CN107276716A - 用于解码数据信号的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种解码器,用于对通信系统中通过传输信道接收的信号进行解码,所述信号包括信息符号的向量,所述传输信道由包括列向量的信道矩阵表示,所述信息符号携带信息位,其中所述解码器包括:‑变换单元(401),其被配置为确定一组辅助信道矩阵,每个辅助信道矩阵通过执行所述信道矩阵的列向量中的至少一个列向量的线性组合来确定;‑分解单元(407),其被配置为确定每个辅助信道矩阵分解成上三角矩阵和正交矩阵;‑矩阵选择单元(409),其被配置为根据与所述上三角矩阵的分量相关的选择标准来选择所述一组辅助信道矩阵中的至少一个辅助信道矩阵。所述解码器被配置为通过将与所选择的辅助信道矩阵相对应的正交矩阵的转置乘以所述接收信号来确定辅助信号,所述解码器被配置为通过应用解码算法根据所述辅助信号并且根据与所述选择的辅助信道矩阵对应的上三角矩阵来确定信息符号的所述向量的至少一个估计。
Description
技术领域
本发明一般涉及数字通信,尤其涉及用于解码数据信号的方法和设备。
背景技术
多路径传播是使信号通过两条或更多条路径到达接收机装置或设备的传播现象。多路径传播还会导致在行进通过相同通信介质的不同信号之间或相同信号的不同成分之间的干扰。这种现象可能发生在例如有线通信链路中,由于例如由阻抗失配引起的信号反射。在数字无线电通信中,多路径传播可能由于大气和地球物体的信号反射而发生。在光通信系统中,光纤传播环境的色散和多重反射可能会导致多路径传播。
多路径传播导致的破坏性干扰,主要是符号间干扰(ISI)可能会导致错误并影响通信质量。诸如均衡器、正交多载波调制和耙式接收机之类的信号处理技术可以用于校正ISI的问题。
已经提出了多天线技术来将多路径传播从要避免的有害物转换成增加并且可能地倍增有线、无线和光通信系统的容量的源。在这样的通信系统中,收发机设备中的发射/接收天线、多载波调制系统中的子载波或光纤通信中的不同传播模式和极化状态可有利地用于将信息从一个或多个发射机携带到一个或多个接收机。
有线、无线或光通信媒体的多路径传播可被利用以采用时空编码和解码技术来提高传输速率。时空编码器实现在发射机设备中以对信息符号流进行编码并发送编码的符号。时空编码器可以在若干时隙期间且在多个子载波上使用一个或多个发射天线。在接收机设备处,时空解码器用于恢复由发射机设备传送的预期信息流。
最初开发了用于在称为单用户MIMO的无线多天线系统(MIMO)中实现的无线多天线技术的时空编码和解码技术。这样的系统包括一对发射机/接收机,每个发射机/接收机配备有一个或多个天线。时空编码和解码技术已经集成在涉及许多互通用户对的各种无线通信系统和网络中,并且可能与诸如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址多址(CDMA)和空分多址(SDMA)的多址技术相结合。时空编码和解码技术可以进一步与诸如OFDM(正交频分多路复用)和FBMC(滤波器组多载波)的多载波调制格式相结合来实现。
除了无线通信之外,时空编码和解码技术也可用于在长距离的光纤链路中提供高传输速率。此外,可以在基于光纤的传输系统中高效地实现时空编码和解码技术,以对抗光传输介质的损耗和减损。示例性的应用包括偏振分多路复用系统(PMD)和模分多路复用系统(MDM)。
时空编码和解码技术在增加传输速率方面的优势为各种通信标准中的开发和实现铺平了道路。示例性的应用包括在ITU G.hn和HomePlug AV2规范中标准化的电力线有线通信,例如在Wi-Fi(IEEE 802.11n和IEEE802.11ac)中标准化的无线自适应通信以及在诸如HSPA+(3G)、WiMAX(4G)、长期演进(LTE)和未来5G的许多系统中标准化的蜂窝通信。
由于多路径传播,源自MIMO通信系统的各种输入的信息符号叠加在接收机设备处。所接收的信号或信道输出是在一个或多个时隙期间以及在一个或多个子载波上由一个或多个发射机使用一个或多个天线发送的各种信息符号的一组线性组合。MIMO系统中的接收机设备的目标是解决用于恢复原始信息的这组线性组合。可以实现时空解码器来达到这样的目标。
给定MIMO信道输出和表示传输信道的信道矩阵,时空解码器递送原始信息符号的估计。
在时空解码器中实现的解码过程可以分为两个不同的阶段:预处理阶段和估计阶段。第一阶段的目的是将信道矩阵转换为具有更好的调理或正交性质的等效或近似等效的矩阵。这样的性质使估计阶段的计算复杂度降低和/或性能得到改善。示例性的预处理技术包括减格,最小均方均衡广义判决反馈均衡(MMSE-GDFE)滤波和排序方法如V-BLAST和H范数定序。可以使用减格技术来获得准正交列向量的信道矩阵。减少技术的一个例子是在“A.K.Lenstra,H.W.Lenstra和H.W.Lovász,Factoring polynomials with rationalcoefficients,Mathematische Annalen 261(4):515-534,1982年”中公开的LLL减少。在“J.Jalden和P.Elia,DMT Optimality of LR-Aided Linear Decoders for a GeneralClass of Channels,Lattice Designs,and System Models,IEEE Transactions onInformation Theory,第56卷,第10期,第4765-4780页”公开的MMSE-GDFE滤波器可用于获得一个条件良好的信道矩阵。可以使用排序技术来改变不同信息符号的解码顺序。示例性的排序技术是例如在“G.J.Foschini,Layered Space-Time Architecture for WirelessCommunication in a Fading Environment When Using Multi-Element Antennas.BellLabs Tech.J.第1卷,第41-59页,1996年”中公开的V-Blast和例如在“M.-O.Damen,H.El-Gamal和G.Caire,On maximum-likelihood decoding and the search for the closestlattice point,Information Theory,IEEE Transactions on,第49卷,第10期,第2389-2402页,2003年”中公开的H范数排序。
在第二阶段中,可以实现解码算法,以从变换的信道矩阵确定原始信息符号的估计。存在各种解码算法。取决于构成原始信息符号的向量的不同流分别是联合地、单独地还是以子向量的组解码,解码算法通常可以被分类为联合、单流或子块解码器。解码算法的选择可以取决于接收机设备处可用的计算资源和所要求的性能水平。
