CN108737019B - 最大似然译码方法及装置、计算机可读介质、终端 - Google Patents
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Abstract
一种最大似然译码方法及装置、计算机可读介质、终端。所述方法包括:基于预设的调制方式,确定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,得到最大似然算法的参数向量;基于所述最大似然算法,从所述最大似然算法的参数向量中解出各层空间流的软输出比特似然比。应用上述方案,可以降低采用ML算法进行译码时的运算复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及译码技术领域,具体涉及一种最大似然译码方法及装置、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,误符号性能一般。
为了提高译码时的误符号性能,目前常采用最大似然(Maximum Likelihood,ML)算法进行译码。但是采用ML算法进行译码时,需要对等效信道矩阵进行两次QR分解,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ML算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最大似然译码方法,适用于MIMO系统,所述方法包括:基于预设的调制方式,确定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,得到最大似然算法的参数向量;基于所述最大似然算法,从所述最大似然算法的参数向量中解出各层空间流的软输出比特似然比。
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,所述最大似然算法的参数向量包括:上三角矩阵、下三角矩阵,第一参数向量及第二参数向量;其中,所述第一参数向量为第一矩阵的共轭转置矩阵与接收向量的乘积,所述第二参数向量为第二矩阵的共轭转置矩阵与接收向量的乘积,所述第一矩阵与上三角矩阵的乘积以及所述第二矩阵与下三角矩阵的乘积均为所述等效信道矩阵。
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中,第一行、第二行及第一列、第二列相交的四个元素作为第一子块矩阵;第一行、第二行及第三列、第四列相交的四个元素作为第二子块矩阵;第三行、第四行及第一列、第二列相交的四个元素作为第三子块矩阵;第三行、第四行及第三列、第四列相交的四个元素作为第四子块矩阵。
可选地,所述对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算,得到最大似然算法的参数向量,包括:
基于第三子块矩阵C及第四子块矩阵D,采用如下公式分别得到所述下三角矩阵L及第一参数向量u0:
基于第一子块矩阵A及第二子块矩阵B,可以采用如下公式分别得到所述上三角矩阵R及第二参数向量u1:
可选地,所述基于所述最大似然算法,从所述最大似然算法的参数向量中解出各层空间流的软输出比特似然比,包括:对于每层空间流,取遍所述预设的调制方式对应的星座图中的所有星座点并进行星座点判决;选取其中具有最大的软输出比特似然比,作为对应空间流的软输出比特似然比。
本发明实施例还提供了一种最大似然译码装置,适用于4*2或3*2的MIMO系统,所述装置包括:等效信道矩阵确定单元,适于基于预设的调制方式,确定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,得到最大似然算法的参数向量;求解单元,适于基于所述最大似然算法,从所述最大似然算法的参数向量中解出各层空间流的软输出比特似然比。
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 MMO系统。或SFBC MIMO系统。
可选地,所述矩阵运算单元得到的最大似然算法的参数向量包括:上三角矩阵、下三角矩阵,第一参数向量及第二参数向量;其中,所述第一参数向量为第一矩阵的共轭转置矩阵与接收向量的乘积,所述第二参数向量为第二矩阵的共轭转置矩阵与接收向量的乘积,所述第一矩阵与上三角矩阵的乘积以及所述第二矩阵与下三角矩阵的乘积均为所述等效信道矩阵。
可选地,所述分块单元适于将所述等效信道矩阵中,第一行、第二行及第一列、第二列相交的四个元素作为第一子块矩阵;第一行、第二行及第三列、第四列相交的四个元素作为第二子块矩阵;第三行、第四行及第一列、第二列相交的四个元素作为第三子块矩阵;第三行、第四行及第三列、第四列相交的四个元素作为第四子块矩阵。
可选地,所述矩阵运算单元包括:第一运算子单元,适于基于第三子块矩阵C及第四子块矩阵D,采用如下公式分别得到所述下三角矩阵L及第一参数向量u0:
第二运算子单元,适于基于第一子块矩阵A及第二子块矩阵B,采用如下公式分别得到所述上三角矩阵R及第二参数向量u1:
可选地,所述求解单元,包括:星座点判决子单元,适于对于每层空间流,取遍所述预设的调制方式对应的星座图中的所有星座点并进行星座点判决;选取子单元,适于选取其中具有最大的软输出比特似然比,作为对应空间流的软输出比特似然比。
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,进而对等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算,得到最大似然算法的参数向量,而无须对等效信道矩阵进行QR分解,故可以有效降低运算复杂度。
附图说明
图1是本发明实施例中一种最大似然译码方法的流程图;
图2是4*2的STBC MIMO系统一种收发结构示意图;
图3是本发明实施例中另一种最大似然译码方法的流程图;
图4是本发明实施例中一种最大似然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最大似然空时译码,需将4x4大小的信道等效矩阵进行QR分解。
由于4*2STBC共发射了4层空间流(两层空间流为一对,共2对),故对信道等效矩阵进行QR分解时,需要针对等效信道矩阵做两次QR分解才能方便地将两对空间流分离开,即:
H=Q0L;
H=Q1R;
其中,Q0和Q1是正交矩阵,L和R分别是下三角阵和上三角阵。
在上述译码过程中,两次QR分解会使得整个译码过程的运算复杂度较高。
针对上述问题,本发明的实施例提供了一种最大似然译码方法,先将等效信道矩阵均匀分成多个子块,进而对等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算,得到最大似然算法的参数向量,而无须对等效信道矩阵进行QR分解,故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最大似然译码方法。所述方法适用于4*2或3*2的MIMO系统,并且所述MIMO系统可以为STBC MIMO系统,也可以为SFBC MIMO系统。
具体地,所述方法可以包括如下步骤:
步骤11,基于预设的调制方式,确定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,每根发射天线每次发射1层空间流。
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
在具体实施中,为了得到整数的空间流,以便于后续的星座点判决,将星座点功率归一化因子α0合入所述等效信道矩阵,具体如下:
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。
在具体实施中,空间流的调制方式不同,对应的α0的值不同。比如,在正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keyin,QPSK)、16及64正交幅度调制(Quadrature AmplitudeModulation,QAM)中,α0的值分别如下:
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STBC(或者SFBC)MIMO系统,在本发明的一实施例中,可以采用如下方式对所述等效信道矩阵均匀分块:
将所述等效信道矩阵中,第一行、第二行及第一列、第二列相交的四个元素作为第一子块矩阵;第一行、第二行及第三列、第四列相交的四个元素作为第二子块矩阵;第三行、第四行及第一列、第二列相交的四个元素作为第三子块矩阵;第三行、第四行及第三列、第四列相交的四个元素作为第四子块矩阵。
采用上述分块方法,得到所述等效信道矩阵H的表达式如下:
步骤13,对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算,得到最大似然算法的参数向量。
在具体实施中,所述最大似然算法的参数向量可以包括:下三角矩阵L、上三角矩阵R,第一参数向量u0及第二参数向量u1。
其中,所述第一参数向量u0为第一矩阵Q0的共轭转置矩阵与接收向量y的乘积,即:所述第二参数向量u1为第二矩阵Q1的共轭转置矩阵与接收向量y的乘积,即所述第一矩阵Q0与下三角矩阵L的乘积以及所述第二矩阵Q1与上三角矩阵R的乘积均为所述等效信道矩阵H,即H=Q0*L=Q1*R。
在具体实施中,基于第三子块矩阵C及第四子块矩阵D,可以采用如下公式分别得到所述下三角矩阵L及第一参数向量u0:
基于第一子块矩阵A及第二子块矩阵B,可以采用如下公式分别得到所述上三角矩阵R及第二参数向量u1:
步骤14,基于所述最大似然算法,从所述最大似然算法的参数向量中解出各层空间流的软输出比特似然比。
在本发明的一实施例中,对于每层空间流,可以先取遍所述预设的调制方式对应的星座图中的所有星座点并进行星座点判决,再选取其中具有最大的软输出比特似然比,作为对应空间流的软输出比特似然比。
以预设的调制方式为M-QAM为例,其中,M的值可以为16,也可以为64,具体译码过程如下:
(1)让空间流x1取遍M-QAM对应的星座图中的每一个星座点。对于每一个空间流x1,采用如下表达式判决出空间流矩阵x中的其它元素:
其中,slice()表示在整数坐标集{-7,-5,-3,-1,1,3,5,7中找出最近的整数坐标。本发明的实施例中,(P)i,j表示矩阵P中第i行第j列的元素,P可以为任意矩阵,比如,P可以为下三角矩阵L或第一参数向量u0。
其中,bk1是x1的第k比特。
(2)让空间流x2取遍M-QAM对应的星座图中的每一个星座点。对于每一个空间流x2,采用如下表达式判决出x中的其它元素:
x1=slice((u0)1,1/(L)1,1);
其中,bk2是x2的第k比特。
(3)让空间流x3取遍M-QAM对应的星座图中的每一个星座点。对于每一个空间流x3,采用如下表达式判决出空间流矩阵x中的其它元素:
其中,bk3是x3的第k比特。
(4)让空间流x4取遍M-QAM对应的星座图中的每一个星座点。对于每一个空间流x4,采用如下表达式判决出空间流矩阵x中的其它元素:
x3=slice((u1)3,1/(R)3,3);
其中,bk4是x4的第k比特。
由上述内容可知,通过公式(5)~(8),可以得到各层空间流的最大似然译码结果。
图3为本发明实施例提供的另一种最大似然译码方法的流程图。参照图3,所述方法可以包括如下步骤:
步骤31,基于星座点功率归一化因子α0确定等效信道矩阵H。
其中,星座点功率归一化因子α0与空间流的调制方式相关。空间流的调制方式不同,对应的星座点功率归一化因子α0的值也不同,对应的等效信道矩阵H也就不同,具体可以参照上述关于步骤11的描述进行实施。
步骤32,将所述等效信道矩阵H均匀分成四个子块。
具体如何分块,可以参照上述关于步骤12的描述。
步骤33,基于第三子块矩阵C及第四子块矩阵D,得到E0及β0。
步骤34,基于第一子块矩阵A及第二子块矩阵B,得到E1及β1。
步骤35,基于E0及β0、接收向量y,得到下三角矩阵L及第一参数向量u0。
具体可以参照公式(1)得到下三角矩阵L,参照公式(2)得到第一参数向量u0,此处不再赘述。
步骤36,基于E1及β1、接收向量y,得到上三角矩阵R及第二参数向量u1。
具体可以参照公式(3)得到上三角矩阵R,参照公式(4)得到第二参数向量u1,此处不再赘述。
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,通过将等效信道矩阵均匀分成多个子块,进而对等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算,得到最大似然算法的参数向量,故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,以下对上述最大似然译码方法对应的最大似然译码装置、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最大似然译码装置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以及求解单元44。其中:
所述等效信道矩阵确定单元41,适于基于预设的调制方式,确定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,得到最大似然算法的参数向量;
所述求解单元44,适于基于所述最大似然算法,从所述最大似然算法的参数向量中解出各层空间流的软输出比特似然比。
在具体实施中,所述MIMO系统可以为4*2,也可以为3*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。
在具体实施中,所述矩阵运算单元43得到的最大似然算法的参数向量可以包括:上三角矩阵、下三角矩阵,第一参数向量及第二参数向量;
其中,所述第一参数向量为第一矩阵的共轭转置矩阵与接收向量的乘积,所述第二参数向量为第二矩阵的共轭转置矩阵与接收向量的乘积,所述第一矩阵与上三角矩阵的乘积以及所述第二矩阵与下三角矩阵的乘积均为所述等效信道矩阵。
在本发明的一实施例中,所述分块单元42适于将所述等效信道矩阵中,第一行、第二行及第一列、第二列相交的四个元素作为第一子块矩阵;第一行、第二行及第三列、第四列相交的四个元素作为第二子块矩阵;第三行、第四行及第一列、第二列相交的四个元素作为第三子块矩阵;第三行、第四行及第三列、第四列相交的四个元素作为第四子块矩阵。
在本发明的一实施例中,所述矩阵运算单元43可以包括:第一运算子单元431以及第二运算子单元432。其中:
所述第一运算子单元431,适于基于第三子块矩阵C及第四子块矩阵D,采用如下公式分别得到所述下三角矩阵L及第一参数向量u0:
所述第二运算子单元432,适于基于第一子块矩阵A及第二子块矩阵B,采用如下公式分别得到所述上三角矩阵R及第二参数向量u1:
在本发明的一实施例中,所述求解单元44可以包括:星座点判决子单元441以及选取子单元442。其中:
所述星座点判决子单元441,适于对于每层空间流,取遍所述预设的调制方式对应的星座图中的所有星座点并进行星座点判决;
所述选取子单元442,适于选取其中具有最大的软输出比特似然比,作为对应空间流的软输出比特似然比。
本发明的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上述实施例中所述最大似然译码方法的步骤。
