CN108462551B - 解调方法及接收装置 - Google Patents

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Abstract

本公开公开一种解调方法。解调方法包含取得接收信号；判断多用户干扰量是否小于临限值；当多用户干扰量小于临限值时，对接收信号进行第一信号估测运算，其中第一信号估测运算仅对接收信号中单一层空间数据进行信号估测运算；以及当多用户干扰量大于临限值时，对接收信号进行第二信号估测运算，其中第二信号估测运算对接收信号中多层空间数据进行信号估测运算。

Description

解调方法及接收装置
技术领域
本公开相关于一种解调方法及接收装置，特别涉及一种低运算复杂度的解调方法及接收装置。
背景技术
在无线通信系统中，使用者对于高数据传输率的需求日渐攀升，多传多收(MIMO)技术下的波束形成(Beamforming)技术可在不增加频宽的前提下大幅增加系统吞吐量，因而受到瞩目。波束形成技术结合天线技术与数字信号处理可增强特定方向的信号强度，消除其它方向的干扰，并可同时同频地传送多层空间数据，而该多层空间数据可只传给单一用户，亦可分散地传给多用户。然而，在分散地传给多用户的情况下，任一用户无从得知是否还有其他用户的存在。因此，接收机必须进行最大似然估测(Maximum LikelihoodDetection，MLD)运算。最大似然估测运算是以穷举的方式来估测出最有可能的传送信号。然而，为了穷举波束形成下多个使用户的所有可能性，最大似然法测器将需要大量除法器，使得运算复杂度过大。
因此，如何降低运算复杂度成为业界所努力的目标之一。
发明内容
因此，本公开的主要目的即在于提供一种可降低运算复杂度的解调方法及接收装置，以改善现有技术的缺点。
本公开公开一种解调方法，应用于一接收装置。解调方法包含下述步骤：取得一接收信号，其中接收信号对应于一传送装置利用波束形成技术所产生的信号；判断多用户干扰量是否小于临限值；当多用户干扰量小于临限值时，对接收信号进行第一信号估测运算，其中第一信号估测运算仅对接收信号中单一层空间数据进行信号估测运算；以及当多用户干扰量大于临限值时，对接收信号进行第二信号估测运算，其中第二信号估测运算对接收信号中多层空间数据进行信号估测运算；其中，多用户干扰量相关于至少一干扰信号的信号能量，干扰信号包含该传送装置传送至除了该接收装置以外至少一用户的信号。
本公开另公开一种接收装置。接收装置取得一接收信号并包含有判断单元、第一信号估测器以及第二信号估测器。判断单元判断多用户干扰量是否小于临限值。第一信号估测器对该接收信号进行第一信号估测运算，其中第一信号估测运算仅对接收信号中单一层空间数据进行信号估测运算。第二信号估测器对接收信号进行第二信号估测运算，其中第二信号估测运算对接收信号中多层空间数据进行信号估测运算。当多用户干扰量小于临限值时，第一信号估测器对接收信号进行第一信号估测运算，当多用户干扰量大于临限值时，第二信号估测器对接收信号进行第二信号估测运算。接收信号对应于传送装置利用波束形成技术所产生的信号。多用户干扰量相关于至少一干扰信号的信号能量，干扰信号包含传送装置传送至除了接收装置以外的至少一用户的信号。
附图说明
图1为根据本公开一实施例所示出的之一接收装置的示意图。
图2为根据本公开一实施例所示出的之一判断流程的示意图。
附图标记说明：
10 接收装置
100 判断单元
102、104 信号估测器
106 解码器
108 通道估测器
110 天线模块
112 前端模块
20 判断流程
200～214 步骤
c 控制信号
H 通道矩阵
MUX 多工器
YMC、YMC’、Y 信号
具体实施方式
图1为根据本公开一实施例所示出的之一接收装置的示意图。接收装置10为无线通信系统中的接收端，其可为一长期演进系统(Long-Term Evolution，LTE)中的一使用者设备(User Equipment，UE)，或是一无线区域网络(Wireless Local-Area Network，WLAN)中的一无线通信站(Station)。接收装置10接收来自一传送装置(未示出的于图1)的所产生的一信号S，传送装置可为LTE系统中的一演进节点B(Evolved Node B，eNB)，或是WLAN系统中的另一无线通信站，其中传送装置可包含多个传送天线，另外，信号S可为传送装置利用正交频率多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)调制技术及/或波束形成(Beamforming)技术所产生的信号。
