JP5961758B2 - Ｍｉｍｏ信号を時空間復号する処理方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、通信信号の検出分野に関し、特にＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法及び装置に関する。
関連技術において、マルチアンテナ空間多重技術により、システムの伝送速度はアンテナ数に従って線形に増長することができる。アンテナ数の増加は、顕著にシステムの速度を向上させることができるが、大幅に受信機アルゴリズムの複雑度も増加する。最適な検出性能を有する最大尤度（Ｍａｘ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ、ＭＬと略称する）検出アルゴリズムを例として、その複雑度が送信アンテナ数の増加に従って指数関数で増長し、実際に応用され難い。
現在、多入力多出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔ−ｐｕｔ、ＭＩＭＯと略称する）検出アルゴリズムは広く研究され、より典型的なアルゴリズムは、ゼロフォーシング（Ｚｅｒｏ Ｆｏｒｃｉｎｇ、ＺＦと略称する）、最小平均平方誤差（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ、ＭＭＳＥと略称する）及びそのバリアントアルゴリズムを主とする線形検出アルゴリズム、垂直レイヤード時空間構造（Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｂｅｌｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ ｌａｙｅｒｅｄ ｓｐａｃｅ−ｔｉｍｅ、Ｖ−ＢＬＡＳＴと略称する）、類ＭＬ及びそのバリアントアルゴリズムを主とする非線形検出アルゴリズムという２種類を含む。線形アルゴリズムは低い複雑度を有するが、検出する際、エラー伝達特性が存在するので、低信号対雑音比の場合に性能が非常に悪い。Ｖ−ＢＬＡＳＴアルゴリズムは線形アルゴリズムに対して一定の性能改善を有するが、複雑度もそれに従って向上する。線形アルゴリズムとＶ−ＢＬＡＳＴアルゴリズムに比べて、ＭＬアルゴリズムも高い複雑度を有するが、ＭＬアルゴリズムは顕著にシステム性能を向上させることができ、特に重要なのは、ＭＬアルゴリズムは信号対雑音比が相対的に低い場合にも、まだ優れた性能を保持することができ、これは無線通信システムに対して間違いなく大きな魅力を持っている点である。
ＭＬアルゴリズムの高複雑度の問題を解決するために、複数の簡素化アルゴリズムが提案されており、これらのアルゴリズムは性能の犠牲が少ないうえに、アルゴリズムの複雑度を低下することができ、より典型的なアルゴリズムは、例えば球内復号（Ｓｐｈｅｒｅ Ｄｅｃｏｄｉｎｇ）、Ｋ−Ｂｅｓｔアルゴリズム及びそのバリアントアルゴリズム等がある。それらの主な欠点は以下を含む。１、シリアル動作する際、多すぎる循環捜索指令を有するので、プログラマブルデバイスの電力消耗と処理遅延を大幅に向上し、信号のリアルタイム処理に不利である。２、従来のアルゴリズムの計算複雑度が高すぎ、実行過程は指令のダイナミックジャンプに依存し、これはプログラマブルデバイスのリソース使用率を大幅に低減する。３、上位のアンテナが搜索して得られたコンステレーション点の間違いは下位のコンステレーション点の搜索に影響し、それによりエラー伝達を発生する。
以下、主に、選択的な高速列挙アルゴリズム（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｐａｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｆａｓｔ Ｅｎｕｍｅｒａｔｉｏｎ、ＳＳＦＥと略称する）を説明し、ＳＳＦＥは時空間復号方法であり、ＳＳＦＥ方案において、選択的な高速列挙方法により、各レベルの候補コンステレーション点を選択する。
具体的には、ＭＩＭＯシステムにおいて、Ｎｔ本の送信アンテナ、Ｎｒ本の受信アンテナが設けられ、Ｍ−ＱＡＭ変調方法を採用する。受信信号ｙは、ｙ＝Ｈｓ＋ｎと表してもよく、Ｈは行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列であり、ｓは行列の大きさがＮｔ×１の送信信号であり、ｎは行列の大きさがＮｒ×１のガウスホワイトノイズである。
チャンネル行列ＨをＱＲ分解して、Ｈ＝Ｑ×Ｒを取得することができる。
受信ベクトルｙとチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の行列Ｑのエルミート転置を乗算し、
であり、ＱＨは行列Ｑのエルミート共役を表す。
第ｉ本の送信アンテナが推定して符号ｓｊを取得する
の第ｉ個の元素を表す。
上記処理から分かるように、ＳＳＦＥ技術は良い時空間復号観念及び方法を提供するが、実際状況においてモデルに示すように理想的ではなく、ＳＳＦＥ技術は高速列挙する際以下の問題が存在する。１、選択的な高速列挙コンステレーション点を行う際、検出待ち信号のコンステレーション点はコンステレーション図の辺縁に位置する際、該方法で得られた結果は既にコンステレーション図の範囲を超える。２、下位のコンステレーション点の確定は上位で得られたコンステレーション点に依存するので、１つの箇所の結果がコンステレーション図の範囲を超えると、該ブランチ以後の結果はすべてエラーであり、即ちエラー伝達を引き起こす。
本発明の実施例は、関連技術において、ＳＳＦＥアルゴリズムが高速列挙を行う際存在する問題を解決するためのＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法及び装置を提供する。
本発明の実施例はＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法を提供し、
