CN1716814A - 一种宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带信道下多输入多输出系统(MIMO)的多码接收机，包括：解扩单元组，用于对接收信号矢量进行解扩以得到解扩信号矢量，并向第一级联合检测结构发送解扩信号矢量；第一级联合检测结构的码域并行干扰对消中消除其它码道的数据流的干扰、本码道其他数据流的干扰和本数据流的符号之间的干扰；最后一级联合检测结构，对来自上一级联合检测结构的所有码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量进行最后一级联合检测，得到所有码道的所有数据流的符号估计值。应用本发明后，有效解决了频率选择性信道下多码复用的MIMO系统的解调问题，极大地降低了处理时延。减少了计算量、降低了实现复杂度。

Description

一种宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种宽带信道下多输入多输出(MIMO)系统的多码接收机。

背景技术

MIMO技术是无线通信领域的重大技术突破，它能够在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。MIMO技术在发送端和接收端采用多天线同时发送和接收信号。由于各发射天线同时发送的信号占用同一个频带，因而通信带宽并没有增加。每个发送天线和每个接收天线之间存在一个空间信道。如果每个空间信道的信道冲击响应独立，则MIMO系统通过多个发送天线和多个接收天线可以在发送端和接收端之间创建多个并行的独立的空间信道。通过这些并行的空间信道独立地传输信息，MIMO系统的传输数据率成倍增加。

目前分别有D-BLAST(Diagonal Bell Laboratories Layered Space-timeArchitecture)方法和V-BLAST(Vertical Bell Laboratories Layered Space-timeArchitecture)方法可以实现MIMO系统的解调。但是D-BLAST方法的复杂度很高，不容易实时实现，而V-BLAST方法只适用于窄带信道下MIMO系统的解调，并无法实现宽带信道下MIMO系统的解调。V-BLAST方法是单码下空域的串行干扰对消方法，并无法消除多码发送下码道与码道之间的相互干扰。

现有技术中还有CD-SIC V-BLAST方法和相应的接收机可以实现MIMO系统的解调。图1为CD-SIC V-BLAST接收机的结构示意图。如图1所示，码道k₀的N个相关器组装置用信道码k₀对N根接收天线的接收信号进行解扩，得到码道k₀下N根天线的解扩信号。V-BLAST检测器对码道k₀下N根天线的解扩信号进行检测和串行空域干扰对消，得到码道k₀下N根天线发送符号矢量的估计 ，然后在CD-SIC装置中把已经检测出来的码道k₀的信号从接收信号中对消掉，得到修正的接收信号矢量

。接着进行下一个码道下N根天线发送符号矢量的解调。

然而，CD-SIC V-BLAST方法只适用于窄带信道，并无法应用到频率性选择信道中。同时，在CD-SIC V-BLAST方法中采用量化器Q(·)对输入信号进行硬判决，而硬判决的性能并不理想；并且码道之间的串行干扰对消和码内各符号的串行检测使得处理时延很大。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种宽带信道下MIMO系统的多码接收机，以实现频率选择性信道下多码复用的MIMO系统的解调。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机，所述多码接收机包括：

解扩单元组，用于对接收信号矢量进行解扩，得到解扩信号矢量，并向第一级联合检测结构发送所述解扩信号矢量；

第一级联合检测结构，对解扩信号矢量进行符号估计，得到每个码道下所有数据流的信号估计和每个码道的总信号估计，由所有码道的所有数据流的信号估计和每个码道的总信号估计以及接收信号矢量进行码域并行干扰对消，得到每个码道每个数据流的修正的解扩信号矢量，并向下一级联合检测结构发送所有码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量，其中在所述码域并行干扰对消中消除其它码道的数据流的干扰、本码道其他数据流的干扰和本数据流的符号之间的干扰；

最后一级联合检测结构，对来自上一级联合检测结构的所有码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量进行最后一级联合检测，得到所有码道的所有数据流的符号估计值。

所述多码接收机进一步包括不少于一级的中间级联合检测结构，每个中间级联合检测结构串行连接，其中每个中间级联合检测结构对来自上一级联合检测结构的每个码道的每个数据流的修正的解扩信号矢量分别进行符号估计，得到每个码道每个数据流的信号估计和每个码道的总信号估计，并由所有码道的所有数据流的信号估计和每个码道的总信号估计以及接收信号矢量进行中间级码域干扰对消，得到每个码道每个数据流的进一步更新的修正的解扩信号矢量，并向下一级联合检测结构发送所有码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量，其中在所述码域并行干扰对消中消除其它码道的数据流的干扰、本码道其他数据流的干扰和本数据流的符号之间的干扰。

所述第一级联合检测结构包括：

C个第一级检测单元，其中C为码道数，每个第一级检测单元用于由解扩信号矢量得到与解扩信号矢量相对应的码道的所有数据流的信号估计和总信号估计，并向第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元发送所述与解扩信号矢量相对应的码道的所有数据流的信号估计和总信号估计；

第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元，用于对所述与解扩信号矢量相对应的码道的所有数据流的信号估计和总的信号估计以及接收信号矢量进行码片级干扰对消，得到每个码道的所有修正的解扩信号矢量。

