CN106982106B

CN106982106B - 递归子块解码

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Publication number: CN106982106B
Application number: CN201611226092.0A
Authority: CN
Inventors: A·梅杰里; M-A·柯斯巴; G·雷卡亚本-奥斯曼
Original assignee: Institut Mines Telecom IMT
Current assignee: Institut Mines Telecom IMT
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2036-12-27
Also published as: CN106982106A; US9948364B2; US20170187432A1; EP3188394A1; KR20170077832A; KR101904011B1; EP3188394B1

Abstract

本发明涉及递归子块解码。本发明的实施例提供了一种用于对通过通信系统中的传输信道接收到的数据信号进行子块解码的解码器，传输信道由上三角矩阵表示，信号携带发送的符号，每个符号携带信息比特集合，其中，解码器包括：处理单元(213)，其被配置为在给定目标服务质量度量的情况下确定至少一个子块解码参数；子块解码单元(214)，其被配置为根据将上三角矩阵划分为多个子矩阵，基于该至少一个子块解码参数，将数据信号划分为多个子向量，子块解码单元(214)还被配置为根据子向量确定发送的符号的每个子向量的至少一个估计，并且根据该估计确定发送的符号的估计。

Description

递归子块解码

技术领域

概括地说，本发明涉及数字通信，具体而言，涉及用于解码数据信号的方法和设备。

背景技术

无线网络中的传输信道经受由传输的信号跨越的多个路径所引起的衰落和干扰。这些效应导致信息损失，其使得接收机不能有效解码预期的信息分组。对该问题的一个解决方案包括通过呈现不同衰落特性的不同链路来发送相同信息。因此，相同信号的许多复本在接收机处可用。结果，接收机可以使用受传输信道影响较小的复本来可靠地恢复期望的消息。

不同的分集技术可以用于通过利用不同的自由度(例如，时间、空间和频率)来提供相同信号的许多复本。例如在多输入多输出(MIMO)系统中使用时间和空间分集技术。可以使用多个天线和/或多个时隙提供相同信号的不同复本。例如在OFDM系统中使用频率分集来使用多个正交子载波提供不同复本。例如在直接序列码分多址系统(DS-CDMA)中使用多径分集。

当同时使用不同的分集技术时，系统所实现的全局分集阶数表示由每种技术单独获得的局部阶数的乘积。全局分集阶数表示在接收机处可用于解码发送符号的原始信号的独立复本的数量。其表征通信系统的可靠性。

一些分集技术显著影响了许多成功的通信系统的设计，例如，MIMO技术。空间和时间分集技术的组合允许增加系统容量。

MIMO技术已被并入在诸如无线LAN(WiMAX IEEE 802.16)或蜂窝移动网络(3G和4G)的若干标准中，并且应用于不同应用中，例如，涉及装备有多个天线的中继站的协作通信。

MIMO系统的一个主要挑战是适于增加实时服务和应用的数据速率方面的需求。另一个挑战是在接收机处实现低复杂度解码器，其能够提供所需的服务质量同时消耗低的功率和低的计算资源。

接收机设备实现解码算法，该解码算法传送对来自发射机的传递的信号的估计。

存在若干解码算法，并且其实际使用取决于在服务质量(QoS)规范中所需的性能和可用硬件资源(例如，计算和存储器(存储)供应)而不同。可以使用最大似然(ML)解码算法来获得误码率和可实现的分集阶数方面的最优性能。最优可实现的分集阶数指明由通信系统提供的最大全局分集阶数。示例性ML解码算法包括序列格(lattice)解码器，例如：

-在“E.Viterbo and J.Boutros.A universal lattice code decoder forfading channels.IEEE Transactions on Information Theory,45(5):1639-1642,July1999.”中所公开的球形解码器，

-在“R.Fano.A heuristic discussion of probabilistic decoding.IEEETransactions on Information Theory,9(2):64-74,1963”中所公开的堆栈解码器，以及

-在“G.R.Ben-Othman,R.Ouertani,and A.Salah.The spherical bound stackdecoder.In Proceedings of International Conference on Wireless and MobileComputing,pages 322-327,October 2008”中所公开的球形界(SB)堆栈解码器。

然而，这些解码器需要高计算复杂度，其可能超过可用的资源。序列ML解码器的复杂度根据以下增加：

-在发射机处和在接收机处所部署天线的数量，以及

-星座的大小。

还提出具有降低的解码复杂度的次优解码器，例如，包括迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)的线性解码器以及非线性迫零判决反馈均衡器(ZF-DFE)解码器。虽然它们要求合理的计算能力，但是这些解码算法提供了有限的性能，并不允许完全利用通信系统所提供的全分集。可以在使用这些方法来解码之前，应用预处理技术(例如，格约简(latticereduction)和MMSE-GDFE预处理)，以获得更好的性能。格约简技术的例子是LLL约简，其公开于“A.K.Lenstra,H.W.Lenstra,and L.Lovasz.Factoring Polynomials with RationalCoefficients.Math.Ann.Volume 261,pages 515-534,1982”中。

存在子块解码器的种类。其指的是解码方法，包括将信息符号的向量划分为子向量，并在给定代表性信道状态矩阵的子块划分和接收信号的对应子向量划分的情况下，单独地解码每个子向量。

子块解码器公开于“Won-Joon Choi,R.Negi,and J.M.Cioffi.Combined ML andDFE decoding for the V-BLAST system.IEEE International Conference onCommunications.Volume 3,pages 1243-1248,2000”中。该解码器基于使用ML和DFE两者的组合解码方案。根据该方法，将长度n的信息符号的向量划分为长度分别为p和n-p的两个子向量。在第一解码阶段，使用ML解码器估计包括p个信息符号的子向量。给定这些经估计的符号，接收机使用判决反馈均衡来迭代地执行符号间干扰抵消，以确定对包括信息符号的第二子块的剩余的n-p个符号的估计。这种解码方案提供比基于ZF-DFE解码器的联合解码更好的性能。例如，在使用空间复用的对称MIMO系统中在该方案下可实现的分集阶数等于p，而在ZF-DFE解码下其被限制到1。

针对使用线性空时块码(STBC)的空时编码MIMO系统已经提出了其它子块解码方案。已经提出了特定类别的低复杂度ML可解码STBC，例如一系列多组可解码的码，其公开于：

