0<\mathrm{SINR}\&le;{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{th}}^i\\ a_i\exp (-g_i\mathrm{SINR})& \mathrm{SINR}>{\mathrm{SINR}}_{\mathrm{th}}^i\end{array}\right.,$

其中a_i和g_i分别为第i个调制编码等级对应的解码错误率拟合得到的幅度参数和相位参数，

为解码门限，其值为ln(a_i)/g_i；

根据码块差错率表达式得到码字差错率表达式：

CWER＝1-(1-f_i(SINR))^C；

混合自动请求重传-卷积合并模式下码字的信干燥比表达式为

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{CC}}={\mathrm{SINR}}^{\mathrm{previous}}+{\mathrm{SINR}}^{\mathrm{current}};$

根据码字差错率表达式得到混合自动请求重传-卷积合并模式下码字差错率表达式

${\mathrm{CWER}}_i^{\mathrm{CC}}=1-{(1-f_i\left({\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{CC}}\right))}^C;$

混合自动请求重传-增量冗余重传模式下码字的信干燥比表达式为

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{IR}}={\mathrm{SINR}}^{\mathrm{previous}}\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{previous}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}+{\mathrm{SINR}}^{\mathrm{current}}\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{current}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}},$

式中，BitLen^previous为重传之前码字的总比特数，BitLen^current为重传码字的总比特数；BitLen^total为码字的总有效比特数；

根据码字差错率表达式得到混合自动请求重传-增量冗余重传模式下码字差错率表达式

${\mathrm{CWER}}_i^{\mathrm{IR}}=1-{(1-f_{i^{*}}\left({\mathrm{SINR}}_{\mathrm{combine}}^{\mathrm{IR}}\right))}^C,$

式中i^*为重传以后码字的调制编码等级；

对于发送天线和接收天线数分别为M和N的多天线系统，其接收到的接收信号矢量r＝Hx+n，其中x＝[x₁ x₂...x_M]^T为能量归一化的调制后的传输符号矢量，H为N×M瑞利块衰落信道矩阵，n为零均值、方差为σ²的独立同分布的复高斯白噪声信号；平均信噪比SNR＝1/σ²；接收端首先从控制信道获取以下四个参数：各个码字的调制编码等级MCS、码字重传指示INV、增量冗余版本号RV、资源映射比特指示信息Flag；设H_m表示第m次迭代的信道矩阵，G_m表示第m次迭代的滤波矩阵，初始化迭代次数m＝1、信道矩阵H₁＝H、滤波矩阵G₁＝(H^HH+σ²I_M)^-1H^H，计算第j个传输码字的信干噪比

${\mathrm{SINR}}_j=\frac{{\left|{\left(G_m{H}_m\right)}_{\mathrm{jj}}\right|}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}^2{\left|\right|{\left(G_m\right)}_j\left|\right|}^2+\underset{l\&NotEqual;j}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|{\left(G_m{H}_m\right)}_{\mathrm{jl}}\right|}^2},j\&Element;\left\{j\right|j\&NotElement;\{k_1,k_2,...,k_{m-1}\},j\&Element;\{\mathrm{1,2},...,M\}\},$

其中k_m为第m次检测的码字序号，(G_m)_j表示第m次迭代的滤波矩阵G_m的第j行；

对于混合自动请求重传-卷积重传的码字，先根据混合自动请求重传-卷积合并模式下码字的信干燥比表达式计算重传合并以后码字的信干噪比

再根据该信干噪比

采用混合自动请求重传-卷积合并模式下码字差错率表达式计算重传码字的码字差错率

对于混合自动请求重传-增量冗余重传的码字，先根据混合自动请求重传-增量冗余重传模式下码字的信干燥比表达式计算重传合并以后码字的信干噪比

再根据该信干噪比

按照合并后的码率查表得到的码字的调制编码等级MCS、采用混合自动请求重传-增量冗余重传模式下码字差错率表达式计算重传码字的码字差错率

根据第m次迭代的码字差错率CWER_m进行排序，其中

获得第m次检测的码字序号

k_m＝arg(minCWER_m)；

然后根据所获得的第m次检测的码字序号获取滤波矩阵的第k_m行零化向量

$w_{k_m}^T={\left(G_m\right)}_{k_m},$

获取判决统计量并得到解码后检测信号

$y_{k_m}=w_{k_m}^T{r}_m;$

如果码字重传指示INV＝1，则码字的判决统计量

如果码字重传指示INV＝0，重传方式为混合自动请求重传-卷积重传，则与重传前接收的信息

进行合并，获得合并后码字的判决统计量

$y_{k_m}^{\mathrm{Combine}}=\frac{{\mathrm{SINR}}_{k_m}^{\mathrm{CC}}-{\mathrm{SINR}}_{k_m}}{{\mathrm{SINR}}_{k_m}^{\mathrm{CC}}}{y}_{k_m}^{\mathrm{previous}}+\frac{{\mathrm{SINR}}_{k_m}}{{\mathrm{SINR}}_{k_m}^{\mathrm{CC}}}{y}_{k_m};$

如果重传方式为混合自动请求重传-增量冗余重传，则合并后码字的判决统计量为：

$y_{k_m}^{\mathrm{Combine}}=\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{previous}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}{y}_{k_m}^{\mathrm{previous}}+\frac{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{current}}}{{\mathrm{BitLen}}^{\mathrm{total}}}{y}_{k_m},$

合并后根据解码公式对码字进行解码处理得到解码值：

$x_{k_m}^{\mathrm{dec}}=\mathrm{Decoder}\left(y_{k_m}^{\mathrm{Combine}}\right),$

其中Decoder(·)表示解码操作；

然后对解码值进行循环冗余校验，检验16位循环冗余校验码CRC，当CRC≠0时，不进行干扰消除，并且检验增量冗余版本号RV，如果增量冗余版本号RV小于规定的重传次数R_v，则进行如下操作：RV＝RV+1，INV＝0；如果增量冗余版本号RV等于R_v，则进行如下操作：RV＝0，INV＝1；当CRC＝0时，则将增量冗余版本号RV赋值为0，码字重传指示INV赋值为1，并重建码字发送端信号，根据干扰消除公式进行干扰消除得到干扰消除后的接收信号矢量：

$r_{m+1}=r_m-\mathrm{reb}\left(x_{k_m}^{\mathrm{dec}}\right)H(:,k_m),$

其中

表示重建该码字的调制信号，H(：，k_m)表示矩阵H的第k_m列；更新信道矩阵

其中

表示H_m的第k_m列被置零；更新滤波矩阵

更新迭代次数m＝m+1，如果迭代次数m小于或者等于发送天线数M，则跳到计算传输码字信干噪比公式

${\mathrm{SINR}}_j=\frac{{\left|{\left(G_m{H}_m\right)}_{\mathrm{jj}}\right|}^2}{{\mathrm{\&sigma;}}^2{\left|\right|{\left(G_m\right)}_j\left|\right|}^2+\underset{l\&NotEqual;j}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|{\left(G_m{H}_m\right)}_{\mathrm{jl}}\right|}^2},j\&Element;\left\{j\right|j\&NotElement;\{k_1,k_2,...,k_{m-1}\},j\&Element;\{\mathrm{1,2},...,M\}\},$

计算第j个传输码字的信干噪比；否则，结束循环。

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