CN102685045A - 一种lte系统中空分复用模式下的均衡装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LTE系统中空分复用模式下的均衡装置和方法。其方法为：对接收到的信道响应进行预编码获取的等效信道响应，并输出分别作为第一层和第二层信号的等效信道响应；对第一层和第二层等效信道响应按层进行功率归一化处理后，利用其和接收天线收到的数据信号矢量进行预处理，将获取的5个新参数按照预设映射关系发送至位于第一层和第二层的均衡器，在针对当前层信号的检测时，由均衡器遍历当前层的所有可能输入的星座点，并分别在已知当前层输入的条件下，依据该5个新参数计算出已知当前层输入的最小欧式距离，并依据这些最小欧式距离计算并输出当前层的软比特。以实现同时满足复杂度低和性能损失小的目的。

Description

一种LTE系统中空分复用模式下的均衡装置和方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种LTE(Long Term Evolutionsystem，长期演进系统)中空分复用模式下的均衡装置和方法。

背景技术

当前在通信技术领域被广泛认可的无线通信技术为3GP LTE，多输入多输出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Out-put)技术是LTE系统中的一项关键技术。MIMO技术主要用来提供空间分集增益和空分复用增益。其中，空分复用通过利用空间自由度在相同时间、频率资源上并行传输多路数据，从而大大提高系统的峰值速率。

在LTE系统中，空分复用可通过开环空分复用、闭环空分复用、多流波束赋形等多种方式进行实现。其传输流程主要为：首先，发射端将待发送比特数据b调制后，通过串并变换将输入符号流映射为NL层并行数据x(NL层为该输入符号流的层数，复用时NL＞＝2)；然后，用预编码矩阵P对并行数据进行预编码处理，得到NT路(NT为系统的发射端的发送天线个数)预编码后数据；再将NT路预编码后数据分别映射到对应的天线上传输，经过MIMO信道到达接收端；接收端使用空分复用均衡器处理接收的NR路(NR为系统的接收端的接收天线个数)信号，恢复发送符号x，通过解调恢复发送比特b。利用数学模型表示符号传输过程如式(1)所示：

r＝H_c*P *x+n    (1)

其中，H_c(NR行NT列)为MIMO信道响应；P(NT行NL列)为预编码矩阵；n(长度NR的列向量)为加性高斯白噪声；r(长度NR的列向量)为接收天线收到的信号，x(长度NL的列向量)为发送的信号。

LTE系统支持3种调制方式：QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调整)、64QAM，利用上述调制方式将数据比特调制为符号的映射关系分别对应下述表1、表2和表3。在下述表格中我们将数据比特调制到标准星座点上。为在LTE系统中保证发送功率归一化，对调制后的信号乘上归一化因子。其中，当该层的调制方式为QPSK时，该因子的取值为

当该层的调制方式为16QAM时，该因子的取值为

当该层的调制方式为64QAM时，该因子的取值为

因此，根据信道质量的不同，各层发送信号可以采用不同的调制方式。

表1：QPSK调制标准星座

	I	Q
			00	1	1
01	1	-1
			10	-1	1
11	-1	-1

表2：16QAM调制标准星座

	I	Q
			0000	1	1
0001	1	3
			0010	3	1
0011	3	3
			0100	1	-1
0101	1	-3
			0110	3	-1
0111	3	-3
			1000	-1	1
1001	-1	3
			1010	-3	1
1011	-3	3
			1100	-1	-1
1101	-1	-3
			1110	-3	-1
1111	-3	-3

在现有技术中，接收端的空分复用均衡器其功能为：处理接收的NR路信号，恢复发送符号x，以及通过解调恢复发送比特b。在LTE系统中，由于为了与后续的译码模块配合，因此，要求由空分复用均衡器恢复的比特b以软比特的形式表示。

表3：64QAM调制标准星座

	l	Q		I	Q
						000000	3	3	100000	-3	3
000001	3	1	100001	-3	1
						000010	1	3	100010	-1	3
000011	1	1	100011	-1	1
						000100	3	5	100100	-3	5
000101	3	7	100101	-3	7
						000110	1	5	100110	-1	5
000111	1	7	100111	-1	7
						001000	5	3	101000	-5	3
001001	5	1	101001	-5	1
						001010	7	3	101010	-7	3
001011	7	1	101011	-7	1
						001100	5	5	101100	-5	5
001101	5	7	101101	-5	7
						001110	7	5	101110	-7	5
001111	7	7	101111	-7	7
						010000	3	-3	110000	-3	-3
010001	3	-1	110001	-3	-1
						010010	1	-3	110010	-1	-3
010011	1	-1	110011	-1	-1
						010100	3	-5	110100	-3	-5
010101	3	-7	110101	-3	-7
						010110	1	-5	110110	-1	-5
010111	1	-7	110111	-1	-7
						011000	5	-3	111000	-5	-3
011001	5	-1	111001	-5	-1
						011010	7	-3	111010	-7	-3
011011	7	-1	111011	-7	-1
						011100	5	-5	111100	-5	-5
011101	5	-7	111101	-5	-7
						011110	7	-5	111110	-7	-5
011111	7	-7	111111	-7	-7

由此，根据信号处理相关理论，第k层信号的第i比特的软比特由公式(2)定义为：

$\mathrm{LLR}\left(b_{k,i}\right)=\log \frac{P(b_{k,i}=1|r)}{P(b_{k,i}=0|r)}=\log \frac{{\mathrm{\Σ}}_{x,b_{k,i}=1}P\left(r\right|x)}{{\mathrm{\Σ}}_{x,b_{k,i}=0}P\left(r\right|x)}---\left(2\right)$

基于该公式(2)的定义实现的均衡算法称为MAP算法，虽然，该算法能够保证结果的最优性，但是其复杂度非常高。因此，为了降低计算复杂度，采用将分子分母的求和项分别用最大值近似的方式，得到如公式(3)所示的Max-Log-MAP算法：

$\mathrm{LLR}\left(b_{k,i}\right)\≈\log \frac{{\max }_{x,b_{k,i}=1}P\left(r\right|x)}{{\max }_{x,b_{k,i}=0}P\left(r\right|x)}\≡\underset{x,b_{k,i}=1}{\min }\left({\left|\right|r-H_c*P*x\left|\right|}^2\right)-\underset{x,b_{k,i}=0}{\min }\left({\left|\right|r-H_c*P*x\left|\right|}^2\right)---\left(3\right)$

由上述公式(3)可知，虽然Max-Log-MAP算法的性能相对于MAP算法损失较小，但是，其需要进行两次取距离最小值的操作，这就要求遍历所有的x组合计算距离。以发送两层信号为例，在均为64QAM调制方式下，所需的遍历数为4096，这远远超过了移动终端能达到的处理能力。也就说其复杂度仍然很高。

因此，在现有技术中，移动终端广泛使用的是最小均方误差(MMSE)均衡器，其复杂度相对于Max-Log-MAP较低，性能适中，尤其是在信道条件很好时甚至可以逼近Max-Log-MAP的性能，但是其缺点在于，在信道条件较为一般的情况下，其性能并不能接近Max-Log-MAP的性能，甚至在信道条件较差时性能损失可能超过3dB。

由上述可知，现有技术中的均衡方式并不能同时满足复杂度低和性能损失小的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LTE系统中空分复用的均衡装置和方法，以克服现有技术中的均衡方式不能同时满足复杂度低和性能损失小的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种均衡装置，应用于长期演进LTE系统中空分复用模式下，包括：

