CN116938394A - Mimo检测方法、接收方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信领域，公开一种MIMO检测方法、接收方法及其系统。所述MIMO检测方法包括：对多个检测层进行排序；根据排序后的检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的最大层级上的处理后的接收信号符号；针对最大层级：确定星座图上的目标中心点向量；确定与目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定最大层级上的处理后的接收信号符号与M阶候选子星座矩阵中的每个向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；及根据最大层级上的M阶候选子星座矩阵与M个欧氏距离，确定每个层级上的发送信号符号。本发明可在很大程度上简化搜索的复杂度，该检测方案的性能优于线性检测算法的性能且逼近ML检测算法的性能。

Description

MIMO检测方法、接收方法及其系统
技术领域
本发明涉及通信领域，具体地涉及一种MIMO检测方法、接收方法及其系统。
背景技术
目前，MIMO（多输入多输出）检测算法分为两大类：线性检测算法和非线性检测算法。
典型的线性检测算法包括迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)法，MMSE法相比于ZF法有更好的噪声抑制能力。由此，线性MIMO检测算法的性能较差。
非线性检测算法包括最大似然检测（ML）、干扰消除（SIC）、基于QR分解的检测（QRD-M）、球译码（SD）、格约简(LLL)法等。其中，ML法有最好的检测性能，但复杂度很高，在天线数量很大或调制阶数很大时不可实现。QRD-M和球译码原理类似，基于ML检测准则对信道矩阵进行QR分解，之后按照树形结构进行搜索，性能可接近于ML；对于N个数据流且每个流调制星座点数为Q的数据，QRD-M分为N层进行逐层搜索。第一层计算Q个分支的度量值，第二层计算Q2个分支度量值，以此类推，度量值计算次数随流数呈指数增加。由此，对于非线性检测算法，256QAM高阶调制算法复杂度较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种MIMO检测方法、接收方法及其系统，其提供一种基于子星座图的改进的QRD-M检测方案，从而可在很大程度上简化搜索的复杂度，该检测方案的性能优于线性检测算法的性能且逼近ML检测算法的性能。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种MIMO检测方法，所述MIMO检测方法包括：按照多个检测层的信噪比的升序方式对所述多个检测层进行排序；根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的最大层级上的处理后的接收信号符号；针对最大层级执行以下操作：确定星座图上的目标中心点向量，其中，所述星座图由发送信号向量经预设阶数调制形成的星座矩阵构成，所述星座矩阵包括多个M阶子星座矩阵，所述M阶子星座矩阵的中心为中心点向量，以及所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所确定的目标中心点向量之间的欧氏距离最小；以及根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个候选星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；以及根据所述最大层级上的所述M阶候选子星座矩阵与所述M个欧氏距离，确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号。
优选地，所述确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号包括：按照从高到低的顺序，针对第t层级执行以下操作：根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的所述第t层级上的处理后的接收信号符号；根据第t+1层级上的MN-t个候选星座向量中的每个候选星座向量所对应的分支，执行以下操作：确定所述星座图上的目标中心点向量，其中，所述第t层级上的处理后的接收信号符号与组合向量之间的欧氏距离最小，所述组合向量为所确定的目标中心点向量和/>组合形成的向量，t是小于最大层级N的正整数，i表示MN-t-1个M阶候选子星座矩阵中的第i个矩阵，以及k表示每个M阶候选子星座矩阵中的第k个候选星座向量；以及根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述第t层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个候选星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；在获取第一层级上的MN个候选星座向量所对应的MN个分支的情况下，获取所述MN个分支中的每个分支上的各个层级上的欧氏距离的总和；以及将最小总和所对应的分支上的各个层级上的星座向量确定为各个层级上的发送信号符号。
优选地，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的各个层级上的处理后的接收信号符号包括：根据排序后的所述多个检测层，重新确定接收信号向量与信道矩阵；对所述信道矩阵进行分解以获取所述酉矩阵与所述接收信号向量的上三角矩阵；将经共轭转置处理的所述酉矩阵与所述接收信号向量相乘，以获取经酉矩阵处理的接收信号向量；以及根据经酉矩阵处理的接收信号向量确定各个层级上的处理后的接收信号符号。