ＭＩＭＯシステムにおける行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列ＨをＱＲ分解し、且つ初期化操作を行い、Ｎｔが送信アンテナの数量であり、Ｎｒが受信アンテナの数量であるステップ１と、
受信信号ｙ、及びチャンネル行列ＨのＱＲ分解結果により、各レベルの送信アンテナにおける送信信号の候補コンステレーション点を列挙して、Ｍは各レベルの列挙した候補コンステレーション点の数であり、受信信号ｙ＝Ｈｓ＋ｎであり、Ｈは行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列であり、ｓは行列の大きさがＮｔ×１の送信信号であり、ｎは行列の大きさがＮｒ×１のガウスホワイトノイズであるステップ２と、
得られた候補コンステレーション点により、本レベルが候補コンステレーション点の選定を増加することにより増加したユークリッド距離を計算するステップ３と、
各レベルで計算された候補コンステレーション点のユークリッド距離増分の和により、時空間復号を判定出力するステップ４と、を含む。
選択的に、ステップ１は、
式１によりチャンネル行列ＨをＱＲ分解し、
Ｈ＝Ｑ×Ｒ 式１
Ｑはチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の直交行列を表し、Ｒはチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の上三角行列を表すステップ１１と、
受信信号ｙとチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の行列Ｑのエルミート転置を乗算し、
であり、ＱＨは行列Ｑのエルミート共役を表すステップ１２と、
ｉ＝Ｎｔとするステップ１３と、を含む。
選択的に、ステップ２は、
式２により、第ｉ（１，２，…，Ｎｔ）本の送信アンテナの送信信号が直接還元した後のデータを計算し、
Ｒｉｊはチャンネル行列ＨをＱＲ分解して得られた行列Ｒの第ｉ行ｊ列位置でのデータを表し、ｓｊは検出した第ｊ本の送信アンテナの送信信号を表すステップ２１と、
式３により、還元データの最も近い候補コンステレーション点からの距離を計算し、
ユークリッド距離漸増の原則に基づいて、且つＲｎｉ、Ｉｎｉ及び補助変数φにより、各レベルの送信アンテナにおける候補コンステレーション点ｐｉ（１，２，…，Ｍｉ）を算出するステップ２５と、を含む。
選択的に、ステップ３は、
ｓｉをそれぞれ第ｉ本の送信アンテナが既に検出して得られた候補コンステレーション点ｐｉ（１，２，…，Ｍｉ）における各個の点と等しくし、且つ式５により、Ｍｉ個の異なる経路でのユークリッド距離を計算するステップ３１と、
ｉが１と等しいかどうかを判断し、ＹＥＳと判断すると、ステップ４を実行し、ＮＯと判断すると、ｉ＝ｉ−１とし、ステップ２１を実行するステップ３２と、を含む。
選択的に、ステップ４は、
硬判定方法を採用するか軟判定方法を採用するかを判断し、硬判定方法を採用することを確定すると、ステップ４２を実行し、軟判定方法を採用することを確定すると、ステップ４３を実行するステップ４１と、
により、対数尤度比の計算を行い、計算結果を判定出力とするステップ４３と、を含む。
選択的に、マルチレベル直交振幅変調Ｍ−ＱＡＭ方法を採用して送信信号を変調する。
本発明の実施例は、更にＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理装置を提供し、
ＭＩＭＯシステムにおける行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列ＨをＱＲ分解し、且つ初期化操作を行い、Ｎｔが送信アンテナの数量であり、Ｎｒが受信アンテナの数量であるように設置されるＱＲ分解モジュールと、
受信信号ｙ、及びチャンネル行列ＨのＱＲ分解結果により、各レベルの送信アンテナにおける送信信号の候補コンステレーション点を列挙して、Ｍが各レベルの列挙した候補コンステレーション点の数であり、受信信号ｙ＝Ｈｓ＋ｎであり、Ｈは行列の大きさがＮｔ×Ｎｒのチャンネル行列であり、ｓは行列の大きさがＮｔ×１の送信信号であり、ｎは行列の大きさがＮｒ×１のガウスホワイトノイズであるように設置される候補コンステレーション点計算モジュールと、
得られた候補コンステレーション点により、本レベルが候補コンステレーション点の選定を増加することにより増加したユークリッド距離を計算するように設置されるユークリッド増分計算モジュールと、
各レベルで計算された候補コンステレーション点のユークリッド距離増分の和により、時空間復号を判定出力するように設置される出力モジュールと、を含む。
選択的に、ＱＲ分解モジュールは、
式６により、チャンネル行列ＨをＱＲ分解し、
Ｈ＝Ｑ×Ｒ 式６
Ｑはチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の直交行列を表し、Ｒはチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の上三角行列を表し、
受信信号ｙとチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の行列Ｑのエルミート転置を乗算し、
であり、ＱＨは行列Ｑのエルミート共役を表し、
ｉ＝Ｎｔとするように設置される。
選択的に、候補コンステレーション点計算モジュールは、
式７により、第ｉ（１，２，…，Ｎｔ）本の送信アンテナの送信信号を直接還元した後のデータを計算し、
Ｒｉｊはチャンネル行列ＨをＱＲ分解して得られた行列Ｒの第ｉ行ｊ列位置でのデータを表し、ｓｊは検出した第ｊ本の送信アンテナの送信信号を表し、
式８により、還元データの最も近い候補コンステレーション点からの距離を計算し、
ユークリッド距離漸増の原則に基づいて、且つＲｎｉ、Ｉｎｉ及び補助変数φにより、各レベルの送信アンテナにおける候補コンステレーション点ｐｉ（１，２，…，Ｍｉ）を算出するように設置される。
選択的に、ユークリッド増分計算モジュールは、
