CN102577163B - 空分复用系统中的信号检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空分复用系统中的信号检测方法和装置。根据本发明，系统中的信号接收器的信号检测装置由多个天线形成，所述系统具有至少一个发射器单元，用于通过空分复用传输数据流，该信号检测装置包括：部分线性系数发生器单元，通过在发射器单元与信号接收器单元之间形成的信道矩阵上使用预设算法，生成线性加权矩阵；部分符号消除器单元，通过从全部接收数据流中消除各个发射天线的全部可传输符号，生成第一符号向量；以及部分符号检测器单元，通过使用线性加权矩阵和第一符号向量，生成发射符号候选向量。因此，根据本发明，在数据流不存在较大的误差性能差异。

Description

空分复用系统中的信号检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种空分复用系统中的信号检测装置及方法，尤其涉及一种装置和方法，用于当使用信号接收器单元来接收通过空分复用而被传输的多路不同的数据流时，能够以较低的复杂度进行信号检测，并且在误差性能上不会产生较大的差异。

背景技术

为了在无线通信系统中实现频谱效率及传输速率的最大化，人们正努力在系统中应用MIMO(多输入多输出，Multi-Input Multi-Output)技术。最近出现了许多情况，其中，迄今所谈到的MIMO技术仅在理论中被应用于实际的系统，以提高系统性能。MIMO技术作为4G技术的代表，最近被应用于商用化的IEEE802.16e移动-WiMAX系统中，以及LTE系统和IEEE802.16m系统中。然而，由于MIMO技术在发射器需要多个天线，并且当传输功率较低时难以应用，因此，很难在移动终端的上行链路使用MIMO技术。

最近，分集空分复用应用于MIMO传输中，使得具有一个或两个天线的多个发射器在运行时是好像是一个发射器正在使用多个天线，以便提供MIMO效果，该技术被应用于WiMAX、LTE和IEEE802.16m的上行链路。

在分集空分复用(Collaborative Spatial Multiplexing，CSM)中，在多用户上行链路系统中的多个终端分别具有一个或多个发射天线，为他们分配频率资源以便同时发射数据。

分集空分复用的优点在于提高了系统的传输效率，并且与MIMO终端的天线数量相比，也减小了天线数量，在进行终端制造时，复杂度较低，因此成本较低。而且，当把分集空分复用用在多用户MIMO系统在上行链路中时，各个用户具有独立的MCS(调制编码方案，Modulation and Coding Scheme)水平，从而在考虑用户的信道状态和QoS(质量保证，Quality of Service)时，可以适用AMC(自适应调制编码，Adaptive Modulation and channel Coding)。这些过程保证了在各个用户具有相似的误差性能。

因此，在多用户系统的分集空分复用通过在相同的资源上为多个用户发射数据流，从而提高了传输效率，但是，由于全部多用户的发射信号在基站的接收天线处被分集接收，因此需要在基站处分离空分复用信号。

由于分集空分复用涉及到使多个发射器运行时好像一个发射器正在使用多个天线，因此可以考虑用于现有空分复用MIMO系统的信号检测技术。用于使用空分复用的MIMO系统的接收器单元的信号检测技术可以分为线性线性信号检测技术、非线性信号检测技术、准最优信号检测技术和最优信号检测技术。

ZF(迫零，zero-forcing)和MMSE(最小均方误差，Minimum Mean SquareError)信号检测技术均为线性信号检测技术，承受低水平的计算复杂度，因此能够以相对简单的结构实现，但与最优信号检测技术相比，仅能提供较低的性能。OSIC(排序连续干扰抵消，Ordered Successive InterferenceCancellation)型信号检测技术是非线性信号检测技术，根据预定的检测顺序连续去除检测信号，以减少干扰信号的影响。

OSIC型信号检测技术与线性信号检测技术相比，承受高水平的计算复杂度，但与线性信号检测技术相比，提供更高的性能。然而，该性能远远低于能够提供最优性能的最优信号检测方法。ML(最大似然，MaximumLikelihood)信号检测技术提供最优性能，替代全部可发射信号的候选向量值以计算和比较平方欧几里得距离并选择最小平方欧几里得距离来实现对信号的检测。如此一来，被发射数据流的增加以及调制阶数的增加导致计算复杂度的成指数增加，因此，这些技术承受非常高的计算复杂度。降低ML信号检测技术的高计算复杂度并保持近似于最优性能的性能水平的信号检测技术包括QRM-MLD(带QR分解的最大似然检测，Maximum Likelihood Detectionwith QR Decomposition)、SD(球形译码，Sphere Decoding)等。所述SD技术通过代替位于有限距离内的星座符号来计算平方欧几里得距离。与ML技术相比，这可以大大减小平均复杂度，它是一种深度优先搜索，从而可以预测出最大的复杂度，很难用于真实的应用中。

