CN110768754A - 一种信号检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种信号检测方法及装置，涉及通信技术领域，解决了如何降低信号检测过程中算法的复杂程度，提高信号检测效率的问题。该方法包括，获取发射端通过信道传输至接收端的接收信号以及信道的第一信道矩阵；对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，对第一信道矩阵进行尺度缩减，并对尺度缩减后的第一信道矩阵进行列交换处理，确定第二信道矩阵；对第二信道矩阵进行滤波，确定加权矩阵；根据加权矩阵和接收信号，确定检测信号；其中，检测信号用于与发射端发送的发射信号进行比较，确定MIMO天线的误码率。

Description

一种信号检测方法及装置
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种信号检测方法及装置。
背景技术
随着移动网络用户的不断增加，对频谱资源和网络容量的需求越来越大。在这种情况下，多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)技术应运而生。MIMO技术通过在信号发射端和信号接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过多个天线进行传输。可以在不增加带宽和发射功率的前提下大大的提高无线信道的容量，并且能够提高通信传输质量。
大规模MIMO(Massive MIMO)技术是MIMO技术的扩展。通过大量增加天线的数量来提升无线小区的频谱效率(净比特率或最大吞吐量除以通信信道或数据链路的带宽)。而在大规模MIMO天线中，由于系统发射的信号在传输过程中会遭受噪声的干扰，因此接收到信号之后我们需要通过检测算法尽可能的还原信号，以最大限度的还原发射的信号。
当前大规模MIMO天线的检测算法通常包括线性检测算法和非线性检测算法。线性检测算法以最小均方误差(minimum mean squared error，MMSE)算法最有代表性。MMSE算法复杂程度随天线数量增长而线性增长，适用于天线数量较少的场景下，当天线数量过多时该算法的复杂程度和算法检测的性能损失将会大大提高。非线性检测算法以LLL(A.K.Lenstra，H.W.Lenstra，L.Lovasz)减格算法最具有代表性，LLL减格算法在性能方面可以提供接近满分的增益。但LLL减格算法在天线数量大大增加时同样可能会出现运算效率低、复杂程度高的问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种信号检测方法及装置，解决了如何降低信号检测过程中算法的复杂程度，提高信号检测效率的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供一种信号检测方法，应用于多输入多输出MIMO天线，MIMO天线中包括发射端和接收端，包括：获取发射端通过信道传输至接收端的接收信号以及信道的第一信道矩阵；对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，对第一信道矩阵进行尺度缩减，并对尺度缩减后的第一信道矩阵进行列交换处理，确定第二信道矩阵；其中，对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整包括当比值属于(0.5，1)时，按照向零取整对比值行取整，或者当比值不属于(0.5，1)时，按照四舍五入对比值行取整；对第二信道矩阵进行滤波，确定加权矩阵；根据加权矩阵和接收信号，确定检测信号；其中，检测信号用于与发射端发送的发射信号进行比较，确定MIMO天线的误码率。
由上述方案可知，由于现有技术中对落入(0.5，1)区间内的比值按照四舍五入行取整，使得取整后的取值不为0，因此大大的增加尺度缩减的概率；而本发明实施例提供的信号检测方法，通过对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整包括当比值属于(0.5，1)时，按照向零取整对比值行取整，同时当比值不属于(0.5，1)时，按照四舍五入对比值行取整；使得在对落入(0.5，1)区间内的比值进行取值时，使得该取值为0从而可以较大概率地过了尺度缩减流程，在减少检测过程中的计算量的同时大大加快了算法收敛速度；因此，解决了如何降低信号检测过程中算法的复杂程度，提高信号检测效率的问题。
