CN105406909B - 基于内迭代干扰消除的mimo检测方法及系统 - Google Patents

基于内迭代干扰消除的mimo检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法，包括如下步骤：S1、接收信号y左乘信道矩阵HH；S2、初始估计符号序列s＝0；S3、根据接收信号y计算HHH的主对角元素；S4、根据最小欧氏距离准则在星座空间内搜索最优判决符号sDDE，将最优判决符号sDDE作为接收符号进行输出；S5、根据所述S4步骤输出的信息计算干扰项；S6、所述接收符号减去所述干扰项，得到更新的接收符号；S7、使用所述更新的接收符号更新所述判决符号，得到更新的判决符号；S8、重复执行所述S4‑S7步骤，当重复次数达到预设值时，输出当前S6步骤的结果。相比传统的检测方法，本发明的检测方法运用在大规模MIMO系统中，不涉及矩阵乘法和矩阵求逆运算，能够降低检测算法的复杂度，提高检测算法的性能。

Description

基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法及系统。
背景技术
MIMO(Multiple Input Multiple Output)技术能有效地提高系统容量和频谱效率，已经被3GPP LTE/LTE-Advanced和IEEE 802.16e/802.16m WiMax等无线协议所采纳。而在未来通信中，对通信速率和吞吐量以及能量效率的要求成倍增加。为此，大规模MIMO系统引起了技术工程师们极大的关注。较小规模MIMO系统，大规模MIMO系统有更高的传输速率和能量效率，并且MIMO检测算法能够简单的进行线性处理，而小规模MIMO系统的诸如MMSE和ZF检测算法会随着接收天线数量增加会达到理论的传输极限。
由于传统的检测算法在进行干扰消除时总涉及矩阵乘法或矩阵求逆运算，因此在大规模MIMO系统中使用传统的检测算法会导致极高的计算复杂度，同时传统的检测算法的检测性能也比较差。
发明内容
为了解决这些潜在问题，本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种运算复杂度小、检测性能高的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法及系统。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法，包括如下步骤：
S1、接收信号y左乘信道矩阵HH；
S2、初始估计符号序列s＝0；
S3、根据接收信号y计算HHH的主对角元素；
S4、根据最小欧氏距离准则在星座空间内搜索最优判决符号sDDE，将最优判决符号sDDE作为接收符号进行输出；
S5、根据所述S4步骤输出的信息计算干扰项；
S6、所述接收符号减去所述干扰项，得到更新的接收符号；
S7、使用所述更新的接收符号更新所述判决符号，得到更新的判决符号；
S8、重复执行所述S4-S7步骤，当重复次数达到预设值时，输出当前S6步骤的结果；
进一步地，所述S8步骤为：
重复执行所述S4-S7步骤，当更新的判决符号满足预设的迭代停止准则时，输出当前S6步骤的结果。
进一步地，在所述重复执行所述S4-S7步骤中，S4步骤为：根据最小欧氏距离准则在搜索半径内搜索最优判决符号sDDE，将最优判决符号sDDE作为接收符号进行输出。
进一步地，还包括如下步骤：
S9、根据所述步骤S8输出的结果和信道矩阵计算比特流的软LLR值，为d±k,b G＝y-Hs±k,b G,其中y是接收向量，H为信道矩阵,为迭代停止时输出的估计符号向量并使第k个符号的第b比特为1或0，||d+k,b G||2-||d-k,b G||2即为相应比特位置输出的似然值LLR，||·||2为向量2范数。
本发明同时提供一种基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统，该系统用于实现本发明所述的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法，包括信道估计模块、 噪声估计模块、MIMO检测模块，所述信道估计模块、噪声估计模块均连接所述MIMO检测模块，
所述信道估计模块用于得到信道矩阵H，所述噪声估计模块用于得到噪声功率σ2，所述MIMO检测模块用于接收信号y，信道矩阵H、噪声功率σ2，计算得到最优判决符号sDDE并进行输出；
还包括干扰项计算模块，所述干扰项计算模块连接所述MIMO检测模块，
所述MIMO检测模块还用于将所述判决符号输出到所述干扰项计算模块；
所述干扰项计算模块用于对所述判决符号进行干扰消除，得到更新的判决符号，并将所述更新的判决符号发送至所述MIMO检测模块；