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。
本发明的实施例还提供了一种终端,所述终端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上述实施例中所述最大似然译码方法的步骤。
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 (10)
1.一种最大似然译码方法,适用于MIMO系统,其特征在于,包括:
基于预设的调制方式,确定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,得到最大似然算法的参数向量;
基于所述最大似然算法,从所述最大似然算法的参数向量中解出各层空间流的软输出比特似然比;
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中,第一行、第二行及第一列、第二列相交的四个元素作为第一子块矩阵;第一行、第二行及第三列、第四列相交的四个元素作为第二子块矩阵;第三行、第四行及第一列、第二列相交的四个元素作为第三子块矩阵;第三行、第四行及第三列、第四列相交的四个元素作为第四子块矩阵;
所述最大似然算法的参数向量包括:上三角矩阵、下三角矩阵,第一参数向量及第二参数向量;其中,所述第一参数向量为第一矩阵的共轭转置矩阵与接收向量的乘积,所述第二参数向量为第二矩阵的共轭转置矩阵与接收向量的乘积,所述第一矩阵与上三角矩阵的乘积以及所述第二矩阵与下三角矩阵的乘积均为所述等效信道矩阵;
所述对所述等效信道矩阵的多个子块进行矩阵运算,得到最大似然算法的参数向量,包括:
基于第三子块矩阵C及第四子块矩阵D,采用如下公式分别得到所述下三角矩阵L及第一参数向量u0:
基于第一子块矩阵A及第二子块矩阵B,可以采用如下公式分别得到所述上三角矩阵R及第二参数向量u1:
2.如权利要求1所述的最大似然译码方法,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所述的最大似然译码方法,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1所述的最大似然译码方法,其特征在于,所述基于所述最大似然算法,从所述最大似然算法的参数向量中解出各层空间流的软输出比特似然比,包括:
对于每层空间流,取遍所述预设的调制方式对应的星座图中的所有星座点并进行星座点判决;
选取其中具有最大的软输出比特似然比,作为对应空间流的软输出比特似然比。
5.一种最大似然译码装置,适用于MIMO系统,其特征在于,包括:
等效信道矩阵确定单元,适于基于预设的调制方式,确定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,得到最大似然算法的参数向量;
求解单元,适于基于所述最大似然算法,从所述最大似然算法的参数向量中解出各层空间流的软输出比特似然比;
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中,第一行、第二行及第一列、第二列相交的四个元素作为第一子块矩阵;第一行、第二行及第三列、第四列相交的四个元素作为第二子块矩阵;第三行、第四行及第一列、第二列相交的四个元素作为第三子块矩阵;第三行、第四行及第三列、第四列相交的四个元素作为第四子块矩阵;
所述最大似然算法的参数向量包括:上三角矩阵、下三角矩阵,第一参数向量及第二参数向量;其中,所述第一参数向量为第一矩阵的共轭转置矩阵与接收向量的乘积,所述第二参数向量为第二矩阵的共轭转置矩阵与接收向量的乘积,所述第一矩阵与上三角矩阵的乘积以及所述第二矩阵与下三角矩阵的乘积均为所述等效信道矩阵;
所述矩阵运算单元包括:
第一运算子单元,适于基于第三子块矩阵C及第四子块矩阵D,采用如下公式分别得到所述下三角矩阵L及第一参数向量u0:
第二运算子单元,适于基于第一子块矩阵A及第二子块矩阵B,采用如下公式分别得到所述上三角矩阵R及第二参数向量u1:
6.如权利要求5所述的最大似然译码装置,其特征在于,所述MIMO系统为4*2或3*2的MIMO系统。
7.如权利要求6所述的最大似然译码装置,其特征在于,所述MIMO系统为STBC MIMO系统或SFBC MIMO系统。
8.如权利要求5所述的最大似然译码装置,其特征在于,所述求解单元,包括:
星座点判决子单元,适于对于每层空间流,取遍所述预设的调制方式对应的星座图中的所有星座点并进行星座点判决;
选取子单元,适于选取其中具有最大的软输出比特似然比,作为对应空间流的软输出比特似然比。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机指令程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
10.一种终端,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4任一项所述方法的步骤。
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