CN1976327A - 最小均方误差软干扰抵消的方法、信号检测器和接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种最小均方误差软干扰抵消方法、信号检测器和一种接收机，当确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有同时发射的符号对应的符号先验信息中，不可靠符号先验信息的数量未超过1时，利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量；根据所得到的MMSE滤波器系数矢量，计算信号检测器输出的编码比特的外比特对数似然比，并将其通过解交织器和信道译码器处理后，送入所述信号检测器进行下次迭代。通过本发明，能够降低接收机的复杂度，从而降低系统的功耗和时延。

Description

最小均方误差软干扰抵消的方法、信号检测器和接收机

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及最小均方误差软干扰抵消技术。

背景技术

多入多出(MIMO)系统在发送端和接收端分别采用多副发送天线和接收天线，这样能在不增加带宽的前提下，提高系统的信道容量，同时获得发送和接收分集增益，提高传输可靠性，因此成为下一代无线通信的主要发展方向。

为了充分利用MIMO系统的巨大潜力，必须采用迭代(Turbo)接收检测技术。在迭代接收检测过程中，信号检测器能够实现软入/软出(soft-in/soft-out，SISO)，即同时接受信道译码器关于编码比特对数似然比(log-likelihood ratio，LLR)和经过接收机射频前端处理后到基带的多天线接收信号矢量，以及估计得到的MIMO信道衰落系数矩阵。误码率(Bit Error Rate，BER)性能最优意义下的SISO信号检测器是最大似然(maximum likelihood，ML)信号检测器，但其复杂度随着天线数目和调制星座图的大小成指数增长，无法实际应用。因此，目前广泛采用最小均方误差(Minimum Mean Squared Error，MMSE)意义下最优的软入软出最小均方误差软干扰对消的多入多出(SISO MMSE SoftInterference Cancellation MIMO，SISO MMSE SIC MIMO)信号检测器。

与本发明相关的现有技术一提供了一种MIMO系统，其结构如图1所示，包括发射机侧的信源101、信道编码器102、第一交织器103、调制映射单元104和发射天线105；以及接收机侧的接收天线106、SISO MMSE SIC MIMO信号检测器107、解交织器108、信道译码器109、硬判决器110、信宿111和第二交织器112。其工作原理如下：

步骤S101，信源101输出二进制比特流u，所述比特流u经信道编码器102进行编码处理和第一交织器103进行交织处理后，得到比特流b，然后将所述比特流b输入调制映射单元104进行调制映射处理，得到发射基带信号矢量s，然后通过发射天线105发送出去；

步骤S102，发射信号经空间信道到达接收天线106。所述发射信号经空间信道传输后，会衰减。

步骤S103，所述接收天线106接收到信号后，加上等效基带加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise，AWGN)矢量n，进行处理后得到基带接收信号矢量y。

假设发射天线数量为N_T，接收天线数量为N_R，比特流经空间信道传输后的系统等效基带信道衰落系数矩阵为H，则接收机的基带接收信号矢量y可以表示为如公式[1]所示的函数：

$y=\mathrm{Hs}+n=\underset{i=1}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i{s}_i+n$ ……………………………公式[1]

公式[1]中的H具体如公式[2]所示：

…………公式[2]

公式[2]中的h_i，j表示从第j根发射天线到第i根接收天线的系统等效基带信道衰落系数。

公式[1]中的s为发射基带信号矢量。h_i表示第i根发射天线到所有N_R根接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。s_i表示第i根天线发射的信号，也就是第i个信号。公式[1]中的n为N_R根接收天线的AWGN矢量，其满足如公式[3]所示的关系：

$n={\left[\begin{array}{ccc}{n}_1& \·\·\·& n_{N_R}\end{array}\right]}^T$ ………………………………………公式[3]

公式[3]中的n_i表示第i根接收天线的AWGN，并且满足 $E\left\{{\mathrm{nn}}^H\right\}={\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_R}$ 的关系，其中的运算符号E{}表示统计平均。

步骤S104，将所述信号y输入到所述SISO MMSE SIC MIMO信号检测器107，所述信号检测器107利用MMSE滤波器的算法对输入的矢量y进行计算，输出编码比特的外比特对数似然比L_e(b)。

SISO MMSE SIC MIMO信号检测器107的具体处理过程如下：

第一步：定义发射机发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i的均值为E{s_i}，如公式[4]所示：

$E\left\{s_i\right\}=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p\{s_i=c_n\}$ ……………………………公式[4]

其中c_n表示M阶调制信号集合中某一信号点；p{s_i＝c_n}表示发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i为c_n的概率；其中的运算符 表示对符号集合c中的所有元素求和。

定义发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i的能量为E_Si，其满足公式[5]的关系：

$E_{S_i}=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{\left|c_n\right|}^{2}p\{s_i=c_n\}$ …………………………………公式[5]