-“D.N.Dao,C.Yuen,C.Tellambura,Y.L.Guan,and T.T.Tjhung.Four-groupdecodable space-time block codes.IEEE Transactions on Signal Processing,56(1):424–430,January 2008”。

-“T.P.Ren,Y.L.Guan,C.Yuen,E.Gunawan,and E.Y.Zhang.Group-decodablespace-time block codes with code rate>1.IEEE Transactions on Communications,59(4):987–997,April 2011”。

其它类别的低复杂度ML可解码STBC包括公开于以下文献中的快速可解码的码：

-“E.Biglieri,Y.Hong,and E.Viterbo.On fast-decodable space-time blockcodes.In IEEE International Zurich Seminar on Communications,pages 116–119,March 2008”。

-“J.M.Paredes,A.B.Gershman,and M.Gharavi-Alkhansari.A new full-ratefull-diversity space-time block code with nonvanishing determinants andsimplified maximum-likelihood decoding.Signal Processing,IEEE Transactionson,56(6):2461–2469,June 2008”。

另一系列的STBC码指的是“快速组可解码的码”，其公开于“T.P.Ren,Y.L.Guan,C.Yuen,and R.J.Shen.Fast-group-decodable space-time block code.In Proceedingsof IEEE Information Theory Workshop,pages 1–5,January 2010”。

在存在属于这些系列的码中之一的STBC情况下的子块解码可以有利地使用信道状态矩阵的QR分解来执行。因此，等价获得的传输信道代表性矩阵的零结构允许以降低的复杂度对信息符号的各个子向量进行递归解码，而没有牺牲解码错误性能。特别地，可以单独地并行估计符号的一些子向量，允许更快且更低复杂度的解码。可以使用不同的或相似的解码方案来确定信息符号的子向量的每一估计。

虽然现有的子块解码方法提供比次优线性和非线性解码方案更好的性能，但是它们要求更高的计算复杂度。

发明内容

为了解决这些和其它问题，提供了一种用于对通过通信系统中的传输信道接收的数据信号进行子块解码的解码器。所述传输信道由上三角矩阵表示。所述数据信号携带发送的符号，每个符号携带信息比特集合。所述解码器包括：

-处理单元，其被配置为在给定目标服务质量度量的情况下确定至少一个子块解码参数；

-子块解码单元，其被配置为根据将所述上三角矩阵划分为多个子矩阵，基于所确定的至少一个子块解码参数，将所述数据信号划分为多个子向量。所述子块解码单元还被配置为根据所划分的子向量确定发送的符号的每个子向量的至少一个估计，并且根据信息符号的每个子向量的所述至少一个估计来确定所述发送的符号的估计。

在一个实施例中，所述目标服务质量度量是从包括分集阶数、符号错误率和信道中断容量的组之中挑选的。

在一个实施例中，所述解码器可以包括存储单元，所述存储单元被配置为存储包括一组值的查找表。所述处理单元可以被配置为根据所述一组值确定所述至少一个子块解码参数。

在特定实施例中，所述存储单元可以被配置为响应于时间条件，根据一组服务质量测量来更新所述查找表。

根据某些实施例，所述时间条件可以是从包括周期和滑动窗的组之中挑选的。

在某些实施例中，所述处理单元还被配置为基于在测量到的服务质量度量和所述目标服务质量度量之间的比较来确定服务质量指示符。服务质量指示符具有第一值和第二值中的值。所述处理单元还可以被配置为取决于所述服务质量指示符的值来更新所述目标服务质量度量。在这种实施例中，所述处理单元可以被配置为响应于所述目标服务质量度量的更新，更新所述至少一个子块解码参数。

在一个实施例中，所述处理单元可以被配置为：如果所述服务质量指示符具有所述第一值，则减少目标服务质量度量，或者如果所述服务质量指示符具有第二值，则增加或维持目标服务质量度量。

在一个实施例中，所述服务质量指示符可以是二进制指示符。

在某些实施例中，所述至少一个子块解码参数包括从以下项之中挑选的至少一个参数：包括大于或等于2的子块数量、每个子块的长度和在每个子块中实现的解码算法的组。

在一个实施例中，所述子块解码单元可以被配置为使用相同的解码算法来确定每个子向量的所述至少一个估计。可以在包括序列解码算法、ZF解码算法、ZF-DFE解码算法和MMSE解码算法的组中挑选解码算法。

在某些实施例中，所述子块解码单元还可以被配置为使用格约简和MMSE-GDFE滤波中的至少一个来执行预处理。

在某些实施例中，所述子块解码单元可以被配置为：确定发送的信息符号的每个子向量的多个估计以传送关于由信息符号携带的所述信息比特集合的软输出判决。

本发明还提供了一种用于接收和解码发送的信息符号的向量的接收机。所述接收机包括根据前述任意特征的用于解码发送的符号的信号的解码器。

在本发明在无线多输入多输出通信系统中的一个应用中，提供了一种能够接收数据的无线设备。所述无线设备包括用于根据前述实施例中任一个所述的用于接收和解码发送的信息符号的向量的接收机。

在本发明在光多输入多输出通信系统的一个应用中，提供了一种接收数据的光学设备。所述光学设备包括根据前述实施例中任一个所述的用于接收和解码发送的信息符号的向量的接收机。

还提供了一种用于对通过通信系统中的传输信道接收的数据信号进行解码的方法。所述传输信道由上三角矩阵表示。所述数据信号携带发送的符号，每个符号携带信息比特集合，所述方法包括：

-在给定目标服务质量度量的情况下，确定至少一个子块解码参数；

-根据将所述上三角矩阵划分为多个子矩阵，基于所确定的至少一个子块解码参数，将所述数据信号划分为多个子向量，根据所划分的子向量确定发送的符号的每个子向量的至少一个估计，并且根据所确定的发送的符号的每个子向量的至少一个估计来确定发送的符号的估计。

还提供了一种用于对通过通信系统中的传输信道接收的数据信号进行解码的计算机程序产品。所述传输信道由上三角矩阵表示。所述数据信号携带发送的符号，每个符号携带信息比特集合，所述计算机程序产品包括：

非瞬态计算机可读存储介质；以及存储于所述非瞬态计算机可读存储介质上的指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器进行以下操作：