通过应用基于最大似然(ML)解码标准的解码算法获得均匀分布的信息符号的最优性能。ML解码算法将接收到的信号与可能发送的符号进行比较,并且决定支持相对于接收的信号具有最小欧几里德距离的信息符号的向量。ML解码器提供最小的解码错误概率。
ML解码器可以以各种方式实现。基于穷举搜索的实现方式要求超过可用的处理和存储能力的密集的处理和存储能力。可以使用替代的ML顺序解码算法来提供最佳性能,同时采用比基于穷举搜索的方法少的计算和存储资源。
顺序解码器是基于信道矩阵的QR分解的联合解码器,并且在解码树中执行树搜索以解决ML解码问题。解码树包括多个节点、层级、分支和路径。节点对应于信息符号的不同的可能值。
存在几个ML序列解码器,并且根据树搜索策略一般将ML序列解码器分为三个族。顺序解码器可以基于深度优先策略,例如在“E.Viterbo和J.Boutros,A universallattice code decoder for fading channels,IEEE Transactions on InformationTheory,45(5):1639–1642,1999年7月”中公开的。可以像例如在“R.Fano,A heuristicdiscussion of probabilistic decoding,IEEE Transactions on Information Theory,9(2):64-74,1963年”中公开的堆栈解码器那样使用广度优先树搜索策略。其他顺序解码器可以基于最佳优先策略,如SB-Stack解码器,例如在“G.R.Ben-Othman,R.Ouertani和A.Salah,The spherical bound stack decoder,In Proceedings of InternationalConference on Wireless and Mobile Computing,第322–327页,2008年10月”中公开的。
顺序ML解码算法提供最佳性能,但是需要作为信息符号所属的字母表的大小和部署天线数量的函数而增加的高的计算复杂度。星座的大小通常影响在解码树的每个层级处所要访问的节点的数目。部署天线的数量通常影响解码树中的层级数目。
在单流解码算法中,各种信息符号被单独解码。可以使用两种不同的解码策略:线性或非线性。使用线性解码策略,线性解码算法首先创建符号间无干扰数据流,以解耦不同的信息符号,然后分别递送每个符号的估计。因此,关于给定信息符号的决定与剩余的估计符号无关。通过使用滤波矩阵对信道输出的投影来实现第一步骤中的干扰消除。零强制(ZF)和最小均方误差(MMSE)解码器是线性单流解码器的示例。可替代地,单流解码器可以根据非线性解码策略进行操作,信息符号被单独估计。然而,与线性解码算法不同,给定符号的估计受到具有非线性解码器的先前估计的符号影响。零强制判决反馈均衡器(ZF-DFE)解码器是非线性单流解码器的示例。它被称为连续干扰消除(SIC)方案。它使用信道矩阵的QR分解以从先前估计的符号递归地确定每个单个符号的估计。然后递归地消除符号间干扰,给定符号上的任何解码误差在即将到来的估计上传播,从而导致性能降级。线性和非线性单流解码器需要低的解码复杂度,但提供有限的性能。
使用子块解码器,信息符号的向量被分成多个子向量,并且每个子向量被分别解码。根据传输信道代表矩阵的子块分割来执行信息符号的子向量分割。
某些子块解码器使用数据流的空间复用来应用用于无线MIMO系统的组合的ML和DFE解码方案,如“Won-Joon Choi,R.Negi和J.M.Cioffi,Combined ML and DFE decodingfor the V-BLAST system,IEEE International Conference on Communications.卷3,第1243-1248页,2000年.”公开的。因此,长度为n的信息符号向量被分成长度分别为p和n-p的两个子向量。在第一阶段中,使用ML解码器来估计包括p个信息符号的子向量。使用这些估计符号,接收机使用判决反馈均衡递归地执行符号间干扰消除,以确定构成信息符号的第二子向量的剩余n-p个符号的估计。尽管这样的2块解码方案允许实现比ZF-DFE解码更好的性能,但它们仍然是次优的。
已经提出了用于使用线性时空分块编码(STBC)的时空编码MIMO系统的其他子块解码方案。已经考虑了特定类别的低复杂度ML可解码STBC,例如在“D.N.Dao,C.Yuen,C.Tellambura,Y.L.Guan和T.T.Tjhung,Four-group decodable space-time blockcodes,IEEE Transactions on Signal Processing,56(1):424–430,2008年1月”中公开的多组可解码编码系列。
其他类别的低复杂度ML可解码STBC包括快速可解码编码,如“E.Biglieri,Y.Hong和E.Viterbo,On fast-decodable space-time block codes,In IEEE InternationalZurich Seminar on Communications,116–119,2008年3月”中公开的。
另外其他类别的低复杂度ML可解码STBC的包括快速组可解码编码,如“T.P.Ren,Y.L.Guan,C.Yuen和R.J.Shen,Fast-group-decodable space-time block code,InProceedings of IEEE Information Theory Workshop,第1–5页,2010年1月”中公开的。
在属于这些编码系列之一的STBC存在的情况下的子块解码可以有利地使用信道矩阵的QR分解来执行。等效信道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有效的递归解码,而不牺牲解码误差性能。特别地,可以以单独的方式并行地估计符号的一些子向量,从而允许更快和更低复杂度的解码。
根据预处理和估计阶段的计算复杂度来确定解码过程的整体解码复杂度。可以使用预处理技术来改善次优解码算法的性能或降低最优顺序解码器的复杂度。然而,现有的预处理技术需要可能影响整体处理复杂度的计算复杂度。此外,这种预处理方法可能不适用于子块解码算法。因此,需要设计特别适用于子块解码方案的低复杂度预处理方法。
发明内容
为了解决这些问题和其他问题,提供了一种解码器,用于对在通信系统中通过传输信道接收的信息符号的向量进行解码。传输信道通过由列向量构成的信道矩阵表示。信息符号携带一组信息位。所述解码器包括:
-被配置为确定一组辅助信道矩阵的变换单元,每个辅助信道矩阵通过执行信道矩阵的列向量中的至少一个列向量的线性组合来确定;
-分解单元,被配置为确定每个辅助信道矩阵分解为上三角矩阵和正交矩阵;
-矩阵选择单元,被配置为根据与所述辅助上三角矩阵的分量相关的选择标准,在确定的一组辅助信道矩阵及其对应的上三角矩阵和正交矩阵中选择至少一个辅助信道矩阵。