公式[5]中的符号||表示取复数模运算。

定义p{s_i＝c_n}是由信道译码器反馈的关于编码比特的先验概率。在初始检测阶段，假设为等概率，则满足如公式[6]所示的关系：

$p(s_i=c_n)=\frac{1}{2^M},i=1,\·\·\·,N_T;n=\mathrm{0,1},\·\·\·,2^M-1$ …………公式[6]

其中，公式[6]中的M为与调制方式有关的常数。

第二步：利用所得到的E{s_i}和E_Si计算信号检测器中采用的最小均方误差(MMSE)滤波器系数矢量；以及，利用所得到的E{s_i}以及接收机的基带接收信号矢量y计算除了第i根发射天线发射的基带信号外的其它发射天线发射的基带信号进行软干扰对消(SIC)处理后得到的信号矢量。

定义发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i的方差为var{s_i}，并且满足公式[7]的关系：

$\mathrm{var}\left\{s_i\right\}=E_{S_i}-\left(E\right\{s_i\left\}\right)$

$=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{\left|c_n\right|}^{2}p\{s_i=c_n\}-\left(\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p{\{s_i=c_n\}}^2\right)$ ………………公式[7]

定义接收机中的信号检测器中采用的最小均方误差(MMSE)滤波器系数矢量为W_i，在不同的检测器中W_i取不同的值。其中，在SISO MMSE SIC MIMO信号检测器中，所述W_i满足公式[8]所示的关系：

$W_i=E_{S_i}{\left[\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j{h}_j^H\mathrm{var}\right\{s_j\}+h_i{h}_i^H{E}_{S_i}+{\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_R}]}^{-1}{h}_i$ ………公式[8]

定义y_i是对除了第i根发射天线发射的基带信号外的其它发射天线发射的基带信号进行软干扰对消(SIC)处理后得到的信号矢量，简称为接收机经SIC处理后得到的第i根发射天线的信号，其表达式如公式[9]所示：

$y_i=y-\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{j}E\left\{s_j\right\}$ ………………………………公式[9]

第三步，利用所得到的W_i、y_i以及对应第i根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量的N_R×1的矢量h_i，计算信号检测器中的先验概率。

定义信号检测器估计的第i根发射天线发射的基带信号s_i对应的估计值为_i，并且满足公式[10]的关系：

${\hat{s}}_i=W_i^H{y}_i={\mathrm{\μ}}_i{s}_i+{\mathrm{\η}}_i$ ……………………………公式[10]

其中μ_i满足如公式[11]所示的关系：

${\mathrm{\μ}}_i=W_i^H{h}_i$ ……………………………………………公式[11]

η_i的方差满足公式[12]的关系：

${\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\η}}_{i-\mathrm{MMSE}}}^2={\mathrm{\μ}}_i{E}_{s_i}-{\mathrm{\μ}}_i^2{E}_{s_i}$ ……………………………………公式[12]

定义先验概率为 $p\left\{{\hat{s}}_i\right|s_i=c_n\},$ 其满足公式[13]所示的关系：

$p\left\{{\hat{s}}_i\right|s_i=c_n\}=\frac{1}{{\mathrm{\π\σ}}_{{\mathrm{\η}}_i}^2}\exp \{-\frac{{|{\hat{s}}_i-{\mathrm{\μ}}_i{c}_n|}^2}{{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\η}}_i}^2}\}$ ……………………公式[13]

第四步：利用得到的先验概率计算输出的编码比特的外比特对数似然比L_e(b)。

对应所述SISO MMSE SIC MIMO信号检测器得到的第i根发射天线发射的基带信号的第k个编码比特b_i，k，定义由信号检测器输出的该编码比特的外比特对数似然比(Extrinsic bit LLR)为L_e(b_i，k)。在SISO MMSE SIC MIMO信号检测器中，L_e(b_i，k)满足公式[14]的关系：

$L_e\left(b_{i,k}\right)=\ln \frac{\underset{\∀c_n\∈C,c_{n,k}=1}{\mathrm{\Σ}}p\left\{{\hat{s}}_i\right|s_i=c_n\}\underset{j=1,j\≠k}{\overset{\log 2\left(M\right)}{\mathrm{\Π}}}p(b_{i,j}=c_{n,j})}{\underset{\∀c_n\∈C,c_{n,k}=0}{\mathrm{\Σ}}p\left\{{\hat{s}}_i\right|s_i=c_n\}\underset{j=1,j\≠k}{\overset{\log 2\left(M\right)}{\mathrm{\Π}}}p(b_{i,j}=c_{n,j})}$ ……公式[14]