与SD技术不同，QRM-MLD是具有固定最大复杂度的宽度优先搜索。如果有足够数量的候选向量，这种技术能够提供与ML信号检测技术几乎相同水平的性能，如果仅有少量的候选向量，则其性能便大大降低。

在上述现有信号检测方法中，由于在信号检测过程中的误差传播、有关替代符号的限制或有关符号候选向量的限制，OSIC型非线性检测技术以及QRM-MLD和SD等准最优信号检测技术在不同数据流之间存在性能上的不同。在OSIC型信号检测技术的情形中，当之前检测出的符号在涉及信号序列检测的过程中被错误地检测，则会发生误差传播。这可能会在数据流之间引起信号检测性能的差别。在SD和QRM-MLD的情形中，在数据流上可被传输的符号在检测信号的过程中被限制并被替代，仅使用候选符号产生平方欧几里得距离。因此，类似于OSIC技术，信号检测性能的差别也会发生在SD和QRM-MLD的数据流。产生这种现象的信号检测技术不适合应用于分集空分复用。如上所述，计划在其上行链路中使用分集空分复用的多用户MIMO系统被配置为在考虑用户信道环境和QoS时使得每个用户的误差性能均类似，但如果所使用的现有信号检测方法在数据流之间产生较大的信号检测性能的差别，则对于MCS水平的配置便毫无用处。如此一来，在现有OSIC型非线性检测技术和QRM-MLD、SD等准最优信号检测技术中，数据流之间的误差性能受到信号检测过程中的误差传播以及信号检测算法限制的影响，不适用于使用分集空分复用的多用户MIMO系统。

发明内容

技术问题

为了解决上述相关技术中的问题，本发明一方面在空分复用系统中提供了信号检测装置和方法，使得在对装设有多个天线的接收器单元的数据流进行信号检测时，不会在误差性能上产生较大的差异，所述数据流通过空分复用被从具有多个天线的信号发射器单元或从分别装设有至少一个天线的多个发射器单元进行传输。

本发明另一目的是在空分复用系统中提供信号检测装置和方法，当进行硬判决(hard decision)或软判决(soft decision)时，表现出与作为最优信号检测技术的ML信号检测技术相似的性能水平，且不会引起较高的复杂度水平。

本发明另一目的是在空分复用系统中提供信号检测装置和方法，使得在不同数据流之间具有相似的误差性能。

技术方案

为了实现上述目的，本发明的优选实施例提供一种信号检测装置，用于系统中装设有多个天线的信号接收器单元，所述系统具有至少一个发射器单元，用于通过空分复用传输数据流，所述信号检测装置包括：部分线性系数发生器单元，用于通过在发射器单元与信号接收器单元之间形成的信道矩阵上使用预设算法，生成线性加权矩阵；部分符号消除器单元，用于通过从全部接收数据流中消除各个发射天线的全部可传输符号，生成第一符号向量；以及部分符号检测器单元，用于通过使用线性加权矩阵和第一符号向量，生成发射符号候选向量。

所述部分线性系数发生器单元可以包括：列矩阵消除器单元，用于通过消除所述信道矩阵的各个列矩阵，生成M-1个部分矩阵(其中的M为至少一个发射器单元的天线总数)；以及线性加权矩阵发生器单元，用于通过将所述部分矩阵应用于预设算法，生成线性加权矩阵。

所述部分线性系数发生器单元可以使用在ZF(迫零)算法和MMSE(最小均方误差)算法中至少一个生成所述线性加权矩阵。

所述部分符号消除器单元可以选择第i个发射天线的可传输符号，使被选符号乘以在信道矩阵中对应于第i个发射天线的列矩阵，并从全部所述数据流中消除乘积值。

所述部分符号消除器单元可以选择对应于第i个发射天线的数据流的调制阶数的符号。

所述部分符号消除器单元根据如下等式消除用于各个发射天线的全部可传输符号：

$\stackrel{\‾}{y_i}\left(k\right)=y-h_i{C}_i\left(k\right),i=\mathrm{1,2,3,4},k=\mathrm{1,2},...,\left|C_i\right|,$

$h_i=\left[\begin{array}{c}{h}_{1i}\\ h_{2i}\\ h_{3i}\\ h_{4i}\end{array}\right]$

此处，i为发射符号的指数，k为调制阶数C_i的指数，为在全部数据流中，从在第i个发射天线上可传输的全部符号中消除第k个符号后得到的符号向量。

所述部分符号检测器单元可以使所述线性加权矩阵乘以第一符号向量，以检测第二符号向量，所述第二符号向量对应于由部分符号消除器单元消除第i个发射天线的符号后剩余的符号。