信道响应预编码单元，用于接收信道响应H_c进行预编码，获取等效信道响应H，并分别输出作为第一层信号和第二层信号的等效信道响应；

参数处理单元，用于对接收到的第一层信号和第二层信号的等效信道响应和按层进行功率归一化处理，并分别记为h₁和h₂，以及利用h₁、h₂和接收到的接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量r进行预处理，获取5个新参数t1、t2、t3、t4和t5，并依据预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系，发送所述新参数t1、t2、t3、t4和t5；

其中， $t1=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_1\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t2=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_1\left(k\right)\right|}^2,$ $t3=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t4=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_2\left(k\right)\right|}^2,$ $t5=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*h_1\left(k\right);$ NR为系统的接收端的接收天线个数，k为比特位，conj()为共轭复数函数；

分别位于第一层和第二层的单层均衡器，在针对当前层信号的检测时，当前层的所述单层均衡器，用于遍历当前层的所有可能输入的星座点，并分别在已知当前层输入的条件下，依据上述5个新参数计算出已知当前层输入星座点各自对应的最小欧式距离，并依据计算出的各个最小欧式距离计算并输出当前层的软比特。

一种均衡装置，应用于长期演进LTE系统中空分复用模式下，包括：

信道响应预编码单元，用于接收信道响应H_c进行预编码，获取等效信道响应H，并分别输出作为第一层信号和第二层信号的等效信道响应；

参数处理单元，用于对接收到的第一层信号和第二层信号的等效信道响应和按层进行功率归一化处理，并分别记为h₁和h₂，以及利用h₁、h₂和接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量r进行预处理，获取5个新参数t1、t2、t3、t4和t5，并依据预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系，发送所述新参数t1、t2、t3、t4和t5；

其中， $t1=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_1\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t2=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_1\left(k\right)\right|}^2,$ $t3=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t4=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_2\left(k\right)\right|}^2,$ $t5=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*h_1\left(k\right);$ NR为系统的接收端的接收天线个数，k为比特位，conj()为共轭复数函数；

位于第一层的单层均衡器，用于在已知第一层输入的条件下，依据接收到的5个新参数计算出第一层各个输入各自对应的第一最小欧式距离，并依据各个所述第一最小欧式距离计算并输出第一层的软比特；

位于第二层的第二均衡器，用于依据接收到的所述单层均衡器中生成的各个所述第一最小欧式距离，获取第二层中多个输入各自对应的各个第二最小欧式距离，再利用各个所述第二最小欧式距离计算获取第二层的软比特并输出。

一种均衡方法，应用于长期演进LTE系统中空分复用模式下，包括：

信道响应预编码单元接收信道响应H_c进行预编码，获取等效信道响应H，并分别输出作为第一层信号和第二层信号的等效信道响应；

参数处理单元接收所述第一层信号和第二层信号的等效信道响应，并按层进行功率归一化处理，并分别记为h₁和h₂，以及利用h₁、h₂和接收到的接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量r进行预处理，获取5个新参数t1、t2、t3、t4和t5，并依据预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系，发送所述新参数t1、t2、t3、t4和t5；

其中， $t1=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_1\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t2=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_1\left(k\right)\right|}^2,$ $t3=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t4=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_2\left(k\right)\right|}^2,$ $t5=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*h_1\left(k\right);$ NR为系统的接收端的接收天线个数，k为比特位，conj()为共轭复数函数；

针对第一层信号的检测，由位于第一层的所述单层均衡器依据接收到的5个新参数计算出已知第一层输入的条件下第一层的多个最小欧式距离，并依据各个所述第一层最小欧式距离计算并输出第一层软比特；

针对第二层信号的检测，由位于第二层的所述单层均衡器依据接收到的5个新参数计算已知第二层输入的条件下第二层的多个最小欧式距离，并依据各个所述第二层最小欧式距离计算并输出第二层软比特。

一种均衡方法，应用于长期演进LTE系统中空分复用模式下，包括：

信道响应预编码单元接收信道响应H_c进行预编码，获取等效信道响应H，并分别输出作为第一层信号和第二层信号的等效信道响应；

参数处理单元接收所述第一层信号和第二层信号等效信道响应，并按层进行功率归一化处理，并分别记为h₁和h₂，以及利用h₁、h₂和接收到的接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量r进行预处理，获取5个新参数t1、t2、t3、t4和t5，并依据预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系，发送所述新参数t1、t2、t3、t4和t5；

其中， $t1=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_1\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t2=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_1\left(k\right)\right|}^2,$ $t3=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t4=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_2\left(k\right)\right|}^2,$ $t5=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*h_1\left(k\right);$ NR为系统的接收端的接收天线个数，k为比特位，conj()为共轭复数函数；

针对第一层信号的检测，由位于第一层的所述单层均衡器依据接收到的5个新参数计算出第一层各个已知输入各自对应的第一最小欧式距离，并依据计算出的各个所述第一层最小欧式距离计算并输出第一层软比特；

针对第二层信号的检测，所述第二均衡器依据接收到的所述单层均衡器中生成的各个所述第一最小欧式距离，获取第二层中的多个输入各自对应的第二最小欧式距离，再利用各个所述第二最小欧式距离计算获取第二层的软比特并输出。

一种LTE系统，包括上述所述的任意一种均衡装置。

通过上述技术方案可知，本发明通过上述公开的均衡装置和方法。在LTE系统中的空分复用模式下，通过上述的信道响应预编码单元对接收到的信道响应进行预编码；通过参数处理单元利用进行预编码后的信道响应和接收天线收到的数据信号矢量进行进一步的处理，获取对应的5个新参数；最后，通过单层均衡器依据接收到的5个新参数计算当前层输入星座点各自对应的最小欧式距离，并依据上述获取的最小欧式距离计算并输出当前层的软比特。在上述过程中的不限制发送天线和接收天线的数量，且单层均衡器基于生成的5个新参数的情况下了，可以配置达到现有技术中Max-Log-MAP的性能，同时上述装置的复杂度远低于现有技术中的Max-Log-MAP均衡器，其设备以及计算的复杂度可以达到MMSE均衡器水平，实现同时满足复杂度低和性能损失小的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一公开的一种均衡装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一中公开的参数处理模块的结构示意图；

图3为本发明实施例一中公开的单层均衡器的结构示意图；

图4为本发明实施例一中公开的单层最短距离单元的结构示意图；

图5a～图5c为本发明实施例一公开的不同调制方式下的星座解映射单元的处理过程示意图；

图6为本发明实施例二公开的第二软比特计算单元的结构示意图；

图7为本发明实施例二公开的QPSK调制下的软比特计算单元的结构示意图；

图8为本发明实施例二公开的4入比较单元的结构示意图；

图9为本发明实施例二公开的8入比较单元的结构示意图；

图10为本发明实施例二公开的16入比较单元的结构示意图；

图11为本发明实施例三公开的单层最短距离单元的结构示意图；

图12为本发明实施例三中公开的第二欧式距离计算单元具体进行计算的流程图；

图13为本发明实施例四公开的一种均衡装置的结构示意图；

图14为本发明实施例四中公开的第二均衡器的结构示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：

LTE：Long Term Evolution system，长期演进系统；

NT：为系统的发射端的发送天线个数；

NR：为系统的接收端的接收天线个数。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种应用于LTE系统空分复用模式下的均衡装置和方法，适用于接收两层空分复用信号。其基本思想为：在不限制发送天线和接收天线数量的条件下，通过接收信道响应进行预编码，并将获取的信号分别作为两层空分复用信号的等效信道响应进行参数处理，再利用各层的均衡器计算当前层的输入各自对应的最小欧式距离，并依据这些最小欧式距离计算并获取当前层的软比特输出。基于上述过程的配置和计算，在降低复杂度的基础上达到Max-Log-MAP的性能，具体执行过程通过以下实施例进行说明。