公式[14]中运算符ln()表示取自然对数，符号 $\underset{j=1,j\≠k}{\overset{\log 2\left(M\right)}{\mathrm{\Π}}}p(b_{i,j}=c_{n,j})$ 式表示映射为调制符号c_n的除了第k个比特外的其它比特概率的乘积，其值由信道译码器反馈得到，初始检测阶段设为0.5。

经过上述计算，得到第i根发射天线发射的基带信号的第k个编码比特b_i，k的外比特对数似然比L_e(b_i，k)。

对于第i根发射天线发射的基带信号的其它编码比特，同样可以参考公式[14]得到对应的编码比特的外比特对数似然比。这样就能够得到第i根发射天线发射的基带信号的所有编码比特对应的编码比特的外比特对数似然比。

对于其它发射天线发射的基带信号的编码比特，同样可以参考上述方法得到对应的编码比特的外比特对数似然比。

这样所述SISO MMSE SIC MIMO信号检测器最终输出所有发射天线发射的基带信号的所有编码比特对应的编码比特的外比特对数似然比L_e(b)。

步骤S105，所述SISO MMSE SIC MIMO信号检测器107最终输出的外比特对数似然比L_e(b)通过解交织器108、信道译码器109、第二交织器120处理后，得到编码比特的先验比特对数似然比L(b)，然后将其反馈给下一步迭代检测所选择的信号检测器，作为输入。

步骤S106，当检测次数达到设定的阈值后，所述信道译码器109将处理后得到的编码比特的比特对数似然比输出给硬判决器110；所述硬判决器110根据所述信号进行硬判决处理得到信源101输出的二进制比特流u的估计值

然后送入信宿111进行处理。

由现有技术一可以看出，在迭代阶段计算MMSE滤波器系数矢量W_i时需要对复矩阵进行求逆运算，从而复杂度较高。

为了避免矩阵求逆运算，与本发明有关的现有技术二提出了一种在迭代阶段采用匹配滤波(Match filter，MF)的方法计算MMSE滤波器系数矢量W_i，这样滤波器系数矢量W_i满足如公式[15]所示的关系：

W_i＝h_i…………………………………………………公式[15]

这种方法虽然能够避免复杂的矩阵求逆运算，但是与现有技术一相比，系统性能下降很大。为了达到相同的性能需要增加迭代检测次数，从而增加了信道译码器的操作次数，增加了系统的复杂度。

发明内容

本发明的实施例提供一种最小均方误差软干扰抵消的方法、信号检测器及一种接收机，以降低接收机的复杂度，从而降低系统的功耗和时延。

本发明的实施例通过如下技术方案实现：

本发明的实施例提供一种最小均方误差软干扰抵消方法，其包括：

信号检测器根据信道译码器反馈的编码比特的先验信息，得到所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C；

根据得到的p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th的比较结果，确定得到的符号先验信息的可靠性；

当确定不可靠符号先验信息的数量未超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量；

根据所计算出的MMSE滤波器系数矢量，计算信号检测器输出的编码比特的外比特对数似然比，并将其通过解交织器和信道译码器处理后，送入所述信号检测器进行下一次迭代。

本发明的实施例还提供一种信号检测器，其包括：

第一计算单元，用于根据信道译码器反馈的编码比特的先验信息，得到所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C；

符号先验信息可靠性确定单元，用于根据得到的p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th的比较结果，确定得到的符号先验信息的可靠性；

第二计算单元，用于当所述符号先验信息可靠性确定单元确定不可靠的符号先验信息的数量未超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量；根据所计算出的MMSE滤波器系数矢量，计算信号检测器输出的编码比特的外比特对数似然比。

本发明的实施例还提供一种接收机，其包括：

信号检测器和信道译码器；

所述信道检测器，用于根据所述信道译码器反馈的编码比特的先验信息，得到所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C；，并根据得到的p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th的比较结果，确定得到的符号先验信息的可靠性；并当所述符号先验信息可靠性确定单元确定不可靠的符号先验信息的数量未超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量；根据所计算出的MMSE滤波器系数矢量，计算输出的编码比特的外比特对数似然比。

所述信道译码器，用于对所述信道检测器输出的编码比特的外比特对数似然比，进行译码处理并得到的对应的编码比特的先验信息，并将其送入所述信号检测器进行下一次迭代。

由本发明提供的具体实施方案可以看出，当确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中，不可靠符号先验信息的数量未超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量；根据所计算出的MMSE滤波器系数矢量，计算信号检测器输出的编码比特的外比特对数似然比，并将其通过解交织器和信道译码器处理后，再次送入所述信号检测器进行下次迭代，所以不但能够维持系统的性能，而且还可以降低接收机的复杂度，从而降低系统的功耗和时延。