优选地，所述MIMO检测方法还包括：根据所述多个检测层中的每个检测层的功率与方差，获取所述每个检测层的信噪比。
优选地，针对最大层级，确定星座图上的目标中心点向量包括：根据处理后的接收信号符号、中心点向量c以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>，确定最大层级N所对应的目标中心点向量/>，/>。
优选地，针对第t层级，根据第t+1层级上的MN-t个候选星座向量中的每个候选星座向量所对应的分支k，确定星座图上的目标中心点向量，包括：根据处理后的接收信号符号/>、中心点向量c、第t+1层级所对应的每个星座向量/>以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>、/>，确定第t层级所对应的目标中心点向量/>，
，
其中，为分支k上的第t+j层级上的目标星座向量，/>。
通过上述技术方案，本发明创造性地首先按照多个检测层的信噪比的升序方式对所述多个检测层进行排序；然后，根据排序后的所述检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的最大层级对应的处理后的接收信号符号；以及最后，针对最大层级执行以下操作：确定星座图上的目标中心点向量；根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；以及根据所述最大层级上的所述M阶候选子星座矩阵与所述M个欧氏距离，确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号。由此，本发明可在很大程度上简化搜索的复杂度，该检测方案的性能优于线性检测算法的性能且逼近ML检测算法的性能。
本发明第二方面提供一种接收方法，所述接收方法包括：根据权利要求所述的MIMO检测方法获取每个层级上的发送信号符号；以及对所述每个层级上的发送信号符号进行解调与译码，以获取发送信号。
通过上述技术方案，本发明创造性地首先根据所述的MIMO检测方法获取每个层级上的发送信号符号；然后对所述每个层级上的发送信号符号进行解调与译码，以获取发送信号。由此，本发明可高效地获取发送信号，从而极大地提高通信效率。
需要注意的是，在本发明各个实施例中的求和公式中，若求和符号下面的变量（下界）大于上面的变量（上界），则求和值为0。
本发明第三方面提供一种MIMO检测系统，所述MIMO检测系统包括：排序装置，用于按照多个检测层的信噪比的升序方式对所述多个检测层进行排序；第一获取装置，用于根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的最大层级上的处理后的接收信号符号；第一执行装置，用于针对最大层级执行以下操作：确定星座图上的目标中心点向量，其中，所述星座图由发送信号向量经预设阶数调制形成的星座矩阵构成，所述星座矩阵包括多个M阶子星座矩阵，所述M阶子星座矩阵的中心为中心点向量，以及所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所确定的目标中心点向量之间的欧氏距离最小；根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；以及第二执行装置，用于根据所述最大层级上的所述M阶候选子星座矩阵与所述M个欧氏距离，确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号。
优选地，所述第二执行装置用于确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号包括：按照从高到低的顺序，针对第t层级执行以下操作：根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的所述第t层级上的处理后的接收信号符号；基于第t+1层级上的MN-t个候选星座向量中的每个候选星座向量所对应的分支，执行以下操作：确定所述星座图上的目标中心点向量，其中，所述第t层级上的处理后的接收信号符号与组合向量之间的欧氏距离最小，所述组合向量为所确定的目标中心点向量和/>组合形成的向量，t是小于最大层级N的正整数，i表示MN-t-1个M阶候选子星座矩阵中的第i个矩阵，以及k表示每个M阶候选子星座矩阵中的第k个候选星座向量；以及根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述第t层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个候选星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；以及在获取第一层级上的MN个候选星座向量所对应的MN个分支的情况下，获取所述MN个分支中的每个分支上的各个层级上的欧氏距离的总和；以及将最小总和所对应的分支上的各个层级上的星座向量确定为各个层级上的发送信号符号。
优选地，所述获取装置包括：第一确定模块，用于根据排序后的所述多个检测层，重新确定接收信号向量与信道矩阵；分解模块，用于对所述信道矩阵进行分解以获取所述酉矩阵与所述接收信号向量的上三角矩阵；相乘模块，用于将经共轭转置处理的所述酉矩阵与所述接收信号向量相乘，以获取经酉矩阵处理的接收信号向量；以及第二确定模块，用于根据经酉矩阵处理的接收信号向量确定各个层级上的处理后的接收信号符号。
优选地，所述MIMO检测系统还包括：第二获取装置，用于根据所述多个检测层中的每个检测层的功率与方差，获取所述每个检测层的信噪比。
