CN106231624B - 用于通信系统的信号检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种用于通信系统的信号检测方法和装置,能够提高接收端的信号检测能力。该方法包括:步骤S1、获取信道矩阵H;步骤S2、对所述信道矩阵H进行QR分解,得到等效信道矩阵;步骤S3、基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测,得到第k层信号的检测结果;步骤S4、基于所述检测结果判断是否需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理;以及步骤S5、在需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理时,对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理,其中执行分层禁忌搜索算法处理的最大迭代次数依据Nt和k的值来确定。
Description
技术领域
本公开实施例涉及通信领域,尤其涉及大规模多输入多输出(Multi-InputMulti-Output,MIMO)通信系统,具体地,涉及一种用于通信系统的信号检测方法和装置。
背景技术
由于移动通信信道中存在各种衰落、多径干扰、多用户干扰、热噪声和功率限制等因素,因此,接收端信号检测的性能对整个通信系统的通信质量有着至关重要的影响。
因此,需要一种复杂度低且能够提高信号检测能力的技术来提高接收端的信号检测能力。
发明内容
本公开实施例的目的是提供一种用于通信系统的信号检测方法和装置,其根据信道矩阵维度的变化,自适应地改变分层禁忌搜索算法的迭代次数,因此能提高高阶调制模式下的信号检测能力,进而能够提高接收端的信号检测能力。
为了实现上述目的,本公开提供一种用于通信系统的信号检测方法,该方法包括:
步骤S1、获取信道矩阵H;
步骤S2、对所述信道矩阵H进行QR分解,得到等效信道矩阵
其中,Nr是基站的接收天线数量,Nt是基站所服务的用户的数量,k=1,2,…2Nt;
步骤S3、基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测,得到第k层信号的检测结果rk;
步骤S4、基于所述检测结果rk判断是否需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理;以及
步骤S5、在需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理时,对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理,其中执行分层禁忌搜索算法处理的最大迭代次数依据Nt和k的值来确定。
可选地,所述基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测通过以下公式来完成:
其中, 为的第k个元素,为已检测得到的向量,为的第l个元素,为的第l个元素,y为接收数据。
可选地,步骤S4包括:
步骤S41、查找符号集A中与所述检测结果rk欧氏距离最短的星座点aq;
步骤S42、确定第k层信号判决值
步骤S43、在所述检测结果rk与所述判决值相减的绝对值大于等于预设值时,确定需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理。
可选地,所述预设值为σdmin,其中σ是预设常数,dmin是最短的欧式距离。
可选地,所述最大迭代次数由以下公式得到:
max-iter=max((2Nt-k)*20,1000)
本公开还提供一种用于通信系统的信号检测装置,该装置包括:
信道矩阵获取模块,用于获取信道矩阵H;
QR分解模块,用于对所述信道矩阵H进行QR分解,得到等效信道矩阵
其中,Nr是基站的接收天线数量,Nt是基站所服务的用户的数量,k=1,2,…2Nt;
检测模块,用于基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测,得到第k层信号的检测结果rk;
判断模块,用于基于所述检测结果rk判断是否需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理;以及
分层禁忌搜索算法执行模块,用于在需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理时,对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理,其中执行分层禁忌搜索算法处理的最大迭代次数依据Nt和k的值来确定。
可选地,所述检测模块通过以下公式来得到第k层信号的检测结果rk:
其中, 为的第k个元素,为已检测得到的向量,为的第l个元素,为的第l个元素,y为接收数据。
可选地,所述判断模块包括:
查找子模块,用于查找符号集A中与所述检测结果rk欧氏距离最短的星座点aq;
判决值确定子模块,用于确定第k层信号判决值
分层禁忌搜索算法确定子模块,用于在所述检测结果rk与所述判决值相减的绝对值大于等于预设值时,确定需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理。