解码器被配置为通过将与所选择的辅助信道矩阵相对应的正交矩阵的转置乘以接收信号来确定辅助信号。解码器被配置为通过应用解码算法根据辅助信号和与所选择的辅助信道矩阵对应的上三角矩阵来确定信息符号向量的至少一个估计。
在一个实施例中,变换单元可以被配置为通过确定一组变换矩阵来确定一组辅助信道矩阵。变换矩阵包括整数值,并且具有等于1或者负1的行列式。通过将所述信道矩阵乘以所确定的一组变换矩阵中的每个矩阵来确定所述一组辅助信道矩阵。
在一个实施例中,分解单元可以被配置为通过执行每个确定的辅助信道矩阵的QR分解来从每个辅助信道矩阵中确定上三角矩阵和正交矩阵。
在特定实施例中,矩阵选择还可以被配置为根据至少一个子块解码参数将从每个辅助信道矩阵确定的每个上三角矩阵分成多个上三角子矩阵和多个矩形子矩阵。子块解码参数可以在由预定数量的子块、一组子块长度和预定义的一组符号估计算法组成的组中选择。在这样的实施例中,选择标准可以取决于与所确定的上三角子矩阵和/或矩形子矩阵相关的至少一个选择度量。
在一个实施例中,所述至少一个选择度量可以是确定的上三角子矩阵和/或矩形子矩阵的大于或等于度量阈值的分量的数量的函数。度量阈值是实数。
在某些实施例中,度量阈值可以取决于信道噪声方差。
在其他实施例中,度量阈值可以取决于至少一个子块解码参数。
在子块解码的应用中,解码器可以被配置为取决于预定义数量的子块和一组子块长度,根据信息符号的向量分割成多个子块,将辅助信号分割成多个子向量。解码器还可以被配置为通过应用来自预定义的一组符号组估计算法的符号估计算法而根据预定义数量的子块来确定信息符号的每个子向量的至少一个估计。
在一个实施例中,可以对信息符号的每个子向量应用不同的符号估计算法。可以在由顺序解码算法、ZF解码算法、ZF-DFE解码算法和MMSE解码算法组成的组中选择符号估计算法。
在某些实施例中,解码器可以被进一步配置为在所选择的至少一个变换的信道矩阵上执行减格和/或MMSE-GDFE预处理。
在一些实施例中,解码器可以被配置为确定用于确定一组信息位上的对数似然比值的信息符号的每个子向量的多个估计。
还提供了一种用于接收和解码信息符号向量的接收机。接收机包括根据任何前述特征的解码器,该解码器用于对信息符号的向量解码。
在本发明的一个应用中,在无线多输入多输出通信系统中,提供了能够接收数据的无线设备。无线设备包括根据前述实施例中任一项的用于接收和解码信息符号向量的接收机。
在本发明的光学多输入多输出通信系统的一个应用中,提供了能够接收数据的光学设备。光学设备包括根据前述实施例中任一项的用于接收和解码信息符号向量的接收机。
还提供了一种对在通信系统中通过传输信道接收的信息符号向量进行解码的方法。传输信道由包括列向量的信道矩阵表示。该方法包括:
-确定一组辅助信道矩阵,每个辅助信道矩阵通过执行信道矩阵的列向量中的至少一个列向量的线性组合来确定;
-将每个辅助信道矩阵分解成上三角矩阵和正交矩阵;
-根据与辅助上三角矩阵的分量相关的选择标准,在所确定的一组辅助信道矩阵及其对应的上三角矩阵和正交矩阵中选择至少一个辅助信道矩阵。
该方法包括通过将与所选择的辅助信道矩阵相对应的正交矩阵的转置乘以接收信号来确定辅助信号。该方法还包括通过应用解码算法而根据辅助信号和与所选择的辅助信道矩阵对应的上三角矩阵来确定信息符号向量的至少一个估计。
在一些实施例中,该方法可以包括通过确定一组变换矩阵来确定该组辅助信道矩阵。变换矩阵包括整数值并且具有等于一(1)或负1(-1)的行列式。通过将所述信道矩阵乘以所确定的一组变换矩阵中的每个矩阵来确定所述一组辅助信道矩阵。
在一些实施例中,该方法可以包括通过执行每个辅助信道矩阵的QR分解来从每个辅助信道矩阵中确定上三角矩阵和正交矩阵。
在一些实施例中,该方法还可以包括根据至少一个子块解码参数,将从每个辅助信道矩阵确定的每个上三角矩阵分成多个上三角子矩阵和多个矩形子矩阵。在由预定义数量的子块、一组子块长度和预定义的一组符号估计算法组成的组中选择至少一个子块解码参数。
还提供了一种用于对在通信系统中通过传输信道接收的信息符号的向量进行解码的计算机程序产品。传输信道由信道矩阵表示。该计算机程序产品包括:
非暂态计算机可读存储介质,以及存储在非暂态计算机可读存储介质上的指令,当所述指令被处理器执行时使所述处理器:
-确定一组辅助信道矩阵,每个辅助信道矩阵通过执行信道矩阵的列向量中的至少一个列向量的线性组合来确定;
-确定每个辅助信道矩阵分解为上三角矩阵和正交矩阵;
-根据与辅助上三角矩阵的分量相关的选择标准,在确定的一组辅助信道矩阵及其对应的上三角矩阵和正交矩阵中选择至少一个辅助信道矩阵。
处理器可以通过将与所选择的辅助信道矩阵相对应的正交矩阵的转置乘以接收信号来确定辅助信号。还可以进一步使处理器通过应用解码算法,根据辅助信号和与所选择的辅助信道矩阵对应的上三角矩阵来确定信息符号向量的至少一个估计。
有利的是,各种实施例允许将解码过程的预处理阶段适应于实现的解码算法,以降低整体计算复杂度。
特别是对于诸如顺序ML解码和递归子块解码方案的基于QR解码的应用,本发明的各种实施例能够在需要合理的计算复杂度的同时减少解码错误。
有利地,在对递归子块解码算法的应用中,本发明的各种实施例允许将信道矩阵变换成具有零条目的特定位置的矩阵,使得能够减少误差传播,并且可能地减少信息符号的不同子向量的解码的并行化。
技术人员在考察附图和具体实施方式后,本发明的其它优点将变得清楚。本文中旨在并入任何其它优点。
附图说明
并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的各种实施例,并且其中:
-图1示出了本发明在通信系统中的示例性应用的示意图;
-图2示出了无线单用户MIMO系统中的时空解码器的实现方式的示意图;
-图3是表示根据本发明的示例性实施例的时空解码器的结构的框图;
-图4是示出根据本发明的一些实施例的矩阵计算单元的结构的框图;
-图5是示出根据本发明的一些实施例的矩阵选择单元的结构的框图;
-图6是表示根据本发明的一些实施例的解码单元的框图;
-图7是描绘根据本发明的示例性实施例的递归子块解码的方法的流程图;以及
-图8示出了根据本发明的一些实施例的时空解码器的硬件体系结构。
具体实施方式
本发明的实施例单独地或组合地提供了用于解码通过具有优化的计算复杂度的通信系统中的传输信道接收的信息符号的向量的方法、设备和计算机程序产品。传输信道由包括列向量的信道矩阵表示。本发明的实施例是基于根据选择标准将信道矩阵变换成矩阵,使得能够降低实现以确定信息符号向量的至少一个估计的解码算法的复杂度。
根据本发明的各种实施例的方法、设备和计算机程序产品可以在不同类型的系统中实现。具体地,可以在通信系统中实现根据本发明的各种实施例的方法、设备和计算机程序产品,以确定从一个或多个发射机设备向接收机设备传送的信息符号向量的估计。