优选地，所述第一执行装置用于针对最大层级确定星座图上的目标中心点向量包括：根据所述处理后的接收信号符号、中心点向量c以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>，确定最大层级N所对应的目标中心点向量/>，/>。
优选地，所述第二执行装置用于针对第t层级确定星座图上的目标中心点向量包括：根据所述处理后的接收信号符号、中心点向量c、第t+1层级所对应的目标星座向量以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>、/>，确定第t层级所对应的目标中心点向量/>，
，
其中，为分支k上的第t+j层级上的目标星座向量，/>。
有关本发明实施例提供的MIMO检测系统的具体细节及益处可参阅上述针对MIMO检测方法的描述，于此不再赘述。
本发明第四方面提供一种接收系统，所述接收系统包括：所述的MIMO检测系统，用于获取每个层级上的发送信号符号；以及处理装置，用于对所述每个层级上的发送信号符号进行解调与译码，以获取发送信号。
有关本发明实施例提供的接收系统的具体细节及益处可参阅上述针对接收方法的描述，于此不再赘述。
本发明第五方面提供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程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的MIMO检测方法和/或所述的接收方法。
本发明第六方面提供一种芯片，用于执行计算机程序，该计算机程序被所述芯片执行时实现所述的MIMO检测方法和/或所述的接收方法。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明一实施例提供的MIMO检测方法的流程图；
图2是本发明一实施例提供的子星座图划分的示意图；
图3是本发明一实施例提供的中心点向量的示意图；
图4是本发明一实施例提供的IQRD-M-BSC树搜索图；
图5是本发明一实施例提供的MIMO检测方法的流程图；
图6是本发明一实施例提供的不同IQRD-M的rawber性能对比图；
图7是本发明一实施例提供的不同IQRD-M的ber性能对比图；
图8是本发明一实施例提供的不同检测方案的rawber性能对比图；
图9是本发明一实施例提供的不同检测方案的ber性能对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是本发明一实施例提供的MIMO检测方法的流程图。如图1所示，所述MIMO检测方法可包括：步骤S101，按照多个检测层的信噪比的升序方式对所述多个检测层进行排序；步骤S102，根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的最大层级上的处理后的接收信号符号；步骤S103，针对最大层级执行其上的M阶候选子星座矩阵与M个欧氏距离的确定操作；以及步骤S104，根据所述最大层级上的所述M阶候选子星座矩阵与所述M个欧氏距离，确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号。
下面分别针对上述各个步骤进行解释和说明。
在执行步骤S101之前，所述MIMO检测方法还可包括：根据所述多个检测层中的每个检测层的功率与方差，获取所述每个检测层的信噪比。
QRD-M方法为简化搜索复杂度，最顶层只保留M条欧氏距离最小的分支，如果该层信噪比（SNR，其可包括SINR，信号干扰噪声比，其可简称为信干噪比）较低，显然欧氏距离容易受到噪声影响，从而在M条分支中没有包含正确的分支，发生误差传播，影响剩余所有层的正确搜索。
对于发送天线端口数目的2层数据，分别求得每层的信干噪比，然后通过步骤S101将信干噪比最大对应的层选为顶层（即最大层级），从而完成顶层重选。
具体地，先对每个子载波上的接收信号向量左乘/>，其中/>为信道矩阵，n为均值为零且协方差为/>的高斯噪声向量，/>表示/>阶的单位矩阵：
。（1）
对于每个子载波上的发送信号向量（即待解调信号），加在其上的噪声功率为：
，(2)
其中，。
由此，第一层级与第二层级的检测层的信干噪比SINR 1、SINR 2分别为：
。(3)
步骤S101，按照多个检测层的信噪比的升序方式对所述多个检测层进行排序。
在获取多个检测层的信干噪比的情况下，根据各层的信干噪比的大小对多个检测层进行重新排序：检测层的信干噪比越大，该检测层的层级越大。例如，若一检测层的信干噪比最大，则将该检测层重选为顶层（即最大层级）。当，将之前的第一层级重选为顶层（即第二层级），将之前的第二层级重选为第一层级。上述过程可被称为顶层重选。
步骤S102，根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的最大层级上的处理后的接收信号符号。
对于步骤S102，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的各个层级上的处理后的接收信号符号可包括：根据排序后的所述多个检测层，重新确定接收信号向量与信道矩阵；对所述信道矩阵进行分解以获取所述酉矩阵与所述接收信号向量的上三角矩阵；将经共轭转置处理的所述酉矩阵与所述接收信号向量相乘，以获取经酉矩阵处理的接收信号向量；以及根据经酉矩阵处理的接收信号向量确定各个层级上的处理后的接收信号符号。
具体地，在对多个检测层排序之后，若将之前的第一层级重选为顶层（即第二层级），将之前的第二层级重选为第一层级，则对接收信号向量和信道矩阵/>的元素重新排列：
，(4)
；(5)
否则，将之前的第二层级保持为顶层：
，(4-1)
。(5-1)
之后，对进行QR分解：