第二方面，本发明的实施例提供一种信号检测装置，应用于多输入多输出MIMO天线，MIMO天线中包括发射端和接收端，包括：获取单元，用于获取发射端通过信道传输至接收端的接收信号以及信道的第一信道矩阵；处理单元，用于对获取单元获取的第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，对获取单元获取的第一信道矩阵进行尺度缩减，并对尺度缩减后的第一信道矩阵进行列交换处理，确定第二信道矩阵；其中，对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整包括当比值属于(0.5，1)时，按照向零取整对比值行取整，或者当比值不属于(0.5，1)时，按照四舍五入对比值行取整；处理单元，还用于对第二信道矩阵进行滤波，确定加权矩阵；处理单元，还用于根据加权矩阵和获取单元获取的接收信号，确定检测信号；其中，检测信号用于与发射端发送的发射信号进行比较，确定MIMO天线的误码率。
第三方面，本发明的实施例提供一种信号检测装置，包括：通信接口、处理器、存储器、总线；存储器用于存储计算机执行指令，处理器与存储器通过总线连接，当信号检测装置运行时，处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以使信号检测装置执行如上述第一方面提供的方法。
第四方面，本发明的实施例提供一种计算机存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述第一方面提供的方法。
可以理解地，上述提供的任一种信号检测装置用于执行上文所提供的第一方面对应的方法，因此，其所能达到的有益效果可参考上文第一方面的方法以及下文具体实施方式中对应的方案的有益效果，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例提供的一种MIMO天线的工作示意图；
图2为本发明的实施例提供的一种信号检测方法的流程示意图之一；
图3为本发明的实施例提供的一种信号检测方法的流程示意图之二；
图4为本发明的实施例提供的一种信号检测方法的流程示意图之三；
图5为本发明的实施例提供的一种信号检测方法的流程示意图之四；
图6为本发明的实施例提供的一种信号检测方法的尺度缩减流程；
图7为本发明的实施例提供的一种信号检测方法的流程示意图之五；
图8为本发明的实施例提供的一种信号检测方法的流程示意图之六；
图9为本发明的实施例提供的一种信号检测装置的结构示意图之一；
图10为本发明的实施例提供的一种信号检测装置的结构示意图之二。
附图标记：
信号检测装置-10；
获取单元-101；处理单元-102。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例进行描述。
为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不是在对数量和执行次序进行限定。
此外，本申请的描述中所提到的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
在本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个网络是指两个或两个以上的网络。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如A/B表示A或者B。
以下，对本申请涉及的技术进行解释，以方便读者理解：
MIMO天线：在发射端和接收端分别部署多根天线(天线通常为n×n维的方阵阵列天线)，在发射信号时通过将内容分为多份，通过多个不同的天线发射到接收端。由接收端多接收到的信号进行组合得到发射端发送的信号。通过MIMO技术可以使发射端单一天线发送的信号流量大大降低，因此可以提高信号的传送距离和接收范围，提高信号的传输速度，同时还不占用额外的频谱资源。同时，因为每个发射端和接收端之间的信道不同，MIMO技术还可以大大提高发射端的信道容量。
如图1所示，为一个发射端和接收端均有2个天线的MIMO天线的信号发送过程。当发射端需要发送信号时，将信号分为2份。2个发射端天线分别发送一份信号至接收端的2个天线上。接收端的2个天线中每个天线均可接收到一份完整的信号。大规模MIMO天线与MIMO天线原理相同，但是天线数量会大量增多，例如发射端和接收端均有64、128、256个天线。其信号发送原理相同，但是不必所有天线均发送一部份信号，例如在一个接收端和发射端均有64个天线的MIMO天线中可以将信号分为15份或20份等，分别选择15或20个天线发送至15或20个接收端天线上。
信号检测：信号从发射端发射到接收端接收的为了最大限度的保证传输的准确性，需要提高传输过程中的抗干扰能力。但是在信号的传输过程中诸如噪声的干扰是不可避免的，尤其是在MIMO天线中，各个天线之间还存在着干扰。因此在MIMO天线中我们需要在接收到信号之后根据接收到的信号数据和信道矩阵去最大限度的还原发射端发送的信号，以保证传输的准确性。
为对MIMO系统的信号进行检测，需要先建立MIMO系统模型。一般MIMO天线的接收向量可以表示为：
y＝H*s+n。(1)
其中，y为MIMO天线的接收向量，H为发射端天线到接收端天线的信道矩阵，s为发射端天线的发送信号向量，n表示接收端天线上的加性噪声。
对信号的检测即为对信号中未知的发送信号向量的检测。即上述公式中的s。信号检测的过程可以看作如何推导出发送信号向量s。
