CN108736932A - 线性译码方法及装置、计算机可读介质、终端 - Google Patents

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Abstract

一种线性译码方法及装置、计算机可读介质、终端。所述方法包括：确定所述MIMO系统对应的等效信道矩阵；将所述等效信道矩阵均匀分成多个子块；对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算，得到预设线性译码算法中相关矩阵的逆的闭式表达式；基于所述相关矩阵的逆的闭式表达式，采用对应的线性译码算法对各层空间流进行线性译码。应用上述方案，可以降低采用线性译码方法进行译码时的运算复杂度。

Description

线性译码方法及装置、计算机可读介质、终端
技术领域
本发明涉及译码技术领域，具体涉及一种线性译码方法及装置、计算机可读介质、终端。
背景技术
多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。
在具有4根发射天线、2根接收天线(即4*2)的MIMO系统中，发射端可以采用空时分组编码(Space Time Block Code，STBC)或空频分组编码(Space Frequency Block Code，SFBC)的方式进行编码，相应地，接收端可以采用线性空时译码算法或线性空频译码算法进行译码。
但是，采用线性算法进行译码时，大都需要进行复杂的矩阵逆运算，导致运算复杂度较高。
发明内容
本发明要解决的问题是如何降低采用线性译码方法进行译码时的运算复杂度。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种线性译码方法，适用于MIMO系统，所述方法包括：确定所述MIMO系统对应的等效信道矩阵；将所述等效信道矩阵均匀分成多个子块；对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算，得到预设线性译码算法中相关矩阵的逆的闭式表达式；基于所述相关矩阵的逆的闭式表达式，采用对应的线性译码算法对各层空间流进行线性译码。
可选地，所述MIMO系统为4*2或3*2的MIMO系统。
可选地，所述MIMO系统为STBC MIMO系统或SFBC MIMO系统。
可选地，所述将所述等效信道矩阵均匀分成多个子块，包括：将所述等效信道矩阵的每一列向量作为一个子块。
可选地，当所述预设线性译码算法为迫零译码算法时，所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中：h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵。
可选地，当所述预设线性译码算法为最小均方误差译码算法时，所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中： h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵，σ2为噪声方差。
可选地，所述方法还包括：基于线性译码结果，对其中一对空间流进行干扰抵消处理，并对干扰抵消处理结果进行匹配滤波，得到另一对空间流的估计值。
本发明实施例还提供了一种线性译码装置，适用于MIMO系统，所述装置包括：等效信道矩阵确定单元，适于确定所述MIMO系统对应的等效信道矩阵；分块单元，适于将所述等效信道矩阵均匀分成多个子块；矩阵运算单元，适于对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算，得到预设线性译码算法中相关矩阵的逆的闭式表达式；译码单元，适于基于所述相关矩阵的逆的闭式表达式，采用对应的线性译码算法对各层空间流进行线性译码。
可选地，所述MIMO系统为4*2或3*2的MIMO系统。
可选地，所述MIMO系统为STBC MIMO系统或SFBC MIMO系统。
可选地，所述分块单元适于将所述等效信道矩阵的每一列向量作为一个子块。
可选地，当所述预设线性译码算法为迫零译码算法时，所述矩阵运算单元所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中：h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵。
可选地，当所述预设线性译码算法为最小均方误差译码算法时，所述矩阵运算单元所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中： h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵，σ2为噪声方差。