实施例一

请参阅附图1为本发明实施例一公开的一种均衡装置的结构示意图，主要包括：信道响应预编码单元101、参数处理单元102、设置于第一层的单层均衡器103和设置于第二层的单层均衡器103。

图1中接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量用输入信号r进行表示，r＝[r₁，...，r_NR]^T；H_c为接收端处的信道估计单元(图中未标识)输出的信道响应。

信道响应预编码单元101接收信道响应H_c进行预编码，获取等效信道响应H(NR行2列)，用公式(4)表示为：

H＝H_c*P    (4)

信道响应预编码单元101在获取等效信道响应H后，分别输出其第一列h₁作为第一层信号的等效信道响应，输出其第二列h₂作为第二层信号的等效信道响应。

参数处理单元102接收上述信道响应预编码单元101输出的第一层信号的等效信道响应h₁，以及第二层信号的等效信道响应h₂后，首先，按层对h₁和h₂进行功率归一化处理，之后仍分别记为h₁和h₂；然后，在利用进行功率归一化处理的h₁、h₂和接收到的接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量r进行预处理，获取5个新参数t1、t2、t3、t4和t5，并依据预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系，发送所述新参数t1、t2、t3、t4和t5。

上述获取的新参数t1、t2、t3、t4和t5可以用以下公式进行表示：

$t1=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_1\left(k\right)\right)*r\left(k\right)---\left(5\right)$

$t2=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_1\left(k\right)\right|}^2---\left(6\right)$

$t3=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*r\left(k\right)---\left(7\right)$

$t4=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_2\left(k\right)\right|}^2---\left(8\right)$

$t5=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*h_1\left(k\right)---\left(9\right)$

其中，NR为系统的接收端的接收天线个数，k为比特位，conj()为共轭复数函数。

通过本发明实施例所公开的参数处理模块102输出5个新参数，该5个参数均为标量，且与发送天线和接收天线无关。

需要说明的是，如图2所示，在该参数处理模块102中具体包括：乘积单元1021、点积单元1022和模平方单元1023，通过上述过程具体执行参数的处理。

每一层等效信道响应的输入都对应一个乘积单元1021。利用该乘积单元1021对第一层等效信道响应h₁乘以第一层的功率归一化因子α₁即进行功率归一化处理，为方便说明起见该功率归一化后的结果仍记为h₁，也可以记为α₁h₁；利用该乘积单元1021对第二层等效信道响应h₂乘以第二层的功率归一化因子α₂，该结果仍记为h₂，也可以记为α₂h₂。

点积单元1022则用于计算接收到的h₁与获取到的数据信号矢量r的点积t1(参见公式(5))，以及获取h₂与数据信号矢量r的点积t3(参见公式(7))，以及h₁与h₂的点积t5(参见公式(9))。

模平方单元1023则用于计算接收到的h₁的模平方t2(参见公式(6))，以及接收到的h₂的模平方t4(参见公式(8))。

针对上述的参数处理单元102的处理后，下述待检测的信号为标准星座点信号，均为整数，在下述进行处理的过程中，可以降低后续处理单元的计算复杂度。

另外，通过上述参数处理单元102的处理后，将生成的新参数按照参数和分别位于两层的单层均衡器的端口的不同映射关系，输入至两个独立的单层均衡器单元中。各个参数与单层均衡器的端口的映射关系如表4所示：

表4：

单层均衡器端口	第一层	第二层
			h1r	t1	t3
h1h1	t2	t4
			h2r	t3	t1
h2h2	t4	t2
			h2h1	t5	conj(t5)

位于第一层的单层均衡器103和位于第二层的单层均衡器103，在针对当层信号进行检测时，当前层的单层均衡器遍历当前层的所有可能输入的星座点，并分别在已知当前层输入的条件下，依据上述5个新参数计算出已知当前层输入的最小欧式距离，并依据计算出的各个最小欧式距离计算并输出当前层的软比特(分别对应第一层为第一层软比特，对应第二层为第二层软比特)。

需要说明的是，如图3所示，分别独立位于两层的单层均衡器103中具体包括：多个单层最短距离单元1031和第一软比特计算单元1032。

多个单层最短距离单元1031依次级联，在已知当前层输入的条件下，依据接收到的5个新参数获取各个输入星座点对应的最小欧式距离d。

这里的已知当前层输入是指对应每一个单层最短距离单元1031进行的输入，如图3中示出的输入：000000、000001等。

该最小欧式距离用公式(10)表示为：

d＝||r-h₁x₁-h₂x₂||²    (10)

其中，x₁为当前层的星座点(在计算的过程中当前层的所有星座点都需要进行遍历)；x₂为已知当前层输入下的另一层最近的星座点。

第一软比特计算单元1032则针对当前层的每个比特，收集当前比特位为1的输入对应的最小欧式距离，并一一比较获取最小值记为d1；及收集当前比特位为0的输入对应的最小欧式距离，并一一比较获取最小值记为d0；最后，计算d1与d0之间的差值得到当前层的软比特。

基于上述各个层进行信号检测中涉及的具体单元，在单层最短距离单元1031中利用公式(10)计算各个输入星座点对应的最小欧式距离d时，式中的x₁和x₂的关系为：当当前层为第一层时，x₁为第一层，x₂为第二层；当当前层为第二层时，x₁为第二层，x₂为第一层。

为了更方便理解，这里针对每一层的信号检测的过程进行详细描述。

当当前层为第一层时，第一层的单层均衡器中的各个单层最短距离单元1031输入已知当前输入，基于接收到的5个新参数，通过遍历第一层的所有可能输入的星座点，获取各个单层最短距离单元1031在已知当前输入的条件下的最小欧式距离，即当前由多少个单层最短距离单元1031即可输出或获取多个最小欧式距离。

此时，公式(10)中的x₁为第一层的所有星座点；x₂为已知第一层输入下的第二层最近的星座点。

在获取对应各个输入星座点的最小欧式距离后，将其都输入至第一软比特计算单元1032中，针对第一层的每个比特，收集接收到的当前比特位为1的输入对应的最小欧式距离，并一一进行比较，获取数值最小的一个记为d1；以及收集接收到的当前比特位为0的输入对应的最小欧式距离，并一一进行比较，获取数值最小的一个记为d0。计算d1与d0之间的差值(d1-d0)，将获取到的差值(d1-d0)作为当前层的软比特输出。

同样，当当前层为第二层时，第二层的单层均衡器中的各个单层最短距离单元1031输入已知当前输入，基于接收到的5个新参数，通过遍历第二层的所有可能输入的星座点，获取各个单层最短距离单元1031在已知当前输入的条件下的最小欧式距离，即当前由多少个单层最短距离单元1031即可输出或获取多个最小欧式距离。