可选地,所述预设值为σdmin,其中σ是预设常数,dmin是最短的欧式距离。
可选地,所述最大迭代次数由以下公式得到:
max-iter=max((2Nt-k)*20,1000)
通过上述技术方案,由于根据本公开实施例的方法和装置在对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理时所选的最大迭代次数依据Nt和k的值来确定,因此该最大迭代次数是自适应的,不仅能够降低算法的复杂度,而且还能够增强搜索能力并提高信号检测性能。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本公开,但并不构成对本公开的限制。在附图中:
图1为大规模MIMO系统的上行链路模型图;
图2是根据本公开一种实施例的用于通信系统的信号检测方法的流程图;
图3是根据本公开又一实施例的用于通信系统的信号检测方法的流程图;
图4为16-QAM调制模式下不同信号检测方法的误码率性能;
图5为64-QAM调制模式下不同信号检测方法的误码率性能;
图6为16-QAM调制模式下不同信号检测方法的复杂度对比图;
图7为64-QAM调制模式下不同信号检测方法的复杂度对比图;
图8是根据本公开一种实施例的用于通信系统的信号检测装置的示意框图;以及
图9是根据本公开又一实施例的判断模块的示意框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开,并不用于限制本公开。
在详细介绍根据本公开实施例的用于通信系统的信号检测方法和装置之前,首先介绍一下本公开实施例的应用场景。通常,大规模MIMO系统中会有Nt个用户和一个基站。每个用户有一根发送天线,基站有Nr根接收天线,其中Nr≥Nt。图1为大规模MIMO系统上行链路模型图。
本公开实施例提供一种用于通信系统的信号检测方法,如图1所示,该方法可以包括以下步骤S1至S4。
步骤S1、获取信道矩阵H。
其中,这里的信道矩阵H是将原来的复数信道等效为实数信道后所得到的信道矩阵。
另外,信道矩阵H可以表示为H=LU,其中L为酉矩阵LLH=E,U为上三角矩阵。
步骤S2、对所述信道矩阵H进行QR分解,得到等效信道矩阵
其中,Nr是基站的接收天线数量,Nt是基站所服务的用户的数量,k=1,2,…2Nt;
步骤S3、基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测,得到第k层信号的检测结果rk;
步骤S4、基于所述检测结果rk判断是否需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理;以及
步骤S5、在需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理时,对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理,其中执行分层禁忌搜索算法处理的最大迭代次数依据Nt和k的值来确定。
其中,在对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理时,等效信道矩阵的计算值可由公式(1)给出。等效初值等效接收信号的计算值可由以下公式(2)和(3)给出:
另外,在不同的调制模式下,分层禁忌搜索算法的各个参数也不相同,以下表1中给出了示例性的分层禁忌搜索算法的参数参照表。
表1分层禁忌搜索算法处理用到的仿真参数示例
在表1中,P0为初始禁忌周期,β、α1、α2为停止准则中的给定参数,控制迭代次数减小复杂度。min-iter、max-iter分别为最小、最大迭代次数。
另外,等效信道矩阵的维度随着检测层数k的减小而增大。等效信道矩阵的维度增大,解候选值越多,此时如果搜索步数较小会导致还没有搜索到优质解就重新从一个随机值开始搜索;用较大的最大搜索步数可以使搜索的范围更广,增强搜索能力和提高信号检测性能。因此,在根据本公开实施例的方法中,将最大迭代次数设置成自适应的值,其随着天线数目和检测层数k的变化而变化,在等效信道矩阵维度较小时,用较小的最大搜索步数避免迂回搜索,在等效信道矩阵维度较大时,用较大的最大搜索步数让搜索的有效范围更广,这样就能够基于等效信道矩阵的维度变化来自适应的改变最大迭代次数,也即最大搜索步数。例如,最大迭代次数可由以下公式得到:
max-iter=max((2Nt-k)*20,1000) (4)
通过上述技术方案,由于根据本公开实施例的方法在对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理时所选的最大迭代次数依据Nt和k的值来确定,因此该最大迭代次数是自适应的,不仅能够降低算法的复杂度,而且还能够增加有效搜索范围,增强搜索能力,提高信号检测性能,提高高阶调制模式的误码率(BER)性能,保障了系统的可靠传输。
可选地,所述基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测通过以下公式来完成:
其中, 为的第k个元素,为已检测得到的向量,为的第l个元素,为的第l个元素,y为接收数据。
通过公式(2),就能够在对第k层信号进行检测时,消除第k+1到2Nt层的干扰,从而提高信号检测的准确性。