所述的最后一级联合检测结构包括C个最后一级检测单元，其中C为码道数，每个最后一级检测单元对应于一个码道，每个最后一级检测单元都用于对上一级联合检测结构发送的与该最后一级检测单元对应的码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量进行符号估计，得到与该最后一级检测单元对应的码道的所有数据流的符号估计。

所述每个中间级联合检测结构包括：

C个中间级检测单元，其中C为码道数，每个中间级检测单元用于对与该中间级检测单元对应的码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量进行检测，得到该码道的所有符号的信号估计和总信号估计，并向中间级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元发送所述该码道的所有符号的信号估计和总信号估计；

中间级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元，根据所有码道的所有符号的信号估计和总信号估计和接收信号矢量完成码片级干扰对消，并得到每个码道的所有修正的解扩信号矢量，并向下一级联合检测结构发送所述每个码道的所有修正的解扩信号矢量。

所述第一级检测单元包括：

多输入多输出前馈滤波器MIMO FFF单元，由输入的前向滤波矩阵完成对输入的解扩信号矢量的前向滤波，并将滤波得到的信号矢量送给加法器；

加法器，用于求出MIMO FFF单元输出的信号矢量和多输入多输出反馈滤波器MIMO FBF单元输出的信号矢量之差，并将求出的差送给软判决单元；

软判决单元，用于对加法器发送过来的差的每个分量进行软判决，得到每个数据流的符号估计，并将所有数据流的符号估计送给信号估计单元和MIMOFBF单元；

权矩阵计算单元，用于由输入的解扩信号矢量完成前向滤波权矩阵和反馈滤波权矩阵的计算，并将前向滤波矩阵送给MIMO FFF单元，将反馈滤波矩阵送给MIMO FBF单元；

MIMO FBF单元，由反馈滤波矩阵完成对软判决单元输入的M个数据流的符号估计组成的矢量的反馈滤波，并将滤波得到的信号矢量送给加法器；

信号估计单元，用于根据所有数据流的符号估计得到每个数据流的信号估计和所有数据流的总信号估计，并将每个数据流的信号估计结果和所有数据流的总信号估计送给第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元。

所述的最后一级检测单元包括M个最后一级符号估计单元，其中M为发射天线数，每个符号估计单元对应于一个符号，每个符号估计单元用于对相应数据流的修正的解扩信号矢量进行符号估计，得到该数据流的符号估计值。

所述中间级检测单元包括：

M个中间级符号估计单元，其中M为发射天线的个数，所述M个中间级符号估计单元用于对上一级联合检测结构发送过来的对应码道的M个数据流的修正的解扩信号矢量进行符号估计，并向中间级信号估计单元发送M个数据流的符号估计值；

中间级信号估计单元，用于完成所述M个数据流的符号估计的信号估计和总信号估计，并向下一级联合检测结构发送所述M个数据流的信号估计和总信号估计。

从以上的技术方案可以看出，本发明宽带信道下MIMO系统的多码接收机有效解决了频率选择性信道下多码复用的MIMO系统的解调问题，并采用了并行干扰对消接收，通过较少的级数获得了较大的性能提高，从而极大地降低了处理时延。同时，在第一级码域并行干扰对消和中间级码域并行干扰对消中不仅消除其它码道的数据流的干扰和本码道其他数据流的干扰，还消除了本数据流的符号之间的干扰。这种处理方式不仅提高了每级码域并行干扰对消的性能，而且使下一级码域并行干扰对消处理时，对每个数据流的检测按照平坦衰落信道的检测方法进行检测，从而极大地简化了后续各级联合检测结构的内部结构、减少了计算量、降低了实现复杂度。而且，本发明的多码接收机采用软判决方法提高了符号估计的性能，解决了现有方法中符号的硬判决性能较低的问题，从而显著地提高了数据流的符号估计性能。

同时，应用本发明后在中间级联合检测结构和最后一级联合检测结构中用符号估计单元得到发送符号的估计，而符号估计单元的计算量和复杂度获得了极大地降低。

附图说明

图1为CD-SIC V-BLAST接收机的结构示意图。

图2为本发明一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的结构示意图。

图3为本发明一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的解扩单元组的结构示意图。

图4为本发明一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的第一级联合检测结构的结构示意图。

图5为本发明为一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的中间级联合检测结构的结构示意图。

图6为本发明为一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的最后一级联合检测结构的结构示意图。

图7为本发明为一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的第一级检测单元结构示意图。

图8为本发明为一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元的结构示意图。

图9为本发明为一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的中间级联合检测结构的中间级检测单元的结构示意图。

图10为本发明为一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的最后一级联合检测结构的最后一级检测单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

假设M为发射天线数目，采用N根天线进行接收。N维的码片级接收信号矢量为X(t)。发送端采用了C个OVSF码进行码复用发送。C个OVSF码分别为：OVSF码c，c＝1，2，3，......，C。

图2为本发明一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的结构示意图。如图2所示，该多码接收机由一个解扩单元组201和S级PIC结构组成(S≥2)。S级PIC结构包括第一级联合检测结构202、(S-2)个中间级联合检测结构203和最后一级联合检测结构204。