将参考通信系统进行某些实施例的以下描述,仅用于说明的目的。然而,本领域技术人员将容易理解,本发明的各种实施例可以集成在诸如信号处理系统的其他类型的系统中。
图1示出了本发明在通信系统100中的示例性应用。通信系统100可以是有线、无线或光学系统。通信系统100可以包括被配置为通过传输信道13向至少一个接收机设备15(以下称为“接收机”)发送多个信息符号的至少一个发射机设备11(以下称为“发射机”)。接收机15可以包括至少一个解码器10来解码由一个或多个发射机设备11发送的信息符号。
发射机设备11可以配备有一个或多个发射天线,并且接收机设备15可以配备有一个或多个接收天线。传输信道13可以是任何有线连接、无线介质或基于光纤的链路。
通信系统100可以是包括:无线多天线发射机设备11的无线单用户MIMO系统,被配置为传送表示输入数据的信息符号流,以及无线多天线接收机设备15,被配置为对由发射机11传送的符号解码。
通信系统100可以是其中多个无线发射机设备11和接收机设备15彼此通信的无线多用户MIMO系统。在这样的实施例中,通信系统100还可以使用诸如TDMA、FDMA、CDMA和SDMA之类的任何多址技术。
通信系统100可以是基于光纤的通信系统。因此,所接收的信号可以对应于通过光纤的不同极化状态传输的信息符号或在多模光纤的不同模式上传播的信息符号。此外,诸如WDMA(波分多址)的多址技术可以用在这种光通信系统中。
传输信道13可以是任何线性加性高斯白噪声(AWGN)信道或使用诸如OFDM或FBMC的单载波或多载波调制格式的多路径信道。
在对无线单用户MIMO系统的应用中,可以减少接收信号的基于QR的解码的复杂性,而不牺牲误差性能。各种解码方法和设备的示例性应用包括但不限于在诸如Wi-Fi(IEEE 802.11n)、蜂窝WiMax(IEEE 802.16e)、协作WiMax(IEEE 802.16j)、长期演进(LTE)、LTE高级和5G正在进行中的标准化等无线标准中可实现的配置中的MIMO解码。
仅为了说明的目的,将参考适应配备有nt≥1个发射天线的发射机设备11和配备有用于对发射机11发送的信息符号解码的nr≥1个接收天线的接收机设备15的无线单用户MIMO系统进行以下描述。然而,本领域技术人员将容易理解,本发明的各种实施例应用于诸如无线多用户MIMO系统和光MIMO系统的其他通信系统中。通常,本发明可以集成在任何通信系统中,其特征在于在接收机设备处的信道输出的线性表示(等效地是格子表示)。
参考图2,示出了可以实现本发明的实施例的示例性的无线通信系统200。MIMO系统200可以包括实现时空分块编码(STBC)的发射机20,以分发随时间和空间维度调制的符号。站的每个发射机20可以根据无线通信系统200与另一个站的接收机21交换数据。
MIMO系统可以呈现对称配置。如本文所使用的,对称配置是指在这种情况下发射机和接收机配备有相同数量的天线nt=nr的配置。可替代地,MIMO配置可以是不对称的,在这种情况下,接收天线的数量nr与发射天线的数量nt不同。特别地,在一个实施例中,为了避免秩不足问题,接收天线的数量nr可能大于发射机处的天线数量nt。
发射机20可以通过有噪声的无线MIMO信道将信号传送到接收机21。发射机20可以实现于能够在诸如例如在设备或移动站中的无线环境中操作的不同设备或系统中。发射机20可以是固定的或移动的。它可以包括例如:
-实现诸如块码或卷积码的前向纠错(FEC)码的信道编码器201;
-实现调制方案的调制器203,例如递送调制符号向量sc的正交幅度调制(QAM);
-用于递送码字矩阵X的时空编码器205;
-nt个发射天线207,每个发射天线与OFDM或FBMC调制器相关联。
发射机20可以被配置为使用实现例如卷积码的FEC编码器201将所接收的信息位流编码为数据输入。然后可以使用调制器203将经编码的二进制信号调制成符号向量sc。可以实现不同的调制方案,例如具有2q个符号或状态的2q-QAM或2q-PSK。调制向量sc可以是包括具有每个符号q位的复值符号s1,s2,…,sк的复值向量。
信息符号sj具有平均功率Es,并且可以写为以下形式:
sj=Re(sj)+iIm(sj) (1)
在等式(1)中,i表示复数,使得i2=-1,Re(.)和Im(.)运算符分别输出输入值的实部和虚部。
当使用诸如2q-QAM的调制格式时,2q个符号或状态表示整数域的子集。相应的星座由表示不同状态或符号的2q个点构成。另外,在平方调制的情况下,信息符号的实部和虚部属于相同的有限字母A=[–(q-1),(q-1)]。调制方案的最小距离dmin表示星座中两个相邻点之间的欧氏距离,在这种实例中等于2。
时空编码器205可以用于从编码的符号生成码字矩阵x。时空编码器205可以使用长度为T的线性STBC,并且可以递送属于码本C并且经过T个时隙发送的维度为nt×T的码字矩阵x。这些代码的编码率等于每个信道使用的复符号,其中к是在这种情况下构成维度为к的向量sc=[s1,s2,…,sк]t的编码复值符号的数量。当使用全速率码时,时空编码器205对к=ntT复值符号进行编码。STBC的示例是完美编码(Perfect Codes)。完美编码通过对复数信息符号的数量进行编码来提供全编码率,并满足非消失的行列式性质。
通过在不同的发射天线上多路复用所接收的复值信息符号而不执行时间维度上的编码,时空编码器205可以使用被称为V-BLAST方案的空间多路复用方案。
如此构造的码字可以使用例如OFDM或FBMC调制器使用多载波调制技术从时域转换到频域,并且在发射天线207上扩散。信号可以可选地在滤波、频率转置和放大之后从发射天线207发送。
接收机21可以被配置为通过经衰落和干扰且由复值信道矩阵Hc表示的传输信道(也称为“通信信道”)在无线网络中接收和解码由发射机20传送的信号。此外,通信信道可能是有噪声的,例如受高斯噪声影响。
接收机21可以集成在基站中,诸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21可以是固定的或移动的。在一个示例性的实施例中,接收机21可以包括:
-时空解码器211,被配置为从信道矩阵Hc和信道输出信号Yc给出调制符号向量sc的估计
-解调器213,被配置为通过执行所估计的符号向量的解调来生成二进制序列;
-信道解码器215,被配置为使用例如维特比算法(Viterbi algorithm)来给出作为所发送位的估计的二进制信号作为输出。
接收机21实现在发射机20中执行的处理的反向处理。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FBMC解调器的nr OFDM可以由相应的单载波解调器来取代。