附图说明

图1为背景技术提供的MIMO系统的结构示意图；

图2为本发明提供的第一实施例的流程图；

图3为本发明提供的第二实施例的结构图；

图4为对采用本发明提供的第一实施例所述的方法后的信号检测器进行仿真后得到的不同门限下的性能示意图；

图5为不同迭代次数、信噪比下所有干扰信号的指示函数I(p(s_j＝c_n)，c_n∈C)＝0的比例示意图；

图6为对采用现有技术一的MMSE SIC算法的信号检测器、采用本发明的实施例所述的算法，暂定义为Proposal算法，并且Th＝0.90时的信号检测器，以及采用现有技术二的MMSE SIC+MF SIC算法的信号检测器进行仿真，得到的仿真性能示意图。

具体实施方式

本发明实施例利用矩阵求逆引理对MMSE滤波器系数矢量W_i进行改写。其中，矩阵求逆引理如公式[16]所示：

${(A+{\mathrm{buv}}^H)}^{-1}=A^{-1}-\frac{b}{1+{\mathrm{bv}}^H{A}^{-1}u}{A}^{-1}{\mathrm{uv}}^H{A}^{-1}$ ……………公式[16]

将公式[8]中的变量带入所述公式[16]可以得到：

$W_i=\frac{E_{S_i}{R}_i^{-1}{h}_i}{1+E_{S_i}{h}_i^H{R}_i^{-1}{h}_i}$ ……………………………………公式[17]

公式[17]中的h_i为表示第i根发射天线到所有N_R根接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。s_i表示第i根天线发射的信号，也就是第i个信号。E_Si为发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i的能量，由现有技术一可以看出，其可以由发射机发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i的均值为E{s_i}计算得到。

公式[17]中的R_i为噪声和干扰协方差矩阵，其满足如公式[18]所示的关系：

$R_i=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j{h}_j^H\mathrm{var}\left\{s_j\right\}+{\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_R}$ …………………………公式[18]

其中var{s_j}为发射的基带信号矢量中的第j个信号矢量s_j的方差，h_j表示第j根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

由公式[18]可以看出，在如下两种情况下能够避免或者简化在计算MMSE滤波器系数矢量W_i的过程中的矩阵求逆运算：

第一种情况：当所有发射天线发射的基带信号矢量中除当前被检测符号外的所有信号矢量的方差均为0时，即var{s_j}＝0时如果var{s_j}＝0，则 $R_i={\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_R};$ 于是有：

$R_i^{-1}=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_n^2}{I}_{N_R}$ ……………………………………………公式[19]

结合公式[19]和公式[17]可以看出，在计算MMSE滤波器系数矢量W_i的过程中不再需要矩阵求逆运算。

第二种情况：当所有发射天线发射的基带信号矢量中除当前被检测符号外的所有信号矢量的方差中仅有一个不为0时，即仅有一个var{s_j}≠0时。在第二种情况下，公式[18]中的求和项 $\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j{h}_j^H\mathrm{var}\left\{s_j\right\}$ 仅仅为发射天线发射的基带信号矢量中除当前被检测符号外的所有信号矢量的方差中不为0的一项的数值，因此此时公式[18]可以简化为如公式[20]所示的关系：

$R_i=h_j{h}_j^H\mathrm{var}\left\{s_j\right\}+{\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_R}$ ………………………………公式[20]

此时，可以利用矩阵求逆公式：

${(B+\mathrm{\αI})}^{-1}=\frac{1}{\mathrm{\α}}I-\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\α}(\mathrm{\α}+\mathrm{\λ})}{\mathrm{\μ}}_1{\mathrm{\μ}}_1^H$ ………………………公式[21]

可以看出，公式[21]所示的矩阵求逆公式中的左侧为矩阵的转置运算，其中矩阵B是一个秩等于1的n×n的矩阵，其特征值为λ，特征向量为μ₁，其可以对应公式[20]中的h_jh_j ^Hvar{s_j}项；其中α可以对应公式[20]中的σ_n ²项。这样只要将公式[21]的右侧所列的λμ₁μ₁ ^H和λ项计算出即可。

由于公式[20]中h_jh_j ^Hvar{s_j}是Hermite矩阵，所以具有公式[22]和公式[23]所示的性质：

$\mathrm{\λ}{\mathrm{\μ}}_1{\mathrm{\μ}}_1^H=h_j{h}_j^H\mathrm{var}\left\{s_j\right\}$ ………………………………公式[22]

$\mathrm{\λ}=\mathrm{var}\left\{s_j\right\}{h}_j^H{h}_j$ ……………………………………公式[23]

将公式[22]和公式[23]分别代入公式[21]中可以得到：

$R_i^{-1}=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_n^2}I-\frac{h_j{h}_j^H\mathrm{var}\left\{s_j\right\}}{{\mathrm{\σ}}_n^2({\mathrm{\σ}}_n^2+\mathrm{var}\{s_j\left\}{h}_j^H{h}_j\right)}$ ……………………公式[24]