ｓｉをそれぞれ第ｉ本の送信アンテナが既に検出して得られた候補コンステレーション点ｐｉ（１，２，…，Ｍｉ）における各個の点と等しくし、且つ式１０により、Ｍｉ個の異なる経路でのユークリッド距離を計算し、
ｉが１と等しいかどうかを判断し、ＹＥＳと判断すると、出力モジュールを起動し、ＮＯと判断すると、ｉ＝ｉ−１とし、候補コンステレーション点計算モジュールを起動するように設置される。
選択的に、出力モジュールは、
硬判定方法を採用するか軟判定方法を採用するかを判断し、硬判定方法を採用することを確定すると、硬判定出力サブモジュールを起動し、軟判定方法を採用することを確定すると、対数尤度比計算サブモジュールを起動するように設置される判断サブモジュールと、
により、対数尤度比の計算を行い、計算結果を判定出力とするように設置される対数尤度比計算サブモジュールと、を含む。
好ましくは、マルチレベル直交振幅変調Ｍ−ＱＡＭ方法を採用して送信信号を変調する。
本発明の実施例は以下の有益な効果を有する。
を設定することにより、各レベルの送信アンテナが保留するコンステレーション点の数量は固定であり、送信アンテナのコンステレーション点の選定過程にもｉｆ−ｔｈｅｎのような選択判决過程を含まないので、各経路の処理遅延は一致で、並行計算に非常に適合し、本発明の実施例の各送信アンテナのコンステレーション点の選定過程はただ実部虚部に最も近い点を探し、列挙するなどの簡単な操作であるので、計算の複雑度が非常に低く、ＳＳＦＥアルゴリズムに対して、列挙過程において実部と虚部の値を計算する必要がなく、更に計算量を低減する。且つ、本発明の実施例に列挙されたコンステレーション点はすべてコンステレーション図の内部に位置し、ＳＳＦＥアルゴリズムに出現可能な列挙点がコンステレーションを超える現象を避けて、本発明の実施例の技術案はエラー伝達を減少し、検出性能を向上させる。
図１は本発明の実施例のＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法のフローチャートである。 図２は本発明の実施例の全体候補コンステレーション点の搜索模式図である。 図３は本発明の実施例のステップ１０３における各送信アンテナのコンステレーション点がコンステレーション図の辺縁から離れる際の高速列挙模式図である。 図４は本発明の実施例のステップ１０３における各送信アンテナのコンステレーション点がコンステレーション図の辺縁に位置する際の高速列挙模式図である。 図５は本発明の実施例のＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法の具体的な処理フローチャートである。 図６は本発明の実施例におけるＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法と従来の最小平均平方誤差ＭＭＳＥの等化方法の性能シミュレーション比較チャートである。 図７は本発明の実施例における受信機構造の模式図である。 図８は本発明の実施例のＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理装置の構造模式図である。 図９は本発明の実施例のＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理装置の具体的な構造の模式図である。
関連技術において、ＳＳＦＥアルゴリズムが高速列挙を行う際存在する問題を解決するために、本発明の実施例は、ＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法及び装置、即ち新しい時空間復号方案（Ｎｅｗ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｐａｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｆａｓｔ Ｅｎｕｍｅｒａｔｉｏｎ、ＮＳＳＦＥと略称する）を提供し、該方案は一部のＳＳＦＥ技術の考えを利用しており、ＳＳＦＥアルゴリズムが高速列挙を行う際存在する問題を良く解決する。以下、図面及び実施例を合わせて、本発明の実施例を更に詳しく説明する。ここで記載の実施例は単に本発明の実施例を解釈するためのものであるが、本発明の実施例を限定しないことを理解すべきである。
方法の実施例
本発明の実施例により、ＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法を提供し、図１は本発明の実施例のＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法のフローチャートであり、図１に示すように、本発明の実施例によるＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法は、以下のように処理する。
ステップ１０１、ＭＩＭＯシステムにおける行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列ＨをＱＲ分解し、且つ初期化操作を行い、Ｎｔが送信アンテナの数量であり、Ｎｒが受信アンテナの数量である。
ステップ１０１が前処理ステップであり、以下の操作を実行する必要がある。
ステップ１０１１、式１により前記チャンネル行列ＨをＱＲ分解して、
Ｈ＝Ｑ×Ｒ 式１
Ｑは前記チャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の直交行列を表し、Ｒは前記チャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の上三角行列を表す。
ステップ１０１２、受信信号ｙとチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の行列Ｑのエルミート転置を乗算し、
であり、ＱＨは行列Ｑのエルミート共役を表す。
ステップ１０１３、ｉ＝Ｎｔとする。
ステップ１０２、
