CN112202480A - 一种多入多出无线通信系统中的信号检测方法 - Google Patents

一种多入多出无线通信系统中的信号检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多入多出无线通信系统中的信号检测方法，适用于无线通信技术领域。在获得接收信号后，首先把所有的待检测发送符号划分为若干个分组，然后将这些分组进行合并形成若干个新分组，并重复执行直到只有一个新分组且该新分组为全集，即包括了所有的待检测发送符号为止，最后输出检测结果。本发明具有并行处理结构，通过并行处理能够缩短检测发送符号的时间，不但在兼备了并行处理功能从而实现高速处理的效果外，还具有降低误比特率的有点。

Description

一种多入多出无线通信系统中的信号检测方法
技术领域
本发明涉及一种信号检测方法，尤其适用于无线通信技术领域中使用的多入多出无线通信系统中的信号检测方法。
背景技术
自3G末期起，采用多根天线已成为提高无线通信系统传输速率与容量的主要技术手段。所构成的系统也被称为多入多出(MIMO)无线通信系统，简称MIMO系统。在MIMO系统中，如何进行快速高效的信号检测是一个非常重要的问题。
起初，MIMO系统一般采用2×2或4×4等配置，其中的天线根数较少。对于这样的低配MIMO系统，由于天线数较少，相应的信号检测并不是一个非常困难的问题。后来，随着4G、5G等系统的持续发展，推动MIMO系统朝着采用更多天线的更高配置演进。特别的，当天线根数较多时(例如采用128×128或256×256等配置)，若再采用高阶调制(例如采用64QAM等)，则相应的信号检测就会变成一个越来越困难的问题。
针对该MIMO信号检测问题，目前主要有以下几类方法：基于线性滤波的检测方法、基于局域搜索的检测方法、基于干扰抵消的检测方法、基于球形译码的检测方法、基于消息传递的检测方法、基于网格减少的检测方法等等。这些方法都各有优缺点。但总的说来，运行速度快的方法则误比特率较高；而误比特率低的方法则运行速度慢。
发明内容
技术问题：针对上述技术的不足之处，针对采用较多根天线的MIMO无线通信系统提供一种步骤简单，使用效果好，不但误比特率低而且运行速度快的多入多出无线通信系统中的信号检测方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明的多入多出无线通信系统中的信号检测方法，将多天线通信系统中的信号分为N个发送符号和M个接收信号，其中N个发送符号x＝[x1,x2,…,xN]，每个发送符号xn都在一个给定的星座图中取值，M个接收信号y＝[y1,y2,…,yM]，M不小于N，信道传输过程由一个大小为M×N的矩阵H表示，而接收信号已知，因此只考虑发送符号的信号检测，
包括以下步骤。
步骤一：将所有待检测的发送符号划分为N个分组，其中第i个分组所包括的待检测发送符号的集合为
Figure BDA0002746545330000011
步骤二：将
Figure BDA0002746545330000012
中待检测发送符号的可能检测结果记为
Figure BDA0002746545330000013
取值为
Figure BDA0002746545330000014
＝{星座图中的所有的点}；
步骤三：将N个分组进行合并，形成若干个新分组，其中第j个新分组由第
Figure BDA0002746545330000021
个分组合并而成，第j个新分组所包括的待检测发送符号的集合等于第
Figure BDA0002746545330000022
个分组的待检测发送符号的集合的并
Figure BDA0002746545330000023
步骤四：
Figure BDA0002746545330000024
中的待检测发送符号的可能的检测结果记为
Figure BDA0002746545330000025
其中
Figure BDA0002746545330000026
代表笛卡尔乘积，
Figure BDA0002746545330000027
与第j个新分组相关联；
步骤五：赋予第j个新分组相关联的
Figure BDA0002746545330000028
中每个元素s一个度量值，用以标注元素的可靠性；
步骤六：对与第j个新分组相关联的
Figure BDA0002746545330000029
中的所有元素按照度量值从小到大的顺序进行排序，只保留排在前面的预设的门限值K个元素；
步骤七：则重复执行上述步骤三至六直至新分组的个数等于1，此时该新分组包括了所有的待检测发送符号，即
Figure BDA00027465453300000210
并且与该新分组相关联的是x的可能的检测结果
Figure BDA00027465453300000211
步骤八：在
Figure BDA00027465453300000212
中选择一个元素作为侯选取值x的最终检测结果。
当新分组中的元素s数量太多时，根据度量值选择保留其中的若干个，并把其余的都丢弃。
将N个分组进行合并形成若干个新分组的合并方法包括：将第一个和第二个分组进行合并、第三个和第四个分组进行合并，如此类推，直至所有分组都已经被合并为止；
或者将第一个和最后一个分组进行合并、第二个和倒数第二个分组进行合并，如此类推，直至所有分组都已经被合并为止。
赋予第j个新分组相关联的
Figure BDA00027465453300000213
中每个元素s的度量值为：
首先，改变矩阵H中各列的位置，使得与
Figure BDA00027465453300000214
中的待检测发送符号对应的列位于第
Figure BDA00027465453300000215
列，将改变后的矩阵记为H1；
然后，对H1进行QR分解为H1＝QR，其中Q为酉阵，R为上三角阵；
第三，计算y1＝Qy，取出y1中的第
Figure BDA00027465453300000216
个元素，并将这些元素组成的向量记为y11；
第四，取出R中位于第N-|Ij (k)|+1,...,N行、第