解扩单元组201分别用C个扩频码对接收信号矢量进行解扩，得到C个解扩信号矢量，其中，第c个解扩信号矢量由第c个扩频码(即第c个信道码和扰码之积)对接收信号矢量中每个分量进行解扩而得到，是第c个码道的解扩信号矢量。

第一级联合检测结构202对来自解扩单元组201的C个码道的解扩信号矢量进行第一级联合检测处理。其中包括：对来自解扩单元组201的C个码道的解扩信号矢量分别进行多输入多输出判决反馈估计，得到每个码道下所有M个数据流的符号估计，并由每个码道下M个数据流的符号估计得到每个码道下M个数据流的信号估计和每个码道的总信号估计；然后，由C个码道的所有数据流的信号估计和每个码道的总信号估计以及接收信号矢量进行码域并行干扰对消处理，得到每个码道每个数据流的修正的解扩信号矢量。在通过码域干扰对消得到每个码道每个数据流的修正的解扩信号矢量的过程中，不仅要消除其他码道的数据流的干扰，而且要消除本码道其他数据流的干扰，同时还要消除本数据流的符号之间的干扰，使每个数据流的修正的解扩信号矢量中不仅减掉了其他码道数据流的干扰，而且也减掉了本码道其他数据流的干扰，同时也减掉了本数据流的符号之间干扰。

第一个中间级联合检测结构203(即第二级联合检测结构)对来自第一级联合检测结构202的C个码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量进行第二级联合检测处理，得到进一步更新的C个码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量。其中包括：由来自第一级联合检测结构202的每个码道的每个数据流的修正的解扩信号矢量分别进行每个码道每个数据流的符号估计，得到C个码道所有数据流的符号估计值，由每个码道所有M个数据流的符号估计值得到每个码道每个数据流的信号估计和每个码道的总信号估计，并由C个码道的所有数据流的信号估计和每个码道的总信号估计以及接收信号矢量进行第二次码域并行干扰对消处理，得到每个码道每个数据流的进一步更新的修正的解扩信号矢量。

其余的中间级PIC结构203的处理过程依次完全相同。所以可以得到所有中间级PIC结构203的处理过程为：

在进行第i(i＝2，...，S-1)级联合检测处理时，由来自第(i-1)级联合检测结构的C个码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量进行第i级联合检测处理，得到进一步更新的C个码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量。其中包括：由来自第(i-1)级联合检测处理的每个码道的每个数据流的修正的解扩信号矢量分别进行每个码道每个数据流的符号估计，得到C个码道所有数据流的符号估计值，由每个码道所有M个数据流的符号估计值得到每个码道每个数据流的信号估计和每个码道的总信号估计，并由C个码道的所有数据流的信号估计和每个码道的总信号估计以及接收信号矢量进行第i次码域并行干扰对消处理，得到每个码道每个数据流的进一步更新的修正的解扩信号矢量。

最后一级联合检测结构204对来自第(S-1)级联合检测结构的C个码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量进行第S级联合检测处理，得到每个码道每个数据流的符号估计值，这C个码道每个数据数据流的符号估计值就是C个码道每个数据流的最终的检测结果。其中包括：由来自第(S-1)级联合检测处理的每个码道的每个数据流的修正的解扩信号矢量分别进行每个码道每个数据流的符号估计，得到每个码道每个数据流的符号估计值。

图3为本发明一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的解扩单元组的结构示意图。如图3所示，解扩单元组201由C个解扩单元301组成，第c个解扩单元301用OVSF码c和扰码完成对输入N维基带接收信号矢量X(t)中每个分量的解扩，得到第c个N维的解扩信号矢量。解扩单元组201得到的C个解扩信号矢量被并行地分别送入第一级联合检测结构202。

图4为本发明一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的第一级联合检测结构的结构示意图。如图4所示，第一级联合检测结构202包括C个第一级检测单元401和一个第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402。解扩单元组201得到的C个解扩信号矢量被并行地分别送入第一级联合检测结构202中C个第一级检测单元401。第c个第一级检测单元401由第c个解扩信号矢量得到码c的M个数据流的信号估计和总的信号估计。C个第一级检测单元401的输出信号全部进入第一级联合检测结构202的第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402。第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402完成码片级干扰对消和解扩信号矢量，首先，在单元402内部，由C个解扩单元得到残差信号的C个码道的解扩信号矢量，然后再由解扩信号矢量修正单元得到所有码道所有数据流的解扩信号矢量的修正，得到码1的M个修正的解扩信号矢量至码C的M个修正的解扩信号矢量。修正的解扩信号矢量作为第一级联合检测结构202的输出信号被送入第二级联合检测结构203。