，(6)
其中，是/>的归一化酉矩阵，/>是/>的上三角矩阵，N T、N R分别为发送天线端口数目、接收天线端口数目。
接着，对矩阵进行共轭转置处理，以获取经共轭转置处理的所述酉矩阵QH；再通过下式获取经酉矩阵处理的接收信号向量/>，
，(7)
其中，若顶层重选后，则/>；若顶层重选后/>，则；然后将向量/>中的第t个元素确定为第t层级上的处理后的接收信号符号。为了便于描述，在本发明各个实施例中，可用/>表示顶层重选后的第t层级上的处理后的接收信号符号。
步骤S103，针对最大层级执行其上的M阶候选子星座矩阵与M个欧氏距离的确定操作。
对于步骤S103，所述针对最大层级执行其上的M阶候选子星座矩阵与M个欧氏距离的确定操作可包括：确定星座图上的目标中心点向量，其中，所述星座图由发送信号向量经预设阶数调制形成的星座矩阵构成，所述星座矩阵包括多个M阶子星座矩阵，所述M阶子星座矩阵的中心为中心点向量，以及所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所确定的目标中心点向量之间的欧氏距离最小；根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个候选星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离。
其中，针对最大层级，确定星座图上的目标中心点向量包括：根据处理后的接收信号符号、中心点向量c以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>，确定最大层级N所对应的目标中心点向量/>，/>。
具体地，所述星座图由发送信号向量x经预设阶数（例如Q阶）调制形成的星座矩阵构成，如图2所示。将Q阶星座图细分为多个（例如，L个）M阶子星座图：第i个M阶子星座矩阵，满足/>（如图2所示，Q=256）。每个子星座图/子星座矩阵的中心点为：/>，构成中心点向量/>。如图2所示，以/>为例，划分为64个4阶子星座图（如图2所示），相应的中心点向量如图3所示。
对于发送天线端口数目的2层数据的情形，针对第二层级（即顶层或者最大层级）执行以下操作。
首先，根据所述处理后的接收信号符号、中心点向量c、所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>以及下式(8)，确定第二层级（即顶层或者最大层级）所对应的目标中心点向量/>（即，顶层上的欧氏距离最小值对应的中心点向量），
。(8)
接着，根据Q（如图2所示，Q=256）阶星座图，确定与所确定的目标中心点向量（例如，/>为图4所示的c 1）相对应的M阶候选子星座矩阵/>（如/>）；然后，将M阶候选子星座矩阵/>中的4个候选星座向量（如图4所示的s 1,0、s 1,1、s 1,2、s 1,3，这4个符号省去了其上部的符号“-2”）分别代入下式(9)，可确定对应于4个候选星座向量的欧氏距离（即该中心点对应的子星座图的度量分支）：
，(9)
其中，所述处理后的接收信号符号，/>为所述上三角矩阵中的第2行第2列的元素。由此，可获得与图4所示的4个分支s 1,0、s 1,1、s 1,2、s 1,3相对应的4个欧氏距离d2,0、d2,1、d2,2、d2,3。
也就是说，将s 1,0、s 1,1、s 1,2、s 1,3作为第二层级上的4个候选发送信号符号。在下文中，将分别以图4所示的s 1,0、s 1,1、s 1,2、s 1,3作为分支，确定各个分支上的各个层级上的候选发送符号。
步骤S104，根据所述最大层级上的所述M阶候选子星座矩阵与所述M个欧氏距离，确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号。
对于其他层级（从N-1层级到第一层级之间的任意层级），可基于现有的方式（例如QRD-M方法）或者下文介绍的基于子星座图的改进的QRD-M检测方案确定各个检测层上的发送信号符号。
在一实施例中，所述确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号可包括：按照从高到低的顺序，针对第t层级执行以下操作：根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的所述第t层级上的处理后的接收信号符号；根据第t+1层级上的MN-t个候选星座向量中的每个候选星座向量所对应的分支，执行关于M阶候选子星座矩阵与M个欧氏距离的确定操作；在获取第一层级上的MN个候选星座向量所对应的MN个分支的情况下，获取所述MN个分支中的每个分支上的各个层级上的欧氏距离的总和；以及将最小总和所对应的分支上的各个层级上的星座向量确定为各个层级上的发送信号符号。
其中，所述执行关于M阶候选子星座矩阵与M个欧氏距离的确定操作可包括：确定所述星座图上的目标中心点向量，其中，所述第t层级上的处理后的接收信号符号与组合向量之间的欧氏距离最小，所述组合向量为所确定的目标中心点向量和组合形成的向量，t是小于最大层级N的正整数，i表示MN-t-1个M阶候选子星座矩阵中的第i个矩阵，以及k表示每个M阶候选子星座矩阵中的第k个候选星座向量；以及根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述第t层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个候选星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离。