受信信号ｙ、及びチャンネル行列ＨのＱＲ分解結果により、各レベルの送信アンテナにおける送信信号の候補コンステレーション点を列挙して、Ｍが各レベルの列挙した候補コンステレーション点の数であり、受信信号ｙ＝Ｈｓ＋ｎであり、Ｈは行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列であり、ｓは行列の大きさがＮｔ×１の送信信号であり、ｎは行列の大きさがＮｒ×１のガウスホワイトノイズである。
ステップ１０２は以下のように処理する。
ステップ１０２１、式２により、第ｉ（１，２，…，Ｎｔ）本の送信アンテナの送信信号を直接還元した後のデータを計算し、
Ｒｉｊはチャンネル行列ＨをＱＲ分解して得られた行列Ｒの第ｉ行ｊ列位置でのデータを表し、ｓｊは検出した第ｊ本の送信アンテナの送信信号を表す。
ステップ１０２２、式３により、前記還元データの最も近い候補コンステレーション点からの距離を算出し、
ステップ１０２５、ユークリッド距離漸増の原則に基づいて、且つＲｎｉ、Ｉｎｉ及び補助変数φにより、各レベルの送信アンテナにおける候補コンステレーション点ｐｉ（１，２，…，Ｍｉ）を算出する。
図２は本発明の実施例の全体候補コンステレーション点の搜索模式図であり、図２に示すように、Ｎｔ個の送信アンテナとすると、第Ｎｔ個の送信アンテナから探し始め、
を設定し、第ｉ個の送信アンテナがＭｉ個の最も可能性が高いコンステレーション点のみを保留する。
ステップ１０３、得られた前記候補コンステレーション点により、本レベルが候補コンステレーション点の選定を増加することにより増加したユークリッド距離を計算する。
ステップ１０３は以下の処理を含む。
ステップ１０３１、ｓｉをそれぞれ第ｉ本の送信アンテナが既に検出して得られた候補コンステレーション点ｐｉ（１，２，…，Ｍｉ）における各個の点と等しくし、且つ式５により、Ｍｉ個の異なる経路でのユークリッド距離を計算する。
ステップ１０３２、ｉが１と等しいかどうかを判断し、ＹＥＳと判断すると、ステップ１０４を実行し、ＮＯと判断すると、ｉ＝ｉ−１とし、ステップ１０２１を実行し、各新しく増加したブランチに対して、計算する。
図３は本発明の実施例のステップ１０３における各送信アンテナのコンステレーション点がコンステレーション図の辺縁から離れる際の高速列挙模式図である。図３に示すように、６４ＱＡＭの下で、ξｉ＝−２．７＋２．２ｊである際、本発明の実施例の高速列挙アルゴリズムにより得られた搜索結果は、ｐ１＝−３＋３ｊ、ｐ２＝−３＋１ｊ、ｐ３＝−１＋３ｊ、ｐ４＝−１＋１ｊ、ｐ５＝−３＋５ｊ、ｐ６＝−１＋５ｊ、ｐ７＝−５＋３ｊ、ｐ８＝−５＋１ｊである。
図４は本発明の実施例のステップ１０３における各送信アンテナのコンステレーション点がコンステレーション図の辺縁に位置する際の高速列挙模式図である。図４に示すように、６４ＱＡＭの下で、ξｉ＝−７．２＋７．５ｊである際、本発明の実施例の高速列挙アルゴリズムにより得られた搜索結果は、ｐ１＝−７＋７ｊ、ｐ２＝−７＋５ｊ、ｐ３＝−５＋７ｊ、ｐ４＝−５＋５ｊ、ｐ５＝−７＋３ｊ、ｐ６＝−５＋３ｊ、ｐ７＝−３＋７ｊ、ｐ８＝−３＋５ｊである。
ステップ１０４、各レベルで計算された候補コンステレーション点のユークリッド距離増分の和により、時空間復号を判定出力する。
ステップ１０４１、硬判定方法を採用するか軟判定方法を採用するかを判断し、硬判定方法を採用することを確定すると、ステップ１０４２を実行し、軟判定方法を採用することを確定すると、ステップ１０４３を実行する。
により、対数尤度比の計算を行い、計算結果を判定出力とする。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例の上記技術案を詳しく説明する。
図５は本発明の実施例のＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法の具体的な処理フローチャートであり、図５に示すように、以下の処理を含む。
ステップ５０１、時間領域チャンネル行列ＨをＱＲ分解して、Ｈ＝Ｑ×Ｒであり、
チャンネル行列ＨをＱＲ分解するプロセスは以下のとおりである。
と表してもよい。
ステップ５０２、変数及びデータの初期化。受信ベクトルｙとチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の行列Ｑのエルミート転置を乗算し、
であり、変数ｉ＝Ｎｔとする。
ステップ５０３、各レベルの候補コンステレーション点を順次に取得し、プロセスは以下のとおりである。
ステップ５０４、ステップ５０３に列挙された点のユークリッド増分
を計算し、且つＭｉ個の異なる経路でのユークリッド（Ｅｕｃｌｉｄ）距離増分を記録する。
ステップ５０５、ｉ＝ｉ−１とする。
ステップ５０６、ｉが１と等しいかどうかを判断し、ｉが１と等しいと判断すると、ステップ５０７に転移し、ｉが１よりも大きいと判断すると、ステップ５０３に転移し、各新しく増加したブランチに対して、計算する。
ステップ５０７、ユークリッド距離増分により、各ブランチの距離誤差の和を算出する。
ステップ５０８、軟判定出力するかどうかを判断し、ＹＥＳと判断すると、ステップ５０９を実行し、ＮＯと判断すると、ステップ５１０を実行する。
ステップ５０９、軟判定出力すると、候補コンステレーション点シーケンスと相応のユークリッド距離増分の和により、尤度比の計算により軟情報を取得して出力とする。
ステップ５１０、硬判定出力すると、直接にユークリッド距離増分が最小の候補コンステレーション点シーケンスを出力とする。
以上のように、本発明の実施例の技術案に基づいて、