Figure BDA00027465453300000217
列上的元素，并将这些元素组成的子阵记为R1；
最后，计算出||y11-R1s||2作为s的度量值。
在
Figure BDA0002746545330000031
中选择作为侯选取值x的元素具体方法为：
首先，对矩阵H进行QR分解为H＝QR，其中Q为酉阵，R为上三角阵；
然后，计算y1＝Qy；
第三，计算||y1-Rs||2，作为s的度量值；
对
Figure BDA0002746545330000032
中的所有元素按照度量值从小到大的顺序进行排序，取排在第一的元素作为x的最终检测结果输出。
有益效果：
本发明所提出的多入多出无线通信系统中的信号检测方法，能够将发大量发送符号并行处理，实现简单，通过并行处理能够缩短检测发送符号的时间，不但在兼备了并行处理从而实现高速处理的效果外，还能有效降低误比特率。
附图说明
附图1为本发明多入多出无线通信系统中的信号检测方法的流程图；
附图2为本发明多入多出无线通信系统中的信号检测方法以N＝8为例的实现结构示意图；
附图3为本发明中多入多出无线通信系统中的信号检测方法的误比特率性能图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的多入多出无线通信系统中的信号检测方法，其中有N个发送符号为x＝[x1,x2,…,xN]，每个发送符号xn都在一个给定的星座图中取值，M个接收信号为y＝[y1,y2,…,yM]，M不小于N，信道传输过程由一个大小为M×N的矩阵H表示，提出了一种高效可靠的信号检测方法，具体实施步骤如下：
(1)初始化k＝1；如图1中100标注：将所有待检测的发送符号划分为N个分组，其中第i个分组所包括的待检测发送符号的集合为
Figure BDA0002746545330000033
(2)如图1中110标注：与第i个分组相关联的，是
Figure BDA0002746545330000034
中所包括的待检测发送符号的可能的检测结果，记为
Figure BDA0002746545330000041
取值为
Figure BDA0002746545330000042
(3)把k增加1；如图1中200标注：将这些分组进行合并，形成若干个新分组，其中第j个新分组是由第
Figure BDA0002746545330000043
个分组合并而成的，其所包括的待检测发送符号的集合等于第
Figure BDA0002746545330000044
个分组的待检测发送符号的集合的并，即为
Figure BDA0002746545330000045
合并方法包括将第一个和第二个分组进行合并；第三个和第四个分组进行合并；如此类推，直至所有分组都已经被合并为止。如图2中示出当N＝8时该方法的实现过程示意图。合并方法还包括：将第一个和最后一个分组进行合并；第二个和倒数第二个分组进行合并；如此类推，直至所有分组都已经被合并为止；
(4)如图1中210标注：与第j个新分组相关联的，是
Figure BDA0002746545330000046
中的待检测发送符号的可能的检测结果，记为
Figure BDA0002746545330000047
取值为
Figure BDA0002746545330000048
其中
Figure BDA0002746545330000049
代表笛卡尔乘积；
(5)如图1中220标注：对于第j个新分组来说，对于
Figure BDA00027465453300000410
中的每个元素s，都按照下列方法赋予一个度量值。首先，改变矩阵H中各列的位置，使得与
Figure BDA00027465453300000411
中的待检测发送符号对应的列位于第
Figure BDA00027465453300000412
列，将改变后的矩阵记为H1；然后，对H1进行QR分解为H1＝QR，其中Q为酉阵，R为上三角阵；第三，计算y1＝Qy，取出y1中的第
Figure BDA00027465453300000413
个元素，并将这些元素组成的向量记为y11；第四，取出R中位于第
Figure BDA00027465453300000414
行、第
Figure BDA00027465453300000415
列上的元素，并将这些元素组成的子阵记为R1；第五，计算||y11-R1s||2，作为s的度量值；
(6)如图1中230标注：对于第j个新分组来说，对
Figure BDA00027465453300000416
中的所有元素按照度量值从小到大的顺序进行排序，然后只保留排在前面的K个元素，其中K是预设的门限值；
(7)如图1中300标注：如果新分组的个数大于等于2，则重复执行上述(3)-(6)，直到只有一个新分组为止。此时，该新分组包括了所有的待检测发送符号，即
Figure BDA00027465453300000417
并且与该新分组相关联的，是x的可能的检测结果，即
Figure BDA00027465453300000418
(10)如图1中400标注：对于
Figure BDA00027465453300000419
中的每个元素s，都按照下列方法赋予一个度量值；首先，对H进行QR分解为H＝QR，其中Q为酉阵，R为上三角阵；第二，计算y1＝Qy；第三，计算||y1-Rs||2，作为s的度量值。对
Figure BDA00027465453300000420
中的所有元素按照度量值从小到大的顺序进行排序，然后只保留排在第一的元素，作为x的最终检测结果输出；
在图2中示出了本发明中的MIMO检测方法的以N＝8为例的实现结构示意图，其中的xi代表相应的处理后得到的候选取值。该结构图表明，本发明所提出的MIMO信号检测方法，具有并行处理结构，因此实现简单，并且能够缩短检测发送符号的时间。
在图3中示出了本发明中的MIMO检测方法的误比特率性能图，其中假设采用256×256配置以及64QAM星座图，并与另外两种典型的MIMO检测方法的性能进行了比较。仿真结果表明，本发明所提出的MIMO信号检测方法，能够降低误比特率。