此时，公式(10)中的x₁为第二层的所有星座点；x₂为已知第二层输入下的第一层最近的星座点。

在获取对应各个输入星座点的最小欧式距离后，将其都输入至第一软比特计算单元1032中，针对第二层的每个比特，收集接收到的当前比特位为1的输入对应的最小欧式距离，并一一进行比较，获取数值最小的一个记为d1；以及收集接收到的当前比特位为0的输入对应的最小欧式距离，并一一进行比较，获取数值最小的一个记为d0。计算d1与do之间的差值(d1-d0)，将获取到的差值(d1-d0)作为当前层的软比特输出。

需要说明的是，上述独立位于各个层的单层最短距离单元的个数由进行检测的当前层的调制方式决定，所述调制方式包括：QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制。

具体的，当进行检测的当前层为第一层时，当第一层的调制方式为QPSK调制时，各个层的单层最短距离单元1031的数量为4；当第一层的调制方式为16QAM调制时，各个层的单层最短距离单元1031的数量为16；当第一层的调制方式为64QAM调制时，各个层的单层最短距离单元1031的数量为64。

同样，当进行检测的当前层为第二层时，当第二层的调制方式为QPSK调制时，各个层的单层最短距离单元1031的数量为4；当第二层的调制方式为16QAM调制时，各个层的单层最短距离单元1031的数量为16；当第二层的调制方式为64QAM调制时，各个层的单层最短距离单元1031的数量为64。

基于上述实现对单层信号的检测，并输出该层信号的软比特的单层均衡器单元103，其中的单层最短距离单元1031中，如图4所示，主要包括：星座映射单元10311、层消除单元10312、星座解映射单元10313和第一欧式距离计算单元10314。

在处理的过程中，星座映射单元10311依据上述不同的调制方式，将当前输入的比特信息映射到对应的标准星座调制符号处，得到当前层的星座点x₁。

层消除单元10312则用于消除当前层的星座点x₁对另一层的干扰，获取消除干扰后的数据z。

上述消除干扰后的数据用z用公式(11)表示为：

z＝h2r-h2h1*x1    (11)

其中，对应表4可知，h2r、h2h1为所述单层均衡器的端口。

在具体的检测过程中，当当前层为第一层时，x₁为第一层的所有星座点，从第一层的单层均衡器的端口h2r输入t3、从端口h2h1输入t5；

当当前层为第二层时，x₁为第二层的所有星座点，从第二层的单层均衡器的端口h2r输入t1、从端口h2h1输入conj(t5)，conj()为共轭复数函数。

星座解映射单元10313依据上述层消除单元10312中获取的数据z，以及β值，该β值对应所述单层均衡器的h2h2端口输入的数值，查找另外一层最近的星座点x₂，对另外一层进行解调，并输出解调结果比特。

x2＝arg min|z-β*x2|    (12)

在解决的过程中，满足公式(12)即可实现对另外一层的解调，并输出对应的解调结果。

针对上述星座映射单元10311中对应的不同调制方法，在该星座解映射单元10313中进行星座解映射时，根据LTE调制星座的特点，当调制方式为QPSK时，处理过程如图5a所示；当调制方式为16QAM时，处理过程如图5b所示；当调制方式为64QAM时，处理过程如图5c所示。

第一欧式距离计算单元10314计算数据信号矢量r的最小欧式距离d，其中该最小欧式距离用公式(10)表示。

基于上述本发明该实施例公开的各个单元进行的均衡过程，配置的过程达到了Max-Log-MAP的性能，且进行配置和计算的过程也远远比现有技术中的简单，降低了复杂度。其降低复杂度的过程可通过以下示例进行说明：

由现有技术中的公式(3)可知，其进行配置和计算的过程中主要的复杂度体现在寻找待检比特位为1时的最小欧式距离，对于本发明实施例中的两层输入的情况，将其进行变换为得到公式(13)所示的过程：

$\underset{(x_1,x_2)b_{1,i}=1}{\min }{\left|\right|r-h_1{x}_1-h_2{x}_2\left|\right|}^2\underset{x_1,b_{1,i}=1}{\min }\left(\underset{x_2}{\min }{\left|\right|(r-h_1{x}_1)-h_2{x}_2\left|\right|}^2\right)---\left(13\right)$

针对上述公式(13)右侧括号内的部分为已知的x₁的各个输出下的最小欧式距离。其中，由于x₂为标量，达到最小欧式距离的x₂可以直接求解，因此不需要采用遍历所有x₂的输入，通过公式(14)可以直接获取。

$x_2=\mathrm{demap}\left(\frac{h_2^{H}r-h_2^H{h}_1{x}_2}{{\left|\right|h_2\left|\right|}^2}\right)---\left(14\right)$

其中，demap表示星座解映射。由上述对现有技术公式(3)的简化过程中，可以看出上述简化遍历过程，或者说简化进行配置和计算的过程可以通过本发明该实施例公开的方法实现。

对比标准的Max-Log-MAP算法，当在两层QPSK输入下，本发明仅需要遍历8种输入组合，仅为标准算法的1/4；当在两层16QAM输入下，本发明仅需要遍历64种输入组合，仅为标准算法的1/8；当在两层64QAM输入下，本发明仅需要遍历64种输入组合，仅为标准算法的1/32。

因此，通过上述过程，在不限制发送天线和接收天线的数量的情况下，由各层的单层均衡器基于生成的5个新参数的情况下了，可以配置达到现有技术中Max-Log-MAP的性能，同时上述装置的复杂度远低于现有技术中的Max-Log-MAP均衡器，其设备以及计算的复杂度可以达到MMSE均衡器水平，实现同时满足复杂度低和性能损失小的目的。

实施例二

在上述本发明实施例一所公开的一种均衡装置的基础上，在该实施例中公开了另一种均衡装置，其与实施例一中图1中所公开的均衡装置的区别在于位于单层均衡器103(如图3所示)中的软比特计算单元的具体结构不同。在本发明该实施例二中公开的软比特计算单元为第二软比特计算单元。

其中，多个级联的单层最短距离单元1031主要用于在已知当前层输入的条件下，依据接收到的5个新参数获取各个所述输入星座点对应的最小欧式距离d。

最小欧式距离d如公式(10)所示。该单层最短距离单元1031与实施例一以及附图3中单层最短距离单元1031的一致，这里不再进行赘述。

在本实施例二中，第二软比特计算单元同时输出所有比特的软比特值，通过复用中间的比较结果，以减少进行比较的次数，相较于实施例一而言，其简化了处理的步骤，更加降低了后续处理的复杂度。

如图6所示，该第二软比特计算单元1033中主要包括：第一收集单元10331、第二收集单元10332、2^N入比较单元10333和计算单元10334。

第一收集单元10331针对当前层的每个比特，收集当前比特位为1的输入对应的欧式距离。

第二收集单元10332则针对当前层的每个比特，收集当前比特位为0的输入对应的欧式距离。

2^N入比较单元10333通过采用复用中间比较结果的方式获取当前比特位为1的输入对应的最小欧式距离d1；及通过采用复用中间比较结果的方式获取当前比特位为0的输入对应的最小欧式距离d0。

最后通过计算单元10334计算上述获取的d1与d0之间的差值(d1-d0)得到当前层的软比特，并输出。

针对上述2^N入比较单元10333，其中，N为所需输出的软比特的个数，为了便于理解，将N比特从左至右分别标识为1、2、……、N，并且在本发明该实施例中定义最左边的为最高位，但是本发明对于N比特的标识以及最高位的定义并不仅限于。