可选地，所述装置还包括：后处理单元，适于基于线性译码结果，对其中一对空间流进行干扰抵消处理，并对干扰抵消处理结果进行匹配滤波，得到另一对空间流的估计值。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行上述任一种的方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种终端，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一种的方法的步骤。
相对于现有技术，本发明实施例的优点在于：
采用上述方案，先将等效信道矩阵均匀分成多个子块，进而所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算，得到预设线性译码算法中相关矩阵的逆的闭式表达式，从而可以避免直接计算预设线性译码算法中相关矩阵的逆因此可以有效降低运算复杂度。
进一步地，基于线性译码结果，对其中一对空间流进行干扰抵消处理，对干扰抵消处理结果进行匹配滤波，得到另一对空间流的估计值，可以降低误符号的发生概率，提高译码的误符号性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种线性译码方法的流程图；
图2是一种4*2的STBC MIMO系统收发结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种线性译码方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的线性译码装置的结构示意图。
具体实施方式
以4*2STBC为例，由于4*2STBC是非正交空时编码，故在接收机侧若要进行线性空时译码，需将针对4*4大小的矩阵计算逆矩阵，导致线性译码的运算复杂度较高。
针对上述问题，本发明的实施例提供了一种线性译码方法，先将等效信道矩阵均匀分成多个子块，进而所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算，得到预设线性译码算法中相关矩阵的逆的闭式表达式，从而可以避免直接计算预设线性译码算法中相关矩阵的逆，因此可以有效降低运算复杂度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细地说明。
参照图1，本发明的实施例提供了一种线性译码方法。所述方法适用于MIMO系统。
具体地，所述方法可以包括如下步骤：
步骤11，确定所述MIMO系统对应的等效信道矩阵。
图2为4*2的STBC MIMO系统一种收发结构示意图。参照图2，该系统发射端包括4根发射天线s1～s4，接收端包括2根天线r1～r2。其中，每根发射天线每次发射1层空间流。4层空间流分成两对，发射天线s1及s2发射的两层空间流为一对空间流，发射天线s3及s4发射的两层空间流为另一对空间流。
t1时刻，接收天线r1接收到的信号y1如下：
t2时刻，接收天线r1接收到的信号y2如下：
t1时刻，接收天线r2接收到的信号y3如下：
t2时刻，接收天线r2接收到的信号y4如下：
其中，h11～h14及h21～h24为对应的信道衰落系数，z1～z4为噪声。本发明的实施例中，a*为a的共轭，其中，a可以为各层空间流或信道衰落系数，比如，为空间流x1的共轭，为空间流x2的共轭，为空间流x3的共轭，为空间流x4的共轭。
将t1及t2时刻各天线接收到的信号写成矩阵的形式如下：
假定噪声方差是σ2，即
var(z1)＝var(z2)＝var(z3)＝var(z4)＝σ2
为了方便表达，令：
其中，y为接收向量矩阵，x为空间流矩阵，H为等效信道矩阵。
步骤12，将所述等效信道矩阵均匀分成多个子块。
对于4*2或3*2的MIMO系统，在本发明的一实施例中，可以将所述等效信道矩阵的每一列向量作为一个子块子块，得到所述等效信道矩阵子块的表达式如下：
H＝[h1 h2 h3 h4]； (2)
其中，h1为所述等效信道矩阵H第一列对应的子块，作为第一子块；h2为所述等效信道矩阵H第二列对应的子块，作为第二子块；h3为所述等效信道矩阵H第三列对应的子块，作为第三子块；h4所述等效信道矩阵H第四列对应的第四子块，作为第四子块。
步骤13，对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算，得到预设线性译码算法中相关矩阵的逆的闭式表达式。
在具体实施中，可以采用多种线性译码算法对各层空间流进行线性译码。具体不作限制。比如，可以采用迫零(Zero Forcing，ZF)译码算法对各层空间流进行线性译码，也可以采用最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)译码算法对各层空间流进行线性译码。
在具体实施中，当所述预设线性译码算法为ZF译码算法时，所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中：h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵。本发明的实施例中，|P|表示矩阵P的行列式，PH表示矩阵P的共轭转置矩阵，其中，P可以为任意矩阵，比如，P可以为矩阵Q或h1，此处不再一一列举。