を設定することにより、各レベルの送信アンテナが保留するコンステレーション点の数量は固定であり、送信アンテナのコンステレーション点の選定過程にもｉｆ−ｔｈｅｎのような選択判决過程を含まないので、各経路の処理遅延は一致で、並行計算に非常に適合し、本発明の実施例の各送信アンテナのコンステレーション点の選定過程はただ実部虚部に最も近い点を探し、列挙するなどの簡単な操作であるので、計算の複雑度が非常に低く、ＳＳＦＥアルゴリズムに対して、列挙過程において実部と虚部の値を計算する必要がなく、更に計算量を低減する。且つ、本発明の実施例に列挙されたコンステレーション点はすべてコンステレーション図の内部に位置し、ＳＳＦＥアルゴリズムに出現可能な列挙点がコンステレーションを超える現象を避けて、本発明の実施例の技術案はエラー伝達を減少し、検出性能を向上させる。
図６は本発明の実施例におけるＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法と従来の最小平均平方誤差ＭＭＳＥ等化方法の性能シミュレーション比較チャートであり、シミュレーション条件とパラメータは以下のように設置される。４送信４受信ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステム、典型的な都市６パスチャネル（ＴＵ０６）、最大のドップラー周波数偏移５Ｈｚ、１６−ＱＡＭ変調方法、パラメータＭ［１ ２ ４ ８］。明らかに、本発明の実施例が提供した方法の性能はＭＭＳＥ方法よりも著しく優れている。
装置実施例
図７に示すように、本発明の実施例における典型的な受信機構造の模式図であり、前記受信機構造は、受信アンテナ１８、ＣＰ除去モジュール１７、ＦＦＴモジュール１６、デマッピングモジュール１５、チャンネル推定モジュール１４、ＭＩＭＯ検出モジュール１３、ＩＤＦＴモジュール１２、復調モジュール１１及び並直列変換モジュール１０を含む。
受信端において、まず、ダウンコンバート操作（モジュール１８で実現し、１８はモジュール８と対応する逆過程を表し、他の番号も同様である）を行い、受信アンテナはモジュール１７でＣＰ除去を行い、モジュール１６でＦＦＴ変換して周波数領域になり、周波数領域でモジュール１５のデマッピング操作によりフェーディングチャンネル及びノイズで影響した送信信号を取得し、この際、まだ分離された２つのパスの送信信号であり、そして、受信機はデータ符号をモジュール１４でチャンネル推定し、その後、モジュール１３でＭＩＭＯ検出操作（１４、１３が図１におけるモジュール４に対応する）し、その後、分離した信号をそれぞれＩＤＦＴ変換し、モジュール１１で復調操作して各本のアンテナの送信データを取得し、最後にモジュール１０で直並列変換して送信データを取得する。
本発明の実施例により、図７の受信機構造におけるＭＩＭＯ検出モジュール１３にＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理装置を提供し、図８は本発明の実施例のＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理装置の構造模式図であり、図８に示すように、本発明の実施例によるＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理装置は、ＱＲ分解モジュール６０、候補コンステレーション点計算モジュール６２、ユークリッド増分計算モジュール６４、及び出力モジュール６６を含み、以下、本発明の実施例の各モジュールを詳しく説明する。
ＱＲ分解モジュール６０は、ＭＩＭＯシステムにおける行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列ＨをＱＲ分解し、且つ初期化操作を行い、Ｎｔが送信アンテナの数量であり、Ｎｒが受信アンテナの数量であるように設置される。
ＱＲ分解モジュール６０は、
式６により、チャンネル行列ＨをＱＲ分解し、
Ｈ＝Ｑ×Ｒ 式６
Ｑはチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の直交行列を表し、Ｒはチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の上三角行列を表し、
受信信号ｙとチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の行列Ｑのエルミート転置を乗算し、
であり、ＱＨは行列Ｑのエルミート共役を表し、
ｉ＝Ｎｔとするように設置される。
候補コンステレーション点計算モジュール６２は、
受信信号ｙ、及びチャンネル行列ＨのＱＲ分解結果により、各レベルの送信アンテナにおける送信信号の候補コンステレーション点を列挙して、Ｍが各レベルの列挙した候補コンステレーション点の数であり、受信信号ｙ＝Ｈｓ＋ｎであり、Ｈは行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列であり、ｓは行列の大きさがＮｔ×１の送信信号であり、ｎは行列の大きさがＮｒ×１のガウスホワイトノイズであるように設置される。
候補コンステレーション点計算モジュール６２は、
式７により、第ｉ（１，２，…，Ｎｔ）本の送信アンテナの送信信号を直接還元した後のデータを計算し、
Ｒｉｊはチャンネル行列ＨをＱＲ分解して得られた行列Ｒの第ｉ行ｊ列位置でのデータを表し、ｓｊは検出した第ｊ本の送信アンテナの送信信号を表し、
式８により、還元データの最も近い候補コンステレーション点からの距離を計算し、
ユークリッド距離漸増の原則に基づいて、且つＲｎｉ、Ｉｎｉ及び補助変数φにより、各レベルの送信アンテナにおける候補コンステレーション点ｐｉ（１，２，…，Ｍｉ）を算出するように設置される。
図２は本発明の実施例の全体候補コンステレーション点の搜索模式図である。図２に示すように、Ｎｔ個の送信アンテナとすると、第Ｎｔ個の送信アンテナから探し始め、
を設定し、第ｉ個の送信アンテナはただＭｉ個の最も可能性が高いコンステレーション点のみを保留する。
ユークリッド増分計算モジュール６４は、得られた候補コンステレーション点により、本レベルが候補コンステレーション点の選定を増加することにより増加したユークリッド距離を計算するように設置される。
ユークリッド増分計算モジュール６４は、