在比较的过程中，在该2^N入比较单元10333中输入所有2^N组合对应的最小欧式距离，在比较后输出d0(1)，d0(2)，……，d0(N)和d1(1)，d1(2)，……，d1(N)。

其中，针对当前层的每个比特，将所有第k比特位为1的输入对应的最小欧式距离进行一一比较之后，获取其中的最小值，记为d1(k)；针对当前层的每个比特，将所有第k比特位为0的输入对应的最小欧式距离进行一一比较之后，获取其中的最小值，记为d0(k)；最后，在计算单元10334中计算第k比特位的软比特值b(k)，该b(k)＝d1(k)-d0(k)。

为了更清楚起见，下面对当N取4、8和16，即依据不同的调制方式所需输出的软比特的个数进行详细说明2^N入比较单元10333。

示例一

如图7所示，为本发明该示例给出的一个QPSK调制下的软比特计算单元示意图。其中，N＝2，2^N入比较单元10333即为4入比较单元10333，在其内部具体执行复用中间比较结果的方式获取各个输入对应的最小欧式距离中的最小值的过程如图8所示：四个输入00、01、10和11。分别进行比较，00和01对应的最小欧式距离中的最小值d0(1)；00和10对应的最小欧式距离中的最小值d0(2)；01和10对应的最小欧式距离中的最小值d1(2)；10和11对应的最小欧式距离中最小值d1(1)。在计算单元10334中，计算第1比特位的软比特值b(1)，b(1)＝-d0(1)+d1(1)＝d1(1)-d0(1)。计算第2比特位的软比特值b(2)，b(2)＝-d0(2)+d1(2)＝d1(2)-d0(2)。

示例二

对于N＞2的2^N入比较单元10333，可具体由两个2^N-1入比较单元构成，再分别处理第1比特位为0和1的所有输入。并在采用中间值复用的方式比较后分别输出e0(1)，...e0(N-1)，e1(1)，...e1(N-1)和f0(1)，...f0(N-1)，f1(1)，...f1(N-1)。最后，该2^N入比较单元的最终输出则通过比较这两组输出得到。

具体地，采用d0(1)＝min(e0(1)，e1(N-1))在第1比特位为0的输出中选择最小值；d1(1)＝min(f1(1)，f1(N-1))在第1比特位为1的输出中选择最小值；依次d0(k)＝min(e0(k-1)，f0(k-1))；d1(k)＝min(e 1(k-1)，f1(k-1))，(k＝2，...N)。其中min()表示通过一次比较操作，取出较小值。如图9所示，给出了由两个4入比较单元构成的8入比较单元的结构图；如图10所示，给出了由两个8入比较单元构成的16入比较单元的结构图。如上所述，类似地，本发明还可以给出所有调制方式下的软比特计算单元结构图。

针对该实施例与实施例一中的比较次数进行比较，在QPSK的调制下，次数相同都为6；在16QAM的调制下，本实施例为40次，实施例一为60次；在64QAM的调制下，本实施例为182次，实施例一为378次，减少的比较次数达到了50％。

通过本发明该实施例所公开的软比特计算单元同时输出所有软比特值，通过复用中间的比较结果，减少了进行比较的次数。其在达到现有技术中Max-Log-MAP的性能的同时简化了处理的步骤，使其针对后续的处理以及计算的复杂度比MMSE均衡器还要低，减少了对系统性能的损失，实现同时满足复杂度低和性能损失小的目的。

实施例三

在上述本发明实施例一或实施例二所公开的一种均衡装置的基础上，在该实施例中公开了另一种均衡装置，其与实施例一或实施例二中所公开的均衡装置的区别在于位于单层均衡器103中的单层最短距离单元1031的具体结构不同。在该实施例三中所公开的单层最短距离单元1031的具体结构如图11所示，主要包括：星座映射单元10311、层消除单元10312、星座解映射单元10313和第二欧式距离计算单元10315。

星座映射单元10311、层消除单元10312和星座解映射单元10313与上述实施例一或实施例二中的具体执行过程相同，这里不再进行赘述。这里仅针对不同的计算单元，即第二欧式距离计算单元10315进行详细说明。

在实施例一或实施例二中，都是按照公式(10)计算各个输入的最小欧式距离的，其需要进行多次的乘法运算，而且对不同的接收天线数量，计算复杂度也会有所不同。为了更进一步的简化步骤或操作，在该实施例中，第二欧式距离计算单元10315在计算数据信号矢量r的最小欧式距离d的过程，可通过公式(14)进行说明。

$d=r^{H}r+{\left|\right|h_1\left|\right|}^2*{\left|x_1\right|}^2+{\left|\right|h_2\left|\right|}^2*{\left|x_2\right|}^2-2*\mathrm{Re}\left\{x_2^{*}(h_2^{H}r-h_2^H{h}_1{x}_1)\right\}-2*\mathrm{Re}\left\{x_1^{*}{h}_1^{H}r\right\}---\left(14\right)$

其中，x₁为当前层的所有星座点，x₂为已知当前层输入下的另外一层最近的星座点。

该公式(14)在进行简化步骤或操作的过程中，具体等价于：

$r^{H}r+{\left|\right|h_1\left|\right|}^2*{\left|x_1\right|}^2+{\left|\right|h_2\left|\right|}^2*{\left|x_2\right|}^2-2*\mathrm{Re}\left\{x_2^{*}(h_2^{H}r-h_2^H{h}_1{x}_1)\right\}-2*\mathrm{Re}\left\{x_1^{*}{h}_1^{H}r\right\}$

$\→h1h1*{\left|x_1\right|}^2+h2h2*{\left|x_2\right|}^2-2*\mathrm{Re}\{\mathrm{conj}\left(x_2\right)*z+\mathrm{conj}\left(x_1\right)*h1r\}$

通过上述等价式可知，在基于公式(14)进行计算最小欧式距离的过程中，充分利用了前述各个单元中的计算结果，能够有效的减少所需的乘法数量，且该过程与接收天线数量无关。具体的处理流程可参见图12所示：

首先，分别先获取单层均衡器端口h1h1输入数值与|x₁|²的乘积A，端口h2h2输入数值与|x₂|²的乘积B，端口h1r输入数值与conj(x₁)的乘积中的实部C，以及上述实施例中公开的层消除单元10312中消除干扰后的数据z与conj(x₂)的乘积中的实部D。

其次，分别叠加A和B获取第一叠加值；叠加C和D获取第二叠加值。

最后，将第一叠加值和乘以-2后的第二叠加值再次进行叠加，将获取的值作为最小欧式距离d输出。

通过上述过程可知，在计算的过程中利用到的x₁和x₂均为标准星座点上的有限整数，而参与乘法操作可以用移位以及加法运算代替，因此利用该实施例所公开的第二欧式距离计算单元1035进行最小欧式距离的计算时，完全避免了乘法操作，更有利于硬件的实现。

基于上述本发明实施例三公开的包含第二欧式距离计算单元的单层最短距离单元，其可以替换实施例一和实施例二中公开的单层最短距离单元，更近一步的减低复杂度，且在不影响计算精度的基础上以及进一步降低性能损失的基础上达到Max-Log-MAP的性能，实现同时满足复杂度低和性能损失小的目的。