MMSE检测算法：当前MIMO系统中常用的信号检测技术为MMSE算法，在MMSE算法中通过引入线性滤波器来消除噪声对信号造成的影响。
MMSE算法的计算公式为：
其中，WMMSE为发射端发送的信号的加权矩阵。
Figure BDA0002235798250000052
为发射端发送的信噪比，I为单位向量。
将公式(2)带入公式一中可得：
Figure BDA0002235798250000061
LLL减格算法：在MIMO系统中LLL减格算法的基本思想是：将获取的信道矩阵Hr视为一组基向量，把该基向量转换成一组接近正交的基向量。将新转换的一组接近正交的基向量定义为：
Figure BDA0002235798250000062
则T为幺模矩阵。
由于现有技术中对落入(0.5，1)区间内的比值按照四舍五入行取整，使得取整后的取值不为0，因此大大的增加尺度缩减的概率；而本发明实施例提供的信号检测方法，通过对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整包括当比值属于(0.5，1)时，按照向零取整对比值行取整，同时当比值不属于(0.5，1)时，按照四舍五入对比值行取整；使得在对落入(0.5，1)区间内的比值进行取值时，使得该取值为0从而可以较大概率地过了尺度缩减流程，在减少检测过程中的计算量的同时大大加快了算法收敛速度，具体的实现过程如下：
实施例一
本发明的实施例提供一种信号检测方法，应用于多输入多输出MIMO天线，MIMO天线中包括发射端和接收端，如图2所示包括：
S11、获取发射端通过信道传输至接收端的接收信号以及信道的第一信道矩阵。
具体的，第一信道矩阵为n×n维的矩阵，第一信道矩阵中的各个元素分别为MIMO天线的各个天线之间的信道增益。
需要说明的是，天线的发射端用于发射发送信号，该发送信号通过MIMO天线的多个天线分别进行发射，每个天线发射一部分发送信号，由多个天线发射的信号组合起来是一个完整的信号。将上述各个部分的发送信号分别发送至接收端的各个天线上，接收端通过将接收到的信号进行组合从而得到接收信号y。
根据建立好的信号模型对接收信号y中的信道矩阵进行估计获取第一信道矩阵Hr。
示例性的，假设一个发射端和接收端均为2×2维的天线。则接收端对接收信号进行理想信道估计，得到的第一信道矩阵Hr为：
Figure BDA0002235798250000071
S12、对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，对第一信道矩阵进行尺度缩减，并对尺度缩减后的第一信道矩阵进行列交换处理，确定第二信道矩阵；其中，对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整包括当比值属于(0.5，1)时，按照向零取整对比值行取整，或者当比值不属于(0.5，1)时，按照四舍五入对比值行取整。
可选的，对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，对第一信道矩阵进行尺度缩减，并对尺度缩减后的第一信道矩阵进行列交换处理，确定第二信道矩阵，如图3所示包括：
S120、对第一信道矩阵进行分解，确定第一非奇异上三角矩阵。
具体的，在实际的应用中，对第一信道矩阵Hr进行分解时，可以得到正交矩阵Qr和第一非奇异上三角矩阵Rr。
示例性的，对第一信道矩阵Hr进行QR分解，确定正交矩阵Qr和第一非奇异上三角矩阵Rr；其中，第一非奇异上三角矩阵Rr为：
Figure BDA0002235798250000072
S121、对第一非奇异上三角矩阵中第k-l行、第k列的元素与第k-l行、第k-l列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，分别对初始化的幺模矩阵和第一非奇异上三角矩阵进行尺度缩减；其中，k为整数且k∈[2，n]，l为整数并且l∈[1，(k-1)]，n表示第一信道矩阵的列维数。
具体的，初始化的幺模矩阵Tr为n×n维的单位矩阵。
示例性的，初始化的幺模矩阵Tr为：
Figure BDA0002235798250000081
S122、确定进行尺度缩减后的非奇异上三角矩阵满足Lovasz条件时，对尺度缩减后的幺模矩阵进行列交换处理，确定列交换后的幺模矩阵。
需要说明的是，在本申请中上非奇异上三角矩阵Rr作为对幺模矩阵Tr的尺度缩减的限制条件出现。当非奇异上三角矩阵Rr中的元素满足尺度缩减条件时，根据对应的规则对幺模矩阵Tr进行尺度缩减。同样的在完成尺度缩减之后，当非奇异上三角矩阵Rr中的元素满足列交换条件时，根据对应的规则对幺模矩阵Tr进行列交换。
经过尺度缩减和列交换的幺模矩阵Tr为：
Figure BDA0002235798250000082
S123、根据列交换后的幺模矩阵和第一信道矩阵，确定第二信道矩阵。
可选的，根据列交换后的幺模矩阵和第一信道矩阵，确定第二信道矩阵，如图4所示包括：