-根据将所述上三角矩阵划分为多个子矩阵，基于所确定的至少一个子块解码参数，将所述数据信号划分为多个子向量，根据所划分的子向量确定发送符号的每个子向量的至少一个估计，并且根据所确定的发送的符号的每个子向量的至少一个估计来确定所述发送的符号的估计。

有利地，本发明的各种实施例允许接收机设备以降低的复杂度解码预期的数据流，同时实现期望的目标服务质量规范。

对于本领域技术人员来说，在检视附图和详细描述后，本发明的进一步优点将变得清楚。意图是将任何另外的优点并入本文。

附图说明

附图被并入并构成说明书的一部分，它们示出了本发明的各种实施例，并且与上面给出的本发明的概要说明和下面给出的实施例的详细描述一起用于解释本发明的实施例。

图1是表示实现本发明的某些实施例的多输入多输出通信系统的结构的框图；

图2是表示根据本发明的示例性实施例的空时解码设备的结构的框图；

图3是表示根据本发明的示例性实施例的子块解码设备的结构的框图；

图4是根据本发明的示例性实施例的子块解码方法的流程图；

图5是根据本发明的示例性实施例的子块解码的方法的流程图；

图6是根据本发明的示例性实施例的子块解码的方法的流程图；以及

图7示出了实现本发明的特定实施例的空时解码器的硬件架构。

具体实施方式

本发明的实施例提供用于对在通信信道上由发射机设备发送并由接收机设备接收的数据信号进行解码的方法、设备和计算机程序产品。本发明的实施例基于将数据信号划分成子向量，以及将传输信道代表性矩阵对应划分成多个子矩阵。通过确定适于目标服务质量规范的所划分的子向量的数量和长度来实现对数据信号的最佳划分。

可以在通信系统中实现根据本发明的各种实施例的方法、设备和计算机程序，该通信系统容纳用于发送多个信息符号的至少一个发射机设备(在后文也称作“发射机”)以及用于接收并解码由一个或多个发射机设备发送的信息符号的至少一个接收机(在后文也称作“接收机”)。

发射机设备装备有一个或多个发射天线，并且接收机设备装备有一个或多个接收天线。

通信系统可以是无线单用户MIMO系统，其中无线多天线发射机与无线多天线接收机传送表示输入数据的信息符号流，无线多天线接收机被配置为解码由发射机传输的符号。

通信系统可以是无线多用户MIMO系统，其中多个无线发射机设备和接收机设备彼此通信。在该情况下，通信系统可以使用任何多址技术，例如，时分多址(TDMA)、空分多址(SDMA)、CDMA或频分多址(FDMA)。

通信系统可以是基于光纤的通信系统。接收信号可以因此对应于通过光纤的不同偏振状态传输或通过多模式光纤的不同模式传播的信息符号。另外，多址技术(例如，WDMA)可以用于这种光通信系统中。

通信信道可以是使用单载波或多载波调制格式(例如，OFDM和滤波器组多载波(FBMC))的任何线性加性高斯白噪声(AWGN)信道或多径信道。

在本发明的优选实施例中，降低了对在无线单用户MIMO通信系统上发送的信号进行子块解码的复杂度，同时满足指定的目标QoS规范。子块解码方法和设备的示例性应用包括但不限于：在无线标准(例如，WiFi(IEEE802.11n)、蜂窝WiMax(IEEE 802.16e)、协作WiMax(IEEE 802.16j)、长期演进(LTE)、改进的LTE和正在进行的5G标准化)中可实现的配置中的MIMO解码。

仅出于说明的目的，以下描述将参考无线单用户MIMO系统进行，该系统容纳装备有n_t≥1个发射天线的发射机和装备有n_r≥1个用于解码由发射机发送的信息符号的接收天线的接收机。然而，本领域技术人员将容易地理解，本发明的各种实施例应用于诸如分布式MIMO系统和光MIMO系统之类的其它通信系统中。一般而言，本发明可以集成于任何通信系统中，该通信系统特征在于在接收机设备处的信道输出的格表示。

参考图1，示出了示例性无线通信系统100。MIMO系统容纳发射机，其实现空时块码(STBC)以分布在时间和空间维度上调制的符号。根据无线通信系统100，站的每个发射机10可以与另一个站的接收机11交换数据。

MIMO系统可以呈现对称配置，在该情况下，发射机设备和接收机设备装备有相同数量的天线n_t＝n_r。或者，MIMO配置可以是非对称的，在该情况下，接收天线的数量n_r不同于发射天线的数量n_t，特别地，为了避免秩亏问题，接收天线的数量n_r大于发射机处天线的数量n_t。

发射机10可以在嘈杂的无线MIMO信道上将信号传输到接收机11。可以在用户设备、移动站或能够在无线环境中操作的任何设备中但不限于在这些设备中实现发射机10。发射机设备可以是固定的或移动的。发射机10可以包括例如：

–信道编码器101，其实现前向纠错(FEC)码，例如块码或卷积码；

–调制器102，其实现调制方案，例如传送经调制的符号向量s_c的正交幅度调制(QAM)；

–用于传送码字矩阵X的空时编码器104；

–n_t个发射天线106，每个发射天线与OFDM或FBMC调制器相关联。

发射机10使用实现例如卷积码的FEC编码器101对接收到的作为数据输入的信息比特流进行编码。然后使用调制器102将经编码的二进制信号调制为符号向量s_c。可以实现不同的调制方案，例如，具有2^q个符号或状态的2^q-QAM或2^q-PSK。经调制的向量s_c是复值向量，其包括к个复数值符号s₁,s₂，…,s_к，其中每符号q比特。信息符号s_j具有平均功率E_s，并可以写为以下形式：

s_j＝Re(s_j)+i Im(s_j) (1)

在等式(1)中，i表示复数，使得i²＝-1，并且Re(.)和Im(.)算子分别输出输入值的实部和虚部。

当使用诸如2^q-QAM之类的调制格式时，2^q个符号或状态表示整数域

的子集。对应的星座包括2^q个点，其表示不同的状态或符号。另外，在方形调制的情况下，信息符号的实部和虚部属于相同的有限字母表A＝[–(q-1),(q-1)]。调制方案的最小距离d_min表示在星座中两个相邻点之间的欧几里得距离，并等于2。