还包括迭代判断模块，所述迭代判断模块一端连接所述MIMO检测模块、另一端连接所述干扰项计算模块，用于判断所述判决符号是否满足输出条件，若是，则进行输出，若否，则输出至所述干扰项计算模块。
进一步地，所述输出条件为判断所述判决符号循环输出至所述干扰项计算模块的次数是否达到预定值。
进一步地，所述输出条件为判断所述判决符号是否满足预设的迭代停止准则。
与现有技术相比，本发明的有益效果
1、本发明的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法对检测算法输出的信号进行干扰消除，并进行迭代检测，相比传统的检测方法，本发明的检测方法，不涉及矩阵乘法和求逆运算，运用在大规模MIMO系统中能够降低检测算法的复杂度，提高检测算法的性能。
2、本发明的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法内迭代过程中，采用部分搜索方法，在首次搜索时对整个星座空间搜索，而在迭代中将范围缩小至 对应的搜索半径内，同时每一次迭代都在前一次的基础上进行干扰消除，进一步降低计算复杂度，从而也进一步的提高了检测性能。
附图说明
图1所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法流程图。
图2所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法流程图。
图3所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统模块框图。
图4所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统信号接收部分结构图。
图5所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统模块框图。
图6所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统信号干扰项计算部分结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：
图1所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO 检测方法流程图，包括如下步骤：
S1、接收信号y左乘信道矩阵HH；
S2、初始估计符号序列s＝0；
S3、根据接收信号y计算HHH的主对角元素；
S4、根据最小欧氏距离准则在星座空间内搜索最优判决符号sDDE，将最优判决符号sDDE作为接收符号进行输出；
本发明的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法采用对角占优检测算法(Diagonally Dominant Estimation,DDE)，该算法不涉及矩阵乘法和矩阵求逆运算，因而较传统的MIMO检测算法，其计算复杂度更低，从而提高了检测效率和检测性能。
S5、根据所述S4步骤输出的信息计算干扰项；
S6、所述接收符号减去所述干扰项，得到更新的接收符号；
S7、使用所述更新的接收符号更新所述判决符号，得到更新的判决符号；
S8、重复执行所述S4-S7步骤，当重复次数达到预设值时，输出当前S6步骤的结果。
本发明的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法对检测算法输出的信号进行干扰消除，并进行迭代检测，相比传统的检测方法，本发明的检测方法，整个检测算法(包括DDE和干扰消除)不涉及矩阵的乘法和矩阵求逆，运用在大规模MIMO系统中能够降低检测算法的复杂度，提高检测算法的性能。
进一步地，所述S8步骤为：
重复执行所述S4-S7步骤，当更新的判决符号满足预设的迭代停止准则时，输出当前S6步骤的结果。
进一步地，在所述重复执行所述S4-S7步骤中，S4步骤为：根据最小欧 氏距离准则在搜索半径内搜索最优判决符号sDDE，将最优判决符号sDDE作为接收符号进行输出。
本发明的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法内迭代过程中，采用部分搜索方法，在首次搜索时对整个星座空间搜索，而在迭代中将范围缩小至对应的搜索半径内，同时每一次迭代都在前一次的基础上进行干扰消除，进一步降低计算复杂度，从而也进一步的提高了检测性能。
进一步地，还包括如下步骤：
S9、根据所述步骤S8输出的结果和信道矩阵计算比特流的软LLR值，为d±k,b G＝y-Hs±k,b G,其中y是接收向量，H为信道矩阵,为迭代停止时输出的估计符号向量并使第k个符号的第b比特为1或0，||d+k,b G||2-||d-k,b G||2即为相应比特位置输出的似然值LLR，||·||2为向量2范数。