图5为本发明一实施例的MIMO系统的宽带接收机的中间级联合检测结构示意图。第二级联合检测结构至第(S-1)级联合检测结构都是中间级联合检测结构，并具有完全相同的结构。中间级联合检测结构203依次位于第一级联合检测结构202和第S级联合检测结构204之间。如图5所示，中间级联合检测结构203包括C个中间级检测单元501和一个中间级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元502。当1＜i＜S时，第(i-1)级联合检测结构将码1的M个修正的解扩信号矢量至码C的M个修正的解扩信号矢量并行送给第i级联合检测结构中C个中间级检测单元501。第c个中间级检测单元501由码c的所有符号的修正的解扩信号矢量通过检测得到码c所有符号的信号估计和总信号估计。C个中间级检测单元501的输出信号全部进入中间级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元502。中间级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元502由全部输入信号完成码片级干扰对消，并得到码1的M个修正的解扩信号矢量至码C的M个修正的解扩信号矢量，并将码1的M个修正的解扩信号矢量至码C的M个修正的解扩信号矢量并行送入第(i+1)级联合检测结构。

按照上述处理过程，依次完成第二级联合检测结构至第(S-1)联合检测结构的信号处理。

图6为本发明一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的最后一级联合检测结构的结构示意图。如图6所示，最后一级联合检测结构204包括C个最后一级检测单元601。第c个最后一级检测单元601由第(S-1)级联合检测结构203的码c的M个修正的解扩信号矢量得到码c的M个数据流的符号估计，M个数据流的符号估计就是码c下M个数据流的最终检测结果。

下面详细介绍图2中解扩单元组201、图4中第一级检测单元401、图4中第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402、图5中中间级检测单元501和图6中最后一级检测单元601。

设OVSF码c为o_c(t)，扰码为s(t)。解扩单元组201中第c个解扩单元301的输入为N维的码片级接收信号矢量X(t)＝[X₁(t)，X₂(t)，...，X_N(t)]^T，则该解扩单元的输出x_c(k)＝[x_c1(k)，x_c2(k)，...，x_cN(k)]^T按照下式计算得到：

$x_{\mathrm{cn}}\left(t\right)=\frac{1}{T_s}\underset{T_s}{\∫}{X}_n\left(t\right)o_c\left(t\right)s^{*}\left(t\right),n=\mathrm{1,2},\·\·\·,N,c=\mathrm{1,2},\·\·\·,C...\left(1\right)$

其中，T_s是符号周期。

MIMO系统的信号模型：

x_c(k)是用OVSF码c和扰码之积对接收信号矢量X(t)解扩而得到，可以写成如下形式：

$x_c\left[k\right]=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{c,m}{s}_{c,m}\left[k\right]+n_c\left(k\right)...\left(2\right)$

这里

s_c，m[k]＝[s_c，m[k+L_a]...s_c，m[k-L_c]]^T，s_c，m[k]是第m根天线发送的第k个符号；

$H_{c,m}=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{c,1,m}(-L_a)& \·\·\·& h_{c,1,m}\left(L_c\right)\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ h_{c,N,m}(-L_a)& \·\·\·& h_{c,N,m}\left(L_c\right))\end{array}\right]$ ，是一个N×L阶矩阵，它的第n行表示发送天线m和接收天线n之间的信道冲击响应序列，L_a和L_c分别为信道的非因果记忆和因果记忆，且L＝L_a+L_c+1；n_c[k]＝[n_c，1[k]...n_c，N[k]]^T，是一个N维噪声矢量，它的每个分量服从N(0，σ_n ²)分布，且

，I_N是一个N阶的单位矩阵。

下面说明第一级联合检测结构202中的第一级检测单元401。

图7为本发明一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的第一级检测单元结构示意图。如图7所示，第一级PIC结构202的第一级检测单元401由一个MIMO-DFE解调单元701和一个信号估计单元702构成。

MIMO-DFE解调单元701由权矩阵计算单元703、MIMO FFF单元704、MIMO FBF单元705、加法器单元706和软判决单元707构成。其中，权矩阵计算单元703由输入的解扩信号矢量完成前向滤波权矩阵和反馈滤波权矩阵的计算，并将前向滤波矩阵送给MIMO FFF单元704，将反馈滤波矩阵送给MIMO FBF单元705；MIMO FFF单元704由输入的前向滤波矩阵完成对解扩信号矢量的前向滤波，并将滤波得到的信号矢量送给加法器706；MIMO FBF单元705由反馈滤波矩阵完成对软判决单元707输入的M个数据流的符号估计组成的矢量的反馈滤波，并将滤波得到的信号矢量送给加法器706；加法器706求出MIMO FFF单元704输出的信号矢量和MIMO FBF单元705输出的信号矢量之差，并将求出的差送给软判决单元707；软判决单元707对加法器706送过来的差的每个分量进行软判决，得到每个数据流的符号估计，并将M个数据流的符号估计送给信号估计单元702和MIMO FBF单元705。

信号估计单元702由M个数据流的符号估计得到每个数据流的信号估计和所有数据流的总信号估计，并将每个数据流的信号估计结果和所有数据流的总信号估计送给第一级联合检测结构202的第一级干扰对消与解扩信号矢量修正单元302。

第c个第一级检测单元401的信号处理过程详细阐述如下：

设MIMO-DFE解调单元701的输入信号矢量为：

${\stackrel{\‾}{x}}_c\left[k\right]=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{H}}_{c,m}{\stackrel{\‾}{s}}_{c,m}\left[k\right]+{\stackrel{\‾}{n}}_c\left(k\right)...\left(3\right)$