S1230、根据列交换后的幺模矩阵和第一信道矩阵，确定第二信道矩阵；其中，
H＝Hr×T′r；
其中，H表示第二信道矩阵，Hr表示第一信道矩阵，T′r表示列交换后的幺模矩阵。
可选的，如图5所示该方法还包括：
S15、确定进行尺度缩减后的非奇异上三角矩阵满足Lovasz条件时，对尺度缩减后的非奇异上三角矩阵进行列交换处理，确定第二非奇异上三角矩阵。
S16、根据G矩阵和第二非奇异上三角矩阵，更新第一非奇异上三角矩阵；其中，G矩阵用于存储第二非奇异上三角矩阵的上三角结构。
S17、根据列交换后的幺模矩阵，更新初始化的幺模矩阵。
示例性的，对上述尺度缩减和列交换可以通过LLL减格算法来实现。该LLL减格算法在通过MATLAB语言描述如表1所示：
表1
Figure BDA0002235798250000091
Figure BDA0002235798250000101
其中，第1步为，对第一信道矩阵Hr进行QR分解，获得正交矩阵Qr与第一非奇异上三角矩阵Rr的乘积。
第2步为，对Tr矩阵进行初始化，In矩阵为n维的单位矩阵，其中n是Massive MIMO系统的天线阵列尺寸。在本发明中，Massive MIMO天线阵列均为方阵，发射天线数和接收天线数均为n，且n＝2a，a＝6，7，8，即天线阵列规模为64×64，128×128，256×256，符合当前商用Massive MIMO的天线尺寸。
第3步为，n←size(Hr，2)表示获取第一信道矩阵Hr的列维数。由于本专利中所有的天线阵列均为方阵，则行维数也为n。本步骤用于获取发射天线和接收天线的数目。
第4步为，k←2对参数k赋值为2。
第5步为，进行while循环的判定，比较参数k和n的大小，满足k小于等于n则执行while循环，否则结束while循环。
第6步为，嵌套一层for循环，设定新的变量参数l以1为步长，从区间(1，k-l)中逐个递增进行赋值。
第7步为，If判决条件，这一条件为专利核心部分，一个全新的尺度缩减判决条件。
Figure BDA0002235798250000111
指的是第一非奇异上三角矩阵Rr的第k-l行，第k列的绝对值|Rr(k-l,k)|同第一非奇异上三角矩阵Rr的第k-l行，第k-l列的绝对值|Rr(k-l,k-l)|进行比值，若其比值在0.5和1之间，则执行步骤8，反之则执行步骤10。
第8步为，若满足第七步的尺度缩减判决条件，则参数
Figure BDA0002235798250000112
其中，fix操作为向零取整操作；如，当
Figure BDA0002235798250000113
时，按照向零取整对0.7进行取整此时则参数μ＝0。这样设计的原因在于，第11步的if判决条件为μ≠0，也就是说执行尺度缩减流程的关键在于参数μ≠0。但是fix操作可以让处于区间(0，1)内的参数μ全部取0值，即fix取整操作可以极大地提高参数μ＝0的概率，从而使得第11步至第14步的尺度缩减过程被跳过。尺度缩减过程被跳过的好处，在于这部分的运算量被节约，算法收敛速度加快，但是会有部分性能损失。但是考虑到在Massive MIMO系统下，算法量极大，因此牺牲部分性能换取算法快速收敛是有必要的。
第9步为，Else引出另外参数μ的求解。
第10步为，参数
Figure BDA0002235798250000114
这一求值过程同原有LLL减格算法一致。现在我们分析一下，当
Figure BDA0002235798250000115
时用fix算法，则μ＝0，则尺度缩减被跳过；当
Figure BDA0002235798250000116
时用四舍五入round算法，则μ＝0，则尺度缩减依然被跳过；只有当μ＞1时，μ≠0，执行尺度缩减流程。所以，引入fix取整算法以后，尺度缩减过程执行的概率被降低，算法大概率跳过尺度缩减流程。如图6所示。
第11步为，End if结束。
第12步为，If判决，当μ≠0时执行尺度缩减，否则跳过尺度缩减。
第13步为，对Rr(1:k-l,k)的元素进行更新(对Rr(1:k-l,k)的元素进行更新包括：确定参数μ≠0时，将初始化的幺模矩阵Tr中第k列的元素重新赋值为第k列元素减去第k-l列与参数μ的乘积，并将第一非奇异上三角矩阵Rr中的第1行至第k-l行、第k列的元素重新赋值为第1行至第k-l行、第k列的元素减去第1行至第k-l行、第k-l列的元素与参数μ的乘积)。其中，Rr(1:k-l,k)表示第一非奇异上三角矩阵Rr的第1至第k-l行和第k列的所有元素组成的矩阵，该矩阵是第一非奇异上三角矩阵Rr的一个子矩阵。新的Rr(1:k-l,k)矩阵，通过原始Rr(1:k-l,k-l)矩阵，减去μ×Rr(1:k-l,k-l)后获得。
第14步为，与第13步同理，对初始化的幺模矩阵Tr进行更新。其中Tr(:,k)表示初始化的幺模矩阵Tr的第k列的所有元素。
第15步为，结束if判决。
第16步为，结束for循环。
第17步为，执行if判决：
Figure BDA0002235798250000121