所述部分符号检测器单元根据如下等式为各个发射天线检测出第二符号向量：

${\hat{x}}_{p,i}\left(k\right)=H_i^{+}\stackrel{\‾}{y_i}\left(k\right),i=\mathrm{1,2,3,4},k=\mathrm{1,2},...,\left|C_i\right|$

${\hat{x}}_{p,i}\left(k\right)=\left[\widehat{x_{p,\mathrm{1,1}}}\left(k\right)\widehat{x_{p,\mathrm{1,2}}}\left(k\right)\widehat{x_{p,\mathrm{1,3}}}\left(k\right)\right]$

此处，为消除在第i个发射天线上可传输的符号k后剩余的符号向量。

所述部分符号检测器单元可以通过使第一符号向量加上第二符号向量，生成发射符号候选向量。

所述部分符号检测器单元可以选择对应于各个发射天线的数据流的调制阶数的调制分片器。

本发明实施例所述信号检测装置可以进一步包括：平方欧几里得距离计算单元，用于通过使用所生成的发射符号候选向量，进行预设数量的平方欧几里得距离计算。

根据如下等式进行所述平方欧几里得距离计算：

${\mathrm{SED}}_i\left(k\right)={\left|\right|y-H\widehat{x_i}\left(k\right)\left|\right|}^2,i=\mathrm{1,2,3,4},k=\mathrm{1,2},...,\left|C_i\right|$

本发明实施例所述信号检测装置可以进一步包括：最小平方欧几里得选择器单元，用于在硬判决过程中，根据如下等式，从预设数量的平方欧几里得距离中，判决出具有最短距离值的发射候选符号向量作为发射符号：

$\hat{x}=\arg \underset{x\∈\widehat{x_i}\left(k\right)}{\min }{\left|\right|y-\mathrm{Hx}\left|\right|}^2$

本发明实施例所述信号检测装置可以进一步包括：比特LLR发生器单元用于在软判决过程中，生成发射符号候选向量的全部比特的LLR(对数似然比)值。

所生成的LLR值可以被发送给信道译码器，所述信道译码器包括至少一个维特比译码器和Turbo译码器。

所述信号检测装置的输入可以包括信道增益、在各个天线处接收到的流数据、以及估计噪声方差值中的至少一个。

至少一个发射器单元可以为具有M个天线(M为大于等于2的自然数)的信号发射器单元，或者为分别具有一个或多个天线且总共具有M个天线的多个发射器单元。

本发明另一方面提供一种信号检测装置，用于系统中装设有多个天线的信号接收器单元，所述系统具有至少一个发射器单元，用于通过空分复用传输数据流，所述信号检测装置包括：部分符号消除器单元，用于生成符号向量，其中各个发射天线的全部可传输符号被从全部接收数据流中消除；其中，所述部分符号消除器单元通过选择第i个发射天线的可传输符号，使被选的符号乘以在信道矩阵中对应于第i个发射天线的列矩阵，并从全部数据流中消除乘积值，从而生成所述符号向量。

本发明又一方面提供一种信号检测方法，用于系统中装设有多个天线的信号接收器单元，所述系统具有至少一个发射器单元，用于通过空分复用传输数据，所述方法包括：(a)通过在至少一个发射器单元与信号接收器单元之间形成的信道矩阵上使用预设算法，生成线性加权矩阵；(b)通过从全部接收数据流中消除各个发射天线的全部可传输符号，生成第一符号向量；(c)通过使用所生成的线性加权矩阵和第一符号向量，生成发射符号候选向量；以及(d)通过使用所生成的发射符号候选向量计算平方欧几里得距离。

有益效果

根据本发明特定的实施例，所述部分符号消除器单元可以为全部数据流应用一次符号消除过程，部分符号检测器单元可以被应用于各个数据流，使得全部数据流之间在误差性能上具有相似的差异。

附图说明

图1为典型MIMO系统的发射器单元和接收器单元的模块图；

图2为分集空分复用系统的模块图；

图3为本发明优选实施例所述信号检测装置的模块图；

图4为本发明实施例所述部分线性系数发生器单元的细节图；

图5为本发明实施例所述部分符号消除器单元的细节图；

图6为本发明实施例所述部分符号检测器单元的细节图；

图7为本发明实施例所述平方欧几里得距离计算单元的细节图；

图8表示用于各种信号检测技术的流数据之间的FER(误帧率，Frame Error Rate)；

图9表示本发明实施例所述软判决情形中的信号检测的误差性能。

具体实施方式

本发明允许各种变化和多种实施例，参见附图和说明书中的详细描述说明具体实施例。然而，这并不试图将本发明限制到具体的实践模式，应当理解的是，所有的变化、等同物和替代物并不脱离本发明的精神和技术范围，并且涵盖在本发明中。在所描述的附图中，同样的数值被用于指代同样的元素。