参考图3,示出了根据一些实施例的时空解码器211的结构。因此,时空解码器211可以包括复数到实数转换器301,其被配置为将复值信道矩阵Hc转换为实值等效信道矩阵H,并将复值信道输出Yc转换为维数n的实值向量y。时空解码器211可以包括矩阵计算单元303,其被配置为从信道矩阵确定一组辅助信道矩阵,并且根据选择标准在所确定的一组辅助信道矩阵中选择至少一个辅助信道矩阵。可以通过执行信道矩阵的列向量中的至少一个向量的线性组合来确定每个辅助信道矩阵。根据信道矩阵的变换,实数值表示中的信息符号向量可以转换成向量st。时空解码器211可以包括解码单元307,其被配置为从接收信号和所选择的至少一个辅助信道矩阵确定辅助信号,并且通过应用解码算法来确定变换后的信息符号向量的至少一个估计时空解码器211还可以包括处理单元309,其被配置为使用应用于由矩阵计算单元303变换信道矩阵的变换运算和到向量的实数到复数转换来递送复值信息符号的向量的估计转换操作是在复数到真实转换器301处执行的处理的逆。
参考图4,示出了基于QR的解码中根据本发明的一些实施例的矩阵计算单元303的结构。ML顺序解码、ZF-DFE解码和递归子块解码是这些实施例的示例。因此,矩阵计算单元303可以包括变换单元401,变换单元401包括:
-矩阵生成单元403,被配置为确定变换矩阵Uq的集合Nt。变换矩阵的数量Nt是二(2)和n之间所包含的整数,以及
-矩阵乘法单元405,被配置为通过根据Hq=HUq将信道矩阵(实值表示)乘以每个变换矩阵Uq来确定一组Nt个辅助信道矩阵Hq。
矩阵计算单元303还可以包括:
-分解单元407,被配置为通过对辅助信道矩阵执行QR分解来确定每个辅助信道矩阵Hq的上三角矩阵Rq和正交矩阵Qq,以及
-矩阵选择单元409,被配置为根据选择标准从所确定的一组辅助信道矩阵中选择至少一个辅助信道矩阵Ht及其对应的上三角矩阵R和正交矩阵Q。因此,所选择的至少一个辅助信道矩阵可以写成Ht=HUt=QR的形式,其中Ut是使得能够确定所选择的辅助信道矩阵的变换矩阵。根据信道矩阵的变换,实数值表示中的信息符号向量可以被变换为向量
在一些实施例中,变换矩阵Uq可以是单模矩阵,即包括整数值并且具有单一绝对值的行列式。特别地,变换矩阵Uq可以是对应于信道矩阵的行或列的置换的二进制值的置换矩阵。
即使不限于这样的应用,本发明在递归子块解码应用中具有某些优点。下面将参照递归子块解码的应用进行描述,仅用于说明的目的。
图5是表示根据本发明的一些实施例的应用于递归子块解码的矩阵选择单元409的结构的框图。因此,矩阵选择单元409可以包括:
-矩阵分割单元501,被配置为在给定一组子块解码参数的情况下将每个上三角矩阵Rq分割成多个上三角子矩阵和多个矩形子矩阵子块解码参数的集合可以包括至少预定数量的子块N,一组子块长度lk,k=1,…,N,满足以及一组符号估计算法D(k)。因此,上三角矩阵Rq可以被分割为包括N个上三角子矩阵和个矩形子矩阵 的个子矩阵;
-度量计算单元503,被配置为确定与分割的上三角子矩阵和/或矩形子矩阵的分量有关的至少一个度量。对于与索引q(q=1,…,Nt)的上三角矩阵Rq对应的子矩阵,与索引k的上三角子矩阵相关的度量表示为与矩形子矩阵相关的度量被表示为以及
-分析单元505,被配置为分析由度量计算单元503传送的所确定的至少一个度量,并根据选择标准来确定至少一个上三角矩阵R和正交矩阵Q。在某些实施例中,选择度量可以与度量和/或相关。
在一些实施例中,矩阵选择单元409可以包括被配置为存储至少一组预定义度量阈值的存储单元507。在这样的实施例中,分析单元505还可以被配置为通过将度量计算单元503所确定的度量与存储单元507中存储的度量阈值进行比较来确定至少一个上三角矩阵和一个正交矩阵。
在某些实施例中,变换矩阵的数量Nt可以小于或等于子块数N。
图6示出了根据应用于递归子块解码的一些实施例的解码单元307的结构。如图6所示,解码单元307可以包括乘法单元601,其被配置为通过对通过所选择的辅助信道矩阵的QR分解获得的矩阵Q的转置来对实值信号y进行缩放来确定辅助信号解码单元307还可以包括分割单元603,其被配置为:
-分别将向量st和Qty分割成子向量s(k)和其中索引k的子向量具有长度lk,以及
-检索所选上三角矩阵R的上三角子矩阵R(k)和矩形子矩阵B(kj),k=1,…,N,j=k+1,…,+。
这些分割的子矩阵可以预先存储在存储单元507中。
使用子向量s(k)和和分割的子矩阵R(k)和B(kj),可以定义一组子块(SB)k。对于每个索引k=1,…,N-1,子块(SB)k可以定义为 对于k=N,相应的子块由 给出。
解码单元307还可以包括N个符号估计单元605和N-1个连续干扰消除单元607。SIC单元607可以与子块(SB)k相关联,并且被配置为计算向量符号估计单元605可以与每个子块(SB)k相关联,以使用符号估计算法D(k)来确定估计解码单元307还可以包括串行转换器609,其被配置为通过聚合N个符号估计单元的输出来确定实值向量
本领域技术人员将容易理解,本发明不限于对每个子块使用估计单元605。可替代地,可以使用唯一符号估计单元605或一组符号估计单元605(该组包括比子块的总数少的单元)来确定每个子向量的估计。此外,在半穷尽递归子块解码的应用中,估计单元605可以被配置为确定信息符号的相应子向量的两个或更多个估计。此外,在一个应用中,例如对于穷尽递归子块解码,估计单元605可以被配置为生成信息符号的子向量的所有可能的估计值。
在对使用空间多路复用方案和2q-QAM调制对从配备有nt个发射天线的发射机发送到配备有nr(nr≥nt)个接收天线的接收机的信号解码的无线瑞利衰落多天线系统(单用户MIMO)的应用中,接收的复值信号可以写成如下形式:
yc=Hcsc+wc (2)
在等式(2)中,yc是nr维向量,sc表示维度为nt的传输信息符号的复值向量。复值nr×nt矩阵Hc表示包括衰落增益的信道矩阵。在瑞利衰落信道中,信道矩阵Hc的条目具有独立的相同分布(i.i.d)复数高斯类型。可以使用诸如最小二乘估计器之类的估计技术在接收机处的相干传输中估计信道矩阵。除了多路径衰落效应之外,传输信道可能是有噪声的。噪声可能是由于系统组件的热噪声、用户间干扰和被天线拦截的干扰辐射引起的。可以在通过nr维复值向量wc按等式(2)建模的每个实数维度通过方差为σ2的零均值加性高斯白噪声来对总噪声建模。
给定信道输出,接收机可以尝试生成原始信息符号向量的估计。
图7是描绘根据一些实施例以及根据递归子块解码应用的解码方法的流程图。
在步骤701中,可以执行复数到实数转换以确定接收信号的实数值形式。
例如,在使用空间多路复用方案的一个实施例中,等式(2)中的系统可以被变换为:
等式(3)中的Re(.)和Im(.)运算符表示构成基础向量或矩阵的每个元素的实部和虚部。
等式(3)可以写成以下形式:
y=Hs+w (4)
为了便于对以下实施例的理解,将参考空间多路复用方案进行以下描述,并且涉及对称MIMO配置,其中发射机和接收机配备有相同数量的天线nt=nr,仅用于说明的目的。因此,等式(4)中的实值向量y,s和w将被表示为n维向量,n=2nt=2nr,并且等效实值信道矩阵H将由平方n×n矩阵表示。向量s包括构成向量sc的原始复合信息符号的实部和虚部。