(if判决包括：确定尺度缩减后的第一非奇异上三角矩阵Rr中的第k-l行、第k-l列的元素的平方是否大于尺度缩减后的第一非奇异上三角矩阵Rr中的第k-l行、第k列的元素的平方与第k行、第k列的元素的平方之和)；其中，参数δ为性能-复杂度均衡参数，本专利中该参数δ＝0.75，是最优的性能-复杂度折衷值。其中，
Figure BDA0002235798250000122
叫Lovasz条件，只有当条件满足时，才执行算法的列交换过程。
第18步为，对尺度缩减后的第一非奇异上三角矩阵Rr的第k列和第k-l列进行交换，得到第二非奇异上三角矩阵；对尺度缩减后的幺模矩阵Tr的第k列和第k-l列进行交换。
第19步为，这一步是获得Givens矩阵，用于第16步和第17步的矩阵元素更新(下三角结构的内的各个元素的取值为0)。
Givens矩阵的生成步骤如下：
Figure BDA0002235798250000131
其中：
Figure BDA0002235798250000132
Givens矩阵(简称：G矩阵)主要由参数α,β构成。而α由尺度缩减后的第一非奇异上三角矩阵Rr的第k-1行第k-1列的元素Rr(k-1,k-1)，同Rr(k-1:k,k-1)的模2范数的比值。参数β由尺度缩减后的第一非奇异上三角矩阵Rr的第k行第k-1列的元素Rr(k,k-1)，同Rr(k-1:k，k-1)的模2范数的比值。
第20步为，对Rr(k-1:k,k-1:n)中的元素进行更新。Rr(k-1:k,k-1:n)表示尺度缩减后的第一非奇异上三角矩阵Rr的第k-1到第k行，第k-l列到第n列所组成的Rr子矩阵的所有元素。
第21步为，同第20步，对Qr(:,k-1:k)矩阵中的元素进行更新。其中GH表示对Givens矩阵进行埃尔米特转置。
第22步为，对参数k进行赋值。max操作为取最大值操作，即：k←max(k-1,2)，在k-l和2之间取其最大者，赋值给参数k。
第23步为，Else与if构成if-else条件语句。
第24步为，对参数k自增后进行赋值k←k+1。
第25步为，结束if条件语句。
第26步为，结束while循环(若k大于n，则结束while循环)。
第27步为，获得最终的幺模转置矩阵Tr′(即本发明中列交换后的幺模矩阵Tr′)，然后根据幺模转置矩阵Tr′，确定第二信道矩阵H。
示例性的，第一信道矩阵为Hr，第二信道矩阵为H，则计算第二信道矩阵H的方法为：H＝Hr×Tr′，即第二信道矩阵H为：
Figure BDA0002235798250000141
S13、对第二信道矩阵进行滤波，确定加权矩阵。
可选的，对第二信道矩阵进行滤波，确定加权矩阵，如图7所示包括：
S130、根据最小均方误差算法对第二信道矩阵进行线性滤波，确定加权矩阵；其中，最小均方误差算法包括：
Figure BDA0002235798250000142
其中，WMMSE表示加权矩阵，表示接收信号的信噪比，I表示单位向量，H表示第二信道矩阵，HH表示第二信道矩阵的共轭转置。
具体的，N0表示接收信号中正常声音信号，Es表示接收信号中噪声信号。
示例性的，在一个发射端天线数为2，接收端天线数为2的MIMO天线中。
经过LLL减格算法获得的第二信道矩阵H为：
Figure BDA0002235798250000144
然后，使用MMSE算法对第二信道矩阵H进行线性滤波，确定加权矩阵WMMSE。
S14、根据加权矩阵和接收信号，确定检测信号；其中，检测信号用于与发射端发送的发射信号进行比较，确定MIMO天线的误码率。
可选的，根据加权矩阵和接收信号，确定检测信号，如图8所示包括：
S140、根据加权矩阵和接收信号，确定检测信号；其中，
Figure BDA0002235798250000145
其中，
Figure BDA0002235798250000151
表示检测信号，表示加权矩阵的共轭转置，
Figure BDA0002235798250000153
为接收信号的信噪比，I为单位向量，H表示第二信道矩阵，HH表示第二信道矩阵的共轭转置。
由上述方案可知，由于现有技术中对落入(0.5，1)区间内的比值按照四舍五入行取整，使得取整后的取值不为0，因此大大的增加尺度缩减的概率；而本发明实施例提供的信号检测方法，通过对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整包括当比值属于(0.5，1)时，按照向零取整对比值行取整，同时当比值不属于(0.5，1)时，按照四舍五入对比值行取整；使得在对落入(0.5，1)区间内的比值进行取值时，使得该取值为0从而可以较大概率地过了尺度缩减流程，在减少检测过程中的计算量的同时大大加快了算法收敛速度；因此，解决了如何降低信号检测过程中算法的复杂程度，提高信号检测效率的问题。
实施例二
本发明的实施例提供一种信号检测装置10，应用于多输入多输出MIMO天线，MIMO天线中包括发射端和接收端，如图9所示包括：
获取单元101，用于获取发射端通过信道传输至接收端的接收信号以及信道的第一信道矩阵。