具体的，参看图2，图2所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法流程图，包括如下步骤：
步骤201：接收向量y左乘信道矩阵HH，得到第k个发送符号的信号增益和噪声加干扰(Noise plus Interference,NPI)其中，hki表示信道矩阵H的第k行第i列元素，*表示取共轭，sj为发送的第j个星座符号，ni为加性高斯白噪声。
步骤202：初始迭代次数i＝0；
步骤203：计算HHH的对角元素。
步骤204：迭代变量判断，若i＝0,转到步骤205；否则转到步骤206；
步骤205：初始发送符号S＝0；
步骤206：根据调制方式选择搜索半径r；
步骤207：若i＝0，在星座空间内，根据集合s＝map(b)∈θM中距离接收值的距离最 短的星座点作为相应发送符号的估计，可得到相应地sDDE；若i>0，在搜索半径内，则根据集 合 来搜索最优符号， 其中，为估计的发送符号序列中第k个星座符号，为估计第k个发送符号时搜索的星 座空间，a,b分别为调制星座中星座间的横、纵轴最短距离，r为搜索半径，且在16-QAM调制 时，r＝1；64-QAM调制时，r＝2。
步骤208：根据估计得到的sDDE和λSG，可计算得到干扰项λSI，
其中其中hki表示信道 矩阵H的第k行第i列元素，*表示取共轭，为DDE估计发送的第j个星座符号，s'k为第k个 符号搜索空间中的一个星座符号；
步骤209：将估计的接收符号减去干扰项作为更新的接收符号；
步骤210：更新迭代标志i＝i+1；
步骤211：将步骤309的结果送至模块307，再次执行步骤307，得到更新的判决符号sDDE+1；
步骤212：重复步骤204和步骤211，直到迭代次数达到预设值或者满足设定的迭代停止准则时停止迭代，输出判决结果。
作为一种优选的实施方式，如果MIMO检测器后再接软输入软输出(Soft-In-Soft-Out，SISO)信道译码器，可增加步骤213。
步骤213：根据所述步骤S8输出的结果和信道矩阵计算比特流的软LLR值，为d±k,b G＝y-Hs±k,b G，其中y是接收向量，H为信道矩阵,为迭代停止时输出的估计符号向量并使第k个符号的第b比特为1或0，||d+k,b G||2-||d-k,b G||2即为相应比特位置输出的似然值LLR，||·||2为向量2范数。
本发明的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法对DDE算法输出的信号进行干扰消除，并进行迭代检测，从而进一步的提高了检测性能。
本发明同时提供基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统，图3所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统模块框图，该系统用于实现本发明所述的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法，包括信道估计模块21、噪声估计模块22、MIMO检测模块23，所述信道估计模块21、噪声估计模块22均连接所述MIMO检测模块23，
所述信道估计模块21用于得到信道矩阵H，所述噪声估计模块22用于得到噪声功率σ2，所述MIMO检测模块23用于接收信号y，信道矩阵H、噪声功率σ2，计算得到最优判决符号sDDE并进行输出。
具体的，在一个实施例中，图4所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统信号接收部分结构图，首先，信道输出信号y与信道矩阵的Hermite矩阵的第k行元素进入403模块按照向量乘法相乘，将结果送入404模块进行分离得到信号部分和噪声加干扰(NPI)部分。
图5所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统模块框图，还包括干扰项计算模块24，所述干扰项计算模块24连接所述MIMO检测模块23，
所述MIMO检测模块23还用于将所述判决符号输出到所述干扰项计算模块24；
所述干扰项计算模块24用于对所述判决符号进行干扰消除，得到更新的判决符号，并将所述更新的判决符号发送至所述MIMO检测模块23。
进一步地，还包括迭代判断模块25，所述迭代判断模块25一端连接所述MIMO检测模块23、另一端连接所述干扰项计算模块24，用于判断所述判决符 号是否满足输出条件，若是，则进行输出，若否，则输出至所述干扰项计算模块24。
具体的，参看图6，图6所示是本发明的一个具体实施例示出的基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统信号干扰项计算部分结构图，以计算的k个发送符号的干扰项为例，Hi[k]表示信道矩阵的第i行除去第k个元素后的向量，分别与估计符号sDDE除去对应元素送入601模块，按照向量乘法计算，再将向量乘法模块结果与对应的后级乘法器模块603相乘，将结果送入向量求和模块602进行求和，输出结果为干扰项。