其中，针对第t层级，根据第t+1层级上的MN-t个候选星座向量中的每个候选星座向量所对应的分支k（取值为从0到3之间的整数），确定星座图上的目标中心点向量可包括：根据所述处理后的接收信号符号/>、中心点向量c、第t+1层级所对应的每个星座向量以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>、/>，确定第t层级所对应的目标中心点向量/>，/>，其中，/>为分支k上的第t+j层级上的目标星座向量，/>。
其中，。
相应地，可通过下式确定分支k上的第t层级上的欧氏距离：
，/>。
对于发送天线端口数目的2层数据的情形，针对第一层级执行以下操作。
针对第二层级上的4个候选星座向量中的第一个星座向量（例如，图4所示的星座向量s 1,0）所对应的分支1。
首先，根据所述第一层级上的处理后的接收信号符号、中心点向量c、第二层级上的第一个星座向量（图4所示的星座向量s 1,0，/>=s 1,0）、所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>、/>以及下式(10)，确定第一层级上的分支1的目标中心点向量/>（即，第一层级上的欧氏距离最小值对应的中心点向量），
。(10)
接着，根据Q（如图2所示，Q=256）阶星座图，确定与目标中心点向量（例如，图4所示的c 62）相对应的M阶（例如，4阶）子星座矩阵/>（如图4所示的/>）；然后，将M阶（例如，4阶）候选子星座矩阵/>中的4个候选星座向量（如图4所示的s 62,0、s 62,1、s 62,2、s 62,3，这4个符号省去了其上部的符号“-1”）分别代入下式(11)，可确定对应于4个候选星座向量的欧氏距离（即该中心点对应的子星座图的度量分支）：
，(11)
其中，为所述第一层级上的处理后的接收信号符号，/>、/>分别为所述上三角矩阵中的第1行第1列、第1行第2列的元素。由此，可获取分支1上的第一层级上的4个欧氏距离d1,0-1、d1,0-2、d1,0-3、d1,0-4。
类似地，可通过上述方式，针对所述4个候选星座向量中的第二个星座向量（例如，图4所示的星座向量s 1,1）所对应的分支2，获取第一层级上的分支2的目标中心点向量，并确定分支2上的第一层上的4个欧氏距离d1,1-1、d1,1-2、d1,1-3、d1,1-4；针对所述4个候选星座向量中的第三个星座向量（例如，图4所示的星座向量s 1,2）所对应的分支3，获取第一层级上的分支3的目标中心点向量/>，并确定分支3上的第一层上的4个欧氏距离d1,2-1、d1,2-2、d1,2-3、d1,2-4；针对所述4个候选星座向量中的第四个星座向量（例如，图4所示的星座向量s 1,3）所对应的分支4，获取第一层级上的分支4的目标中心点向量/>，并确定分支4上的第一层上的4个欧氏距离d1,3-1、d1,3-2、d1,3-3、d1,3-4。由此，可获取与第二层级上的4个目标星座向量相对应的第一层级上的4个4阶子星座矩阵，即共16个候选星座向量（或16个分支路径）。
在获取第一层级上的16个分支的情况下，通过可获取每个分支上的两个层级上的欧氏距离之和，其中，m取值为0到15中的整数。之和，从16个欧氏距离之和中确定最小值，并确定该最小值所对应的分支上的第一层级上的星座向量（如图4所示的s 62,0）与第二层级上的星座向量（如图4所示的s 1,3），并将这两个候选星座向量s 62,0、s 1,3分别确定为第一层级与第二层级上的发送符号。
也就是说，将所筛选的星座向量s 1,3确定为第二层级上的发送信号符号，即x2=s 1,3；将所筛选的星座向量s 62,0确定为第一层级上的发送信号符号，即x1=s 62,0。
下面从多个角度对本发明的各个实施例的优势进行介绍。仿真中定义rawber为信道译码前对检测符号进行硬判决后的误比特率，ber为信道译码后的误比特率，SNR为检测符号的信噪比。
1. 本发明基于SINR的顶层重选
如图6-图7所示，改进的QRD-M(IQRD-M)方案性能仿真表明，进行顶层重选后改进的IQRD-M相比QRD-M，检测性能得到提升，保留分支M越小，性能提升越明显。
2. 本发明基于子星座图的IQRD-M检测(IQRD-M-BSC)方案性能
由如图8-图9所示的仿真结果可知，QRD-M M=256遍历了所有星座点，有最好的检测性能。随着M减少，性能下降，但复杂度也随之降低。MMSE-QRD-M和IQRD-M-BSC符号检测性能好于MMSE和SIC，IQRD-M-BSC性能稍差于MMSE-QRD-M，但复杂度却大幅降低。
3. 复杂度分析对比
256QAM调制的2层MIMO检测的情况：（1）对于最小均方误差(MMSE)方法，2x2复数矩阵与2x2复数矩阵乘法2次，2x2复数矩阵与2x1复数矩阵乘法一次，2x2复数矩阵求逆运算一次，共需要8+4+2=14次复数乘法。（2）对于干扰消除（SIC）方法，QRD分解一次（Q矩阵求解需要8次复数乘法，R矩阵求解需要8次复数乘法，求需要4次复数乘法，共20次），顶层符号检测需1次复数乘法，第一层符号检测需2次复数乘法，共20+1+2=23次。（3）对于QRD-M且M=4，2x2矩阵的QRD分解一次顶层欧氏距离/>共需要复数乘8次，第一层欧氏距离/>需要复数乘法8*256次，共20+8+8*256=2076次复数乘法。（4）对于MMSE-QRD-M且M=4，MMSE检测需要14次复数乘法，后续的欧氏距离计算复杂度同QRD-M，需2076次，共2090次复数乘法。（5）对于IQRD-M-BSC且M=4，顶层的中心点向量判决需要128次复数乘法，顶层的欧氏距离计算需要8次复数乘，第一层的中心点向量判决需要128*4次复数乘法，第一层欧氏距离计算需32次，共128+8+128*4+32=680次复数乘法。各算法复数乘法对比如表1所示。
表1