其中var{s_j}为发射的基带信号矢量中的第j个信号矢量s_j的方差；h_j表示第j根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

由公式[24]和公式[17]可以看出，在计算MMSE滤波器系数矢量W_i时不需要进行矩阵求逆运算。

经过上述两种情况的分析可以看出，当根据从信道译码器反馈的所有编码比特对应的先验信息计算得到的符号先验信息大于某个门限时，就可以认为所述符号先验信息是完全可靠的，也可以认为从信道译码器反馈的对应的比特的先验信息是完全可靠的，从而可以认为在检验其它天线发射的信号时，来自第i根发射天线的干扰能够完全理想抵消。为此，本发明在公式[18]的基础上增加了一个指示函数I(p(s_j＝c_n)，c_n∈C)，得到：

$R_i=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j{h}_j^H\mathrm{var}\left\{s_j\right\}I(p(s_j=c_n),c_n\∈C)+{\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_R}$ ……公式[25]

通过所述指示函数I(p(s_j＝c_n)，c_n∈C)的不同取值，可以将上述两种情况区别开来。为此本发明设定一个符号先验信息门限Th来确定所述指示函数I(p(s_j＝c_n)，c_n∈C)的取值，如公式[26]所示：

$I(p(s_j=c_n),c_n\∈C)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if\; p}(s_j=c_n)\≤\mathrm{Th},c_n\∈C\\ 0,& \mathrm{if\; p}(s_j=c_n)>\mathrm{Th},c_n\∈C\end{array}\right.$ ……公式[26]

基于上述分析，本发明提供了第一实施例，其是一种最小均方误差软干扰抵消的方法，在实施该实施例中，需要设定一个符号先验信息门限Th，以确定从信道译码器中输出的符号先验信息是否属于上述两种情况，然后根据确定结果选择相应的计算方法。该实施例的具体实施过程如图2所示，包括如下步骤：

步骤S201，信号检测器根据信道译码器反馈的编码比特的先验信息，得到所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C。

步骤S202，将得到的p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的门限Th进行比较，并统计除对应当前被检测符号的符号先验信息外的其它所有大于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量，以及所有小于等于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量。

步骤S203，根据所述统计结果确定所述符号先验信息的可靠性。

当大于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量到达N_T-1时，其中所述N_T为发射天线的数量；则说明所述符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C都是可靠的，这些先验符号所带来的干扰能够完全理想抵消；

当小于等于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量只有一个时，则说明只有一个符号对应的符号先验信息不可靠，其余N_T-2个符号所带来的干扰均理想抵消；

其余情况下，均认为不可靠的符号先验信息的数量多于1个。

步骤S204，判断不可靠符号先验信息的数量是否超过1个，若未超过，则执行步骤S205；否则，执行步骤S206。

步骤S205，利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量W_i，并根据所得到的W_i计算信号检测器输出的对应编码比特的外比特对数似然比，然后执行步骤S207。

步骤S205中，利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量的具体实施过程如下：

当信道译码器反馈的符号先验信息都可靠时，选择公式[19]和公式[17]计算MMSE滤波器系数矢量W_i。

当信道译码器反馈的符号先验信息中只有一个不可靠时，选择公式[24]和公式[17]计算MMSE滤波器系数矢量W_i。

步骤S206，所述SISO MMSE SIC MIMO信号检测器选择原有的MMSE滤波器算法中的公式[8]计算MMSE滤波器系数矢量W_i，然后根据所得到的W_i计算输出的对应编码比特的外比特对数似然比，然后执行步骤S207。

步骤S207，输出编码比特的外比特对数似然比给解交织器和信道译码器，经过解交织处理以及译码处理后，送入所述信号检测器进行下一次迭代。

由于在迭代检测阶段，绝大多数的情况下均有p(s_j＝c_n)＞Th，c_n∈C，因此利用公式[19]和公式[24]，可以基本上避免矩阵求逆运算，从而大大降低系统的复杂度。同时可以发现，当采用MMSE滤波器算法时，设定的符号先验信息门限为：Th＝1；当采用MF滤波器算法时，设定的符号先验信息门限为：Th＝0。因此，通过合理设置门限，可以在降低系统复杂度，同时避免较大的系统性能损失。

本发明提供的第二实施例是一种信号检测器，其结构如图3所示，包括：第一计算单元、比较单元、统计单元、符号先验信息可靠性确定单元和第二计算单元。

当信道译码器反馈的编码比特的比特先验信息到达所述信号检测器后，所述第一计算单元根据信道译码器反馈的编码比特的先验信息，得到所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C。