传送装置所传送的信号S可包含多层(Layer)的空间数据(Spatial Data)，其可针对接收装置10以及除了接收装置10以外其他接收端/用户。换句话说，多层空间数据包含传送装置欲传送给接收装置10的空间数据以及传送装置欲传送给其他接收端/用户的空间数据。一般来说，接收装置应利用针对多层空间数据的信号估测运算(如最大似然估测(Maximum Likelihood Detection，MLD)运算)，对接收装置所接收(对应于信号S)的接收信号进行信号估测，然而，针对多层空间数据的信号估测的运算复杂度、运算功率以及其所连带的电路面积相当大。因此，为了降低接收装置10的运算复杂度以及运算功率，接收装置10可先判断传送装置与其他接收端/用户之间的一多用户干扰量大小，若多用户干扰量过小时，接收装置10可径行忽视信号S中传送装置欲传送给其他接收端/用户的空间数据，而利用仅针对单一层空间数据的信号估测运算(如迫零等化(Zero-Forcing Equalization)或最大比例合成(Maximum Ratio Combining，MRC)运算)对接收装置10所接收的接收信号进行信号估测，进而降低接收装置10的运算复杂度、运算功率以及其所连带的电路面积。
具体来说，如图1所示，接收装置10包含判断单元100、第一信号估测器102、第二信号估测器104、解码器106、通道估测器108、天线模块110及前端(Front End)模块112。天线模块110可包含多个接收天线，用来接收大气中对应于信号S的一信号YMC。
前端模块112用来对信号YMC’进行前端信号处理，即将信号YMC’降至基频并转换成数字信号，并对对应于信号YMC’的基频数字信号进行转频运算，如对对应于信号YMC’的该基频数字信号进行离散傅立叶转换(Discrete Fourier Transform，DFT)，以产生宽频信号YMC，其中宽频信号YMC为多载波(Multicarrier)信号，其信号能量分布于多个子载波(Subcarrier)。
通道估测器108耦接于前端模块112，用来根据宽频信号YMC计算接收装置10与传送装置之间且对应于第k个子载波的通道矩阵H。
第一信号估测器102用来对宽频信号YMC中对应于第k个子载波的接收信号Y进行第一信号估测运算，第一信号估测运算仅对接收信号Y中单一层空间数据进行信号估测，举例来说，第一信号估测器102可一迫零均衡器或为一MRC估测器，而第一信号估测运算可为一迫零等化运算或一MRC运算。
第二信号估测器104用来对接收信号Y进行一第二信号估测运算，第二信号估测运算为对接收信号Y中多层空间数据进行信号估测，举例来说，第二信号估测器104可为一最大似然估测器，而第二信号估测运算可为一MLD运算。需注意的是，相比于第一信号估测运算，第二信号估测运算的运算复杂度、运算功率以及其所连带的电路面积较大。
另外，判断单元100耦接于通道估测器108，用来根据通道矩阵H，计算一多用户干扰量MUI，并判断多用户干扰量MUI的大小。当多用户干扰量MUI大于一临限值Th时(代表接收装置10无法忽略信号S中传送装置欲传送给其他接收端/用户的空间数据)，接收装置10无可避免地需利用第二信号估测器104对接收信号Y进行信号估测。另一方面，当多用户干扰量MUI小于临限值Th时(代表接收装置10可忽视信号S中传送装置欲传送给其他接收端/用户的空间数据)，接收装置10可利用具有较低运算复杂度及运算功率的第一信号估测器102来对接收信号Y进行信号估测，藉此降低接收装置10的运算复杂度及运算功率。
关于前述接收装置10的运行，可进一步归纳成为一判断流程20。参考图2，图2为根据本公开一实施例所示出的之一判断流程20的示意图，判断流程20由接收装置10执行，如图2所示，判断流程20包含以下步骤：
步骤200：开始。
步骤202：取得接收信号Y。
步骤204：计算接收装置10与传送装置之间的通道矩阵H。
步骤206：根据通道矩阵H，计算多用户干扰量MUI。
步骤208：判断多用户干扰量MUI是否小于临限值Th？若是，执行步骤210；若否，执行步骤212。
步骤210：对接收信号Y进行第一信号估测运算。