可选地,步骤S4可以包括:
步骤S41、查找符号集A中与所述检测结果rk欧氏距离最短的星座点aq。其中,符号集A指的是调制后符号的幅度值的集合。
步骤S42、确定第k层信号判决值也即基于该判决值能够判断是否需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理;
步骤S43、在所述检测结果rk与所述判决值相减的绝对值大于等于预设值时,确定需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理。其中,所述预设值为σdmin,其中σ是预设常数,若σ设置的越大,则执行步骤S5的概率越小,算法的性能就越差,反之,则算法的性能越好,但算法的复杂度越高,因此σ需要取一个合适的值,在几种QAM调制模式当中,σ可以为0.1至0.5,优选为0.25;dmin是最短的欧式距离,对于4-QAM、16-QAM、64-QAM而言,dmin可以为1-3,优选为2。
图2示出了根据本公开实施例的方法的另一流程图。如图2所示,该方法可以包括以下步骤:
步骤S21、获取信道矩阵H;
步骤S22、对信道矩阵H进行QR分解,得到等效信道矩阵并使检测层数k=2Nt,也即从第2Nt层开始进行检测,因为此时没有其他层的干扰。
步骤S23、基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测,得到第k层信号的检测结果:
步骤S24、查找符号集A中与所述检测结果rk欧氏距离最短的星座点aq
步骤S25、确定第k层信号判决值
步骤S26、判断rk与aq相减的绝对值是否大于等于σdmin,如果是,则转至步骤S27,否则转至步骤S28。
步骤S27、对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理,并更新所得到的解向量其中执行分层禁忌搜索算法处理的最大迭代次数依据Nt和k的值来确定。
步骤S28、判断检测层数k是否等于1,即判断是否检测达到最后一层。如果是,则进入步骤S30,否则,进入步骤S29;
步骤S29、使检测层数k=k-1,并转至步骤S23。
步骤S30、输出最终解向量
以下结合图4和图5来说明根据本公开实施例的方法的优异性。
图4和图5分别为16-QAM、64-QAM调制方式下、天线数目等于32时,不同信号检测方法的误码性能对比。从图中可以看出,相比于LTS算法、传统RTS算法、R3TS算法,根据本公开实施例的信号检测方法的误码率(BER)性能是最佳的。
另外,由于算法执行过程是一个随机搜素的过程,不能定量的计算系统的复杂度。所以采用matlab中的LightspeedMatlab工具箱对检测过程中执行的实数浮点运算次数进行统计来表征信号检测的复杂度。图6、图7分别为16-QAM、64-QAM调制下、天线数目等于32时,不同信号检测方法所需要的每符号平均实数浮点运算次数。相比于LTS算法、传统RTS算法、R3TS算法,根据本公开实施例的方法所需的复杂度较小,易于实现。
本公开实施例还提供一种用于通信系统的信号检测装置,如图8所示,该装置可以包括:
信道矩阵获取模块801,用于获取信道矩阵H;
QR分解模块802,用于对所述信道矩阵H进行QR分解,得到如以上公式(1)所示的等效信道矩阵
检测模块803,用于基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测,得到第k层信号的检测结果rk;
判断模块804,用于基于所述检测结果rk判断是否需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理;以及
分层禁忌搜索算法执行模块805,用于在需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理时,对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理,其中执行分层禁忌搜索算法处理的最大迭代次数依据Nt和k的值来确定。所述最大迭代次数由以下公式max-iter=max((2Nt-k)*20,1000)得到。
可选地,所述检测模块803可以通过以上公式(5)来得到第k层信号的检测结果rk。
可选地,如图9所示,所述判断模块804可以包括:
查找子模块901,用于查找符号集A中与所述检测结果rk欧氏距离最短的星座点aq;
判决值确定子模块902,用于确定第k层信号判决值也即基于该判决值能够判断是否需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理;以及
分层禁忌搜索算法确定子模块903,用于在所述检测结果rk与所述判决值相减的绝对值大于等于预设值时,确定需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理。其中,所述预设值为σdmin,其中σ是预设常数,dmin是最短的欧式距离。
根据本公开实施例的装置中的各个模块所执行的操作的具体实现方式已经结合根据本公开实施例的方法进行了详细描述,此处不再赘述。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式,但是,本公开并不限于上述实施方式中的具体细节,在本公开的技术构思范围内,可以对本公开的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本公开的思想,其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (10)