在步骤703中,可以确定一组Nt个变换矩阵Uq,q=1,…,Nt。变换矩阵的数量可以包括在二(2)和n之间。变换矩阵Uq是维度为n×n的方阵。它可以是包含整数值并且具有等于1的绝对值的行列式的任何单模矩阵。它可以对应于基本列操作中的一个或任何组合,包括:
-交换(或置换)两个或更多列;
-将一列的倍数添加到另一列;
-将任何列乘以非零值。
在其中设计变换矩阵以在其实值表示中置换(或交换)信道矩阵的列的实施例中,所确定的变换矩阵对应于置换矩阵。置换矩阵是包含二进制值的正交矩阵。置换矩阵可以与矩阵H的列的排序πq相关联。通过以H=(h1 … hn)的形式写信道矩阵的实值形式,其中向量hi,i=1,…,n表示H的列,排序πq可以以的形式来表示。索引i的列向量hi被相应地置换成向量πq(hi)。对应于排序πq的置换矩阵Uq是具有除了在行i中的零条目之外的所有零条目的矩阵,对应于πq(hi)的索引的条目等于1。相应的辅助(在这种情况下被置换的)信道矩阵相应地由Hq=(πq(h1),…,πq(hn))给出。
在其他实施例中,变换矩阵可以对应于信道矩阵的列向量的减少。在这种情况下,可以实现任何减格算法来确定至少一个变换矩阵。
确定的Nt个变换矩阵Uq可以用于通过根据Hq=HUq将实值信道矩阵H乘以所确定的一组变换矩阵中的每个矩阵来计算Nt个辅助信道矩阵Hq,q=1,…,Nt。
在步骤705中,可以通过执行每个辅助信道矩阵的QR分解使得Hq=QqRq来确定多个上三角矩阵和正交矩阵
在应用于递归子块解码时,可以在步骤707中首先从存储器接收或检索包括至少一个子块解码参数的一组预定义子块解码参数。子块解码参数可以包括预定义数量子块N(优选等于至少两个)、满足的一组子块长度lk,k=1,…N,和一组符号估计算法D(k ),k=1,…,N。长度lk,k=1,…N,可以相等或不同。符号估计算法可能是相似或不同的。将参考包括这三种类型参数(N,lk,k=1,…,N,D(k),k=1,…,N)的子块解码参数进行以下描述。
使用子块解码参数,可以在步骤709中执行上三角矩阵Rq的分割,q=1,…,Nt。因此,矩阵Rq可以被分割为包括N个上三角子矩阵和个矩形子矩阵的个子矩阵,使得:
分割的上三角子矩阵表示维度lk×lk的方阵。
分割的子矩阵表示维度为lk×lj的矩形矩阵。
在步骤711中,可以根据选择标准来选择子矩阵R(k)和B(jk)、正交矩阵Q和变换矩阵Ut中的至少一个辅助信道矩阵Ht及其对应的上三角矩阵R。
在一些实施例中,选择标准可以取决于与分割的上三角子矩阵和/或分割的矩形子矩阵有关的至少一个选择度量。特别地,选择标准可以对应于与分割的上三角子矩阵和/或矩形子矩阵的分量相关的一个或多个选择度量的最大化或最小化。因此,可以计算分别与上三角子矩阵和矩形子矩阵相关的度量和度量
在应用于基于QR的时空解码的一些实施例中,与分割的矩形子矩阵相关的度量可以对应于相应的矩形子矩阵的零分量的数目。在这样的实施例中,信道矩阵的变换可以旨在获得具有最大数目零分量的上三角矩阵,或者获得具有位于特定位置的零分量的上三角矩阵,从而能够更好地解码误差性能/复杂度权衡。
零分量数目高于非零分量数目的矩阵被称为稀疏矩阵。相比之下,稠密矩阵是具有大于零分量数目的非零条目数目的矩阵。
在解码过程中使用的上三角矩阵中的零条目表示要解码的信息符号的向量中的两个信息符号之间的无关性。因此,在应用于基于QR的时空解码的本发明的某些实施例中,考虑解码过程中的稀疏上三角矩阵R可以有利地使得能够使用任何类型联合的、单流的或子块解码方案来减少ML度量的所需计算的数量。
除了计算复杂度优点之外,具有定位在例如矩形子矩阵中的零条目的稀疏上三角矩阵还可以提供性能改进的优点。
例如,当应用于ZF-DFE解码时,变换信道矩阵使得在解码处理中使用的所选择的上三角矩阵R具有位于矩形子矩阵内的零条目,使得能够减少由符号间干扰导致的误差传播。
在应用于递归子块解码的另一示例中,信道矩阵的变换可以有利地实现变换的信息符号向量中的信息符号的不同子向量的解码并行化。
此外,在顺序解码的另一应用中,变换信道矩阵而使得在ML度量的分辨率中使用的所得到的上三角矩阵在特定位置中具有零条目可以有利地使得能够通过以并行的方式独立地访问某些路径或树层级来搜索解码树中的ML解。结果,计算复杂度和处理时间可能会显著降低。
在一个实施例中,可以使用与矩形子矩阵的分量相关的第一度量(以下称为“硬稀疏性度量”)。它表示对于索引k的给定的分割的矩形子矩阵而言零条目的数目。在这些实施例中,选择标准可以对应于每个分割子块的硬稀疏性度量的最大化。所有生成的变换矩阵上所选择的变换矩阵可以对应于使得能够获得具有用于个分割矩形子矩阵的最大硬稀疏性度量的上三角矩阵R的变换矩阵。
在另一个实施例中,可以使用与矩形子矩阵的分量相关的第二度量(以下称为“加权稀疏性度量”)。它表示上三角矩阵中零条目的数量和位置。索引k的矩形子矩阵的加权稀疏性度量可以是由对应子矩阵的分量在上三角矩阵Rq中的位置加权的对应子矩阵的分量的任何函数。组件的位置可以由一对行和列索引来定义。
在一些实施例中,矩阵选择单元409可以包括被配置为存储至少一组预定义度量阈值的存储单元507。在这样的实施例中,分析单元505还可以被配置为通过将度量计算单元503所确定的度量与存储单元507中所存储的度量阈值进行比较来选择至少一个辅助信道矩阵及其对应的上三角矩阵和正交矩阵。在这样的实施例中,可以使用与矩形子矩阵的分量相关的第三度量(以下称为“软稀疏性度量”)。它表示大于或等于预定义度量阈值的分割的矩形子矩阵中的值的数量。因此,选择标准可以对应于每矩形子矩阵中大于或等于预定阈值度量的最大条目数。在所有生成的变换矩阵上所选择的变换矩阵可以对应于使得能够在分割的矩形子矩阵中获得具有最大软稀疏性度量的矩阵R的变换矩阵。
使用这样的阈值,可以以并行方式单独解码信息符号中的一些或全部,尽管在解码过程中使用的上三角矩阵中它们对应的衰落系数不等于零。
阈值度量对于所有子块可以是相同的,或者可以取决于子块在上三角矩阵内的位置。对于与相对于位于树的最后一级中的节点(也称为“叶节点”)的位于解码树中更高级的信息符号组相关联的子块,即靠近叶节点的位置,可以考虑更高的度量阈值。它可以有利地实现解耦信息符号并加速解码过程的收敛。
除了性能改进优点之外,在使用硬件实现的某些实施例中,可以显著减少所需的存储、计算和处理资源,因为可以部署特定算法和数据结构以利用底层矩阵的稀疏结构来存储和操纵稀疏矩阵。
在步骤713中,可以使用所选择的辅助信道矩阵来确定等式(4)的等效系统。因此,等式(4)可以首先被重写为:
在等式(6)中,表示整数值向量,并且对应于与使用所选择的变换矩阵Ut的信道矩阵的变换相关联的信息符号s的实值向量的变换副本。给定矩阵Q的正交性,可以根据下式来确定等式(6)的等效系统:
在等式(7)中,表示缩放的噪声向量。
在基于QR的解码的应用中,考虑了等式(7)的实值等效系统用于估计原始传输的信息符号。