本发明所提供的IQRD-M-BSC方案基于QRD-M检测，通过选择子星座图来保留顶层的M条幸存路径，通过顶层重选进一步提升了QRD-M性能。IQRD-M-BSC的检测性能优于MMSE、SIC等流行算法，与QRD-M以及MMSE-QRD-M算法相比，IQRD-M-BSC的检测性能稍有损失，但复杂度降低约2/3，而且每一层的欧氏距离可以并行计算，节约了运算时间。
上述各个实施例提供的MIMO检测方法为高阶调制下的MIMO检测方案，其适用于5GRedcap系统（即精简版本的5G系统）。
综上所述，本发明创造性地首先按照多个检测层的信噪比的升序方式对所述多个检测层进行排序；然后，根据排序后的所述检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的最大层级对应的处理后的接收信号符号；以及最后，针对最大层级执行以下操作：确定星座图上的目标中心点向量；根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并从所确定的M阶候选子星座矩阵中筛选目标星座向量；以及将所筛选的目标星座向量确定为所述最大层级上的发送信号符号。由此，本发明可在很大程度上简化搜索的复杂度，该检测方案的性能优于线性检测算法的性能且逼近ML检测算法的性能。
本发明一实施例提供一种接收方法，所述接收方法包括：根据所述的MIMO检测方法获取每个层级上的发送信号符号；以及对所述每个层级上的发送信号符号进行解调与译码，以获取发送信号。
如图5所示，对于发送天线端口数目的2层数据的情形，首先，基于信干噪比执行顶层重选过程，并对接收信号向量/>和信道矩阵/>的元素重新排列；然后，执行QR 分解；接着，通过上述MIMO检测方法获取各个层级上的检测信号（即发送信号符号）。关于这些过程的详细内容可参见上文关于MIMO检测方法的具体描述，于此不再进行赘述。
在获取各检测层上的检测信号的情况下，对所述检测信号进行解调（例如QAM软比特解调）与译码（例如，LDPC（低密度奇偶校验码）译码），以获取发送信号。对进行软译码。例如，根据两个符号对应的SINR信息得到软比特解调信息：/>、，再送入译码器进行译码。对于解调与译码的过程不是本发明的主要改进点，可参见现有的解调与译码过程。
综上所述，本发明创造性地首先根据所述的MIMO检测方法获取每个层级上的发送信号符号；然后对所述每个层级上的发送信号符号进行解调与译码，以获取发送信号。由此，本发明可高效地获取发送信号，从而极大地提高通信效率。
本发明一实施例提供一种MIMO检测系统，所述MIMO检测系统包括：排序装置，用于按照多个检测层的信噪比的升序方式对所述多个检测层进行排序；第一获取装置，用于根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的最大层级上的处理后的接收信号符号；第一执行装置，用于针对最大层级执行以下操作：确定星座图上的目标中心点向量，其中，所述星座图由发送信号向量经预设阶数调制形成的星座矩阵构成，所述星座矩阵包括多个M阶子星座矩阵，所述M阶子星座矩阵的中心为中心点向量，以及所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所确定的目标中心点向量之间的欧氏距离最小；根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；以及第二执行装置，用于根据所述最大层级上的所述M阶候选子星座矩阵与所述M个欧氏距离，确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号。
优选地，所述第二执行装置用于确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号包括：按照从高到低的顺序，针对第t层级执行以下操作：根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的所述第t层级上的处理后的接收信号符号；基于第t+1层级上的MN-t个候选星座向量中的每个候选星座向量所对应的分支，执行以下操作：确定所述星座图上的目标中心点向量，其中，所述第t层级上的处理后的接收信号符号与组合向量之间的欧氏距离最小，所述组合向量为所确定的目标中心点向量和/>组合形成的向量，t是小于最大层级N的正整数，i表示MN-t-1个M阶候选子星座矩阵中的第i个矩阵，以及k表示每个M阶候选子星座矩阵中的第k个候选星座向量；以及根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述第t层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个候选星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；以及在获取第一层级上的MN个候选星座向量所对应的MN个分支的情况下，获取所述MN个分支中的每个分支上的各个层级上的欧氏距离的总和；以及将最小总和所对应的分支上的各个层级上的星座向量确定为各个层级上的发送信号符号。
优选地，所述获取装置包括：第一确定模块，用于根据排序后的所述多个检测层，重新确定接收信号向量与信道矩阵；分解模块，用于对所述信道矩阵进行分解以获取所述酉矩阵与所述接收信号向量的上三角矩阵；相乘模块，用于将经共轭转置处理的所述酉矩阵与所述接收信号向量相乘，以获取经酉矩阵处理的接收信号向量；以及第二确定模块，用于根据经酉矩阵处理的接收信号向量确定各个层级上的处理后的接收信号符号。
优选地，所述MIMO检测系统还包括：第二获取装置，用于根据所述多个检测层中的每个检测层的功率与方差，获取所述每个检测层的信噪比。