其中，

x_c[k]＝vec[x_c[k]...x_c[k-K_f]]，K_f是前向滤波器长度，

$\mathrm{vec}[A_1\·\·\·A_L]={[A_1^T\·\·\·A_L^T]}^T;$

s_c，m[k]＝[s_c，m[k+L_a]...s_c，m[k-L_c-K_f]]^T；

${\stackrel{\‾}{H}}_{c,m}=\left[\begin{array}{ccc}{H}_{c,m}& \·\·\·& 0\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ 0& \·\·\·& H_{c,m}\end{array}\right]$ ，是一个N(K_f+1)×(L+K_f)阶的Toeplitz矩阵；

n_c[k]＝vec[n_c[k]...n_c[k-K_f]]

MIMO FFF单元704的权矩阵为W_c，是N(K_f+1)×M阶矩阵，MIMO FBF单元705的权矩阵为V_c，是K_bM×M阶矩阵。

MIMO-DFE解调单元701完成如下5个功能：

(1)权矩阵计算单元703按照以下公式计算得到权矩阵W_c和V_c：

$W_c=R_c^{-1}{\stackrel{\‾}{H}}_{1,c,\mathrm{pres}}...(4a-1)$

$V_c={\stackrel{\‾}{H}}_{1,c,\mathrm{fb}}^H{W}_c...(4a-2)$

其中，

$R_c=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}({\stackrel{\‾}{H}}_{1,c,m}{\stackrel{\‾}{H}}_{1,c,m}^H-{\stackrel{\‾}{H}}_{1,c,m,\mathrm{fb}}{\stackrel{\‾}{H}}_{1,c,m,\mathrm{fb}}^H)+{\mathrm{\σ}}^2{I}_{N(K_f+1)\×N(K_f+1);}$

H_1，c，pres＝[ H_{1，c，1，pres}... H_{1，c，M，pres}]， H_{1，c，m，pres}表示矩阵 H_1，c，m的第L_a+1+d_i列；

H_1，c，fb＝[ H_{1，c，1，fb}... H_{1，c，M，fb}]， H_{1，c，m，fb}表示矩阵 H_1，c，m的第L_a+2+d_i列到L_a+1+d_i+K_f列构成的矩阵；

L_1，c，m是H_c，m的估计，由第一次信道估计得到；如果信道估计理想，则H_1，c，m＝H_c，m。 H_1，c，m是 H_c，m的估计。

(2)MIMO FFF单元704由前向滤波矩阵W_c完成对输入信号矢量 x_c[k]的滤波，并将滤波结果y_c[k]送给加法器706：

$y_c\left[k\right]=W_c^H{\stackrel{\‾}{x}}_c\left[k\right]...\left(4b\right)$

(3)MIMO FBF单元705由反馈滤波矩阵V_c完成对输入矢量的滤波，并将滤波结果Δy_c[k]送给加法器706：

$\mathrm{\Δ}{y}_c\left[k\right]=V_c^H{\hat{S}}_{c,\mathrm{fb}}[k-d_i-1]...\left(4c\right)$

其中，

s_c，m[k]的估计为 [k]，

${\hat{S}}_c[k-d_i-1]={\left[{\hat{s}}_{1,c,1}\right[k-d_i-1]\·\·\·{\hat{s}}_{1,c,M}[k-d_i-1\left]\right]}^T,$ d_i是判决时延，为非负整数，

${\hat{S}}_{c,\mathrm{fb}}[k-d_i-1]=\mathrm{vec}\left[{\hat{S}}_c\right[k-d_i-1]\·\·\·{\hat{S}}_c[k-d_i-K_b\left]\right],$ d_i是反馈滤波器长度；

(4)加法器706完成干扰对消功能：

${\stackrel{\·}{y}}_c\left[k\right]=y_c\left[k\right]-\mathrm{\Δ}{y}_c\left[k\right]...\left(4d\right)$

(5)软判决器707完成对输入信号矢量

的每个分量的软判决，对 第m个分量

的软判决如下：

${\stackrel{\‾}{s}}_{1,c,m}\left[k\right]=D\left({\stackrel{\·}{y}}_{c,m}\right),m=\mathrm{1,2},\·\·\·,M...\left(4e\right)$

第一级检测单元40l中的信号估计单元702完成每个数据流的信号估计和总信号估计。每级联合检测结构中的信号估计单元具有完全相同的功能。

在第i级联合检测结构中第c个码道检测中，信号估计单元完成如下功能：

第m个数据流的信号估计如下：

$U_{i,c,m}\left[k\right]={\left(H_{i,c,m}\right)}_{L_a+1}{\hat{s}}_{i,c,m}\left[k\right],m=\mathrm{1,2},\·\·\·,M...\left(4f\right)$