步骤212：对接收信号Y进行第二信号估测运算。
步骤214：结束。
于判断流程20中，步骤202可由天线模块110及前端模块112来执行，步骤204可由通道估测器108来执行，步骤206可由判断单元100来执行，步骤210可由第一信号估测器102来执行，步骤212可由第二信号估测器104来执行。
详细来说，于步骤202中，接收装置10可利用天线模块110接收大气中对应于信号S的信号YMC’，并利用前端模块112产生宽频信号YMC，接收装置10即可取得宽频信号YMC中第k个子载波的接收信号Y。
于步骤204中，通道估测器108可自宽频信号YMC中提取出位于部分子载波上的参考信号(Reference Signal)，并针对对应于参考信号的子载波进行通道估测，再以内插或外插的方式来计算对应于数据信号(Data Signal)的通道响应，以取得(对应于第k个子载波的)通道矩阵H，其中，通道矩阵H的维度为NR×NT，NR代表天线模块110中接收天线的个数，且NT代表传送装置中传送天线的个数。
于步骤204中，判断单元100根据通道矩阵H计算多用户干扰量MUI。于一实施例中，判断单元100可计算多用户干扰量MUI为通道矩阵H中对应于干扰信号的干扰通道能量。详细来说，于一实施例中，在NR＝NT>2的情况下，接收信号Y可表示为公式1，其中W代表噪声，xI包含传送装置欲传送给其他接收端/用户的空间数据中的多个干扰信号，HI代表对应于干扰信号xI的干扰通道矩阵，xD代表传送装置欲传送给接收装置10的空间数据中的有用信号(Desired Signal)，hD代表对应于有用信号xD的通道，在此情形下，判断单元100可计算
Figure BDA0001227626840000061
以作为多用户干扰量的衡量标准，其中
Figure BDA0001227626840000062
为干扰通道矩阵HI的一弗氏范数(Frobenius Norm)，其代表对应于干扰通道矩阵HI的干扰通道能量。另外，在NR＝NT＝2的情况下，接收信号Y可表示为公式2，其中xI包含传送装置欲传送给其他接收端/用户的空间数据中的一干扰信号，hI代表对应于干扰信号xI的干扰通道，在此情形下，判断单元100可计算多用户干扰量MUI为
Figure BDA0001227626840000063
其代表对应于干扰通道hI的干扰通道能量。
Figure BDA0001227626840000064
Figure BDA0001227626840000065
于步骤208中，判断单元100判断多用户干扰量MUI是否小于临限值Th，并可根据判断结果产生控制信号c。当判断单元100判断多用户干扰量MUI小于临限值Th时，判断单元100可产生控制信号c控制(接收装置10中的)一多工器MUX，使得接收信号Y被传递至第一信号估测器102。反之，当判断单元100判断多用户干扰量MUI大于临限值Th时，判断单元100可产生控制信号c控制多工器MUX，使得接收信号Y被传递至第二信号估测器104。
此外，多用户干扰量MUI不限于为通道矩阵中对应于干扰信号的干扰通道能量。于另一实施例中，判断单元可计算多用户干扰量为对应于干扰信号本身的信号噪声比(Signal-to-Noise Ratio)，即以对应于干扰信号的信号噪声比作为多用户干扰量的衡量标准，接收装置即可判断干扰噪声比是否小于临限值，进而决定对接收信号进行第一信号估测运算或第二信号估测运算，亦属于本公开的实施方式。在一些实施例中，干扰信号本身的信号噪声比亦可称作干扰噪声比(Interference-to-Noise Ratio)。
于步骤210中，第一信号估测器102对接收信号Y进行第一信号估测运算。因第一信号估测运算仅对接收信号Y中单一层空间数据进行信号估测，因此第一信号估测运算可为一线性运算(Linear Operation)，而第一信号估测器102可为一线性估测器(LinearDetector)。于一实施例中，第一信号估测器102可对接收信号Y进行MRC运算，其可计算一合成结果r为r＝hD HY，并根据合成结果r进行信号解调(Demodulation)，其中hD H为对应于有用信号xD的通道hD的共轭转置(Conjugate Transpose)。