除非有相反定义，此处所用的全部术语，包括技术术语或科学术语，均具有与本发明所适用领域普通知识的人所理解的相同含义。通常使用的字典中所定义的这些术语应当被解释为具有与相关技术领域中的背景意义等同的含义，而不应当被理解为具有理解化或过分正式的含义，除非在本申请中有清楚的定义。

以下参照附图更加详细地说明本发明的一定实施例。为了更好地理解，在任意附图中，同样的数值均表示同样的元素。

通过本发明所提供的方法，具有N个天线的信号接收器单元(例如基站)能够最优地检测信号，在具有装备有多个天线且总共M个天线的一个信号发射器单元或分别装备有至少一个天线的多个发射器单元(例如终端)的系统中，通过空分复用发送数据流。

具体地，本发明可以应用于分集空分复用(Collaborative Spatial Multiplexing：CSM)的上行链路系统的信号检测中，在其描述的多用户上行链路系统中，分别具有一个或多个发射天线的多个终端被分配有频率资源，以便同时发送数据。所提供的如下说明主要关注于分集空分复用的上行链路系统的信号检测。

分集空分复用系统可以用数学方式表达为典型MIMO系统，包括一个具有M个天线的发射器单元以及一个具有N个天线的接收器单元。

参照图1和图2，首先说明了本发明可应用的系统以及现有信号检测技术。

图1为典型MIMO系统的发射器单元和接收器单元的模块图。

如图1所示，典型MIMO系统的发射器单元包括信道编码器100、交织器102、空分复用器104和多个天线106，而接收器单元可以包括多个天线110、信号检测器112、解交织器114和信道译码器116。

被发送的数据流可以经过信道编码器100和交织器102，此后，空分复用器104可以通过各个天线106发射具有不同值的符号(symbol)。

在接收器单元处，各个天线110可以接收已经经过不同信道环境的无线信号。接收到的信号可能为已经经过不同信道环境的多个信号，并且可以在进行信道估计由信号检测器112分离出来。

在进行信号检测的过程中，如果使用硬判决，则通过解调检测到的符号检测各个符号的比特，如果使用软判决，硬判决符号的比特被检测为被检测符号的比特LLR(对数似然比，Log-Likelihood Ratio)信息通过解交织器114和信道译码器116进行。

图2为分集空分复用系统的模块图。

图2显示了分集空分复用系统的基本概念，其中，进行信道编码后的数据流由多个发射器单元发射，并由一个使用多个天线的接收器单元接收数据流。

在分集空分复用系统中，如果在多个发射器单元中的全部天线数等于图1所示空分复用MIMO系统中的天线数，并且如果在接收器单元上的天线数相同，那么用于分集空分复用系统的收发信号之间的关系能够通过与空分复用MIMO系统相同的等式表达。

然而，分集空分复用系统中的各个发射器单元包括独立调制器200-1～200-M而非空分复用器。

假设空分复用MIMO系统中的发射天线数为M，接收天线数为N，则无线通信信道与收发信号之间的关系能够由如下所示的等式1表达。

【等式1】

y＝Hx+z，

y＝[y₁ y₂…yN]^T，

x＝[x₁ x₂…x_M]^T，

z＝[z₁ z₂…z_N]^T

此处，x_j表示从第j个发射天线发射的信号(符号)，y_j表示由第j个接收天线接收的信号，且h_ij表示第j个发射天线与第i个接收天线之间的信道增益。噪声z_i～CN(0，σ₂ ²)假设为循环对称高斯白噪声。发射符号x_i假设为通过QAM(正交幅度调制，Quadrature Amplitude Modulation)调制的符号，并且假设在接收器具有完美的信道估计，从而得知信道信息。在分集空分复用系统中，假设发射符号分别经不同的发射天线发射。

以最优性能进行信号检测的ML技术为每个可发射的发射信号向量计算平方欧几里得距离，在硬判决的情形中，将对应于最小值的发射信号向量判决为发射符号。在软判决的情形中，使用全部可发射的发射信号向量产生的平方欧几里得距离用于产生比特LLR，应用于MAP、对数-MAP、最大对数(max-log)-MAP方法以便对符号进行检测。ML信号检测技术可以由如下所示的等式2表达。

【等式2】

${\hat{x}}_{\mathrm{ML}}=\arg \underset{x\∈C^M}{\min }{\left|\right|y-\mathrm{Hx}\left|\right|}^2$