空时编码器104可以用于根据经编码的符号生成码字矩阵X。空时编码器104可以使用长度为T的线性STBC。在该情况下，传送维度为n_t×T的码字矩阵X，其属于码本C并在T个时隙上被发送。这种码的码率等于每信道使用

复数符号。在该情况下，к表示构成维度为к的向量s_c＝[s₁,s₂,…,s_к]^t的经编码的复数值符号的数量。当使用全速率码时，空时编码器104对к＝n_tT复数值符号进行编码。STBC的例子是完美码。它们已知是最优的，能提供对

个复信息符号进行编码的全码率并满足非零行列式性质。

空时编码器104可以通过在不同的发射天线上复用所接收到的复数值信息符号而不在时间维度执行编码，来使用被称为V-BLAST的空间复用方案。

可以使用多载波调制技术，例如使用OFDM或FBMC调制器将这样构造的码字从时域转换到频域，并在发射天线106上扩展该码字。可选地在滤波、频率转换以及放大之后，从发射天线106发送信号。

接收机11可以被配置为接收和解码由发射机10在无线网络中通过经受衰落和干扰的通信信道传送的信号。通信信道可以由复数值信道矩阵H_c表示。另外，通信信道可以是嘈杂的，例如受到高斯噪声的影响。

接收机11可以集成到基站中，例如蜂窝网络中的节点B、局域网或自组织网络中的接入点、或在无线环境中操作的任何其它接口设备。接收机11可以是固定的或移动的。在一个示例性实施例中，接收机11可以包括：

–空时解码器110，其被配置为根据信道矩阵H_c和信道输出信号Y_c，传送调制符号向量s_c的估计

–解调器112，其被配置为通过执行对所估计的符号向量

的解调来生成二进制序列；

–信道解码器113，其被配置为传送二进制信号作为如例如使用Viterbi算法所输出的发送比特的估计。

接收机11实现在发射机10中执行的处理的逆处理。因此，如果在发射机处使用单载波调制而不是多载波调制，则用对应的单载波解调器替代n_r个OFDM或FBMC解调器。

参考图2，示出了根据本发明的某些实施例的空时解码器110的结构。因此，空时解码器110可以包括复数到实数转换器201，其被配置为将复数值信道矩阵H_c转换为实数值等价信道矩阵H，并将复数值信道输出Y_c转换为实数值向量y。

在某些实施例中，空时解码器110可以包括矩阵置换单元204，其被配置为生成置换矩阵P。该置换矩阵可以用于确定通过对等价信道矩阵H的列或行进行置换而获得的经置换的矩阵H_P。列和行置换可以通过使等价信道矩阵分别在左边和右边乘以置换矩阵实现。空时解码器110还可以包括QR分解器207，其被配置为执行等价信道矩阵(或在某些实施例中经置换的等价信道矩阵)的QR分解，使得H＝QR。Q是正交矩阵，并且R是上三角矩阵。空时解码器110还可以包括乘法单元210，其被配置为通过利用矩阵Q的转置而缩放实数值信号y来计算信号

空时解码器110还可以包括处理单元213，其被配置为在给定目标服务质量度量(QoS)_t的值的情况下，确定一组子块解码参数。子块解码参数至少包括子块的数量N、满足

的一组长度l_{k，k＝1，…,N}、以及一组解码算法D^(k),k＝1,…,N。解码算法可以是相似的或不同的。

空时解码器110还可以包括子块解码单元214，其被配置为传送包括向量

的信息符号的实部和虚部的估计。空时解码器110还可以包括实数到复数转换器216，其被配置为通过将实数值向量215

转换为复数值向量

来传送复数值发送信号的估计。转换操作是在复数到实数转换器201处执行的处理的逆处理。

在某些实施例中，空时解码器110可以包括存储单元212，其被配置为存储目标服务质量度量(QoS)_t的所选值集合及其对应的子块解码参数。

在某些实施例中，空时解码器110可以包括反馈控制器215，其被配置为动态地更新目标(QoS)_t度量的值。反馈控制器模块可以包括服务质量测量单元216和服务质量指示符传送单元217。

即使不限于这些应用，本发明在递归子块解码应用中具有某些优点。仅出于说明的目的，以下描述将参考递归子块解码的应用进行。

参考图3，示出了根据应用于执行递归子块解码的某些实施例的子块解码单元214的结构。子块解码单元214可以包括子块分解单元301，其被配置为：

–将向量s和Q^ty分别划分为子向量s^(k)和

其中k＝1,…,N。索引k的子向量具有长度l_k，以及

–将上三角矩阵R分解为

个子矩阵，其由N个上三角子矩阵R^(k)和

个矩形子矩阵B^(kj)组成，其中j＝k+1,…,N；k＝1,…,N。

使用子向量s^(k)和

以及分解的子矩阵R^(k)和B^(kj)，可以为每个索引k＝1,…,N-1定义一组子块(SB)_k，使得

对于k＝N，由

给出对应的子块。

子块解码单元214还可以包括N个符号估计单元305和N-1个连续干扰抵消(SIC)单元307。与子块

相关联的SIC单元305被配置为计算无干扰向量

与子块(SB)_k相关联的符号估计单元305被配置为使用对应的解码算法D^(k)来至少生成估计

子块解码单元214还可以包括串行转换器309，其被配置为通过聚合N个符号估计单元305的输出而构成实数值向量

本领域技术人员将容易地理解，本发明不限于为每个子块使用符号估计单元305。替代地，可以使用唯一的符号估计单元305或一组符号估计单元305(该组包括比子块总数少的单元)来确定每个子块的估计。

在本发明于无线Rayleigh衰落多天线系统的一个应用中，以对从装备有n_t个发射天线的发射机使用V-BLAST空间复用方案和2^q-QAM调制向装备有n_r个接收天线的接收机的发送的信号进行解码，其中n_r≥n_t，接收到的复数值信号写为如下形式：

y_c＝H_cs_c+w_c (2)

在等式(2)中，y_c是n_r维向量，s_c表示维度为n_t的复数值发送信息符号向量。复数值n_r×n_t矩阵H_c表示包括衰落增益的信道矩阵。在Rayleigh衰落信道中，信道矩阵H_c的条目是独立相同分布(i.i.d.)的复高斯。信道矩阵可以是已知的或者在接收机处利用估计技术在相干传输中估计的。除了多径衰落效应外，传输信道还可能是嘈杂的。噪声可以由系统组件的热噪声、用户间干扰和天线拦截的辐射造成。可以通过在等式(2)中通过n_r维复数值向量w_c建模的每实数值维度方差σ²的零均值加性高速白噪声(AWGN)对总噪声建模。