其中，H_i，c，m是H_c，m在第i级的估计，即：第(i-1)次联合检测以后对H_c，m的估计。

按照公式(4g)和(4h)得到M个信号流的总信号估计：

$\left[k\right]_{i,c,m}=H_{i,c,m}{\hat{P}}_{i,c,m}\left[k\right],m=\mathrm{1,2},\·\·\·,M...\left(4g\right)$

其中， ${\hat{P}}_{i,c,m}\left[k\right]={\left[{\hat{s}}_{i,c,m}\right[k-L_a]\·\·\·{\hat{s}}_{i,c,m}[k-L_c\left]\right]}^T$ ，

为第i级PIC结构中符号s_c，m[k]的估计。

M个数据流的总信号估计如下：

${\hat{x}}_{i,c}\left[k\right]=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\left[k\right]_{i,c,m}---\left(4h\right)$

图8为本发明为一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元结构示意图。如图8所示，该单元包括C个扩频单元801，一个码域干扰对消单元802、C个解扩单元803和一个解扩信号矢量的修正单元。第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402和中间级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元502具有相同的结构，并完成相同的功能。第i(i＝1，2，...，S-1)级联合检测结构的码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元(即第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元402和中间级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元502)完成如下功能：

首先，第c个扩频单元801由第c个OVSF码、扰码和第c个码道的总信号估计_i，c(k)＝[_i，c，1(t)，_i，c，2(t)，...，_i，c，N(t)]^T得到第c个码道的再生信号g_i，c(t)＝[g_i，c，1(t)，g_i，c，2(t)，...，g_i，c，N(t)]^T。

g_i，c，n(t)＝_i，c，n(kT_s)o_c(t)s(t)，n＝1，2，...，N，c＝1，2，...，C    (5a)

C个扩频单元80l得到的C个码道的再生信号被送入码域干扰对消单元802。码域干扰对消单元802完成干扰对消，得到残差信号。残差信号计算如下:

$x_{i+1}\left(t\right)=x\left(t\right)-\underset{c=1}{\overset{c}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{i,c}---\left(5b\right)$

残差信号被并行送入C个解扩单元803。第c个解扩单元用第c个OVSF码和扰码对输入的N维残差信号X_i+1(t)＝[X_i+1，1(t)，X_i+1，2(t)，...，X_i+1，N(t)]^T中每个分量进行解扩，得到解扩信号矢量x_i+1，c(k)＝[x_i+1，c，1(k)，x_i+1，c，2(k)，...，x_i+1，c，N(k)]^T。

$x_{i+1,c,n}\left(t\right)=\frac{1}{T_s}\underset{T_s}{\∫}{X}_{i+1,n}\left(t\right)o_c\left(t\right)s^{*}\left(t\right),n=1,2,\·\·\·,N,c=\mathrm{1,2},\·\·\·,C---\left(5c\right)$

其中，T_s是符号周期。

C个解扩单元803得到的C个解扩信号矢量都被送入解扩信号矢量修正单元804。解扩信号矢量修正单元804由C个解扩信号矢量和码1至码C的所有数据流的信号估计得到每个码道的每个数据流的修正的解扩信号矢量。第i级联合检测结构得到的第c个码道的第m个数据流的修正的解扩信号矢量如下：

x_i+1，c，m[k]＝x_i+1，c[k]+U_i，c，m[k]，m＝1，2，...，M，c＝1，2，...，C  (5d)

所有数据流的修正的解扩信号矢量被送入第(i+1)级联合检测结构中。

下面对中间级检测单元501进行说明。

图9为本发明一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的中间级联合检测结构的中间级检测单元结构示意图。如图9所示，中间级检测单元501由M个符号估计单元901和一个信号估计单元902构成。M个符号估计单元901分别完成M个数据流的符号估计。信号估计单元902完成每个数据流信号的估计和总信号估计。在每级联合检测结构中，符号估计单元901具有完全相同的功能。

在第i(i＞1)级联合检测结构的第c个码道检测中，符号估计单元m的输入信号为x_i，c，[k]，该单元完成如下功能：

(1)首先计算权矢量W_i，c，m

在ZF准则下按照(6a)式计算W_i，c，m，在MMSE准则下按照(6b)式计算W_i，c，m:

$W_{i,c,m}=\frac{F^H}{\left|\right|F\left|\right|},m=\mathrm{1,2},\·\·\·,M,F={\left(H_{i,c,m}\right)}_{L_a+1}---\left(6a\right)$

$W_{i,c,m}={\mathrm{\σ}}_s^2{F}^H{[{\mathrm{\σ}}_s^{2}F{F}^H+{\mathrm{\σ}}^2{I}_M]}^{-1},F={\left(H_{i,c,m}\right)}_{L_a+1}---\left(6b\right)$

(2)计算统计决策量y_i，c，m

y_i，c，m[k]＝W_i，c，mx_i，c，[k]，m＝1，2，...，M(6c)

(3)符号估计：软判决函数由统计决策量y_i，c，[k]得到符号的估计

${\hat{s}}_{i,c,m}\left[k\right]=D\left(y_{i,c,m}\right[k\left]\right),m=\mathrm{1,2},\·\·\·,M...\left(6d\right)$