用于联合解码信息符号的ML解码问题由下式给出:
在等式(8)中,T表示属于变换向量st的分量的字母。字母T可以在某些实施例中根据组成真实向量s的复值向量sc的实部和虚部所属的字母A=[cmin,cmax]来确定。
ML度量可以定义为:
在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715中,可以执行向量分割为N个子向量,使得索引k(k=1,…,N)的子向量具有长度lk。相同的子向量分割可以应用于噪声向量以确定长度lk的N个子向量使得
可以将子块解码参数,所选择的上三角矩阵R的分割子矩阵R(k)和B(kj)和分割子向量分组为子块(SB)k,k=1,…,N。子块(SB)k(k=1,…,N-1),可以由一组参数定义,使得其中:
对于k=N,子块可以由定义,使得:
等式(10)和(11)中的系统可以用于解码信息符号的各个子向量。
根据这些子块组,等式(9)中的ML解码度量可以写为:
因此,可以在步骤719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。可以在步骤717中执行对应于k=N的初始化。
可以对每个子块(SB)k,k=N,N-1,…1重复步骤719,以确定变换向量st的符号s(k)的子向量的子向量估计对于每个k=N-1,…1,子向量可以在步骤725中根据先前估计的子向量和矩形子矩阵B(kj)来计算,j=k+1,…,N。索引k的子向量的估计可以使用符号估计算法D(k)、上三角矩阵R(k)和计算的子向量来确定。对于k=N,可以使用在步骤717初始化的对应的符号估计算法D(N)、相应的上三角子矩阵R(N)和向量来确定估计
如果确定在步骤723中已经估计了符号的所有子向量,则可以执行步骤727,以从子向量构建输出,作为信息符号sc的复值向量的估计构建步骤可以包括三个阶段。首先,可以通过聚合不同的子向量估计来构造实值向量然后,可以通过根据使用所选择的变换矩阵来变换向量来确定信息符号s的向量的估计最后,所获得的向量可以被转换成复值向量使得对于j=1,…,n/2,分量由下式给出:
在等式(13)中,(u)j表示向量u的第j个元素。
根据本发明的某些实施例,对于k=1,…,N,在步骤719中实现的符号估计算法D(k)可以相似或不同。符号估计算法D(k)可以但不限于任何顺序解码方案、ZF、MMSE或ZF-DFE。
在给定的子块(SB)k中使用顺序解码器的一个实施例中,对应的解码器D(k)通过根据下式最小化子块度量来递送估计
可以使用诸如球体解码器(SD)、堆栈解码器和SB堆栈解码器(SB-Stack)的顺序树搜索算法来求解等式(14)。
此外,在某些实施例中,可以使用例如减格和/或MMSE-GDFE滤波来执行解码之前对于上三角子矩阵R(k)的预处理。在子块分割和解码之前,预处理方法也可以应用于信道矩阵。
虽然在使用信息符号的空间复用的MIMO系统的情况下已经详细描述了各种实施例,但是应当注意,本发明也可应用于使用线性时空分块编码的配置。在存在长度为T和对к个符号编码的时空分块编码的情况下,信道输出的实值表达式可以写成等式(4)的线性表示形式,其中等效信道矩阵是由下式给出的实值2nrT×2к矩阵Heq:
2ntT×2к矩阵G表示称为线性时空分块编码的生成矩阵或编码矩阵的实值矩阵。IT表示维度T的单位矩阵,运算符是Kronecker矩阵积。
此外,虽然本发明的各种实施例是对于以相同数量的发射天线和接收天线为特征的对称MIMO配置进行详述,但是应当注意,本发明也可以应用于其中nt<nr的非对称MIMO配置中。也可以通过下式给出的等效系统执行步骤701的复数到实数转换来获得等式(4)形式的线性表示:
在等式(16)中,矩阵U和V是从矩阵Hc=UDVt的奇异值分解与矩阵D一起获得的酉矩阵。D是具有表示矩阵Hc的奇异值的正对角条目的对角矩阵。上标表示Hermitian转置算子。
此外,本发明的各种实施例不限于特定类型的递归子块解码,并且适用于任何其他类型的子块解码,例如专利申请EP 15306808.5中公开的半穷尽递归子块解码。此外,本发明的各种实施例既适用于硬解码又适用于软解码。
在软输出解码的一个应用中,根据各种实施例的方法和设备允许生成信息符号的原始向量的估计列表。这样获得的列表可以用于计算用于近似由原始信息符号携带的不同信息位的外在信息的对数似然比值。可以执行步骤719至727的多次迭代以便填充估计列表。
本文描述的方法和设备可以通过各种手段来实现。例如,这些技术可以在硬件、软件或其组合中实现。对于硬件实现方式,时空解码器211的处理元件可以例如根据仅硬件配置(例如,在具有相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的配置来实现。
图8表示根据本发明的某些实施例的时空解码器211的示例性的硬件体系结构80。硬件体系结构80可以在机器或计算机执行的设备中实现。如图所示,时空解码器211可以包括可能通过数据和地址端口89彼此交互的各种计算、存储和通信单元,并且包括:
-用于接收例如来自接收天线209的输入数据的输入外围设备81;
-处理外围设备83,其包括一个或多个微处理器(CPU),例如FPGA或ASIC,其被配置为例如执行相应的指令以根据本发明的各种实施例来运行方法和算法;
-存储外围设备85,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例如在解码之前计算的转换矩阵和辅助信道矩阵的集合。
-输出外围设备87,其包括诸如显示器之类的通信模块,使得能够例如在接收机设备21和MIMO系统管理员之间进行人机交互以用于配置和维护目的。
此外,虽然已经关于无线单用户MIMO系统描述了本发明的一些实施例,但是应当注意,本发明不限于这样的应用。本发明可以集成在任何由信道输出的线性表示表征的线性通信系统中操作的接收机设备中。通信系统可以是有线、无线或基于光纤的适应单个或多个用户、使用单个或多个天线以及单载波或多载波通信技术。例如,本发明可以集成在无线分布式MIMO系统实现的接收机设备中。分布式MIMO可以用于例如在3G、4G、LTE和未来5G标准中应用的蜂窝通信。例如在自组织网络(无线传感器网络、机器对机器通信、物联网等)中应用的协作通信也是分布式MIMO系统的示例。除了无线网络之外,本发明可以集成在基于光纤的通信系统(例如偏振分多路复用OFDM(PDM-OFDM)系统)中实现的光接收机设备中。
此外,本发明不限于通信设备,并且可以集成在信号处理设备中,例如在诸如音频分频器和音频母带的音频应用中使用的有限脉冲响应(FIR)的电子滤波器。因此,给定阶数为M的FIR滤波器的输出序列,可以使用一些实施例来确定输入序列的估计。
在另一应用中,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在全球导航卫星系统(GNSS)中,例如IRNSS、北斗(Beidou)、GLONASS、伽利略(Galileo);包括例如至少一个GPS接收机、用于使用例如载波相位测量来估计定位参数的GPS。