在本发明于编码系统的另一个应用中，该编码系统使用线性STBC来编码包括к个复数值符号的调制符号向量s_c，接收信号是n_r×T矩阵Y_c，其写作如下复数值形式：

Y_c＝H_cX+W_c (3)

在这种实施例中，由每实部和虚部的方差σ²的高斯i.i.d.零均值条目的n_r×T复数值矩阵W_c表示噪声。

给定信道输出，接收机尝试生成信息符号的原始向量的估计。

图4是描绘根据某些实施例和根据递归子块解码应用的解码方法的流程图。

在步骤401中，可以执行复数到实数转换，以确定接收信号的实数值系统。因此，例如在使用空间复用方案的一个实施例中，等式(2)中的系统可以转换为：

在等式(4)中的Re(.)和Im(.)算子输出构成基本向量或矩阵的每个元素的实部和虚部。

等式(4)可以写为以下格表示形式：

y＝Hs+w (5)

在使用长度T和编码к个符号的线性空时块码的另一个实施例中，可以以等式(5)的格表示形式写出信道输出的实数值表达。在该情况下，等价信道矩阵是实数值2n_rT×2к矩阵H_eq，由以下给出：

该2n_tT×2к矩阵G是实数值矩阵，被称为线性空时块码的生成矩阵或编码矩阵。I_T表示维度为T的单位矩阵，算子

是Kronecker矩阵乘积。

在本发明于不对称MIMO配置的一个应用中，其中n_t＜n_r，等式(5)形式的格表示还可以通过向等式(5)的等价系统执行步骤401的复数到实数转换获得，由以下给出：

矩阵U和V是通过矩阵的奇异值分解H_c＝UDV^t获得的酉矩阵，连同获得了矩阵D。D是具有正的对角线条目的对角线矩阵，对角线条目表示表示矩阵Hc的奇异值。

空间复用和空时块编码对称和非对称MIMO方案允许在等式(5)中给出的信道输出的类似实数值格表示。为了便于理解以下实施例，将参考空间复用方案并涉及对称MIMO配置进行以下描述，其中在对称MIMO配置中，发射机和接收机装备有相同数量的天线n_t＝n_r。因此，在等式(5)中的实数值向量y、s和w将表示为n维向量，其中n＝2n_t＝2n_r，并且等价实数值信道矩阵H将是方形n×n矩阵。向量s由包含向量s_c的原始复信息符号的实部和虚部组成。

可以在发明的某些实施例中执行步骤402。因此，可以确定置换矩阵P来执行信道矩阵H的行向量或列向量的置换。置换矩阵是二进制条目的正交n×n矩阵。在矩阵置换模块204被配置为执行等价信道矩阵的m个行向量的置换π的实施例中，置换矩阵P具有等于0的所有条目，除了在行t中，条目π(t)等于1。可以根据以下等式，通过从左边将置换矩阵乘以等价信道矩阵来计算对应的经置换的信道矩阵H_p：

H_p＝PH (8)

在这种实施例中，接收信号还乘以置换矩阵以获得等式(5)的等价系统，由以下给出：

y_p＝P_y＝PH_s+P_w＝H_ps+w_p (9)

在等式(9)中，w_p表示经置换的噪声向量并且y_p表示经置换的接收向量。

在矩阵置换模块204被配置为执行等价信道矩阵的列向量中的m个列向量的置换π时的实施例中，置换矩阵P具有等于0的所有条目，除了在行t中，条目π(t)等于1。可以根据以下等式，通过从右边将置换矩阵乘以等价信道矩阵来计算对应的经置换的等价信道矩阵H_p：

H_p＝HP (10)

在这种实施例中，实数值符号的向量s乘以置换矩阵的转置以获得等式(5)的等价系统，如下：

y＝HP P^ts+w＝H_ps_p+w (11)

将参考在没有置换步骤的情况下实现的解码方法进行某些实施例的以下描述。

在步骤403中，可以执行信道矩阵(在某些实施例中经置换的信道矩阵)的QR分解，使得H＝QR。Q是n×n正交矩阵，R是n×n上三角矩阵。给定矩阵Q的正交性，可以在步骤404中对等式(5)中的系统执行乘法，以根据如下确定等价接收信号

和等价系统：

在等式(12)中的实数值等价系统被认为用于估计原始发送的信息符号。

根据ML解码问题使用最优ML解码来获得最优解码性能，给出如下：

在等式(13)中，A＝[c_min,c_max]表示构成实向量s的复数值向量s_c的实部和虚部所属的字母表。

ML度量可以被定义为：

在本发明于递归子块解码的一个应用中，可以执行子块解码以恢复原始信息符号的估计。

因此，在步骤405中，对于给定目标服务质量度量(QoS)_t，可以确定一组子块解码参数。子块解码参数包括至少：至少等于2的子块数量N、满足

的一组长度l_{k,k＝1,…,N}、以及一组解码算法D^{(k),k＝1,…,N}。长度l_{k,k＝1,…,N}可以是相等的或不同的。解码算法可以是相似的或不同的。

在步骤406中，可以执行将上三角矩阵R划分为子块并将向量

划分为子向量。因此，将向量

划分为长度为l_k的N个子向量

使得

可以将相同的向量划分应用于符号向量s和噪声向量w，以确定子向量s^(k)和w^(k)，其每个对应于长度l_k，使得

和

上三角矩阵可以划分为

个矩阵，其由N个上三角矩阵R^(k),k＝1,…,N和

个矩形矩阵B^(jk),k＝1,…,N；j＝k,…,N组成，使得：

划分的上三角子矩阵R^(k),k＝1,…，N是维度为l_k×l_k的方形矩阵。划分的子矩阵B^(kj)，k＝1，…，N；j＝k+1，…,N是维度为l_k×l_j的矩形矩阵，并且对应于在符号s^(k)和s^(j)的子块之间的符号间干扰。