所述比较单元将所述第一计算单元得到的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th进行比较，并将比较结果传送给统计单元；

所述统计单元统计比较结果，并将统计结果传送给所述符号先验信息可靠性确定单元。

当所述统计单元的统计结果为当统计结果为大于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量为N_T-1时，所述符号先验信息可靠性确定单元确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息都是可靠的。

当所述统计单元的统计结果为所有小于等于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量只有1个时，则所述符号先验信息可靠性确定单元确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中，只有1个不可靠。

当所述统计单元的统计结果为所有小于等于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量超过1个时，则所述符号先验信息可靠性确定单元确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中多于1个不可靠。

当确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息都可靠时，所述第二计算单元利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量：

$W_i=\frac{E_{S_i}{R}_i^{-1}{h}_i}{1+E_{S_i}{h}_i^H{R}_i^{-1}{h}_i}$

其中， $E\left\{s_i\right\}=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p\{s_i=c_n\},$ 其中c_n表示M阶调制信号集合中某一信号点，p{s_j＝c_n}表示发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i为c_n的概率； $R_i^{-1}=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_n^2}{I}_{N_R};$ h_i表示第i根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

当确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中，不可靠符号先验信息的数量为1时，所述第二计算单元利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量：

$W_i=\frac{E_{S_i}{R}_i^{-1}{h}_i}{1+E_{S_i}{h}_i^H{R}_i^{-1}{h}_i}$

 其中， $E\left\{s_i\right\}=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p\{s_i=c_n\},$ 其中c_n表示M阶调制信号集合中某一信号点，p{s_i＝c_n}表示发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i为c_n的概率； $R_i^{-1}=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_n^2}I-\frac{h_j{h}_j^H\mathrm{var}\left\{s_j\right\}}{{\mathrm{\σ}}_n^2({\mathrm{\σ}}_n^2+\mathrm{var}\{s_j\left\}{h}_j^H{h}_j\right)},$ 其中var{s_j}为发射的基带信号矢量中的第j个信号矢量s_j的方差，h_j表示第j根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量；h_i表示第i根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

当确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中，不可靠符号先验信息的数量超过1时，所述第二计算单元利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量：

$W_i=E_{S_i}{\left[\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j{h}_j^H\mathrm{var}\right\{s_j\}+h_i{h}_i^H{E}_{S_i}+{\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_R}]}^{-1}{h}_i$

其中， $E\left\{s_i\right\}=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p\{s_i=c_n\},$ 其中c_n表示M阶调制信号集合中某一信号点，p{s_i＝c_n}表示发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i为c_n的概率；var{s_i}为发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i的方差；h_i表示第i根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

之后所述第二计算单元根据所计算出的MMSE滤波器系数矢量，计算信号检测器输出的编码比特的外比特对数似然比，然后输出。

本发明提供的第三实施例是一种接收机，其包括：信号检测器和信道译码器。

所述信道检测器根据所述信道译码器反馈的编码比特的先验信息，得到所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C；，并根据得到的p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th的比较结果，确定得到的符号先验信息的可靠性；并当所述符号先验信息可靠性确定单元确定不可靠的符号先验信息的数量未超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量；根据所计算出的MMSE滤波器系数矢量，计算输出的编码比特的外比特对数似然比。具体实施过程与第二实施例中的相关描述雷同，这里不再详细描述。

所述信道译码器对所述信道检测器输出的编码比特的外比特对数似然比，进行译码处理并得到的对应的编码比特的先验信息，并将其送入所述信号检测器进行下一次迭代。

下面通过在特定的仿真参数下对信号检测器进行仿真后得到的仿真结果，来说明采用本发明的实施例后，所带来的有益效果。

所述特定的仿真参数如表1所示：

发射天线数	NT＝4
		接收天线数	NR＝4
信道	空间独立、平坦Rayleigh
		调制方式	16-QAM
编码方式	1/2卷积码，生成多项式(171，133)0、约束长度为7
		交织器	矩阵交织器(160行，100列)
译码器	APP

                          表1

在如表1所示的仿真参数下，对利用本发明实施例提供的算法，并采用不同符号先验信息门限的情况下的信号检测器进行仿真，得到的仿真结果如图4所示。可以看出：

图5给出了对应上述不同门限下所有干扰信号的指示函数I(p(s_j＝c_n)，c_n∈C)＝0的比例，此时MMSE滤波器蜕化为MF滤波器，完全没有了矩阵求逆运算，并且在计算过程中没有复杂的矩阵和向量运算，复杂度远低于采用MF滤波器算法时的运算复杂度。可以发现，当迭代次数较低时(图4中的1st iteration(第1次迭代)和2nd iteration(第2次迭代))，设定的符号先验信息门限Th越低、复杂度降低的程度越大；当迭代次数较大时(图4中的3rditeration(第3次迭代)和4th iteration(第4次迭代))，设定的符号先验信息门限Th较大，复杂度降低的程度越大。