下面对最后一级检测单元601进行说明。

图10为本发明为一实施例的宽带信道下MIMO系统的多码接收机的最后一级联合检测结构的最后一级检测单元的结构示意图。如图10所示，该单元包括M个符号估计单元1001构成。M个符号估计单元1001分别完成M个数据流的符号估计。

第c个最后一级检测单元601中符号估计单元m完成如公式(6a-6d)的功能。

参数取值：

K_f、K_b的值可以通过仿真优化得到，也可以根据对检测性能和复杂度的要求确定；

d₁可以在区间[O，d_MAX]内优化得到，其中，

$d_{\mathrm{MAX}}=\left\{\begin{array}{c}{K}_f,(L_c\≥K_b)\\ K_f+L_c-K_b,(L_c\≤K_b)\end{array}\right.---\left(7\right)$

软判决函数的定义：

设

y＝a+v

其中，a∈{A₁，A₂，...，A_K}，{A₁，A₂，...，A_K}是所有可能的发送符号构成的集合；v是高斯白噪声。

则y＝a+v的软判决按照下式计算：

$\hat{a}=D\left(y\right)=\mathrm{\β}\frac{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{k}f\left(y\right|A_k)}{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}f\left(y\right|A_k)}...\left(8a\right)$

其中，β称为校正因子，用以校正信道估计不理想造成的符号估计的偏差和干扰对消的偏差；f(y|A_k)表示发送符号为A_k时接收到y的概率密度函数。β和f(y|A_k)的计算方法如下：

(1)若发送的符号是复数，则

$f\left(y\right|A_k)=\frac{1}{2\mathrm{\π}{\mathrm{\σ}}^2}{e}^{\frac{{(\mathrm{YR}-A{R}_k)}^2+{(\mathrm{YI}-A{I}_k)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}...\left(8b\right)$

其中，AR_k、AI_k分别为A_k的实部和虚部；YR、YI分别为y的实部和虚部；VR、VI分别为v的实部和虚部，分别服从N(0，σ²)分布。且β是复数。

(2)若发送符号是实数，则

$f\left(y\right|A_k)=\frac{1}{\sqrt{2\mathrm{\π}}\mathrm{\σ}}{e}^{\frac{{(\mathrm{YR}-A_k)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}...\left(8c\right)$

其中，YR为y的实部；VR为v的实部，服从N(0，σ²)分布。且β是实数。

(3)β的取值与符号的SNR密切相关，是符号的SNR的函数。

为了简化计算，也可以直接令β＝1，即：不考虑信道估计的偏差对符号估计和干扰对消造成的影响。

通常，在接收端符号的SNR(Signal to Noise Ratio)要达到一定的数值，才能使解映射和译码后的比特BLER(Block Error Rate)性能满足业务质量的要求。对于给定的BLER数值，可以通过仿真确定：为使译码以后BLER性能达到要求，符号所需要达到的最低SNR数值S_MIN。并取T₁＝S_MIN-δ₁，T₂＝S_MIN-δ₂。其中，δ₁＞0，δ₂＞δ₁。

如果符号的SNR大于阈值T₁＝S_MAX-δ₁，就认为该符号的信道估计比较准确，可以近似认为β＝1。

如果符号的SNR小于或等于阈值T₂＝S_MAX-δ₂，就认为该符号的SNR太低，使信道估计非常差，可以近似认为β＝0。

如果符号的SNR大于阈值T₂＝S_MAX-δ₂且小于等于阈值T₁＝S_MAX-δ₁，可以通过COSSAP仿真或MATLAB仿真优化确定：当SNR在(T₂，T₁)内变化时β的具体取值。

δ₁、δ₂取值直接影响β对符号估计偏差的校正的精度和SNR优化区间(T₂，T₁)的大小。可以根据对校正精度和优化计算量的需要确定δ₁和δ₂的数值。

综上所述，β取值如下：

$\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{c}0,\mathrm{SNR}\&le;T_2\\ {\mathrm{\&alpha;}}_{i,},\mathrm{SN}{R}_{i-1}<\mathrm{SNR}\&le;\mathrm{SN}{R}_i,\mathrm{SN}{R}_i=T_2+\frac{i(T_1-T_2)}{I},i=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,I\\ 1,\mathrm{SNR}>T_1\end{array}\right....\left(8d\right)$

上式中，α_i的取值通过在较小的SNR区间[SNR_i-1，SNR_i]的COSSAP仿真或MATLAB仿真优化得到。其中，I是对SNR优化区间(T₂，T₁)量化得到的小区间的个数，根据需要确定。

在上述MIMO接收机中，级数S的取值范围为2≤S＜M。通常，可以根据具体的性能和时延需求，确定S的取值。一般来讲，当S＝2或3时，性能就已经很好。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机，其特征在于，所述多码接收机包括：

解扩单元组，用于对接收信号矢量进行解扩，得到解扩信号矢量，并向第一级联合检测结构发送所述解扩信号矢量；

第一级联合检测结构，对解扩信号矢量进行符号估计，得到每个码道下所有数据流的信号估计和每个码道的总信号估计，由所有码道的所有数据流的信号估计和每个码道的总信号估计以及接收信号矢量进行码域并行干扰对消，得到每个码道每个数据流的修正的解扩信号矢量，并向下一级联合检测结构发送所有码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量，其中在所述码域并行干扰对消中消除其它码道的数据流的干扰、本码道其他数据流的干扰和本数据流的符号之间的干扰；