如果分别具有M个发射天线和接收天线，并且使用上述等式为C-QAM调制符号进行ML信号检测，则平方欧几里得距离的计算量为|C|^M。由于ML信号检测技术的计算量随着发射天线相对于调制阶数(C)呈指数提高，因此很难应用于实际的系统。

作为线性技术的ZF和MMSE技术能够以较少的计算量实施并利用信道的反函数，在ZF技术的情形中会发生噪声放大现象。在考虑了ZF技术中发现的噪声放大现象后开发出MMSE技术，与ZF技术相比展现出改善的性能。然而，与最优性能相比，其性能仍然非常低。ZF和MMSE技术可以由如下所示的等式3表达。

【等式3】

$\mathrm{ZF}:\hat{x}=H_{\mathrm{ZF}}^{+}(\mathrm{Hx}+z),H_{\mathrm{ZF}}^{+}={\left(H^{H}H\right)}^{-1}{H}^H$

$\mathrm{MMSE}:\hat{x}=H_{\mathrm{MMSE}}^{+}(\mathrm{Hx}+z),H_{\mathrm{MMSE}}^{+}={(H^{H}H+{\mathrm{\σ}}^2{I}_M)}^{-1}{H}^H$

此处，H⁺表示线性加权矩阵，H^H表示共轭转置矩阵，σ²表示当发射功率为1时的噪声功率。而且，I_M表示M×M单元矩阵。ZF技术是一种不考虑噪声，而通过查找信道响应的伪逆矩阵以去除干扰信号的算法，MMSE技术是一种考虑了噪声的算法，允许解调信号具有最大的信噪比。

如上所述，当MIMO系统使用ZF和MMSE技术用于检测空分复用信号时，与ML技术相比呈现出非常低的性能，ML技术是最优信号检测技术，能够以相对简单的结构实现。

根据本发明的优选实施例，所推荐的信号检测方法能够提供与最优信号检测技术相比的性能并且不增加复杂度。

图3为本发明优选实施例所述信号检测装置的模块图。

图3涉及一种包含在例如图2所示的分集空分复用系统中的信号检测装置(信号检测器112)。如图3所示，本发明实施例所述信号检测装置可以包括部分线性系数发生器单元300、部分符号消除器单元302、部分符号检测器单元304、平方欧几里得距离计算单元306、比特LLR发生器单元308和最小平方欧几里得选择器单元310。

以下说明主要使用如下举例，其中多个发射器单元的天线总数(M)为4，且一个接收器单元中的天线数(N)为4。

在本发明一实施例中，信号检测装置的输入可以为通过信道估计获得的信道增益值、在各个天线处接收到的流数据、以及各个流数据的调制除数相关信息。

本发明实施例所述的部分线性系数发生器单元300可以用于通过使用由部分符号检测器单元304使用的ZF或MMSE算法预先获得线性系数s(权重或加权矩阵)。

此处，如果使用ZF算法，可以将信道增益值、接收到的流数据和调制阶数信息作为输入，但如果使用MMSE算，可以使用估计噪声方差值作为额外的输出。

图4为本发明实施例所述部分线性系数发生器单元300的细节图。

如图4所示，所述部分线性系数发生器单元300可以包括a列矩阵消除器单元400和线性加权矩阵发生器单元402。

所述列矩阵消除器单元(column matrix remover unit)400可以将各个列矩阵从上述等式1定义的信道矩阵消除。

由于在本发明实施例中的M和N均为4，信道矩阵H为4×4信道矩阵，且所述列矩阵消除器单元400可以消除各个列矩阵，以生成3×4的部分矩阵。

使用四个由此产生的部分矩阵，所述线性加权矩阵发生器单元402可以通过使用ZF或MMSE算法生成等式3所示的线性加权矩阵。

可以使用如下的等式4表示。

【等式4】

$\stackrel{\‾}{H_1}=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{12}& h_{13}& h_{14}\\ h_{22}& h_{23}& h_{24}\\ h_{32}& h_{33}& h_{34}\\ h_{42}& h_{43}& h_{44}\end{array}\right],$ $\stackrel{\‾}{H_2}=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{11}& h_{13}& h_{14}\\ h_{21}& h_{23}& h_{24}\\ h_{31}& h_{33}& h_{34}\\ h_{41}& h_{43}& h_{44}\end{array}\right],$ $\stackrel{\‾}{H_3}=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{14}\\ h_{21}& h_{22}& h_{24}\\ h_{31}& h_{32}& h_{34}\\ h_{41}& h_{42}& h_{44}\end{array}\right],$ $\stackrel{\‾}{H_4}=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{13}\\ h_{21}& h_{22}& h_{23}\\ h_{31}& h_{32}& h_{33}\\ h_{41}& h_{42}& h_{43}\end{array}\right]$