实施例四

上述实施例一至实施例三优化后的均衡装置，其保持了Max-Log-MAP的性能，并同时大大降低了复杂度。以两发送天线两接收天线为例，在上述本发明所公开的均衡装置中，利用加法过程实现乘法后，所需的乘法数量约为40次左右，对比常用的MMSE均衡器所需乘法数量约为60次而言，本发明实施例公开的所需乘法数小于MMSE均衡器。

即便在硬件实现上，由于乘法器的复杂度远大于加法器。即使考虑到额外的加法器，本发明实施例所公开的均衡装置所需资源也仅与MMSE均衡器相当。

在前述实施例已经极大简化了计算量的基础上，在进一步的考虑某些应用场景的基础上，为进一步减少资源，可以允许一定的性能损失。

因此，在上述实施例一至实施例三的基础上，本发明该实施例还公开了一种均衡装置，其结构如图13所示。主要包括：信道响应预编码单元101、参数处理单元102、设置于第一层的单层均衡器103，以及设置于第二层的第二均衡器104。

在该实施例中，信道响应预编码单元101和参数处理单元102与上述实施例一至实施例三中公开的对应单元的具体执行过程一致。另外，由于在该实施例中，首先完成的是对第一层的均衡，然后才进行第二层的均衡，因此设置于第一层的单层均衡器103与上述实施例一至实施例三中公开的第一层的单层均衡器103一致，其性能不受影响，因此这里不再进行赘述。

在该实施例中通过减少第二层遍历的数量，可以有效降低了对应当前层的下一层计算的复杂度。即，当当前层为第一层时，可降低第二层的计算复杂度；当当前层为第二层时，可降低第一层的计算复杂度。

在进行计算的过程中，位于第一层的单层均衡器103在已知第一层输入的条件下，依据接收到的5个新参数计算出第一层各个已知输入各自对应的第一最小欧式距离(该第一最小欧式距离与前述实施例中的针对第一层计算时，计算出的第一层的多个输入各自对应的最小欧式距离相同，这里也是一输入对应一最小欧式距离)，并依据计算出的各个第一最小欧式距离计算并输出第一层的软比特。如上所述，这里对第一层的均衡其性能不受影响。

在执行完第一层的均衡后，上述第一层的单层均衡器103将第一层中计算获取的第一最小欧式距离输出给位于第二层的第二均衡器104。

该第二均衡器104依据接收到的第一层的单层均衡器103中生成的各个第一最小欧式距离，获取第二层中的多个输入各自对应的第二最小欧式距离，再利用各个所述第二最小欧式距离计算获取第二层的软比特并输出。

如图14所示，该第二均衡器104中包括：取值选取单元1041、多个级联的第二单层最短距离单元1042和第三软比特计算单元1043。

该取值选取单元1041接收上述第一层的单层均衡器103计算得到的多个输入各自对应的第一最小欧式距离，并选取第二层中具有各个第一最小欧式距离的星座点，并将获取的星座点集合为一个子集作为需要遍历的输入星座点。

多个级联的第二单层最短距离单元1042在已知第二层输入的条件下(由取值选取单元1041中获知)，依据接收到的5个新参数获取输入星座点对应的最小欧式距离d。

其中，d＝||r-h₁x₁-h₂x₂||²，x₁为当前层中需要进行遍历的所有星座点，在该实施例中指值选取单元1041中输出的星座点；x₂为已知当前层输入下一层最近的星座点，在该实施例中指在第一层上距离上述需要遍历的星座点较近的星座点。

在该实施例中，第二单层最短距离单元1042与上述实施例一至实施例三中的单层最短距离单元的结构以及执行过程一致，仅需要说明的是，该第二单层最短距离单元1042的个数由第二层的调制方式决定，所述调制方式包括：QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制。

第三软比特计算单元1043针对当前层(第二层)的每个比特，依据上述获取的所述最小欧式距离d选取当前比特位为1的，并一一比较获取最小值记为d1；及收集当前比特位为0的输入对应的欧式距离，并一一比较获取最小值记为d0；计算d1与d0之间的差值得到当前层的软比特。该第三软比特计算单元1043基本与前述实施例中的第一、第二软比特计算单元的执行过程一致，确切的说，与前述进行第二层均衡时的第二层的单层均衡器中的第一、第二软比特计算单元的执行过程一致。

针对上述取值选择单元1041，在进行星座点选取的时候，根据不同的调制方式而有所不同，具体的：当当前调制方式为QPSK时，所述取值选择单元1041，用于选取所有的星座点作为可能输入的星座点用于遍历。

当当前调制方式为16QAM时，所述取值选择单元1041，用于根据所述第一最小欧式距离选取具有该第一最小欧式距离的输入星座点，及将按照所述输入星座点的实部或虚部确定搜索范围内的星座点作为可能输入的星座点用于遍历。其实部和虚部的取值范围如表5所示：

表5：

实部(或虚部)	搜索范围
		-3	-3，-1，1
-1	-3，-1，1
		1	-1，1，3
3	-1，1，3

当当前调制方式为64QAM时，所述取值选择单元1041，用于根据所述第一最小欧式距离选取具有该第一最小欧式距离的输入星座点，及将按照所述输入星座点的实部或虚部确定搜索范围内的星座点作为可能输入的星座点进行遍历。其实部和虚部的取值范围如表6所示：

表6：

实部(或虚部)	搜索范围
		-7	-7，-5，-3，-1，1
-5	-7，-5，-3，-1，1
		-3	-5，-3，-1，1，3
-1	-5，-3，-1，1，3
		1	-3，-1，1，3，5
3	-3，-1，1，3，5
		5	-1，1，3，5，7
7	-1，1，3，5，7

上述基于选取准则的接收机性能通过仿真验证，基本不受影响，而16QAM均衡的复杂度减少为9/16，64QAM均衡的复杂度减少为25/64。

通过本发明该实施例所公开的均衡装置，在减少复杂度的同时达到Max-Log-MAP的性能，同时针对后续的处理以及计算，其复杂度比MMSE均衡器还要低，减少了对系统性能的损失，实现同时满足复杂度低和性能损失小的目的。

需要说明的是，在本发明中还公开了包括上述实施例一、实施例二、实施例三或实施例四中任意公开的一种均衡装置的LTE系统。更加完善LTE系统在进行均衡时的性能。

实施例五

对应上述本发明实施例公开的均衡装置，本发明实施例还公开了一种均衡方法，该均衡方法同样应用于长期演进LTE系统中空分复用模式下，其具体执行过程包括：

首先，信道响应预编码单元接收信道响应H_c进行预编码，获取等效信道响应H，并分别输出作为第一层信号和第二层信号的等效信道响应。

然后，参数处理单元接收所述第一层信号和第二层信号的等效信道响应，并按层进行功率归一化处理，并分别记为h₁和h₂，以及利用h₁、h₂和接收到的接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量r进行预处理，获取5个新参数t1、t2、t3、t4和t5，并依据预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系，发送所述新参数t1、t2、t3、t4和t5。

其中， $t1=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_1\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t2=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_1\left(k\right)\right|}^2,$ $t3=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t4=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_2\left(k\right)\right|}^2,$ $t5=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*h_1\left(k\right);$ NR为系统的接收端的接收天线个数，k为比特位，conj()为共轭复数函数。

针对第一层信号的检测，由位于第一层的所述单层均衡器依据接收到的5个新参数计算出已知第一层输入的条件下第一层的多个最小欧式距离，并依据各个所述第一层最小欧式距离计算并输出第一层软比特。