结合图3和图4可以发现，这是因为较大的门限的性能明显好于较低的门限，使得当迭代次数较大时超过较大门限的比例，反而比超过较小门限的比例大。同时可以发现，随着信噪比的增加，超过99％的情况所有干扰信号的方差均为0。

在如表1所示的仿真参数下，分别对采用现有技术一的MMSE SIC算法的信号检测器、采用本发明的实施例所述的算法，暂定义为Proposal算法，并且Th＝0.90时的信号检测器，以及采用现有技术二的MMSE SIC+MF SIC算法的信号检测器进行仿真，得到的仿真性能分别如图6所示。可以看出：与MMSE SIC算法相比，采用本发明的实施例所述的算法的系统性能损失随着迭代检测次数的增加趋于消失，最大也不到0.2dB，两次迭代的性能就明显好于采用MF SIC算法的四次迭代的性能。考虑到在实际应用中，为了达到系统误码率的要求，通常需要多次迭代，因此，复杂度的降低非常明显。虽然由于复杂度的降低是动态的，本发明不能降低系统的硬件规模，但可以显著降低系统的功耗的处理延迟。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1、一种最小均方误差软干扰抵消方法，其特征在于，包括：

信号检测器根据信道译码器反馈的编码比特的先验信息，得到所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C；

根据得到的p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th的比较结果，确定得到的符号先验信息的可靠性；

当不可靠符号先验信息的数量未超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算最小均方误差MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量；

根据所计算出的MMSE滤波器系数矢量，计算信号检测器输出的编码比特的外比特对数似然比，并将其通过解交织器和信道译码器处理后，送入所述信号检测器进行下一次迭代。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据得到的p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th的比较结果，确定得到的符号先验信息的可靠性的过程，具体包括：

信号检测器将得到的p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th进行比较，并统计比较结果；然后根据统计结果确定得到的符号先验信息的可靠性。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据统计结果确定得到的符号先验信息的可靠性的过程，具体包括：

当统计结果为大于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量为N_T-1时，则确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息都是可靠的；其中N_T为发射天线数量。

4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据统计结果确定得到的符号先验信息的可靠性的过程，具体包括：

当统计结果为所有小于或等于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量只有1个时，则确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中只有1个不可靠。

5、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据统计结果确定信道译码器反馈得到的符号先验信息的可靠性的过程，具体包括：

当统计结果为所有小于或等于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量超过1个时，则确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中多于1个不可靠。

6、如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，当不可靠符号先验信息的数量未超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算最小均方误差MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量的过程，具体包括：

当所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息都可靠时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量：

$W_i=\frac{E_{S_i}{R}_i^{-1}{h}_i}{1+E_{S_i}{h}_i^H{R}_i^{-1}{h}_i}$

其中， $E\left\{s_i\right\}=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p\{s_i=c_n\},$ 其中c_n表示M阶调制信号集合中某一信号点，p{s_i＝c_n}表示发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i为c_n的概率；

$R_i^{-1}=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_n^2}{I}_{N_R};$ h_i表示第i根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

7、如权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于，当不可靠符号先验信息的数量未超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量的过程，具体包括：

当所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中，不可靠的符号先验信息的数量为1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量：

$W_i=\frac{E_{S_i}{R}_i^{-1}{h}_i}{1+E_{S_i}{h}_i^H{R}_i^{-1}{h}_i}$

其中， $E\left(s_i\right)=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p\{s_i=c_n\},$ 其中c_n表示M阶调制信号集合中某一信号点，p{s_j＝c_n}表示发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i为c_n的概率；

$R_i^{-1}=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_n^2}I-\frac{h_j{h}_j^H\mathrm{var}\left\{s_i\right\}}{{\mathrm{\σ}}_n^2({\mathrm{\σ}}_n^2+\mathrm{var}\{s_j\left\}{h}_h^H{h}_j\right)},$ 其中var{s_j}为发射的基带信号矢量中的第j个信号矢量s_j的方差，h_j表示第j根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量；h_i表示第i根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

8、如权利要求1、2或5所述的方法，其特征在于，还包括：

当所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中，不可靠的符号先验信息的数量超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量：

$W_i=E_{S_i}{\left[\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j{h}_j^H\mathrm{var}\right\{s_j\}+h_i{h}_i^H{E}_{S_i}+{\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_R}]}^{-1}{h}_i$

其中， $E\left(s_i\right)=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p\{s_i=c_n\},$ 其中c_n表示M阶调制信号集合中某一信号点，p{s_i＝c_n}表示发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i为c_n的概率；var{s_i}为发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i的方差；h_i表示第i根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量；h_j表示第j根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