$\mathrm{ZF}:{\stackrel{\‾}{H}}_i^{+}={\left({{\stackrel{\‾}{H}}_i}^H{\stackrel{\‾}{H}}_i\right)}^{-1}{{\stackrel{\‾}{H}}_i}^H,i=\mathrm{1,2,3,4}$

$\mathrm{MMSE}:{\stackrel{\‾}{H}}_i^{+}={({{\stackrel{\‾}{H}}_i}^H{\stackrel{\‾}{H}}_i+{\mathrm{\σ}}^2{I}_M)}^{-1}{{\stackrel{\‾}{H}}_i}^H,i=\mathrm{1,2,3,4}$

在上述等式4中生成的线性加权矩阵可以作为部分符号检测器单元304的输入值，且所述部分符号检测器单元304可以使用线性加权矩阵以探测发射符号候选向量。

图5为本发明实施例所述部分符号消除器单元的细节图。

本发明实施例所述部分符号消除器单元302可以用于消除如下等式5所示具体流数据的全部可传输符号。也就是说，所述部分符号消除器单元302可以从接收到的数据流接收各个发射天线的可传输符号，以生成第一符号向量。

【等式5】

$\stackrel{\‾}{y_i}\left(k\right)=y-h_i{C}_i\left(k\right),i=\mathrm{1,2,3,4},k=\mathrm{1,2},...,\left|C_i\right|,$

$h_i=\left[\begin{array}{c}{h}_{1i}\\ h_{2i}\\ h_{3i}\\ h_{4i}\end{array}\right]$

此处，i为发射符号的指数，k为C_i调制阶数的指数。为通过从所有接收到数据流中消除第i个发射天线的全部可传输符号中的第k个符号后得到的符号向量。

在将所述符号消除后，本发明实施例所述部分符号消除器单元302可以当i＝1时输出|C₁|个第一符号向量，当i＝2时输出|C₂|个第一符号向量，当i＝3时输出|C₃|个第一符号向量，当i＝4时输出|C₄|个第一符号向量。

图6为本发明实施例所述部分符号检测器单元的细节图。

如图6所示，本发明实施例所述部分符号检测器单元304可以包括部分符号向量发生器单元600和调制分片器(QAM分片器)602，以生成发射符号候选向量。

所述部分符号向量发生器单元600可以使用ZF或MMSE算法使部分线性系数发生器单元300处生成的线性加权矩阵乘以在部分符号消除器单元302进行消除后的具有可传输符号的接收信号，以便在进行符号消除后，生成剩余符号的向量，即部分符号向量(第二符号向量)。

所述部分符号向量发生器单元600可以选择对应于各个发射天线的数据流的调制阶数的调制分片器。

此处，对第二符号向量的检测可以由如下等式6表示。

【等式6】

${\hat{x}}_{p,i}=H_i^{+}\stackrel{\‾}{y_i}\left(k\right),i=\mathrm{1,2,3,4},k=\mathrm{1,2},...,\left|C_i\right|$

${\hat{x}}_{p,i}\left(k\right)=\left[{\hat{x}}_{p,\mathrm{1,1}}\left(k\right){\hat{x}}_{p,\mathrm{1,2}}\left(k\right){\hat{x}}_{p,q,3}\left(k\right)\right]$

此处，为消除来自于第i个发射天线的可传输符号k以后的剩余符号向量(第二符号向量)的值。

所生成的部分符号向量的总数是各个发射天线的调制阶数的大小之和，由于发射天线的数量(M)总计为4，因此部分符号向量的总数为

所述部分符号检测器单元304可以使所生成的第二符号向量加上在部分符号消除器单元302处消除的第一符号向量，以产生个发射符号候选向量发射符号候选向量表示为如下的等式7。

【等式7】

${\hat{x}}_1\left(k\right)=\left[C_1\left(k\right)x_{p,\mathrm{1,1}}\left(k\right)x_{p,\mathrm{1,2}}\left(k\right)x_{p,q,3}\left(k\right)\right],k=\mathrm{1,2},...,\left|C_1\right|$

${\hat{x}}_2\left(k\right)=\left[x_{p,\mathrm{2,1}}\left(k\right)C_2\left(k\right)x_{p,\mathrm{2,2}}\left(k\right)x_{p,\mathrm{2,3}}\left(k\right)\right],k=\mathrm{1,2},...,\left|C_2\right|$

${\hat{x}}_3\left(k\right)=\left[x_{p,\mathrm{3,1}}\left(k\right)x_{p,\mathrm{3,2}}\left(k\right)C_3\left(k\right)x_{p,\mathrm{3,3}}\left(k\right)\right],k=\mathrm{1,2},...,\left|C_3\right|$