处理单元102，用于对获取单元101获取的第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，对获取单元101获取的第一信道矩阵进行尺度缩减，并对尺度缩减后的第一信道矩阵进行列交换处理，确定第二信道矩阵；其中，对第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整包括当比值属于(0.5，1)时，按照向零取整对比值行取整，或者当比值不属于(0.5，1)时，按照四舍五入对比值行取整。
处理单元102，还用于对第二信道矩阵进行滤波，确定加权矩阵。
处理单元102，还用于根据加权矩阵和获取单元101获取的接收信号，确定检测信号；其中，检测信号用于与发射端发送的发射信号进行比较，确定MIMO天线的误码率。
可选的，处理单元102，具体用于对获取单元101获取的第一信道矩阵进行分解，确定第一非奇异上三角矩阵。
处理单元102，具体用于对第一非奇异上三角矩阵中第k-l行、第k列的元素与第k-l行、第k-l列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，分别对初始化的幺模矩阵和第一非奇异上三角矩阵进行尺度缩减；其中，k为整数且k∈[2，n]，l为整数并且l∈[1，(k-1)]，n表示第一信道矩阵的列维数。
处理单元102，具体用于确定进行尺度缩减后的非奇异上三角矩阵满足Lovasz条件时，对尺度缩减后的幺模矩阵进行列交换处理，确定列交换后的幺模矩阵。
处理单元102，具体用于根据列交换后的幺模矩阵和获取单元101获取的第一信道矩阵，确定第二信道矩阵。
可选的，处理单元102，还用于确定进行尺度缩减后的非奇异上三角矩阵满足Lovasz条件时，对尺度缩减后的非奇异上三角矩阵进行列交换处理，确定第二非奇异上三角矩阵。
处理单元102，还用于根据G矩阵和第二非奇异上三角矩阵，更新第一非奇异上三角矩阵；其中，G矩阵用于存储第二非奇异上三角矩阵的上三角结构。
处理单元102，还用于根据列交换后的幺模矩阵，更新初始化的幺模矩阵。
可选的，处理单元102，具体用于根据列交换后的幺模矩阵和获取单元101获取的第一信道矩阵，确定第二信道矩阵；其中，
H＝Hr×T′r；
其中，H表示第二信道矩阵，Hr表示第一信道矩阵，T′r表示列交换后的幺模矩阵。
可选的，处理单元102，具体用于根据最小均方误差算法对第二信道矩阵进行线性滤波，确定加权矩阵；其中，最小均方误差算法包括：
Figure BDA0002235798250000161
其中，WMMSE表示加权矩阵，
Figure BDA0002235798250000171
表示接收信号的信噪比，I表示单位向量，H表示第二信道矩阵，HH表示第二信道矩阵的共轭转置。
可选的，处理单元102，具体用于根据加权矩阵和获取单元101获取的接收信号，确定检测信号；其中，
Figure BDA0002235798250000172
其中，
Figure BDA0002235798250000173
表示检测信号，表示加权矩阵的共轭转置，
Figure BDA0002235798250000175
为接收信号的信噪比，I为单位向量，H表示第二信道矩阵，HH表示第二信道矩阵的共轭转置。
其中，上述方法实施例涉及的各步骤的所有相关内容均可以援引到对应功能模块的功能描述，其作用在此不再赘述。
在采用集成的模块的情况下信号检测装置10包括：存储单元、处理单元以及获取单元。处理单元用于对信号检测装置的动作进行控制管理，例如，处理单元用于支持信号检测装置执行图2中的过程S11、S12、S13和S14；获取单元用于支持信号检测装置与其他设备的信息交互。存储单元，用于存储信号检测装置的程序代码和数据。
其中，以处理单元为处理器，存储单元为存储器，获取单元为通信接口为例。其中，信号检测装置参照图10中所示，包括通信接口501、处理器502、存储器503和总线504，通信接口501、处理器502通过总线504与存储器503相连。
处理器502可以是一个通用中央处理器(英文全称：Central Processing Unit，简称：CPU)，微处理器，特定应用集成电路(英文全称：Application-Specific IntegratedCircuit，简称：ASIC)，或一个或多个用于控制本申请方案程序执行的集成电路。
存储器503可以是只读存储器(英文全称：Read-Only Memory，简称：ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(英文全称：Random AccessMemory，简称：RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(英文全称：Electrically Erasable Programmable Read-only Memory，简称：EEPROM)、只读光盘(英文全称：Compact Disc Read-Only Memory，简称：CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