划分的子矩阵、划分的子向量和子块解码参数可以被分组为子块(SB)_k,k＝1,…,N。对于k的范围从1到N-1，子块(SB)_k可以被定义为

其中

对于k＝N，子块(SB)_N由

给出，使得

等式(16)和(17)中的系统可以用于解码信息符号的各个子向量。

根据子块的这种分组，在等式(14)中的ML解码度量可以写作：

因此，在步骤408中递归地执行符号s^(k),k＝N，N-1，…，1的原始子向量的子块估计。在步骤407中执行初始化，对应于k＝N。

可以为每个子块(SB)_k,k＝N，N-1，…1重复步骤408，以确定符号的子向量s^(k)的子向量估计

对于每个索引k＝N-1,…，1，可以在步骤417中根据先前估计出的子向量

和矩形矩阵B^(kj)，j＝k+1，…，N，计算子向量

可以使用解码算法D^(k)、上三角矩阵R^(k)和计算出的子向量

来确定索引k的子向量的估计。对于k＝N，可以使用在步骤407中初始化的对应的解码算法D^(N)、对应的上三角子矩阵R^(N)和向量

来确定估计

如果确定在步骤410中已经估计了符号所有的子向量，则可以执行步骤411以根据子向量

构造输出作为发送信号的估计

构造步骤可以包括两个阶段。第一，可以通过聚合在不同子向量中的不同估计来构造实向量的估计

然后，可以将所获得的向量转换为复向量

使得由以下给出对于j＝1,…,n/2的分量

在等式(19)中，(u)_j表示向量u的第j个元素。

在本发明的某些实施例中，可以从多个预定义值中选择目标服务质量度量(QoS)_t。预定值集合可以在接收机内存储于存储单元212(例如查找表)中。存储单元212还可以存储对应于目标服务质量度量的每个值的子块解码参数。子块解码参数可以包括子块数量、每个子块的长度和在与每个子块对应的符号估计单元中实现的解码算法。

在一个实施例中，可以根据一系列测量或根据仿真来产生保存于存储单元中的目标服务质量度量的值及其对应的子块解码参数。可以连续地、周期性地或通过服务质量测量观察的滑动窗口进行服务质量度量的测量。观察的滑动窗口可以是由信道矩阵H_c保持恒定期间的时间定义的信道的相干时间T_c的函数。

在另一个实施例中，可以使用反馈控制器215来动态地适应目标服务质量度量的值。步骤412-415可以被迭代以更新当前目标服务质量度量(QoS)_t的值。因此，可以执行步骤412以至少根据接收到的信号和估计出的信息符号来测量服务质量度量(QoS)_m。

如果确定测量到的服务质量度量(QoS)_m大于当前目标服务质量度量(QoS)_t(步骤413)，则可以在步骤414中生成服务质量指示符QSI。可以将所生成的服务质量指示符传送到处理单元(213)，指示要维持或增加目标服务质量度量(QoS)_t的当前值。如果确定测量到的服务质量度量(QoS)_m低于当前目标服务质量度量(QoS)_t(步骤413)，则所生成的服务质量指示符可以指示要减少当前目标服务质量度量(QoS)_t。

服务质量指示符例如可以是具有两个状态的1比特指示符。比特“0”可以对应于维持或增加当前目标服务质量度量(QoS)_t。比特“1”可以对应于减少当前目标服务质量度量(QoS)_t。

在本发明的某些实施例中，可以在包括分集阶数d_t、符号错误率SER_t和信道中断概率Pout_t的组中挑选目标服务质量度量(QoS)_t。

在从错误概率方面测量目标服务质量的实施例中，目标服务质量度量SER_t可以对应于每时间单位的符号错误的数量。度量SER_t可以与符号错误概率P_e,s相关联，P_e,s指示符号错误比率的预期值，其由以下给出：

在等式(20)中，对于i＝1,…,n_t，s_i和

分别表示发送的和估计的符号。

在从分集阶数方面测量目标服务质量的实施例中，度量d_t可以表示信道链路的优选的目标可靠性和不同的可用自由度。一般而言，可在错误概率等式中以平均信噪比的指数反映可实现的分集阶数d。例如，当使用符号错误概率P_e,s来测量错误概率时，将系统的错误概率等式表达为：

在等式(21)中，γ表示平均信噪比，a表示信噪比增益，并且d对应于可实现的分集阶数。错误概率随着平均信噪比的d次幂而减小，对应于错误概率曲线(以dB为尺度)中-d的斜率，根据以下等式：

在本发明在无线MIMO系统中的应用中，可实现的分集阶数d取决于发射机处的编码方案并取决于在接收机处使用的解码方案。使用最优ML解码获得最大可实现的分集阶数d_max，并分别针对空间复用方案和使用长度为T的STBC的编码的方案等于d_max＝n_r和d_max＝T×n_r。次优线性(例如，ZF或MMSE)和非线性(例如，ZF-DFE)接收机允许实现分集阶数d＝1。可以在解码之前使用预处理技术(例如，格约简)，以便增强可实现的分集阶数。例如，在ZF或ZF-DFE解码之前实现的LLL格约简技术允许将可实现的分集阶数增加到d＝n_r，其与在使用空间复用的MIMO配置中的最大可实现的分集阶数一致。

在从信道的中断概率方面测量目标服务质量的另一个实施例中，度量Pout_t指示由于信道的变化而不能支持给定传输速率R(比特/信道使用)的概率。将信道的中断概率表达为：

P_out(R)＝Pr(C(H)＜R) (23)

在等式(23)中，C(H)表示由以下等式表达的瞬时信道容量：

信道的中断概率指示根据传输信道的质量来解码原始符号的能力。如果对于给定的传输速率R来说瞬时信道容量满足C(H)＜R，则指示信道质量是不好的。结果，接收机不能正确地解码原始符号。如果瞬时容量是使得C(H)≥R，则指示信道具有良好质量，使得能够在接收机侧正确地恢复原始符号。

根据本发明的某些实施例，在符号估计单元305中实现的解码算法D^(k)(k＝1,…,N)可以是相似的或不同的。解码算法D^(k)可以是但不限于任何序列解码器、ZF和MMSE或ZF-DFE解码器。此外，可以在解码之前使用格约简(LLL约简)在对应的子上三角矩阵R^(k)上执行预处理和/或使用例如MMSE-GDFE滤波执行左预处理。根据本发明的某些实施例，可以在子块划分和解码之前，在信道矩阵上应用预处理方法。