优选地，所述第一执行装置用于针对最大层级确定星座图上的目标中心点向量包括：根据所述处理后的接收信号符号、中心点向量c以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>，确定最大层级N所对应的目标中心点向量/>，/>。
优选地，所述第二执行装置用于针对第t层级确定星座图上的目标中心点向量包括：根据所述处理后的接收信号符号、中心点向量c、第t+1层级所对应的目标星座向量以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>、/>，确定第t层级所对应的目标中心点向量/>，
，
其中，为分支k上的第t+j层级上的目标星座向量，/>。
有关本发明实施例提供的MIMO检测系统的具体细节及益处可参阅上述针对MIMO检测方法的描述，于此不再赘述。
本发明一实施例提供一种接收系统，所述接收系统包括：所述的MIMO检测系统，用于获取每个层级上的发送信号符号；以及处理装置，用于对所述每个层级上的发送信号符号进行解调与译码，以获取发送信号。
有关本发明实施例提供的接收系统的具体细节及益处可参阅上述针对接收方法的描述，于此不再赘述。
本发明一实施例提供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程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的MIMO检测方法和/或所述的接收方法。
本发明一实施例提供一种芯片，用于执行计算机程序，该计算机程序被所述芯片执行时实现所述的MIMO检测方法和/或所述的接收方法。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请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(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (16)

1.一种MIMO检测方法，其特征在于，所述MIMO检测方法包括：
按照多个检测层的信噪比的升序方式对所述多个检测层进行排序；
根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的最大层级上的处理后的接收信号符号；
针对最大层级执行以下操作：
确定星座图上的目标中心点向量，其中，所述星座图由发送信号向量经预设阶数调制形成的星座矩阵构成，所述星座矩阵包括多个M阶子星座矩阵，所述M阶子星座矩阵的中心为中心点向量，以及所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所确定的目标中心点向量之间的欧氏距离最小，以及
根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个候选星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；以及
根据所述最大层级上的所述M阶候选子星座矩阵与所述M个欧氏距离，确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号。
2.根据权利要求1所述的MIMO检测方法，其特征在于，所述确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号包括：
按照从高到低的顺序，针对第t层级执行以下操作：
根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的所述第t层级上的处理后的接收信号符号；
根据第t+1层级上的MN-t个候选星座向量中的每个候选星座向量所对应的分支，执行以下操作：
确定所述星座图上的目标中心点向量，其中，所述第t层级上的处理后的接收信号符号与组合向量之间的欧氏距离最小，所述组合向量为所确定的目标中心点向量和组合形成的向量，t是小于最大层级N的正整数，i表示MN-t-1个M阶候选子星座矩阵中的第i个矩阵，以及k表示每个M阶候选子星座矩阵中的第k个候选星座向量；以及
根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述第t层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个候选星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；
在获取第一层级上的MN个候选星座向量所对应的MN个分支的情况下，获取所述MN个分支中的每个分支上的各个层级上的欧氏距离的总和；以及
将最小总和所对应的分支上的各个层级上的候选星座向量确定为各个层级上的发送信号符号。
3.根据权利要求1或2所述的MIMO检测方法，其特征在于，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的各个层级上的处理后的接收信号符号包括：
根据排序后的所述多个检测层，重新确定接收信号向量与信道矩阵；
对所述信道矩阵进行分解以获取所述酉矩阵与所述接收信号向量的上三角矩阵；
将经共轭转置处理的所述酉矩阵与所述接收信号向量相乘，以获取经酉矩阵处理的接收信号向量；以及
根据经酉矩阵处理的接收信号向量确定各个层级上的处理后的接收信号符号。
4.根据权利要求1或2所述的MIMO检测方法，其特征在于，所述MIMO检测方法还包括：
根据所述多个检测层中的每个检测层的功率与方差，获取所述每个检测层的信噪比。
5.根据权利要求1或2所述的MIMO检测方法，其特征在于，针对最大层级，确定星座图上的目标中心点向量包括：
根据处理后的接收信号符号、中心点向量c以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>，确定最大层级N所对应的目标中心点向量/>，