进一步地，所述输出条件为判断所述判决符号循环输出至所述干扰项计算模块的次数是否达到预定值。
进一步地，所述输出条件为判断所述判决符号是否满足预设的迭代停止准则。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (7)

1.一种基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、接收信号y左乘信道矩阵HH；
S2、初始估计符号序列s＝0；
S3、根据接收信号y计算HHH的主对角元素；
S4、根据最小欧氏距离准则在星座空间内搜索最优判决符号sDDE，将最优判决符号sDDE作为接收符号进行输出；
S5、根据所述S4步骤输出的信息计算干扰项；
S6、所述接收符号减去所述干扰项，得到更新的接收符号；
S7、使用所述更新的接收符号更新所述判决符号，得到更新的判决符号；
S8、重复执行所述S4-S7步骤，当重复次数达到预设值时，输出当前S6步骤的结果；
其中，S4步骤包括：根据调制方式选择搜索半径r；若迭代次数＝0，在星座空间内，根据集合s＝map(b)∈θM中距离接收值的距离最短的星座点作为相应发送符号的估计，得到相应的sDDE；若迭代次数>0，在搜索半径内，则根据集合 来搜索最优符号，其中，为估计的发送符号序列中第k个星座符号，为估计第k个发送符号时搜索的星座空间，a，b分别为调制星座中星座间的横、纵轴最短距离；
其中，S5步骤包括：根据估计得到的sDDE和λSG，计算得到干扰项λSI；其中hki表示信道矩阵H的第k行第i列元素，*表示取共轭，为DDE估计发送的第j个星座符号，S′k为第k个符号搜索空间中的一个星座符号。
2.根据权利要求1所述的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法，其特征在于，所述S8步骤为：
重复执行所述S4-S7步骤，当更新的判决符号满足预设的迭代停止准则时，输出当前S6步骤的结果。
3.根据权利要求1或2所述的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法，其特征在于，在所述重复执行所述S4-S7步骤中，S4步骤为：根据最小欧氏距离准则在搜索半径内搜索最优判决符号sDDE，将最优判决符号sDDE作为接收符号进行输出。
4.根据权利要求3所述的基于内迭代干扰消除的MIMO检测方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S9、根据所述步骤S8输出的结果和信道矩阵计算比特流的软LLR值，为d±k，b G＝y-Hs±k，b G，其中，y是接收信号，H为信道矩阵为迭代停止时输出的估计符号向量并使第k个符号的第b比特为1或0，||d+k，b G||2-||d-k，b G||2即为相应比特位置输出的似然值LLR，||·||2为向量2范数。
5.一种基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统，用于实现如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，包括信道估计模块、噪声估计模块、MIMO检测模块，所述信道估计模块、噪声估计模块均连接所述MIMO检测模块，
所述信道估计模块用于得到信道矩阵H，所述噪声估计模块用于得到噪声功率σ2，所述MIMO检测模块用于接收信号y，信道矩阵H、噪声功率σ2，计算得到最优判决符号sDDE并进行输出
还包括干扰项计算模块，所述干扰项计算模块连接所述MIMO检测模块，
所述MIMO检测模块还用于将所述判决符号输出到所述干扰项计算模块；
所述干扰项计算模块用于对所述判决符号进行干扰消除，得到更新的判决符号，并将所述更新的判决符号送至所述MIMO检测模块；
还包括迭代判断模块，所述迭代判断模块一端连接所述MIMO检测模块、另一端连接所述干扰项计算模块，用于判断所述判决符号是否满足输出条件，若是，则进行输出，若否，则输出至所述干扰项计算模块。
6.根据权利要求5所述的基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统，其特征在于，所述输出条件为判断所述判决符号循环输出至所述干扰项计算模块的次数是否达到预定值。
7.根据权利要求5所述的基于内迭代干扰消除的MIMO检测系统，其特征在于，所述输出条件为判断所述判决符号是否满足预设的迭代停止准则。
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