${\hat{x}}_4\left(k\right)=\left[x_{p,\mathrm{4,1}}\left(k\right)x_{p,\mathrm{4,2}}\left(k\right)x_{p,\mathrm{4,3}}\left(k\right)C_4\left(k\right)\right],k=\mathrm{1,2},...,\left|C_4\right|$

图7为本发明实施例所述平方欧几里得距离计算单元的细节图。

如图7所示，平方欧几里得距离计算单元306通过使用在部分符号检测器单元304处生成的发射符号候选向量，可以计算如下等式8所示的平方欧几里得距离。

【等式8】

${\mathrm{SED}}_i\left(k\right)={\left|\right|y-H\widehat{x_i}\left(k\right)\left|\right|}^2,i=\mathrm{1,2,3,4},k=\mathrm{1,2},...,\left|C_i\right|$

在等式8中计算出的个平方欧几里得距离SED_i(k)可以用于硬判决和软判决。

当进行硬判决时，最小平方欧几里得选择器单元310可以从如下等式9所生成的个平方欧几里得距离SED_i(k)中，判决出具有最短距离值的发射符号候选向量，作为发射符号。

【等式9】

$\hat{x}=\arg \underset{x\∈{\hat{x}}_i\left(k\right)}{\min }{\left|\right|y-\mathrm{Hx}\left|\right|}^2$

当进行软判决时，比特LLR发生器单元308可以为发射符号候选向量的全部比特产生LLR值，并将他们传输给信道译码器116-n。

在本发明实施例中，假设信道译码器116-n为维特比译码器(Viterbi decoder)和Turbo译码器(Turbo decoder)。

产生LLR的方法可以使用最大对数(max-log)逼近，并且可以显示在如下的等式10中。

【等式10】

$\mathrm{LLR}\left(b_{i,j}\right)=\underset{x\∈S_{i,j,0}}{\min }\mathrm{SED}-\underset{x\∈S_{i,j,1}}{\min }\mathrm{SED},i=\mathrm{1,2,3,4},j={\log }_2\left|C_i\right|,$

SED＝{SED_i(k)}，i＝1，2，3，4，k＝1，2，…，|C_i|

在等式10中，通过使用的子集S_i，j，p，S_i，j，b可以产生第i个发射天线的第j个比特的LLR。

当使用等式10时，现有QRM-MLD、球形译码(Sphere Decoding，SD)信号检测技术可以会面对无法为全部比特生成LLR的问题。已经研究出了解决该问题的技术，包括增加候选向量的数量，或者使用常数值，即已知的消波法(clipping)。增加候选向量的数量也增加了计算复杂度，而消波技术遇到的问题是要基于SNR或信道估计误差选择精确的消波常数。如果使用精确有消波常数值，性能会大大降低。而且，现有QRM-MLD、SD技术在候选向量中包含的符号之间的多样性上也具有较大的差异。也就是说，会发生这样的现象，在前一级中检测出的符号趋于被固定为最终候选符号向量中的一两个可传输符号。因此，大部分可传输符号相对于最终候选符号向量中最近检测出的符号在性能上存在差异。如果信号检测技术遭遇这种现象，则具有非常低等级性能的数据流可能会反过来影响如上述图1所示使用空分复用的MIMO系统中的整个系统性能。而且，在如上图2所示的使分集空分复用的多用户系统中，所述信号检测技术可能会引起多个用户数据流之间的性能差异。

图8表示各种信号检测技术的流数据之间的FER(误帧率，Frame ErrorRate)。

图8a表示MMSE信号检测技术的性能，在数据流之间没有性能上的差异。然而，图8b中的MMSE-OSIC信号检测技术和图8c中的QRM-MLD技术在流数据之间的误差性能上引起了较大的差异。

图8d表示本发明实施例所述流数据之间的误差性能。从中可以看出，本发明在流数据之间提供了相似的误差性能。

本发明实施例可以为全部比特生成LLR，为多个数据流至少使用一次全部可传输符号。而且，通过为全部数据流使用一次部分符号消除器单元302，并且将部分符号检测器单元304应用于各个数据流上，使全部数据流可以具有相似的性能。

因此，不存在现有OSIC信号检测技术、QRM-MLD技术或SD技术中存在的数据流之间在误差性能上的差异问题。

图9a表示当使用维特比(Viterbi)译码器时，软判决的误差性能结果，图9b表示当使用turbo译码器(Turbo decoder)时，软判决的误差性能结果。这些结果表明，与QRM-MLD和现有准最优信号检测技术相比，改进了性能，与最优性能ML搜索(max-log)方法相比，其性能差异小于1dB。