于步骤212中，第二信号估测器104对接收信号Y进行第二信号估测运算。于一实施例中，第二信号估测器104可对接收信号Y进行MLD运算，详细来说，第二信号估测器104可取得通道矩阵H，并对通道矩阵H进行QR分解，以取得对应于通道矩阵H的一酉矩阵(UnitaryMatrix)Q及一上三角矩阵(Upper Triangular Matrix)R，使得H＝QR。第二信号估测器104可将接收信号Y乘以酉矩阵Q的共轭转置，以取得转换后的一接收信号Z，而转换后的接收信号Z可表示为Z＝QHY＝QH(HX+W)＝QH(QR X+W)＝RX+W’，其中W’＝QHW为转换后的噪声。第二信号估测器104可根据转换后的接收信号Z以及上三角矩阵R，计算对应于第i个位元的一对数概似比L(bi|Y)为
Figure BDA0001227626840000071
其中
Figure BDA0001227626840000072
代表传送装置根据一调制方式而产生的一调制信号，bi代表第i个位元，G1代表当该位元bi＝1时，由所有可能的调制信号
Figure BDA0001227626840000073
所成的集合，G0代表当该位元bi＝0时，由所有可能的调制信号
Figure BDA0001227626840000074
所成的集合，另外，
Figure BDA0001227626840000075
代表在
Figure BDA0001227626840000076
的情况下
Figure BDA0001227626840000077
的最小值，
Figure BDA0001227626840000078
代表在
Figure BDA0001227626840000079
的情况下
Figure BDA00012276268400000710
的最小值。另外，第二信号估测器104取得对数概似比L(bi|Y)后，可将每个位元的对数概似比L(bi|Y)传递至解码器106，解码器106可根据每个位元的对数概似比L(bi|Y)，进行一解码运算，其中该解码运算可为一涡轮解码(Turbo Decoding)运算，而解码器106可为一涡轮解码器(Turbo Decoder)。
另外，第二信号估测器104在计算
Figure BDA00012276268400000711
及
Figure BDA00012276268400000712
时需要大量的除法运算，为了降低运算复杂度，于一实施例中，第二信号估测器104可先计算
Figure BDA0001227626840000081
以及
Figure BDA0001227626840000082
再计算|R00|2乘以
Figure BDA0001227626840000083
以及|R00|2乘以
Figure BDA0001227626840000084
以降低运算复杂度，其中R00代表上三角矩阵R中第(0,0)个元素(Entry)，即上三角矩阵R中最左上方(top-left)的元素。详细来说，当NR＝NT＝2时，
Figure BDA0001227626840000085
可等效于公式3，因公式3中的
Figure BDA0001227626840000086
必大于零，因此在固定
Figure BDA0001227626840000087
的情况下，
Figure BDA0001227626840000088
的最小值必发生于当
Figure BDA0001227626840000089
满足公式4时(其中Γ(·)代表一量化运算)，因此第二信号估测器104在计算
Figure BDA00012276268400000810
(或公式4)时需涉及M2次除法运算(其中M为调制阶数(Modulation Order))，其运算复杂度相当大；相较之下，第二信号估测器104可先计算
Figure BDA00012276268400000811
其中
Figure BDA00012276268400000812
可等效于公式5，同理，
Figure BDA00012276268400000813
的最小值必发生于当
Figure BDA00012276268400000814
满足公式6时，因公式6不涉及除法运算，故避开了计算公式4时所需的M2次除法运算，进而降低计算复杂度及计算功率。
Figure BDA00012276268400000815
Figure BDA00012276268400000816
Figure BDA0001227626840000091