在给定的子块(SB)_k中使用序列解码器的实施例中，对应的解码器D^(k)尝试通过根据以下等式使子块度量

最小化来传送估计

可以使用序列树搜索算法(例如，球形解码器(SD)、堆栈解码器或SB堆栈解码器(SB-堆栈))来求解等式(25)。

参考图5，示出了使用线性ZF解码器的解码算法D^(k)。在步骤502中，可以根据以下等式来确定ZF滤波矩阵

在步骤503中，可以使用滤波矩阵和子向量

来计算向量

然后可以执行步骤504-511，以确定从i＝1开始的l_k个符号

(在步骤504中)。因此，在步骤506中，可以通过将向量z^(k)的第i个条目舍入到最近的整数来设置符号的初始值

可以执行步骤507和508，以确定该初始值是否属于字母表A＝[c_min,c_max]。如果在步骤507中确定

的初始值大于边界c_max，则在步骤510中进行更新以获得

如果在步骤507中确定

的初始值低于边界c_max，则执行步骤508。如果在步骤508中确定

的初始值小于边界c_min，指示

的初始值在字母表A外部，则可以执行步骤509以将该值更新到

如果确定已经估计了所有的l_k个符号

(在步骤505中)，则在步骤511中输出向量

作为对应子向量s^(k)的估计。

参考图6，示出了利用线性MMSE解码器的解码算法D^(k)。在步骤602中，可以将MMSE滤波矩阵

确定为：

在步骤603中，可以使用滤波矩阵和子向量

来计算向量

可以执行步骤604-611，以确定从i＝1开始的l_k个符号

(在步骤604中)。因此，在步骤606中，可以通过将向量z^(k)的第i个条目舍入到最近的整数来设置符号的初始值

执行步骤607和608，以确定该初始值是否属于字母表A＝[c_min,c_max]。如果在步骤607中确定

的初始值大于边界c_max，则在步骤610中进行更新以获得

如果在步骤607中确定

的初始值低于边界c_max，则执行步骤608。如果在步骤608中确定

的初始值小于边界c_min，指示

的初始值在字母表A外部，则可以执行步骤609以将该值更新到

如果确定已经估计了所有的l_k个符号

(在步骤605中)，则在步骤611中输出向量

作为对应子向量s^(k)的估计。

可以通过各种单元实现本文所描述的方法和设备。例如，这些技术可以用硬件、软件或其组合来实现。对于硬件实现方式，例如，可以根据仅硬件配置(例如，在具有对应存储器的一个或多个FPGA、ASIC或VLSI集成电路中)或根据使用VLSI和DSP两者的配置，实现空时解码器110的处理元件。

图7示出了根据本发明的某些实施例的空时解码器110的非穷尽和非限制性的示例性硬件架构70。可以在机器或计算机执行设备中实现硬件架构70。如所示出的，空时解码器110可以包括各种计算、存储和通信单元，这些单元可能通过数据和地址端口79彼此交互，并且包括：

–输入外设组件71，其用于从接收天线108接收例如输入数据；

–处理外设组件73，其包括一个或多个微处理器(CPU)，例如FPGA或ASIC，被配置为例如执行对应的指令以运行根据本发明的各种实施例的方法和算法；

–存储外设组件75，其可能包括随机存取存储器(RAM)或只读存储器以存储例如子块解码参数、以及目标服务质量度量的一组值；

–输出外设组件77，其包括通信单元(例如显示器)，支持例如在接收机设备11与MIMO系统管理者之间的人机交互以用于配置和维护目的。

虽然通过各种例子的描述示出了本发明的实施例，并且虽然以相当多的细节描述了这些实施例，但申请人的意图不是将所附权利要求的范围约束或以任何方式限制于这些细节。本领域技术人员将容易理解额外的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不受限于具体细节、代表性方法、以及所示出和描述的说明性例子。此外，本发明的各种实施例不受限于特定类型的递归子块解码，并适用于任何其它类型的子块解码，例如在专利申请EP N°15306808.5中公开的半穷尽递归块解码。此外，本发明的各种实施例适用于硬件和软件解码。

在软件解码的一个应用中，根据本发明的方法和设备允许生成信息符号的原始向量的估计列表。所获得的列表可以用于计算对数似然比值，用于近似由原始信息符号携带的不同信息比特的外部信息。可以执行步骤408-415的若干次迭代，以填充估计的列表。

此外，虽然关于无线单用户MIMO系统描述了本发明的某些实施例，但当注意，本发明不受限于这种应用。本发明可以集成到在任何线性通信系统中操作的任何接收机设备中，该通信系统的特征在于信道输出的格表示。通信系统可以是使用单个或多个天线以及单载波或多载波通信技术的有线的、无线的或基于光纤的适应单个或多个用户。例如，本发明可以集成到在无线分布式MIMO系统中实现的接收机设备中。可以在例如应用于3G、4G和LTE标准的蜂窝上行链路通信中使用分布式MIMO。例如应用于自组织网络(无线传感器网络、机器对机器通信、物联网……)中的协作通信也是分布式MIMO系统的例子。除了无线网络，本发明可以集成到在基于光纤的通信系统(例如，偏分复用-OFDM(PDM-OFDM)系统)中实现的光接收机设备中。

此外，本发明不受限于通信设备，并可以集成到信号处理设备中，例如在音频应用(如，音频交叉(audio crossover)和音频控制(audio mastering))中使用的有限脉冲响应(FIR)的电子滤波器。因此，给定阶数M的FIR滤波器的输出序列，本发明的某些实施例可以用于确定输入序列的估计。

在另一个应用中，根据本发明的一些实施例的方法、设备和计算机程序产品可以实现于全球导航卫星系统(GNSS)中，例如，IRNSS、Beidou、GLONASS、Galileo；包括例如至少GPS接收机的GPS中，其中GPS接收机使用例如载波相位测量来估计定位参数。

此外，根据本发明的一些实施例的方法、设备和计算机程序产品可以实现于加密系统中，用于确定在密码算法中使用的私有机密值的估计，密码算法用于在数据或消息的存储、处理或通信期间对其进行加密/解密。在基于格的加密应用中，以格点的形式加密数据/消息。可以根据本发明的一些实施例，有利地执行这种加密数据的解密，支持以降低的复杂度实现成功恢复机密值的高可能性。