针对第二层信号的检测，由位于第二层的所述单层均衡器依据接收到的5个新参数计算已知第二层输入的条件下第二层的多个最小欧式距离，并依据各个所述第二层最小欧式距离计算并输出第二层软比特。

需要说明的是，新参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系如表4所示。针对位于第一层的单层均衡器，端口hr1对应t1；端口h1h1对应t2；端口h2r对应t3；端口h2h2对应t4；端口h2h1对应t5。

针对位于第二层的单层均衡器，端口hr1对应t3；端口h1h1对应t4；端口h2r对应t1；端口h2h2对应t2；端口h2h1对应conj(t5)，conj()为共轭复数函数。

另外，对应上述本发明实施例四中公开的均衡装置，本发明实施例还公开了一种均衡方法，该均衡方法同样应用于长期演进LTE系统中空分复用模式下，其具体执行过程与上述所公开的方法相比，仅在于先进行第一层均衡，再进行第二层均衡，其他步骤一致。

其中，针对第一层信号的检测，由位于第一层的所述单层均衡器依据接收到的5个新参数计算出第一层各个已知输入各自对应的第一最小欧式距离，并依据计算出的各个第一层最小欧式距离计算并输出第一层软比特；

针对第二层信号的检测，所述第二均衡器依据接收到的所述单层均衡器中生成的各个所述第一最小欧式距离，获取第二层中的多个输入各自对应的第二最小欧式距离，再利用各个所述第二最小欧式距离获取第二层的软比特并输出。

综上所述：

本发明上述公开的实施例，在不限制发送天线和接收天线数量的条件下，通过接收信道响应进行预编码，并将获取的信号分别作为两层空分复用信号的等效信道响应进行参数处理，再利用各层的均衡器计算当前层的输入各自对应的最小欧式距离，并依据这些最小欧式距离计算并获取当前层的软比特输出。从而在降低复杂度的基础上达到Max-Log-MAP的性能，实现同时满足复杂度低和性能损失小的目的。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种均衡装置，其特征在于，应用于长期演进LTE系统中空分复用模式下，包括：

信道响应预编码单元，用于接收信道响应H_c进行预编码，获取等效信道响应H，并分别输出作为第一层信号和第二层信号的等效信道响应；

参数处理单元，用于对接收到的第一层信号和第二层信号的等效信道响应和按层进行功率归一化处理，并分别记为h₁和h₂，以及利用h₁、h₂和接收到的接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量r进行预处理，获取5个新参数t1、t2、t3、t4和t5，并依据预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系，发送所述新参数t1、t2、t3、t4和t5；

其中， $t1=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_1\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t2=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_1\left(k\right)\right|}^2,$ $t3=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t4=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_2\left(k\right)\right|}^2,$ $t5=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*h_1\left(k\right);$ NR为系统的接收端的接收天线个数，k为比特位，conj()为共轭复数函数；

分别位于第一层和第二层的单层均衡器，在针对当前层信号的检测时，当前层的所述单层均衡器，用于遍历当前层的所有可能输入的星座点，并分别在已知当前层输入的条件下，依据上述5个新参数计算出已知当前层输入星座点各自对应的最小欧式距离，并依据计算出的各个最小欧式距离计算并输出当前层的软比特。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述参数处理单元包括：

乘积单元，用于分别对第一层等效信道响应乘以第一层的功率归一化因子α₁结果记为h₁，对第二层等效信道响应乘以第二层的功率归一化因子α₂，结果记为h₂；

点积单元，用于获取h₁与数据信号矢量r的点积t1，获取h₂与数据信号矢量r的点积t3，以及h₁与h₂的点积t5；

模平方单元，用于获取h₁的模平方t2和h₂的模平方t4。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单层均衡器包括：

多个单层最短距离单元，用于在已知当前层输入的条件下，依据接收到的5个新参数获取各个输入星座点对应的最小欧式距离d；

其中，d＝||r-h₁x₁-h₂x₂||²，x₁为当前层中需要遍历的所有星座点，x₂为已知当前层输入下的另一层最近的星座点，所述单层最短距离单元的个数由当前层的调制方式决定，所述调制方式包括：QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制；

第一软比特计算单元，用于针对当前层的每个比特，收集当前比特位为1的输入对应的欧式距离，并一一比较获取最小值记为d1；及收集当前比特位为0的输入对应的欧式距离，并一一比较获取最小值记为d0；计算d1与d0之间的差值得到当前层的软比特；

其中，上述x₁和x₂的关系为，当当前层为第一层时，x₁为第一层，x₂为第二层；当当前层为第二层时，x₁为第二层，x₂为第一层。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单层均衡器包括：

多个单层最短距离单元，用于在已知当前层输入的条件下，依据接收到的5个新参数获取各个所述输入星座点对应的最小欧式距离d；

其中，d＝||r-h₁x₁-h₂x₂||²，x₁为当前层中需要遍历的所有星座点，x₂为已知当前层输入下的另一层最近的星座点，所述x₁和x₂的关系为，当当前层为第一层时，x₁为第一层，x₂为第二层；当当前层为第二层时，x₁为第二层，x₂为第一层；所述单层最短距离单元的个数由第一层的调制方式决定，所述调制方式包括：QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制；

第二软比特计算单元包括：

第一收集单元，用于针对当前层的每个比特，收集当前比特位为1的输入对应的欧式距离；

第二收集单元，用于针对当前层的每个比特，收集当前比特位为0的输入对应的欧式距离；

2^N入比较单元，用于采用复用中间比较结果的方式获取当前比特位为1的输入对应的最小欧式距离d1，及当前比特位为0的输入对应的最小欧式距离d0；

其中，N为所需输出的软比特的个数；

计算单元，用于计算d1与d0之间的差值得到当前层的软比特。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述单层最短距离单元包括：

星座映射单元，用于依据不同的调制方式，将当前输入的比特信息映射到对应的标准星座调制符号处，得到当前层的星座点x₁；

层消除单元，用于消除当前层的星座点x₁对另一层的干扰，获取消除干扰后的数据z；

其中，z＝h2r-h2h1*x1，h2r、h2h1为所述单层均衡器的端口，当当前层为第一层时，从端口h2r输入t3、从端口h2h1输入t5；当当前层为第二层时，从端口h2r输入t1、从端口h2h1输入conj(t5)；

星座解映射单元，用于依据数据z和β，查找另外一层最近的星座点x₂，对另外一层进行解调，并输出解调结果比特；

其中，β值对应所述单层均衡器的h2h2端口，x2＝arg min|zβ*x2|；

第一欧式距离计算单元，用于计算数据信号矢量r的欧式距离d，其中，d＝||r-h₁x₁-h₂x₂||²，x₁为当前层的星座点，x₂为已知当前层输入下的另一层最近的星座点，所述单层最短距离单元的个数由当前层的调制方式决定，所述调制方式包括：QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制。

6.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述单层最短距离单元包括：

星座映射单元，用于依据不同的调制方式，将当前输入的比特信息映射到对应的标准星座调制符号处，得到当前层的星座点x₁；

层消除单元，用于消除当前层的星座点x₁对另一层的干扰，获取消除干扰后的数据z；

其中，z＝h2r-h2h1*x1，h2r、h2h1为所述单层均衡器的端口，当当前层为第一层时，从端口h2r输入t3、从端口h2h1输入t5；当当前层为第二层时，从端口h2r输入t1、从端口h2h1输入conj(t5)；