ｓｉをそれぞれ第ｉ本の送信アンテナが既に検出して得られた候補コンステレーション点ｐｉ（１，２，…，Ｍｉ）における各個の点と等しくし、且つ式１０により、Ｍｉ個の異なる経路でのユークリッド距離を計算し、
ｉが１と等しいかどうかを判断し、ＹＥＳと判断すると、出力モジュール６６を起動し、ＮＯと判断すると、ｉ＝ｉ−１とし、候補コンステレーション点計算モジュール６２を起動するように設置される。
図３は本発明の実施例のステップ１０３における各送信アンテナのコンステレーション点がコンステレーション図の辺縁から離れる際の高速列挙模式図である。図３に示すように、６４ＱＡＭの下で、ξｉ＝−２．７＋２．２ｊである際、本発明の実施例の高速列挙アルゴリズムにより得られた搜索結果は、ｐ１＝−３＋３ｊ、ｐ２＝−３＋１ｊ、ｐ３＝−１＋３ｊ、ｐ４＝−１＋１ｊ、ｐ５＝−３＋５ｊ、ｐ６＝−１＋５ｊ、ｐ７＝−５＋３ｊ、ｐ８＝−５＋１ｊである。
図４は本発明の実施例のステップ１０３における各送信アンテナのコンステレーション点がコンステレーション図の辺縁に位置する際の高速列挙模式図である。図４に示すように、６４ＱＡＭの下で、ξｉ＝−７．２＋７．５ｊである際、本発明の実施例の高速列挙アルゴリズムにより得られた搜索結果は、ｐ１＝−７＋７ｊ、ｐ２＝−７＋５ｊ、ｐ３＝−５＋７ｊ、ｐ４＝−５＋５ｊ、ｐ５＝−７＋３ｊ、ｐ６＝−５＋３ｊ、ｐ７＝−３＋７ｊ、ｐ８＝−３＋５ｊである。
出力モジュール６６は、各レベルで計算された候補コンステレーション点のユークリッド距離増分の和により、時空間復号を判定出力するように設置される。
出力モジュール６６は、
硬判定方法を採用するか軟判定方法を採用するかを判断し、硬判定方法を採用することを確定すると、硬判定出力サブモジュールを起動し、軟判定方法を採用することを確定すると、対数尤度比計算サブモジュールを起動するように設置される判断サブモジュールと、
により、対数尤度比の計算を行い、計算結果を判定出力とするように設置される対数尤度比計算サブモジュールと、を含む。
なお、本発明の実施例はマルチレベル直交振幅変調Ｍ−ＱＡＭ方法を採用して送信信号を変調する。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例の上記技術案を詳しく説明する。
図９は本発明の実施例のＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理装置の具体的な構造の模式図であり、図９に示すように、以下のものを含む。
ＱＲ分解モジュール６０は、チャンネル行列ＨをＱＲ分解し、Ｑ行列とＲ行列を取得するように設置される。
候補コンステレーション点計算モジュール６２は、
受信信号ｙ、及びＱＲ分解結果により、必要なコンステレーション点ｐを列挙する。
ユークリッド増分計算モジュール６４は、得られたコンステレーション点ｐにより、本レベルがコンステレーション点の選定を増加することにより増加したユークリッド距離を計算するように設置される。対数尤度比ＬＬＲ計算サブモジュールは、必要な出力情報が軟情報である際起動され、各組の推定したコンステレーション点のユークリッド増分の和により、軟情報を計算する。硬判定出力サブモジュールは、必要な出力情報が硬判定情報である際起動され、各組の推定したコンステレーション点のユークリッド増分の和により、ユークリッド増分が最小の組を選定し、硬判定の出力結果とする。
以下、図９に示す構造のうえに、図５を参照して、本発明の実施例の技術案を詳しく説明する。図５は本発明の実施例のＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法の具体的な処理フローチャートであり、図５に示すように、以下の処理を含む。
ステップ５０１、ＱＲ分解モジュール６０は時間領域チャンネル行列ＨをＱＲ分解して、Ｈ＝Ｑ×Ｒであり、
ＱＲ分解モジュール６０がチャンネル行列ＨをＱＲ分解するプロセスは以下のとおりである。
と表してもよい。
ステップ５０２、変数及びデータの初期化。受信ベクトルｙとチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の行列Ｑのエルミート転置を乗算し、
であり、変数ｉ＝Ｎｔとする。
ステップ５０３、候補コンステレーション点計算モジュール６２は各レベルの候補コンステレーション点を順次に取得し、プロセスは以下のとおりである。
ステップ５０４、ユークリッド増分計算モジュール６４はステップ５０３に列挙された点のユークリッド増分
を計算し、且つＭｉ個の異なる経路でのユークリッド（Ｅｕｃｌｉｄ）距離増分を記録する。
ステップ５０５、ｉ＝ｉ−１とする。
ステップ５０６、ｉが１と等しいかどうかを判断し、ｉが１と等しいと判断すると、ステップ５０７に転移し、ｉが１よりも大きいと判断すると、ステップ５０３に転移し、各新しく増加したブランチに対して、計算する。
ステップ５０７、ユークリッド距離増分により、各ブランチの距離誤差の和を算出する。
ステップ５０８、軟判定出力するかどうかを判断し、ＹＥＳと判断すると、ステップ５０９を実行し、ＮＯと判断すると、ステップ５１０を実行する。
ステップ５０９、軟判定出力すると、ＬＬＲ計算サブモジュールは候補コンステレーション点シーケンスと相応のユークリッド距離増分の和により、尤度比計算により軟情報を取得して出力とする。
ステップ５１０、硬判定出力を行うと、硬判定出力サブモジュールは直接にユークリッド距離増分が最小の候補コンステレーション点シーケンスを出力とする。
以上のように、本発明の実施例の技術案に基づいて、
を設定することにより、各レベルの送信アンテナが保留するコンステレーション点の数量は固定であり、送信アンテナのコンステレーション点の選定過程にもｉｆ−ｔｈｅｎのような選択判决過程を含まないので、各経路の処理遅延は一致し、並行計算に非常に適合し、本発明の実施例の各送信アンテナのコンステレーション点の選定過程はただ実部虚部に最も近い点を探し、列挙するなどの簡単な操作であるので、計算の複雑度が非常に低く、ＳＳＦＥアルゴリズムに対して、列挙過程において実部と虚部の値を計算する必要がなく、更に計算量を低減する。且つ、本発明の実施例に列挙されたコンステレーション点はすべてコンステレーション図の内部に位置し、ＳＳＦＥアルゴリズムに出現可能な列挙点がコンステレーションを超える現象を避けて、本発明の実施例の技術案はエラー伝達を減少し、検出性能を向上させる。