9、一种信号检测器，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于根据信道译码器反馈的编码比特的先验信息，得到所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C；

符号先验信息可靠性确定单元，用于根据得到的p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th的比较结果，确定得到的符号先验信息的可靠性；

第二计算单元，用于当所述符号先验信息可靠性确定单元确定不可靠的符号先验信息的数量未超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量；根据所计算出的MMSE滤波器系数矢量，计算信号检测器输出的编码比特的外比特对数似然比。

10、如权利要求9所述的信号检测器，其特征在于，还包括：

比较单元和统计单元；

所述比较单元，用于将所述第一计算单元得到的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th进行比较，并将比较结果传送给统计单元；

所述统计单元，用于统计所述比较结果，并将统计结果传送给所述符号先验信息可靠性确定单元。

11、如权利要求10所述的信号检测器，其特征在于，所述符号先验信息可靠性确定单元还用于：

当统计结果为大于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量为N_T-1时，则确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息都是可靠的；

当统计结果为所有小于等于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量只有1个时，则确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中只有1个不可靠。

12、如权利要求10所述的信号检测器，其特征在于，所述符号先验信息可靠性确定单元还用于：

当统计结果为所有小于等于所述门限Th的p(s_j＝c_n)，c_n∈C的数量超过1个时，则确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中多于1个不可靠。

13、如权利要求9或11所述的信号检测器，其特征在于，当确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息都可靠时，所述第二计算单元还用于：

利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量：

$W_i=\frac{E_{S_i}{R}_i^{-1}{h}_i}{1+E_{S_i}{h}_i^H{R}_i^{-1}{h}_i}$

其中， $E\left(s_i\right)=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p\{s_i=c_n\},$ 其中c_n表示M阶调制信号集合中某一信号点，p{s_i＝c_n}表示发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i为c_n的概率；

$R_i^{-1}=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_n^2}{I}_{N_R};$ h_i表示第i根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

14、如权利要求9或11所述的信号检测器，其特征在于，当确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中，不可靠符号先验信息的数量为1时，所述第二计算单元还用于：

利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量：

$W_i=\frac{E_{S_i}{R}_i^{-1}{h}_i}{1+E_{S_i}{h}_i^H{R}_i^{-1}{h}_i}$

其中， $E\left(s_i\right)=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p\{s_i=c_n\},$ 其中c_n表示M阶调制信号集合中某一信号点，p{s_i＝c_n}表示发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i为c_n的概率； $R_i^{-1}=\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_n^2}I-\frac{h_j{h}_j^H\mathrm{var}\left\{s_i\right\}}{{\mathrm{\σ}}_n^2({\mathrm{\σ}}_n^2+\mathrm{var}\{s_j\left\}{h}_h^H{h}_j\right)},$ 其中var{s_j}为发射的基带信号矢量中的第j个信号矢量s_j的方差，h_j表示第j根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量；h_i表示第i根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

15、如权利要求12所述的信号检测器，其特征在于，当确定所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息中，不可靠符号先验信息的数量超过1时，所述第二计算单元还用于：

利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量：

$W_i=E_{S_i}{\left[\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j{h}_j^H\mathrm{var}\right\{s_j\}+h_i{h}_i^H{E}_{S_i}+{\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_R}]}^{-1}{h}_i$

其中， $E\left(s_i\right)=\underset{c_n\∈C}{\mathrm{\Σ}}{c}_{n}p\{s_i=c_n\},$ 其中c_n表示M阶调制信号集合中某一信号点，p{s_i＝c_n}表示发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i为c_n的概率；var{s_i}为发射的基带信号矢量中的第i个信号矢量s_i的方差；h_i表示第i根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量；h_j表示第j根发射天线到所有接收天线的等效基带信道衰落系数矢量。

16、一种接收机，其特征在于，包括：

信号检测器和信道译码器；

所述信号检测器，用于根据所述信道译码器反馈的编码比特的先验信息，得到所有同时发射的符号中，除当前被检测符号外的所有符号对应的符号先验信息p(s_j＝c_n)，c_n∈C；，并根据得到的p(s_j＝c_n)，c_n∈C与设定的符号先验信息门限Th的比较结果，确定得到的符号先验信息的可靠性；并当所述符号先验信息可靠性确定单元确定不可靠的符号先验信息的数量未超过1时，则利用根据矩阵求逆引理改写的计算MMSE滤波器系数矢量的函数，计算并得到对应的MMSE滤波器系数矢量；根据所计算出的MMSE滤波器系数矢量，计算输出的编码比特的外比特对数似然比；

所述信道译码器，用于对所述信道检测器输出的编码比特的外比特对数似然比，进行译码处理并得到的对应的编码比特的先验信息，并将其送入所述信号检测器进行下一次迭代。

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