在具体实施中，当所述预设线性译码算法为MMSE译码算法时，所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中： h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵，σ2为噪声方差。
步骤14，基于所述相关矩阵的逆的闭式表达式，采用对应的线性译码算法对各层空间流进行线性译码。
在具体实施中，所选择的线性译码算法不同，最终的译码结果也不同。
当预设的线性译码算法为ZF译码算法时，可以采用如下公式获得最终的译码结果：
其中，为各层空间流的译码结果。
当预设的线性译码算法为MMSE译码算法时，可以采用如下公式获得最终的译码结果：：
其中，为各层空间流的译码结果。
图3为本发明实施例中提供的另一种线性译码方法，所述方法可以包括如下步骤：
步骤31，确定所述MIMO系统对应的等效信道矩阵。
步骤32，将所述等效信道矩阵均匀分成多个子块。
步骤33，对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算，得到预设线性译码算法中相关矩阵的逆的闭式表达式。
步骤34，基于所述相关矩阵的逆的闭式表达式，采用对应的线性译码算法对各层空间流进行线性译码。
关于步骤31～34，具体可以分别参照上述关于步骤11～14的描述，此处不再赘述。
步骤35，基于线性译码结果，对其中一对空间流进行干扰抵消处理，并对干扰抵消处理结果进行匹配滤波，得到另一对空间流的估计值。
在具体实施中，为了提高译码的误符号性能，在获得线性译码结果后，可以基于所述线性译码结果，对其中一对空间流进行干扰抵消处理，并对干扰抵消处理结果进行匹配滤波，得到另一对空间流的估计值，由此可以获得两对空间流(即4层空间流)的估计值，作为最终的译码结果。
以采用ZF译码算法进行线性译码为例，通过公式(5)得到ZF线性译码结果
在确定空间流x3及x4的最终译码结果时，将空间流x1及x2的译码结果代入公式(1)进行干扰抵消，可以得到：
对干扰抵消结果进行匹配滤波，可以得到空间流x3及x4的估计值，即空间流x3及x4的最终译码结果如下：
在确定空间流x1及x2的最终译码结果时，将空间流x3及x4的译码结果代入公式(1)进行干扰抵消，可以得到：
对干扰抵消结果进行匹配滤波，可以得到空间流x1及x2的估计值，即空间流x1及x2的最终译码结果如下：
可以理解的是，上述通过干扰抵消并匹配滤波的方式获得另一对空间流估计值的方法，可以对采用其它线性译码算法获得的线性译码结果进行后续处理，此处不再一一列举。
在具体实施中，上述实施例中的方法可以适用于多种MIMO系统，具体不作限制。比如，所述方法可以适用于4*2的MIMO系统，也可以适用于3*2的MIMO系统。其中，3*2的MIMO系统可以作为一层空间流恒为零的4*2的MIMO系统。
在具体实施中，上述实施例中的方法不仅可以应用于STBC译码，也可以应用于SFBC译码，具体可以根据编码情况进行选择。
由上述内容可知，本发明实施例中的方法，由上述内容可知，本发明实施例中的方法，充分利用了相关矩阵的自身特点，直接给出了其逆矩阵的闭式表达式，避免了计算4*4大小的相关矩阵以及计算4*4大小的复数矩阵的逆等操作，因此可以有效降低运算复杂度。
为了使本领域技术人员更好地理解和实现本发明，以下对上述线性译码方法对应的线性译码装置、计算机可读存储介质及终端进行详细描述。
参照图4，本发明实施例还提供了一种线性译码装置40，适用于MIMO系统。
具体地，所述装置40可以包括：等效信道矩阵确定单元41，分块单元42，矩阵运算单元43以及译码单元44。其中：
所述等效信道矩阵确定单元41，适于确定所述MIMO系统对应的等效信道矩阵；
所述分块单元42，适于将所述等效信道矩阵均匀分成多个子块；
所述矩阵运算单元43，适于对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算，得到预设线性译码算法中相关矩阵的逆的闭式表达式；
所述译码单元44，适于基于所述相关矩阵的逆的闭式表达式，采用对应的线性译码算法对各层空间流进行线性译码。
在具体实施中，所述MIMO系统可以为4*2的STBC MIMO系统，也可以为3*2的MIMO系统。
在具体实施中，所述MIMO系统为STBC MIMO系统或SFBC MIMO系统。
在具体实施中，所述分块单元42适于将所述等效信道矩阵的每一列向量作为一个子块。
在本发明的一实施例中，当所述预设线性译码算法为迫零译码算法时，所述矩阵运算单元43所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中：h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵。
在本发明的另一实施例中，当所述预设线性译码算法为最小均方误差译码算法时，所述矩阵运算单元43所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中： h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵，σ2为噪声方差。