例示するために、既に本発明の好ましい実施例を開示したが、当業者は各種の改善、追加及び置換も可能であることを意識すべきであり、本発明の範囲は上記実施例に限定されたものではない。
なお、本発明の実施例のコントローラの各部材において、その実現しようとする機能によりその中の部材を論理的区分したが、しかし、本発明の実施例はそれらに限定されたものではなく、必要に応じて、各部材を再び区分し又は組み合わせることができ、例えば、一部の部材を単一の部材に組み合わせてよく、又は一部の部材を更により多くのサブ部材に分解することができる。
本発明の実施例の各部材の実施例はハードウェアで実現されてもよく、又は１つ又は複数のプロセッサで運行するソフトウェアモジュールで実現されてもよく、又はそれらの組み合わせで実現されてもよい。当業者は、実践でマイクロプロセッサ又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて本発明の実施例に基づくコントローラにおける一部又は全部部材の一部又は全部の機能を実現することができることを理解すべきである。本発明の実施例は更にここで説明した方法の一部又は全部のデバイス又は装置プログラム（例えば、コンピュータプログラムとコンピュータプログラム製品）を実行することに用いるように実現することができる。このような本発明の実施例を実現するプログラムはコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されてもよく、又は１つの又は複数の信号の形式を有してもよい。このような信号はインターネットサイトからダウンロードして得られてもよく、又はキャリア信号で提供されてもよく、又はいずれの他の形式で提供されてもよい。
なお、上記実施例は本発明を説明するためのもので、本発明を制限するためのものではなく、且つ当業者は付属する請求項の範囲から逸脱しない場合に代替実施例を設計することができる。請求項において、括弧の間に位置するいずれの参考符号は請求項を制限するためのものではない。単語「含む」は請求項に挙げない素子又はステップが存在することを排除しない。素子の前に位置する単語「一」又は「１つの」は複数のこのような素子が存在することを排除しない。本発明
の実施例は、複数の異なる素子を含むハードウェア及び適当にプログラムされたコンピュータにより実現することができる。複数の装置のユニットを列挙した請求項において、これらの装置における複数は同一のハードウェアにより体現することができる。単語「第１」、「第２」、及び「第３」等の使用はいずれも順序を意味しない。これらの単語は名称と解釈することができる。
を設定することにより、各レベルの送信アンテナが保留するコンステレーション点の数量は固定であり、送信アンテナのコンステレーション点の選定過程にもｉｆ−ｔｈｅｎのような選択判决過程を含まないので、各経路の処理遅延は一致で、並行計算に非常に適合し、本発明の実施例の各送信アンテナのコンステレーション点の選定過程はただ実部虚部に最も近い点を探し、列挙するなどの簡単な操作であるので、計算の複雑度が非常に低く、ＳＳＦＥアルゴリズムに対して、列挙過程において実部と虚部の値を計算する必要がなく、更に計算量を低減する。且つ、本発明の実施例に列挙されたコンステレーション点はすべてコンステレーション図の内部に位置し、ＳＳＦＥアルゴリズムに出現可能な列挙点がコンステレーションを超える現象を避けて、本発明の実施例の技術案はエラー伝達を減少し、検出性能を向上させる。

Claims (8)

  1. ＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法であって、
    ＭＩＭＯシステムにおける行列の大きさがＮｔ×Ｎｒのチャンネル行列ＨをＱＲ分解し、且つ初期化操作を行い、Ｎｔが送信アンテナの数量であり、Ｎｒが受信アンテナの数量であるステップ１と、
    受信信号ｙ、及びチャンネル行列ＨのＱＲ分解結果により、各レベルの送信アンテナにおける送信信号の候補コンステレーション点を列挙し、ここで、Ｍは各レベルの列挙した候補コンステレーション点の数であり、受信信号ｙ＝Ｈｓ＋ｎであり、ここで、Ｈは行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列であり、ｓは行列の大きさがＮｔ×１の送信信号であり、ｎは行列の大きさがＮｒ×１のガウスホワイトノイズであるステップ２と、
    得られた前記候補コンステレーション点により、各レベルの送信アンテナにおける送信信号の候補コンステレーション点のユークリッド距離増分を計算するステップ３と、
    各レベルで計算された候補コンステレーション点のユークリッド距離増分の和により、時空間復号を判定出力するステップ４と、を含み、
    前記ステップ１は、
    式１により前記チャンネル行列ＨをＱＲ分解し、
    Ｈ＝Ｑ×Ｒ 式１
    Ｑは前記チャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の直交行列を表し、Ｒは前記チャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の上三角行列を表すステップ１１と、
    受信信号ｙとチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の行列Ｑのエルミート転置を乗算し、
    であり、ここで、Ｑ Ｈ は行列Ｑのエルミート共役を表すステップ１２と、
    ｉ＝Ｎ ｔ とし、ｉが送信アンテナのシリアル番号であるステップ１３と、を含み、
    前記ステップ２は、
    式２により、第ｉ（１，２，…，Ｎ ｔ ）本の送信アンテナの送信信号が直接還元した後のデータを計算し、