Claims (5)

1.一种多入多出无线通信系统中的信号检测方法，其特征在于：将多天线通信系统中的信号分为N个发送符号和M个接收信号，其中N个发送符号x＝[x1,x2,…,xN]，每个发送符号xn都在一个给定的星座图中取值，M个接收信号y＝[y1,y2,…,yM]，M不小于N，信道传输过程由一个大小为M×N的矩阵H表示，而接收信号已知，因此只考虑发送符号的信号检测，
包括以下步骤。
步骤一：将所有待检测的发送符号划分为N个分组，其中第i个分组所包括的待检测发送符号的集合为
Figure FDA0002746545320000011
步骤二：将
Figure FDA0002746545320000012
中待检测发送符号的可能检测结果记为
Figure FDA0002746545320000013
取值为
Figure FDA0002746545320000014
Figure FDA0002746545320000015
步骤三：将N个分组进行合并，形成若干个新分组，其中第j个新分组由第
Figure FDA0002746545320000016
个分组合并而成，第j个新分组所包括的待检测发送符号的集合等于第
Figure FDA0002746545320000017
个分组的待检测发送符号的集合的并
Figure FDA0002746545320000018
步骤四：
Figure FDA0002746545320000019
中的待检测发送符号的可能的检测结果记为
Figure FDA00027465453200000110
其中
Figure FDA00027465453200000111
代表笛卡尔乘积，
Figure FDA00027465453200000112
与第j个新分组相关联；
步骤五：赋予第j个新分组相关联的
Figure FDA00027465453200000113
中每个元素s一个度量值，用以标注元素的可靠性；
步骤六：对与第j个新分组相关联的
Figure FDA00027465453200000114
中的所有元素按照度量值从小到大的顺序进行排序，只保留排在前面的预设的门限值K个元素；
步骤七：则重复执行上述步骤三至六直至新分组的个数等于1，此时该新分组包括了所有的待检测发送符号，即
Figure FDA00027465453200000115
并且与该新分组相关联的是x的可能的检测结果
Figure FDA00027465453200000116
步骤八：在
Figure FDA00027465453200000117
中选择一个元素作为侯选取值x的最终检测结果。
2.根据权利要求1所述的多入多出无线通信系统中的信号检测方法，其特征在于：当新分组中的元素s数量太多时，根据度量值选择保留其中的若干个，并把其余的都丢弃。
3.根据权利要求1所述的多入多出无线通信系统中的信号检测方法，其特征在于将N个分组进行合并形成若干个新分组的合并方法包括：将第一个和第二个分组进行合并、第三个和第四个分组进行合并，如此类推，直至所有分组都已经被合并为止；
或者将第一个和最后一个分组进行合并、或者第二个和倒数第二个分组进行合并，如此类推，直至所有分组都已经被合并为止。
4.根据权利要求1所述的多入多出无线通信系统中的信号检测方法，其特征在于赋予第j个新分组相关联的
Figure FDA0002746545320000021
中每个元素s的度量值为：
首先，改变矩阵H中各列的位置，使得与
Figure FDA0002746545320000022
中的待检测发送符号对应的列位于第
Figure FDA0002746545320000023
列，将改变后的矩阵记为H1；
然后，对H1进行QR分解为H1＝QR，其中Q为酉阵，R为上三角阵；
第三，计算y1＝Qy，取出y1中的第
Figure FDA0002746545320000024
个元素，并将这些元素组成的向量记为y11；
第四，取出R中位于第
Figure FDA0002746545320000025
行、第
Figure FDA0002746545320000026
列上的元素，并将这些元素组成的子阵记为R1；
最后，计算出||y11-R1s||2作为s的度量值。
5.根据权利要求1所述的多入多出无线通信系统中的信号检测方法，其特征在于在
Figure FDA0002746545320000027
中选择作为侯选取值x的元素具体方法为：
首先，对矩阵H进行QR分解为H＝QR，其中Q为酉阵，R为上三角阵；
然后，计算y1＝Qy；
第三，计算||y1-Rs||2，作为s的度量值；
对
Figure FDA0002746545320000028
中的所有元素按照度量值从小到大的顺序进行排序，取排在第一的元素作为x的最终检测结果输出。
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