1.一种用于通信系统的信号检测方法,其特征在于,该方法包括:
步骤S1、获取信道矩阵H,其中H=LU,其中L为酉矩阵LLH=E,U为上三角矩阵;
步骤S2、对所述信道矩阵H进行QR分解,得到等效信道矩阵 ,
其中,Nr是基站的接收天线数量,Nt是基站所服务的用户的数量,k=1,2,…,2Nt,所述等效信道矩阵中的各个矩阵元素表示所述上三角矩阵U的第i行、第j列元素,其中i=1,2,…2Nr,j=1,2,…2Nt;
步骤S3、基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测,得到第k层信号的检测结果rk;
步骤S4、基于所述检测结果rk判断是否需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理;以及
步骤S5、在需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理时,对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理,其中执行分层禁忌搜索算法处理的最大迭代次数依据Nt和k的值来确定。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测通过以下公式来完成:
,
其中, 为的第k个元素,为已检测得到的向量,为的第l个元素,为的第l个元素,y为接收数据。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S4包括:
步骤S41、查找符号集A中与所述检测结果rk欧氏距离最短的星座点aq;
步骤S42、确定第k层信号判决值
步骤S43、在所述检测结果rk与所述判决值相减的绝对值大于等于预设值时,确定需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述预设值为σdmin,其中σ是预设常数,dmin是最短的欧式距离。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的方法,其特征在于,所述最大迭代次数由以下公式得到:
max-iter=max((2Nt-k)*20,1000) 。
6.一种用于通信系统的信号检测装置,其特征在于,该装置包括:
信道矩阵获取模块,用于获取信道矩阵H,其中H=LU,其中L为酉矩阵LLH=E,U为上三角矩阵;
QR分解模块,用于对所述信道矩阵H进行QR分解,得到等效信道矩阵
,
其中,Nr是基站的接收天线数量,Nt是基站所服务的用户的数量,k=1,2,…2Nt,所述等效信道矩阵中的各个矩阵元素表示所述上三角矩阵U的第i行、第j列元素,其中i=1,2,…2Nr,j=1,2,…2Nt;
检测模块,用于基于所述等效信道矩阵对第k层信号进行检测,得到第k层信号的检测结果rk;
判断模块,用于基于所述检测结果rk判断是否需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理;以及分层禁忌搜索算法执行模块,用于在需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理时,对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理,其中执行分层禁忌搜索算法处理的最大迭代次数依据Nt和k的值来确定。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述检测模块通过以下公式来得到第k层信号的检测结果rk:
,
其中, 为的第k个元素,为已检测得到的向量,为的第l个元素,为的第l个元素,y为接收数据。
8.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述判断模块包括:
查找子模块,用于查找符号集A中与所述检测结果rk欧氏距离最短的星座点aq;
判决值确定子模块,用于确定第k层信号判决值
分层禁忌搜索算法确定子模块,用于在所述检测结果rk与所述判决值相减的绝对值大于等于预设值时,确定需要对第k层信号执行分层禁忌搜索算法处理。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述预设值为σdmin,其中σ是预设常数,dmin是最短的欧式距离。
10.根据权利要求6至9中任一权利要求所述的装置,其特征在于,所述最大迭代次数由以下公式得到:
max-iter=max((2Nt-k)*20,1000) 。
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一种低复杂度的MIMO迭代检测算法;徐琳等;《计算机应用研究》;20120215;第29卷(第2期);第739、740、753页 * |
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