    Ｒ ｉｊ はチャンネル行列ＨをＱＲ分解して得られた行列Ｒの第ｉ行ｊ列位置でのデータを表し、ｓ ｊ は検出した第ｊ本の送信アンテナの送信信号を表すステップ２１と、
    式３により、前記直接還元した後のデータの最も近い候補コンステレーション点からの距離を計算し、
    ユークリッド距離漸増の原則に基づいて、且つＲｎ ｉ 、Ｉｎ ｉ 及び補助変数φにより、各レベルの送信アンテナにおける候補コンステレーション点ｐ ｉ （１，２，…，Ｍ ｉ ）を算出するステップ２６と、を含むＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理方法。
  2. 前記ステップ３は、
    ｓｉをそれぞれ第ｉ本の送信アンテナが既に検出して得られた候補コンステレーション点ｐｉ（１，２，…，Ｍｉ）における各個の点と等しくし、且つ式５により、Ｍｉ個の異なる経路でのユークリッド距離を計算するステップ３１と、
    ｉが１と等しいかどうかを判断し、等しいと判断すると、ステップ４を実行し、等しくないと判断すると、ｉ＝ｉ−１とし、ステップ２１を実行するステップ３２と、を含む請求項１に記載の方法。
  3. 前記ステップ４は、
    硬判定方法を採用するか軟判定方法を採用するかを判断し、硬判定方法を採用することを確定すると、ステップ４２を実行し、軟判定方法を採用することを確定すると、ステップ４３を実行するステップ４１と、
    により、対数尤度比の計算を行い、計算結果を判定出力とするステップ４３と、を含む請求項２に記載の方法。
  4. マルチレベル直交振幅変調Ｍ−ＱＡＭ方法を採用して送信信号を変調する請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. ＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理装置であって、
    ＭＩＭＯシステムにおける行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列ＨをＱＲ分解し、且つ初期化操作を行い、Ｎｔが送信アンテナの数量であり、Ｎｒが受信アンテナの数量であるように設置されるＱＲ分解モジュールと、
    受信信号ｙ、及びチャンネル行列ＨのＱＲ分解結果により、各レベルの送信アンテナにおける送信信号の候補コンステレーション点を列挙し、ここで、Ｍが各レベルの列挙した候補コンステレーション点の数であり、受信信号ｙ＝Ｈｓ＋ｎであり、ここで、Ｈは行列の大きさがＮｒ×Ｎｔのチャンネル行列であり、ｓは行列の大きさがＮｔ×１の送信信号であり、ｎは行列の大きさがＮｒ×１のガウスホワイトノイズであるように設置される候補コンステレーション点計算モジュールと、
    得られた前記候補コンステレーション点により、各レベルの送信アンテナにおける送信信号の候補コンステレーション点のユークリッド距離増分を計算するように設置されるユークリッド増分計算モジュールと、
    各レベルで計算された候補コンステレーション点のユークリッド距離増分の和により、時空間復号を判定出力するように設置される出力モジュールと、を含み、
    ＱＲ分解モジュールは、
    式６により、前記チャンネル行列ＨをＱＲ分解し、
    Ｈ＝Ｑ×Ｒ 式６
    Ｑは前記チャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の直交行列を表し、Ｒは前記チャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の上三角行列を表し、
    受信信号ｙとチャンネル行列ＨをＱＲ分解した後の行列Ｑのエルミート転置を乗算し、
    であり、ここで、Ｑ Ｈ は行列Ｑのエルミート共役を表し、
    ｉ＝Ｎ ｔ とし、ｉが送信アンテナのシリアル番号であるように設置され、
    前記候補コンステレーション点計算モジュールは、
    式７により、第ｉ（１，２，…，Ｎ ｔ ）本の送信アンテナの送信信号を直接還元した後のデータを計算し、
    Ｒ ｉｊ はチャンネル行列ＨをＱＲ分解して得られた行列Ｒの第ｉ行ｊ列位置でのデータを表し、ｓ ｊ は検出した第ｊ本の送信アンテナの送信信号を表し、
    式８により、前記直接還元した後のデータから最も近い候補コンステレーション点までの距離を計算し、
    ユークリッド距離漸増の原則に基づいて、且つＲｎ ｉ 、Ｉｎ ｉ 及び補助変数φにより、各レベルの送信アンテナにおける候補コンステレーション点ｐ ｉ （１，２，…，Ｍ ｉ ）を算出するように設置されるＭＩＭＯ信号を時空間復号する処理装置。
  6. 前記ユークリッド増分計算モジュールは、
    ｓｉをそれぞれ第ｉ本の送信アンテナが既に検出して得られた候補コンステレーション点ｐｉ（１，２，…，Ｍｉ）における各個の点と等しくし、且つ式１０により、Ｍｉ個の異なる経路でのユークリッド距離を計算し、
    ｉが１と等しいかどうかを判断し、等しいと判断すると、出力モジュールをコールし、等しくないと判断すると、ｉ＝ｉ−１とし、候補コンステレーション点計算モジュールをコールするように設置される請求項５に記載の装置。
  7. 前記出力モジュールは、
    硬判定方法を採用するか軟判定方法を採用するかを判断し、硬判定方法を採用することを確定すると、硬判定出力サブモジュールをコールし、軟判定方法を採用することを確定すると、対数尤度比計算サブモジュールをコールするように設置される判断サブモジュールと、
    により、対数尤度比の計算を行い、計算結果を判定出力とするように設置される対数尤度比計算サブモジュールと、を含む請求項６に記載の装置。
  8. マルチレベル直交振幅変調Ｍ−ＱＡＭ方法を採用して送信信号を変調する請求項６又は７に記載の装置。
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