此外，本文所描述的方法可以由计算机程序指令实现，计算机程序指令被供应给任何类型的计算机的处理器，以产生具有执行用于实现本文指定的功能/动作的指令的处理器的机器。这些计算机程序指令还可以存储于能够将计算机引导为以特定方式起作用的计算机可读介质中。为此，计算机程序指令可以加载到计算机上以使得执行一系列操作步骤，并由此产生计算机实现的过程，使得所执行的指令提供用于实现本文指定的功能的过程。

Claims

1.一种用于对通过通信系统中的传输信道接收的数据信号进行子块解码的解码器，所述传输信道由上三角矩阵表示，所述信号携带发送的符号，每个符号携带信息比特集合，其中，所述解码器包括：

-处理单元(213)，其被配置为在给定目标服务质量度量的情况下确定至少一个子块解码参数，其中，所述至少一个子块解码参数包括从以下项之中挑选的至少一个参数：包括大于或等于2的子块数量、每个子块的长度和在每个子块中实现的解码算法的组，并且不同的子块具有不同的或相似的解码算法；

-子块解码单元(214)，其被配置为根据将所述上三角矩阵划分为多个子矩阵，基于所述至少一个子块解码参数，将所述数据信号划分为多个子向量，所述子块解码单元(214)还被配置为根据所述子向量确定发送的符号的每个子向量的至少一个估计，并且根据所述估计确定所述发送的符号的估计。

2.根据权利要求1所述的解码器，其中，所述目标服务质量度量是从包括分集阶数、符号错误率和信道中断容量的组之中挑选的。

3.根据前述权利要求中任一项所述的解码器，其中，所述解码器包括存储单元(212)，所述存储单元(212)被配置为存储包括一组值的查找表，所述处理单元(213)被配置为根据所述一组值确定所述至少一个子块解码参数。

4.根据权利要求3所述的解码器，其中，所述存储单元(212)还被配置为响应于时间条件，根据一组服务质量测量来更新所述查找表。

5.根据权利要求4所述的解码器，其中，所述时间条件是从包括周期和滑动窗的组之中挑选的。

6.根据前述权利要求1和2中任一项所述的解码器，其中，所述处理单元(213)还被配置为基于在测量到的服务质量度量和所述目标服务质量度量之间的比较来确定服务质量指示符，所述服务质量指示符具有第一值和第二值中的值，所述处理单元还被配置为取决于所述服务质量指示符的值来更新所述目标服务质量度量。

7.根据权利要求6所述的解码器，其中，所述处理单元(213)还被配置为响应于所述目标服务质量度量的更新，更新所述至少一个子块解码参数。

8.根据权利要求6所述的解码器，其中，所述处理单元(213)被配置为：如果所述服务质量指示符具有所述第一值，则减少所述目标服务质量度量，或者如果所述服务质量指示符具有第二值，则增加或维持所述目标服务质量度量。

9.根据权利要求8所述的解码器，其中，所述服务质量指示符是二进制指示符。

10.根据权利要求1或2所述的解码器，其中，所述子块解码单元(214)被配置为使用相同的解码算法来确定每个子向量的所述至少一个估计。

11.根据权利要求1或2所述的解码器，其中，所述子块解码单元(214)被配置为针对每个子向量使用不同的解码算法来确定每个子向量的所述至少一个估计。

12.根据权利要求1或2所述的解码器，其中，至少一个解码算法是从包括序列解码算法、ZF解码算法、MMSE解码算法和ZF-DFE解码算法的组之中挑选的。

13.根据权利要求1或2所述的解码器，其中，所述子块解码单元(214) 还被配置为使用格约简和MMSE-GDFE滤波中的至少一个来执行预处理。

14.根据权利要求1或2所述的解码器，其中，所述子块解码单元(214)被配置为：确定发送的信息符号的每个子向量的多个估计以传送关于所述信息比特集合的软输出判决。

15.根据权利要求1或2所述的解码器，其中，所述通信系统是由等价信道矩阵表示的多输入多输出通信系统。

16.根据权利要求15所述的解码器，其中，所述上三角矩阵是根据所述等价信道矩阵的QR分解来确定的。

17.根据权利要求1或2所述的解码器，其中，所述上三角矩阵是根据经置换的等价信道矩阵的QR分解来确定的。

18.根据权利要求1或2所述的解码器，其中，所述上三角矩阵是使用格约简和/或MMSE-GDFE滤波，根据经预处理的等价信道矩阵的QR分解来确定的。

19.一种用于接收和解码携带发送的信息符号的数据信号的接收机，其中，所述接收机包括根据前述权利要求中任一项所述的、被配置为解码发送的信息符号的解码器。

20.一种能够在无线多输入多输出通信系统中接收携带发送的信息符号的数据信号的无线设备，其中，所述无线设备包括根据权利要求19所述的、被配置为接收和解码发送的信息符号的接收机。

21.一种能够在光多输入多输出通信系统中接收携带发送的信息符号的数据信号的光学设备，其中所述光学设备包括根据权利要求19所述的、被配置为接收和解码所述发送的信息符号的接收机。

22.一种用于对通过通信系统中的传输信道接收到的数据信号进行子块解码的方法，所述传输信道由上三角矩阵表示，所述信号携带发送的符号，每个符号携带信息比特集合，其中，所述方法包括：

-在给定目标服务质量度量的情况下，确定至少一个子块解码参数，其中，所述至少一个子块解码参数包括从以下项之中挑选的至少一个参数：包括大于或等于2的子块数量、每个子块的长度和在每个子块中实现的解码算法的组，并且不同的子块具有不同的或相似的解码算法；

-根据将所述上三角矩阵划分为多个子矩阵，基于所述至少一个子块解码参数，将所述数据信号划分为多个子向量，根据所述子向量确定发送的符号的每个子向量的至少一个估计，并且根据所述估计确定所述发送的符号的估计。

23.一种非瞬态计算机可读存储介质，用于对通过通信系统中的传输信道接收到的数据信号进行子块解码，所述传输信道由上三角矩阵表示，所述信号携带发送的符号，每个符号携带信息比特集合，其中，所述非瞬态计算机可读存储介质上存储有指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器进行以下操作：