最后一级联合检测结构，对来自上一级联合检测结构的所有码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量进行最后一级联合检测，得到所有码道的所有数据流的符号估计值。

2、根据权利要求1所述的宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机，其特征在于，所述多码接收机进一步包括不少于一级的中间级联合检测结构，每个中间级联合检测结构串行连接，其中每个中间级联合检测结构对来自上一级联合检测结构的每个码道的每个数据流的修正的解扩信号矢量分别进行符号估计，得到每个码道每个数据流的信号估计和每个码道的总信号估计，并由所有码道的所有数据流的信号估计和每个码道的总信号估计以及接收信号矢量进行中间级码域干扰对消，得到每个码道每个数据流的进一步更新的修正的解扩信号矢量，并向下一级联合检测结构发送所有码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量，其中在所述码域并行干扰对消中消除其它码道的数据流的干扰、本码道其他数据流的干扰和本数据流的符号之间的干扰。

3、根据权利要求1或2所述的宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机，其特征在于，所述第一级联合检测结构包括：

C个第一级检测单元，其中C为码道数，每个第一级检测单元用于由解扩信号矢量得到与解扩信号矢量相对应的码道的所有数据流的信号估计和总信号估计，并向第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元发送所述与解扩信号矢量相对应的码道的所有数据流的信号估计和总信号估计；

第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元，用于对所述与解扩信号矢量相对应的码道的所有数据流的信号估计和总的信号估计以及接收信号矢量进行码片级干扰对消，得到每个码道的所有修正的解扩信号矢量。

4、根据权利要求1或2所述的宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机，其特征在于，所述的最后一级联合检测结构包括C个最后一级检测单元，其中C为码道数，每个最后一级检测单元对应于一个码道，每个最后一级检测单元都用于对上一级联合检测结构发送的与该最后一级检测单元对应的码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量进行符号估计，得到与该最后一级检测单元对应的码道的所有数据流的符号估计。

5、根据权利要求2所述的宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机，其特征在于，所述每个中间级联合检测结构包括：

C个中间级检测单元，其中C为码道数，每个中间级检测单元用于对与该中间级检测单元对应的码道的所有数据流的修正的解扩信号矢量进行检测，得到该码道的所有符号的信号估计和总信号估计，并向中间级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元发送所述该码道的所有符号的信号估计和总信号估计；

中间级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元，根据所有码道的所有符号的信号估计和总信号估计和接收信号矢量完成码片级干扰对消，并得到每个码道的所有修正的解扩信号矢量，并向下一级联合检测结构发送所述每个码道的所有修正的解扩信号矢量。

6、根据权利要求3所述的宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机，其特征在于，所述第一级检测单元包括：

多输入多输出前馈滤波器MIMO FFF单元，由输入的前向滤波矩阵完成对输入的解扩信号矢量的前向滤波，并将滤波得到的信号矢量送给加法器；

加法器，用于求出MIMO FFF单元输出的信号矢量和多输入多输出反馈滤波器MIMO FBF单元输出的信号矢量之差，并将求出的差送给软判决单元；

软判决单元，用于对加法器发送过来的差的每个分量进行软判决，得到每个数据流的符号估计，并将所有数据流的符号估计送给信号估计单元和MIMOFBF单元；

权矩阵计算单元，用于由输入的解扩信号矢量完成前向滤波权矩阵和反馈滤波权矩阵的计算，并将前向滤波矩阵送给MIMO FFF单元，将反馈滤波矩阵送给MIMO FBF单元；

MIMO FBF单元，由反馈滤波矩阵完成对软判决单元输入的M个数据流的符号估计组成的矢量的反馈滤波，并将滤波得到的信号矢量送给加法器；

信号估计单元，用于根据所有数据流的符号估计得到每个数据流的信号估计和所有数据流的总信号估计，并将每个数据流的信号估计结果和所有数据流的总信号估计送给第一级码域干扰对消与解扩信号矢量修正单元。

7、根据权利要求4所述的宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机，其特征在于，所述的最后一级检测单元包括M个最后一级符号估计单元，其中M为发射天线数，每个符号估计单元对应于一个符号，每个符号估计单元用于对输入的一个符号的修正的解扩信号矢量进行符号估计，得到该符号的估计值。

8、根据权利要求5所述的宽带信道下多输入多输出系统的多码接收机，其特征在于，所述中间级检测单元包括：

M个中间级符号估计单元，其中M为发送天线的个数，所述M个中间级符号估计单元用于对上一级联合检测结构发送过来的相应码道的M个数据流的修正的解扩信号矢量进行符号估计，并向中间级信号估计单元发送M个数据流的符号估计值；

中间级信号估计单元，用于由所述M个数据流的符号的估计值得到M个数据流的信号估计和总信号估计，并向下一级联合检测结构发送所述M个数据流的信号估计和总信号估计。

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