Figure BDA0001227626840000092
除此之外，在接收装置10开始执行判断流程20之前，接收装置10可先判断(传送装置所传送的)信号S中欲传送给接收装置10的空间数据的层数是否大于1，若接收装置10判断信号S中包含2层(或以上)的空间数据为传送装置欲传送给接收装置10的空间数据，接收装置10应直接对接收信号Y进行第二信号估测运算，而不需执行判断流程20。另外，在接收装置10开始执行判断流程20之前，接收装置10可先判断(前端模块112所收到的)信号YMC’是否为波束形成技术所产生的信号，若是，接收装置10才开始执行判断流程20。其中，接收装置10可根据前置信号(Preamble)进行前述(判断流程20之前的)判断步骤。
综上所述，本公开的接收装置可先判断传送装置与其他接收端/用户之间的一多用户干扰量大小，若多用户干扰量过小时，接收装置可径行忽视欲传送给其他接收端/用户的空间数据，而利用仅针对单一层空间数据的信号估测运算，藉此降低运算复杂度。
以上所述仅为本公开的优选实施例，凡依本公开权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本公开的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种解调方法，应用于一接收装置，该解调方法包含有：
取得一接收信号，其中该接收信号对应于一传送装置利用一波束形成技术所产生的一信号；
判断一多用户干扰量是否小于一临限值；
当该多用户干扰量小于该临限值时，对该接收信号进行一第一信号估测运算，其中该第一信号估测运算仅对该接收信号中单一层空间数据进行信号估测运算；以及
当该多用户干扰量大于该临限值时，对该接收信号进行一第二信号估测运算，其中该第二信号估测运算对该接收信号中多层空间数据进行信号估测运算；
其中，该多用户干扰量相关于至少一干扰信号的信号能量，该至少一干扰信号包含该传送装置传送至除了该接收装置以外至少一用户的信号。
2.如权利要求1所述的解调方法，其中判断该多用户干扰量是否小于该临限值的步骤包含有：
计算该接收装置与该传送装置之间的一通道矩阵；以及
根据该通道矩阵，计算该多用户干扰量。
3.如权利要求2所述的解调方法，其中根据该通道矩阵，计算该多用户干扰量的步骤包含有：
计算该多用户干扰量为该通道矩阵中对应于该至少一干扰信号的至少一干扰通道能量。
4.如权利要求2所述的解调方法，其中根据该通道矩阵，计算该多用户干扰量的步骤包含有：
计算该多用户干扰量为该至少一干扰信号的信号噪声比。
5.如权利要求1所述的解调方法，其中该第一信号估测运算为一迫零等化运算或一最大比例合成运算，以及该第二信号估测运算为一最大似然估测运算。
6.一种接收装置，该接收装置取得一接收信号，该接收装置包含有：
一判断单元，用来判断一多用户干扰量是否小于一临限值；
一第一信号估测器，用来对该接收信号进行一第一信号估测运算，其中该第一信号估测运算仅对该接收信号中单一层空间数据进行信号估测运算；以及
一第二信号估测器，用来对该接收信号进行一第二信号估测运算，其中该第二信号估测运算对该接收信号中多层空间数据进行信号估测运算；
其中，当该多用户干扰量小于该临限值时，该第一信号估测器对该接收信号进行该第一信号估测运算，当该多用户干扰量大于该临限值时，该第二信号估测器对该接收信号进行该第二信号估测运算；
其中，该接收信号对应于一传送装置利用一波束形成技术所产生的一信号；
其中，该多用户干扰量相关于至少一干扰信号的信号能量，该至少一干扰信号包含该传送装置传送至除了该接收装置以外至少一用户的信号。
7.如权利要求6所述的接收装置，另包含：
一通道估测器，用来计算该接收装置与该传送装置之间的一通道矩阵；
其中，该判断单元根据该通道矩阵，计算该多用户干扰量。
8.如权利要求7所述的接收装置，其中该判断单元计算该多用户干扰量为该通道矩阵中对应于该至少一干扰信号的至少一干扰通道能量。
9.如权利要求6所述的接收装置，其中该判断单元计算该多用户干扰量为该至少一干扰信号的信号噪声比。
10.如权利要求6所述的接收装置，其中该第一信号估测运算为一迫零等化运算或一最大比例合成运算；以及该第二信号估测运算为一最大似然估测运算。
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