星座解映射单元，用于依据数据z和β，查找当前最近的星座点x₂，对另一层进行解调，并输出解调结果比特；

其中，β值对应所述单层均衡器的h2h2端口，x2＝arg min|z-β*x2|；

第二欧式距离计算单元，用于计算数据信号矢量r的欧式距离d，其中， $d=r^{H}r+{\left|\right|h_1\left|\right|}^2*{\left|x_1\right|}^2+{\left|\right|h_2\left|\right|}^2*{\left|x_2\right|}^2-2*\mathrm{Re}\left\{x_2^{*}(h_2^{H}r-h_2^H{h}_1{x}_1)\right\}-2*\mathrm{Re}\left\{x_1^{*}{h}_1^{H}r\right\},$ x₁为当前层的数据，x₂为已知当前层输入下另外一层最近的星座点，所述单层最短距离单元的个数由当前层的调制方式决定，所述调制方式包括：QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制。

7.一种均衡装置，其特征在于，应用于长期演进LTE系统中空分复用模式下，包括：

信道响应预编码单元，用于接收信道响应H_c进行预编码，获取等效信道响应H，并分别输出作为第一层信号和第二层信号的等效信道响应；

参数处理单元，用于对接收到的第一层信号和第二层信号的等效信道响应和按层进行功率归一化处理，并分别记为h₁和h₂，以及利用h₁、h₂和接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量r进行预处理，获取5个新参数t1、t2、t3、t4和t5，并依据预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系，发送所述新参数t1、t2、t3、t4和t5；

其中， $t1=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_1\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t2=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_1\left(k\right)\right|}^2,$ $t3=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t4=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_2\left(k\right)\right|}^2,$ $t5=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*h_1\left(k\right);$ NR为系统的接收端的接收天线个数，k为比特位，conj()为共轭复数函数；

位于第一层的单层均衡器，用于在已知第一层输入的条件下，依据接收到的5个新参数计算出第一层各个输入各自对应的第一最小欧式距离，并依据各个所述第一最小欧式距离计算并输出第一层的软比特；

位于第二层的第二均衡器，用于依据接收到的所述单层均衡器中生成的各个所述第一最小欧式距离，获取第二层中多个输入各自对应的各个第二最小欧式距离，再利用各个所述第二最小欧式距离计算获取第二层的软比特并输出。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二均衡器包括：

取值选取单元，用于接收所述单层均衡器计算得到的多个第一最小欧式距离，并选取当前层的所有星座点的一个子集作为需要遍历的输入；

多个第二单层最短距离单元，用于在已知第二层输入的条件下，依据接收到的5个新参数获取输入星座点对应的最小欧式距离d；

其中，d＝||r-h₁x₁-h₂x₂||²，x₁为取值选取单元输出的星座点，x₂为已知当前层输入下另一层最近的星座点，所述第二单层最短距离单元的个数由第二层的调制方式决定，所述调制方式包括：QPSK调制、16QAM调制和64QAM调制；

第二软比特计算单元，用于针对第二层的每个比特，依据所述最小欧式距离D选取当前比特位为1的，并一一比较获取最小值记为d1；及收集当前比特位为0的输入对应的欧式距离，并一一比较获取最小值记为d0；计算d1与d0之间的差值得到当前层的软比特。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，当当前调制方式为QPSK时，所述取值选择单元，用于选取所有的星座点作为可能输入的星座点用于遍历；

当当前调制方式为16QAM时，所述取值选择单元，用于根据所述第一最小欧式距离选取具有所述第一最小欧式距离的输入星座点，及将按照所述输入星座点的实部或虚部确定搜索范围内的星座点作为可能输入的星座点用于遍历；

当当前调制方式为64QAM时，所述取值选择单元，用于根据所述第一最小欧式距离选取具有所述第一最小欧式距离的输入星座点，及将按照所述输入星座点的实部或虚部确定搜索范围内的星座点作为可能输入的星座点用于遍历。

10.一种均衡方法，其特征在于，应用于长期演进LTE系统中空分复用模式下，包括：

信道响应预编码单元接收信道响应H_c进行预编码，获取等效信道响应H，并分别输出作为第一层信号和第二层信号的等效信道响应；

参数处理单元接收所述第一层信号和第二层信号的等效信道响应，并按层进行功率归一化处理，并分别记为h₁和h₂，以及利用h₁、h₂和接收到的接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量r进行预处理，获取5个新参数t1、t2、t3、t4和t5，并依据预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系，发送所述新参数t1、t2、t3、t4和t5；

其中， $t1=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_1\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t2=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_1\left(k\right)\right|}^2,$ $t3=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t4=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_2\left(k\right)\right|}^2,$ $t5=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*h_1\left(k\right);$ NR为系统的接收端的接收天线个数，k为比特位，conj()为共轭复数函数；

针对第一层信号的检测，由位于第一层的所述单层均衡器依据接收到的5个新参数计算出已知第一层输入的条件下第一层的多个最小欧式距离，并依据各个所述第一层最小欧式距离计算并输出第一层软比特；

针对第二层信号的检测，由位于第二层的所述单层均衡器依据接收到的5个新参数计算已知第二层输入的条件下第二层的多个最小欧式距离，并依据各个所述第二层最小欧式距离计算并输出第二层软比特。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系包括：

针对位于第一层的单层均衡器，端口hr1对应t1；端口h1h1对应t2；端口h2r对应t3；端口h2h2对应t4；端口h2h1对应t5；

针对位于第二层的单层均衡器，端口hr1对应t3；端口h1h1对应t4；端口h2r对应t1；端口h2h2对应t2；端口h2h1对应conj(t5)，conj()为共轭复数函数。

12.一种均衡方法，其特征在于，应用于长期演进LTE系统中空分复用模式下，包括：

信道响应预编码单元接收信道响应H_c进行预编码，获取等效信道响应H，并分别输出作为第一层信号和第二层信号的等效信道响应；

参数处理单元接收所述第一层信号和第二层信号等效信道响应，并按层进行功率归一化处理，并分别记为h₁和h₂，以及利用h₁、h₂和接收到的接收端NR根接收天线收到的数据信号矢量r进行预处理，获取5个新参数t1、t2、t3、t4和t5，并依据预设的参数与位于不同层中的单层均衡器端口的映射关系，发送所述新参数t1、t2、t3、t4和t5；

其中， $t1=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_1\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t2=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_1\left(k\right)\right|}^2,$ $t3=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*r\left(k\right),$ $t4=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_2\left(k\right)\right|}^2,$ $t5=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{NR}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{conj}\left(h_2\left(k\right)\right)*h_1\left(k\right);$ NR为系统的接收端的接收天线个数，k为比特位，conj()为共轭复数函数；

针对第一层信号的检测，由位于第一层的所述单层均衡器依据接收到的5个新参数计算出第一层各个已知输入各自对应的第一最小欧式距离，并依据计算出的各个所述第一层最小欧式距离计算并输出第一层软比特；

针对第二层信号的检测，所述第二均衡器依据接收到的所述单层均衡器中生成的各个所述第一最小欧式距离，获取第二层中的多个输入各自对应的第二最小欧式距离，再利用各个所述第二最小欧式距离计算获取第二层的软比特并输出。

13.一种LTE系统，其特征在于，包括权利要求1～9中任意一项所述的均衡装置。

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