在本发明的一实施例中，所述装置40还可以包括：后处理单元45。
所述后处理单元45，适于基于线性译码结果，对其中一对空间流进行干扰抵消处理，并对干扰抵消处理结果进行匹配滤波，得到另一对空间流的估计值。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行本发明实施例中线性译码方法的步骤。
在具体实施中，所述计算机可读存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
本发明实施例还提供了一种终端，所述终端可以包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行本发明实施例中线性译码方法的步骤。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (16)

1.一种线性译码方法，适用于MIMO系统，其特征在于，包括：
确定所述MIMO系统对应的等效信道矩阵；
将所述等效信道矩阵均匀分成多个子块；
对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算，得到预设线性译码算法中相关矩阵的逆的闭式表达式；
基于所述相关矩阵的逆的闭式表达式，采用对应的线性译码算法对各层空间流进行线性译码。
2.如权利要求1所述的线性译码方法，其特征在于，所述MIMO系统为4*2或3*2的MIMO系统。
3.如权利要求2所述的线性译码方法，其特征在于，所述MIMO系统为STBC MIMO系统或SFBC MIMO系统。
4.如权利要求2所述的线性译码方法，其特征在于，所述将所述等效信道矩阵均匀分成多个子块，包括：将所述等效信道矩阵的每一列向量作为一个子块。
5.如权利要求4所述的线性译码方法，其特征在于，当所述预设线性译码算法为迫零译码算法时，所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中：h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵。
6.如权利要求4所述的线性译码方法，其特征在于，当所述预设线性译码算法为最小均方误差译码算法时，所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中： h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵，σ2为噪声方差。
7.如权利要求2～6任一项所述的线性译码方法，其特征在于，还包括：
基于线性译码结果，对其中一对空间流进行干扰抵消处理，并对干扰抵消处理结果进行匹配滤波，得到另一对空间流的估计值。
8.一种线性译码装置，适用于MIMO系统，其特征在于，包括：
等效信道矩阵确定单元，适于确定所述MIMO系统对应的等效信道矩阵；
分块单元，适于将所述等效信道矩阵均匀分成多个子块；
矩阵运算单元，适于对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算，得到预设线性译码算法中相关矩阵的逆的闭式表达式；
译码单元，适于基于所述相关矩阵的逆的闭式表达式，采用对应的线性译码算法对各层空间流进行线性译码。
9.如权利要求8所述的线性译码装置，其特征在于，所述MIMO系统为4*2或3*2的MIMO系统。
10.如权利要求9所述的线性译码装置，其特征在于，所述MIMO系统为STBCMIMO系统或SFBC MIMO系统。
11.如权利要求9所述的线性译码装置，其特征在于，所述分块单元适于将所述等效信道矩阵的每一列向量作为一个子块。
12.如权利要求11所述的线性译码装置，其特征在于，当所述预设线性译码算法为迫零译码算法时，所述矩阵运算单元所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中：h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵。
13.如权利要求9所述的线性译码装置，其特征在于，当所述预设线性译码算法为最小均方误差译码算法时，所述矩阵运算单元所得到的相关矩阵的逆的闭式表达式如下：
其中： h1～h3依次为所述等效信道矩阵H的第一列至第三列对应的子块，I2为单位矩阵，σ2为噪声方差。
14.如权利要求9～13任一项所述的线性译码装置，其特征在于，还包括：
后处理单元，适于基于线性译码结果，对其中一对空间流进行干扰抵消处理，并对干扰抵消处理结果进行匹配滤波，得到另一对空间流的估计值。
15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求1至7任一项所述方法的步骤。
16.一种终端，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1至7任一项所述方法的步骤。
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