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在密码系统中实现,用于确定用于在数据或消息存储、处理或通信期间加密/解密数据或消息的密码算法中所使用的私有秘值的估计。在基于格子的密码学应用中,数据/消息以格点形式被加密。根据本发明的一些实施例,可以有利地执行这种加密数据的解密,从而能够实现以降低的复杂度成功恢复秘值的高的可能性。
此外,本文描述的方法可以通过提供给任何类型的计算机的处理器的计算机程序指令来实现以引起具有执行指令的处理器的机器实现本文指定的功能/动作。这些计算机程序指令也可以存储在可以引导计算机以特定方式工作的计算机可读介质中。为此,可以将计算机程序指令加载到计算机上以使得执行一系列操作步骤,从而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。
虽然已经通过各种示例的描述说明了本发明的实施例,并且虽然已经相当详细地描述了这些实施例,但是申请人的意图并不是将所附权利要求的范围限制于这些细节或以任何方式限制于这些细节。本领域技术人员将容易看出额外的优点和修改。因此,本发明的更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性方法和说明性的示例。
Claims (17)
1.一种用于对通信系统中通过传输信道接收的信号进行解码的解码器,所述信号包括信息符号的向量,所述传输信道由包括列向量的信道矩阵表示,所述信息符号携带信息位,其中所述解码器包括:
-变换单元(401),其被配置为确定一组辅助信道矩阵,每个辅助信道矩阵是通过执行所述信道矩阵的列向量中的至少一个列向量的线性组合来确定的;
-分解单元(407),其被配置为确定将每个辅助信道矩阵分解成上三角矩阵和正交矩阵;
-矩阵选择单元(409),其被配置为根据与所述上三角矩阵的分量相关的选择标准来选择所述一组辅助信道矩阵中的至少一个辅助信道矩阵,
其中,所述解码器被配置为通过将与所选择的辅助信道矩阵对应的所述正交矩阵的转置乘以所述接收的信号来确定辅助信号,所述解码器被配置为通过应用解码算法,根据所述辅助信号并且根据与所选择的辅助信道矩阵对应的所述上三角矩阵来确定信息符号的所述向量的至少一个估计。
2.根据权利要求1所述的解码器,其中,所述变换单元(401)还被配置为确定一组变换矩阵,每个变换矩阵包括整数值并且具有绝对值等于1的行列式,并且其中,所述一组辅助信道矩阵是通过将所述信道矩阵乘以所述一组变换矩阵中的每个矩阵来确定的。
3.根据任一前述权利要求所述的解码器,其中,所述矩阵选择单元(409)还被配置为根据在由预定数量的子块、一组子块长度以及一组预定义的符号估计算法组成的组中选择的至少一个子块解码参数而将针对每个辅助信道矩阵确定的每个上三角矩阵分割成多个上三角子矩阵和多个矩形子矩阵。
4.根据权利要求3所述的解码器,其中,所述选择标准基于从所述上三角子矩阵和/或所述矩形子矩阵的分量导出的至少一个选择度量的值。
5.根据权利要求4所述的解码器,其中,所述选择标准取决于所述选择度量相对于度量阈值的值,所述度量阈值是实数。
6.根据权利要求5所述的解码器,其中,所述度量阈值取决于信道噪声方差。
7.根据权利要求5所述的解码器,其中,所述度量阈值是至少一个子块解码参数的函数。
8.根据任一前述权利要求所述的解码器,其中,所述解码器还被配置为将所述辅助信号分割为多个子向量,并且根据所述预定义数量的子块和所述一组子块长度将信息符号的所述向量分割成多个子向量,所述解码器还被配置为通过应用来自所述预定义的一组符号估计算法的符号估计算法来确定信息符号的每个子向量的至少一个估计。
9.根据权利要求8所述的解码器,其中,不同的符号估计算法是针对信息符号的每个子向量而应用的。
10.根据任一前述权利要求所述的解码器,其中,所述符号估计算法是在由顺序解码算法、ZF解码算法、ZF-DFE解码算法和MMSE解码算法组成的组中选择的。
11.根据任一前述权利要求所述的解码器,其中,所述解码器还被配置为在所选择的至少一个辅助信道矩阵上执行减格和/或MMSE-GDFE预处理。
12.根据任一前述权利要求所述的解码器,其中,所述解码器被配置为确定用于递送与所述信息位对应的对数似然比值的信息符号的每个子向量的多个估计。
13.一种用于接收和解码信息符号的向量的接收机,其中,所述接收机包括根据任何前述权利要求所述的解码器,所述解码器被配置为对信息符号的所述向量进行解码。
14.一种能够在无线多输入多输出通信系统中接收数据的无线设备,其中,所述无线设备包括根据权利要求13所述的接收机,所述接收机被配置为接收和解码信息符号的向量。
15.一种能够在光学多输入多输出通信系统中接收数据的光学设备,其中,所述光学设备包括根据权利要求13所述的接收机,所述接收机被配置为接收和解码信息符号的向量。
16.一种用于对通信系统中通过传输信道接收的信号进行解码的方法,所述信号包括信息符号的向量,所述传输信道由包括列向量的信道矩阵表示,所述信息符号携带信息位,其中,所述方法包括:
-确定一组辅助信道矩阵,每个辅助信道矩阵是通过执行所述信道矩阵的列向量中的至少一个列向量的线性组合来确定的;
-将每个辅助信道矩阵分解成上三角矩阵和正交矩阵;
-根据与所述上三角矩阵的分量相关的选择标准,在所述一组辅助信道矩阵及其对应的上三角矩阵和正交矩阵中选择至少一个辅助信道矩阵;
其中,所述方法还包括通过将与所选择的辅助信道矩阵对应的所述正交矩阵的转置乘以所述接收的信号来确定辅助信号,以及通过应用解码算法,根据所述辅助信号和与所选择的辅助信道矩阵对应的所述上三角矩阵来确定信息符号的所述向量的至少一个估计。
17.一种用于对通信系统中通过传输信道接收的信号进行解码的计算机程序,所述信号包括信息符号的向量,所述传输信道由包括列向量的信道矩阵表示,所述信息符号携带信息位,所述计算机程序产品包括非暂态计算机可读存储介质,以及存储在所述非暂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:
-确定一组辅助信道矩阵,每个辅助信道矩阵是通过执行所述信道矩阵的列向量中的至少一个列向量的线性组合来确定的;
-将每个辅助信道矩阵分解成上三角矩阵和正交矩阵;
-根据与所述辅助上三角矩阵的分量相关的选择标准,在所述一组辅助信道矩阵及其对应的上三角矩阵和正交矩阵中选择至少一个辅助信道矩阵;
其中,使所述处理器进一步使得通过将与所选择的辅助信道矩阵对应的所述正交矩阵的转置乘以所述接收的信号来确定辅助信号,以及通过应用解码算法,根据所述辅助信号和与所选择的辅助信道矩阵对应的所述上三角矩阵来确定信息符号的所述向量的至少一个估计。
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