其中，存储器503用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器502来控制执行。通信接口501用于与其他设备进行信息交互，例如与遥控器的信息交互。处理器502用于执行存储器503中存储的应用程序代码，从而实现本申请实施例中所述的方法。
此外，还提供一种计算存储媒体(或介质)，包括在被执行时进行上述实施例中的信号检测装置执行的方法操作的指令。另外，还提供一种计算机程序产品，包括上述计算存储媒体(或介质)。
应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read-only memory，英文简称：ROM)、随机存取存储器(英文全称：random access memory，英文简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
可以理解地，上述提供的任一种信号检测装置用于执行上文所提供的实施例一对应的方法，因此，其所能达到的有益效果可参考上文实施例一的方法以及下文具体实施方式中对应的方案的有益效果，此处不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种信号检测方法，应用于多输入多输出MIMO天线，所述MIMO天线中包括发射端和接收端，其特征在于，包括：
获取发射端通过信道传输至接收端的接收信号以及所述信道的第一信道矩阵；
对所述第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，对所述第一信道矩阵进行尺度缩减，并对尺度缩减后的第一信道矩阵进行列交换处理，确定第二信道矩阵；其中，对所述第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整包括当所述比值属于(0.5，1)时，按照向零取整对所述比值行取整，或者当所述比值不属于(0.5，1)时，按照四舍五入对所述比值行取整；
对所述第二信道矩阵进行滤波，确定加权矩阵；
根据所述加权矩阵和所述接收信号，确定检测信号；其中，所述检测信号用于与所述发射端发送的发射信号进行比较，确定所述MIMO天线的误码率。
2.根据权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，对所述第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，对所述第一信道矩阵进行尺度缩减，并对尺度缩减后的第一信道矩阵进行列交换处理，确定第二信道矩阵，包括：
对所述第一信道矩阵进行分解，确定第一非奇异上三角矩阵；
对所述第一非奇异上三角矩阵中第k-l行、第k列的元素与第k-l行、第k-l列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，分别对初始化的幺模矩阵和所述第一非奇异上三角矩阵进行尺度缩减；其中，k为整数且k∈[2，n]，l为整数并且l∈[1，(k-1)]，n表示第一信道矩阵的列维数；
确定进行尺度缩减后的非奇异上三角矩阵满足Lovasz条件时，对尺度缩减后的幺模矩阵进行列交换处理，确定列交换后的幺模矩阵；
根据所述列交换后的幺模矩阵和所述第一信道矩阵，确定第二信道矩阵。
3.根据权利要求2所述的信号检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定进行尺度缩减后的非奇异上三角矩阵满足Lovasz条件时，对尺度缩减后的非奇异上三角矩阵进行列交换处理，确定第二非奇异上三角矩阵；
根据G矩阵和所述第二非奇异上三角矩阵，更新所述第一非奇异上三角矩阵；其中，所述G矩阵用于存储所述第二非奇异上三角矩阵的上三角结构；
根据所述列交换后的幺模矩阵，更新所述初始化的幺模矩阵。
4.根据权利要求2所述的信号检测方法，其特征在于，根据所述列交换后的幺模矩阵和所述第一信道矩阵，确定第二信道矩阵，包括：
根据所述列交换后的幺模矩阵和所述第一信道矩阵，确定第二信道矩阵；其中，
H＝Hr×T′r；
其中，H表示第二信道矩阵，Hr表示第一信道矩阵，T′r表示列交换后的幺模矩阵。
5.根据权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，对所述第二信道矩阵进行滤波，确定加权矩阵，包括：
根据最小均方误差算法对所述第二信道矩阵进行线性滤波，确定加权矩阵；其中，所述最小均方误差算法包括：
Figure FDA0002235798240000021
其中，WMMSE表示加权矩阵，
Figure FDA0002235798240000022
表示接收信号的信噪比，I表示单位向量，H表示第二信道矩阵，HH表示第二信道矩阵的共轭转置。