。
6.根据权利要求2所述的MIMO检测方法，其特征在于，针对第t层级，根据第t+1层级上的MN-t个候选星座向量中的每个候选星座向量所对应的分支k，确定星座图上的目标中心点向量，包括：
根据第t层级上的处理后的接收信号符号、中心点向量c、第t+1层级所对应的每个候选星座向量/>以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>、/>，确定第t层级所对应的目标中心点向量/>，
，
其中，为分支k上的第t+j层级上的候选星座向量，/>。
7.一种接收方法，其特征在于，所述接收方法包括：
根据权利要求1-6中任一项所述的MIMO检测方法获取每个层级上的发送信号符号；以及
对所述每个层级上的发送信号符号进行解调与译码，以获取发送信号。
8.一种MIMO检测系统，其特征在于，所述MIMO检测系统包括：
排序装置，用于按照多个检测层的信噪比的升序方式对所述多个检测层进行排序；
第一获取装置，用于根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的最大层级上的处理后的接收信号符号；
第一执行装置，用于针对最大层级执行以下操作：
确定星座图上的目标中心点向量，其中，所述星座图由发送信号向量经预设阶数调制形成的星座矩阵构成，所述星座矩阵包括多个M阶子星座矩阵，所述M阶子星座矩阵的中心为中心点向量，以及所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所确定的目标中心点向量之间的欧氏距离最小，以及
根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述最大层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；以及
第二执行装置，用于根据所述最大层级上的所述M阶候选子星座矩阵与所述M个欧氏距离，确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号。
9.根据权利要求8所述的MIMO检测系统，其特征在于，所述第二执行装置用于确定从最大层级的下一层级到第一层级之间的每个层级上的发送信号符号包括：
按照从高到低的顺序，针对第t层级执行以下操作：
根据排序后的所述多个检测层，获取经酉矩阵处理的接收信号向量中的所述第t层级上的处理后的接收信号符号；
基于第t+1层级上的MN-t个候选星座向量中的每个候选星座向量所对应的分支，执行以下操作：
确定所述星座图上的目标中心点向量，其中，所述第t层级上的处理后的接收信号符号与组合向量之间的欧氏距离最小，所述组合向量为所确定的目标中心点向量和组合形成的向量，t是小于最大层级N的正整数，i表示MN-t-1个M阶候选子星座矩阵中的第i个矩阵，以及k表示每个M阶候选子星座矩阵中的第k个候选星座向量；以及
根据所述星座图确定与所确定的目标中心点向量相对应的M阶候选子星座矩阵，并确定所述第t层级上的处理后的接收信号符号与所述M阶候选子星座矩阵中的每个候选星座向量之间的欧氏距离，以获取M个欧氏距离；以及
在获取第一层级上的MN个候选星座向量所对应的MN个分支的情况下，获取所述MN个分支中的每个分支上的各个层级上的欧氏距离的总和；以及
将最小总和所对应的分支上的各个层级上的星座向量确定为各个层级上的发送信号符号。
10.根据权利要求8或9所述的MIMO检测系统，其特征在于，所述获取装置包括：
第一确定模块，用于根据排序后的所述多个检测层，重新确定接收信号向量与信道矩阵；
分解模块，用于对所述信道矩阵进行分解以获取所述酉矩阵与所述接收信号向量的上三角矩阵；
相乘模块，用于将经共轭转置处理的所述酉矩阵与所述接收信号向量相乘，以获取经酉矩阵处理的接收信号向量；以及
第二确定模块，用于根据经酉矩阵处理的接收信号向量确定各个层级上的处理后的接收信号符号。
11.根据权利要求8或9所述的MIMO检测系统，其特征在于，所述MIMO检测系统还包括：
第二获取装置，用于根据所述多个检测层中的每个检测层的功率与方差，获取所述每个检测层的信噪比。
12.根据权利要求8或9所述的MIMO检测系统，其特征在于，所述第一执行装置用于针对最大层级确定星座图上的目标中心点向量包括：
根据处理后的接收信号符号、中心点向量c以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>，确定最大层级N所对应的目标中心点向量/>，
。
13.根据权利要求9所述的MIMO检测系统，其特征在于，所述第二执行装置用于针对第t层级确定星座图上的目标中心点向量包括：
根据处理后的接收信号符号、中心点向量c、第t+1层级所对应的每个候选星座向量以及所述接收信号向量的上三角矩阵中的元素/>、/>，确定第t层级所对应的目标中心点向量/>，
，
其中，为分支k上的第t+j层级上的目标星座向量，/>。
14.一种接收系统，其特征在于，所述接收系统包括：
权利要求8-13中任一项所述的MIMO检测系统，用于获取每个层级上的发送信号符号；以及
处理装置，用于对所述每个层级上的发送信号符号进行解调与译码，以获取发送信号。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的MIMO检测方法和/或权利要求7所述的接收方法。
16.一种芯片，其特征在于，用于执行计算机程序，该计算机程序被所述芯片执行时实现权利要求1-6中任一项所述的MIMO检测方法和/或权利要求7所述的接收方法。
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