因此，本发明实施例所述信号检测技术能够有效地应用于使用空分复用的MIMO系统中，以及应用于使用分集空分复用的多用户系统。也可以有效地应用于使用空分复用的MIMO-OFDM系统中的OFDM符号的子载波(subcarrier)。

产业上的可应用性

参照具体实施例详细描述了本发明的精神，这些实施例仅用于示例性的目的而非限制本发明。可以理解的是，本领域技术人员可以对实施例进行各种更改、变换和增加，而不脱离本发明精神和范围，并且这种更改、变换和增加涵盖于如下权利要求的范围内。

Claims (13)

1.一种信号检测装置，用于系统中装设有多个天线的信号接收器单元，所述系统具有至少一个发射器单元，用于通过空分复用传输数据流，所述信号检测装置包括：

部分线性系数发生器单元，用于通过在所述发射器单元与所述信号接收器单元之间形成的信道矩阵上使用预设算法，生成线性加权矩阵；

部分符号消除器单元，用于通过从全部接收数据流中消除各个发射天线的全部可传输符号，生成第一符号向量；以及

部分符号检测器单元，用于通过使用所述线性加权矩阵和所述第一符号向量，生成发射符号候选向量，

其中，所述部分线性系数发生器单元包括：

列矩阵消除器单元，用于通过消除所述信道矩阵的各个列矩阵，生成M-1个部分矩阵；以及

线性加权矩阵发生器单元，用于通过将所述部分矩阵应用于预设算法，生成线性加权矩阵，

其中所述M为至少一个发射器单元的天线总数。

2.根据权利要求1所述信号检测装置，其中，所述部分线性系数发生器单元使用在ZF(迫零)算法和MMSE(最小均方误差)算法中至少一个生成所述线性加权矩阵。

3.根据权利要求1所述的信号检测装置，其中，所述部分符号消除器单元选择第i个发射天线的可传输符号，使被选符号乘以在信道矩阵中对应于第i个发射天线的列矩阵，并从全部所述数据流中消除乘积值。

4.根据权利要求3所述的信号检测装置，其中，所述部分符号消除器单元选择对应于第i个发射天线的数据流的调制阶数的符号。

5.根据权利要求1所述的信号检测装置，其中，所述部分符号检测器单元使所述线性加权矩阵乘以第一符号向量，以检测第二符号向量，所述第二符号向量对应于由部分符号消除器单元消除第i个发射天线的符号后剩余的符号。

6.根据权利要求5的信号检测装置，其中，所述部分符号检测器单元通过使第一符号向量加上第二符号向量，生成发射符号候选向量。

7.根据权利要求5所述的信号检测装置，其中，所述部分符号检测器单元选择对应于各个发射天线的数据流的调制阶数的调制分片器。

8.根据权利要求5所述的信号检测装置，进一步包括：

平方欧几里得距离计算单元，用于通过使用所生成的发射符号候选向量，进行预设数量的平方欧几里得距离计算。

9.根据权利要求8所述的信号检测装置，进一步包括：

比特LLR发生器单元用于在软判决过程中，生成所述发射符号候选向量的全部比特的LLR(对数似然比)值。

10.根据权利要求9所述的信号检测装置，其中，所生成的LLR值被发送给信道译码器，所述信道译码器包括至少一个维特比译码器和Turbo译码器。

11.根据权利要求9所述的信号检测装置，其中，所述信号检测装置的输入包括信道增益、在各个天线处接收到的流数据、以及估计噪声方差值中的至少一个。

12.根据权利要求1所述的信号检测装置，其中，所述至少一个发射器单元为具有M个天线的信号发射器单元，或者为分别具有一个或多个天线且总共具有M个天线的多个发射器单元，其中所述M为大于等于2的自然数。

13.一种信号检测方法，用于系统中装设有多个天线的信号接收器单元，所述系统具有至少一个发射器单元，用于通过空分复用传输数据，所述方法包括：

(a)通过在至少一个所述发射器单元与所述信号接收器单元之间形成的信道矩阵上使用预设算法，生成线性加权矩阵；

(b)通过从全部接收数据流中消除各个发射天线的全部可传输符号，生成第一符号向量；

(c)通过使用所生成的线性加权矩阵和第一符号向量，生成发射符号候选向量；以及

(d)通过使用所生成的发射符号候选向量计算平方欧几里得距离，

其中，所述(a)步骤包括：

通过消除所述信道矩阵的各个列矩阵，生成M-1个部分矩阵的步骤；以及

通过将所述部分矩阵应用于预设算法，生成线性加权矩阵的步骤，

其中所述M为至少一个发射器单元的天线总数。