6.根据权利要求1所述的信号检测方法，其特征在于，根据所述加权矩阵和所述接收信号，确定检测信号，包括：
根据所述加权矩阵和所述接收信号，确定检测信号；其中，
Figure FDA0002235798240000023
其中，表示检测信号，
Figure FDA0002235798240000025
表示加权矩阵的共轭转置，
Figure FDA0002235798240000026
为接收信号的信噪比，I为单位向量，H表示第二信道矩阵，HH表示第二信道矩阵的共轭转置。
7.一种信号检测装置，应用于多输入多输出MIMO天线，所述MIMO天线中包括发射端和接收端，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取发射端通过信道传输至接收端的接收信号以及所述信道的第一信道矩阵；
处理单元，用于对所述获取单元获取的所述第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，对所述获取单元获取的所述第一信道矩阵进行尺度缩减，并对尺度缩减后的第一信道矩阵进行列交换处理，确定第二信道矩阵；其中，对所述第一信道矩阵中任一行相邻两列的元素的比值进行取整包括当所述比值属于(0.5，1)时，按照向零取整对所述比值行取整，或者当所述比值不属于(0.5，1)时，按照四舍五入对所述比值行取整；
所述处理单元，还用于对所述第二信道矩阵进行滤波，确定加权矩阵；
所述处理单元，还用于根据所述加权矩阵和所述获取单元获取的所述接收信号，确定检测信号；其中，所述检测信号用于与所述发射端发送的发射信号进行比较，确定所述MIMO天线的误码率。
8.根据权利要求7所述的信号检测装置，其特征在于，所述处理单元，具体用于对所述获取单元获取的所述第一信道矩阵进行分解，确定第一非奇异上三角矩阵；
所述处理单元，具体用于对所述第一非奇异上三角矩阵中第k-l行、第k列的元素与第k-l行、第k-l列的元素的比值进行取整，确定取整后的取值不为0时，分别对初始化的幺模矩阵和所述第一非奇异上三角矩阵进行尺度缩减；其中，k为整数且k∈[2，n]，l为整数并且l∈[1，(k-1)]，n表示第一信道矩阵的列维数；
所述处理单元，具体用于确定进行尺度缩减后的非奇异上三角矩阵满足Lovasz条件时，对尺度缩减后的幺模矩阵进行列交换处理，确定列交换后的幺模矩阵；
所述处理单元，具体用于根据所述列交换后的幺模矩阵和所述获取单元获取的所述第一信道矩阵，确定第二信道矩阵。
9.根据权利要求8所述的信号检测装置，其特征在于，所述处理单元，还用于确定进行尺度缩减后的非奇异上三角矩阵满足Lovasz条件时，对尺度缩减后的非奇异上三角矩阵进行列交换处理，确定第二非奇异上三角矩阵；
所述处理单元，还用于根据G矩阵和所述第二非奇异上三角矩阵，更新所述第一非奇异上三角矩阵；其中，所述G矩阵用于存储所述第二非奇异上三角矩阵的上三角结构；
所述处理单元，还用于根据所述列交换后的幺模矩阵，更新所述初始化的幺模矩阵。
10.根据权利要求8所述的信号检测装置，其特征在于，所述处理单元，具体用于根据所述列交换后的幺模矩阵和所述获取单元获取的所述第一信道矩阵，确定第二信道矩阵；其中，
H＝Hr×T′r；
其中，H表示第二信道矩阵，Hr表示第一信道矩阵，T′r表示列交换后的幺模矩阵。
11.根据权利要求7所述的信号检测装置，其特征在于，所述处理单元，具体用于根据最小均方误差算法对所述第二信道矩阵进行线性滤波，确定加权矩阵；其中，所述最小均方误差算法包括：
Figure FDA0002235798240000041
其中，WMMSE表示加权矩阵，
Figure FDA0002235798240000042
表示接收信号的信噪比，I表示单位向量，H表示第二信道矩阵，HH表示第二信道矩阵的共轭转置。
12.根据权利要求7所述的信号检测装置，其特征在于，所述处理单元，具体用于根据所述加权矩阵和所述获取单元获取的所述接收信号，确定检测信号；其中，
Figure FDA0002235798240000043
其中，
Figure FDA0002235798240000044
表示检测信号，
Figure FDA0002235798240000045
表示加权矩阵的共轭转置，为接收信号的信噪比，I为单位向量，H表示第二信道矩阵，HH表示第二信道矩阵的共轭转置。
13.一种计算机存储介质，其特征在于，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述权利要求1-6任一项所述的信号检测方法。
14.一种信号检测装置，其特征在于，包括：通信接口、处理器、存储器、总线；存储器用于存储计算机执行指令，处理器与存储器通过总线连接，当信号检测装置运行时，处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以使信号检测装置执行如上述权利要求1-6任一项所述的信号检测方法。
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