專利名稱：垂直的貝爾實驗室分層空時編碼陣列線性檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種碼分多址無線系統中陣列線性檢測方法，尤其涉及一種碼分多址無線系統中垂直的貝爾實驗室分層空時編碼(Vertical-Bell Laboratories Layered Space Time，以下簡稱為V-BLAST)陣列線性檢測方法。
背景技術：
V-BLAST是一種高速率數據傳輸技術，它在發射和接收端均使用多陣元天線，能達到遠超過已有技術的傳輸速率。實驗室結果表明在平均信噪比為24～34dB時，傳輸效率可達到20～40bps/Hz(Bit PerSecond/Hertz，比特每秒每赫茲)，這是應用已有的技術所不能達到的。
V-BLAST技術應用多徑環境的傳播特性，將散射多徑看作并行的子數據流來增強傳輸的準確性，而不是降低傳輸的準確性。V-BLAST技術將用戶數據流分成各個子數據流，利用陣列天線同時發送并行的子數據流，所有的子數據流以同樣的頻帶傳輸，因此頻譜效率非常高。因為用戶數據以并行的多個天線傳輸，有效傳輸速率與發射天線個數成正比。
在接收端，同樣使用陣列天線來接收發射信號及其散射信號。每個接收天線都接收到所有的子數據流。如果多徑散射足夠多，那么每個子數據流的散射都不同，并且子數據流的發射天線在空間上有所不同。這些子數據流的散射差異使子數據流能夠被識別和檢出。在線性去相關檢測子數據流的過程中，首先檢測出最強的子數據流，然后最強的子數據流作為干擾從接收信號中去除；接著在去除最強的子數據流的接收信號中再檢測出其中最強的子數據流，再作為干擾去除。這樣依次檢測出所有的“最強的子數據流”信號，并對檢測出來的信號還要進行量化，即為發射方發射的子數據流。
在V-BLAST技術中，假設信道傳輸特性對于發射天線來說是未知的，對于接收天線來說是已知的，接收天線的陣元數目大于等于發射天線的陣元數目。
在V-BLAST陣列檢測接收機中，對檢測出來的信號還要進行量化，用來得到更為準確的發射信號。對于沒有經過信道編碼的信號，量化過程采用一個硬判決過程，在相應調制方法的星座圖上把與檢測出來的信號歐幾里德距離最近的點作為這個信號的量化值。對于經過信道編碼的信號，如果采用硬判決的量化方法，量化誤差較大，影響以后的解碼精度，所以需采用軟判決的方法進行量化。
發明內容
鑒于已有技術的不足之處，本發明的目的是提供一種陣列線性檢測方法，以更加準確地在接收方檢測出發射方發射的信號。
為達到以上目的，本發明提供了一種V-BLAST陣列線性檢測方法，，其中發射方發射Symbol(符號)M維列向量a→=(a1,a2,···,aM)T,]]>發射方到接收方的信道傳輸矩陣為HN*M，HN*M中hij是從發射陣元j到接收陣元i的傳輸函數，M≤N，所述方法包括a)接收Symbol N維列向量r→=(r1,r2,···,rN)T;]]>b)在存儲器中設置初始化條件i＝1，G1＝H+，k1＝argminj‖(G1)j‖2(G1)j表示G1的第j個行向量，k1＝argminj‖(G1)j‖2表示在G1的行向量中找出范數最小的一個向量，并將這個向量的行序數(1，2，3…M)賦值給k1；c)將找到的第ki個向量作為權值(w→ki=(Gi)kiT]]>)，確定線性去相關檢測的權值 并將該權值與接收Symbol列向量相乘，得到第ki個Symbol(yki=w→kiTr→i]]>)；
d)對所得到的第ki個Symbol采用軟判決方法進行量化( )，求出接收信號 中第i個最強的信號 e)從接收的列向量信號中去除步驟d)中所求出的最強的信號 ( )，得到將 中已經檢測出的Symbol對應的列向量去除后的矩陣 f)求出 的偽逆，(Gi+1=Hki±]]>)；g)在Gi+1的行向量中找出范數最小的一個向量，并將這個向量的行序數(1，2，3…M)賦值給k1(ki+1=argminj∉{k1,k2,···ki}||(Gi+1)j||2]]>)h)如果i＜M，則i＝i+1，回到步驟c)；i)如果i＝M，則所求出的M個最強的信號( ...、 )即為所檢測出的列向量。
上述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其中所述軟判決法為雙曲正切量化法。
上述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其中所述發射方的發射Symbol M維列向量a→=(a1,a2,···,aM)T]]>為經QPSK(Quadrature PhaseShift Keying四相移相鍵控)方法調制的信號。
上述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其中所述雙曲正切量化法為 其中，yki=w→kiTr→i]]>=w→kiT(h→kiaki+Σl=i+1Mh→kiaki+v)]]>=aki+w→kiT(Σl=i+1Mh→kiaki+v)]]>Σl=i+1Mh→kiaki+v]]>是干擾和噪聲項，服從高斯分布，方差為
本發明提出的采用線性去相關檢測的V-BLAST陣列檢測接收機，采用軟判決的方法對接收信號進行量化，其中軟判決算法采用雙曲正切非線性檢測的方法，可以更加準確地在接收方檢測出發射方發射的信號，提高現有無線通信系統中解調和解碼的精度。
圖1為V-BLAST的下行鏈路的發射過程圖。
圖2為V-BLAST的下行鏈路的接收過程圖。
圖3為本發明采用軟判決的V-BLAST陣列線性檢測方法流程圖。
具體實施例方式
V-BLAST的下行鏈路的發射過程如圖1所示。需要發送的信號在步驟110進行編碼；在步驟120，對于經過編碼的信號進行速率匹配；在步驟130，對于經過速率匹配的信號進行交織；在步驟140，對于交織后的信號進行載波調制，調制方式可以根據具體需要而定，如可采用QPSK調制、8PSK調制(8-phase Phase Shift Keying四相移相鍵控)、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，即正交幅度調制)調制等；在步驟150，根據需要將調制后的信號分拆為M個信號，形成一個M維列向量，其中M代表發射天線的陣元數；在步驟160，將該M維列向量使用相同的擴頻碼和擾碼進行擴頻和加擾；之后在步驟170，通過由M個天線陣元組成的天線陣將擴頻和擾碼后的該M維列向量發射出去。其中，M維列向量的第m(1＜m＜M)個元素經第m個天線發射出去。
V-BLAST的下行鏈路的接收過程如圖2所示。在步驟210，N個天線陣元組成的接收天線陣接收所發射的經多徑散射而形成的N維信號；在步驟220，將各天線陣元接收的N維信號分別進行解擴解擾，得到一組N維列向量信號；在步驟230，應用V-BLAST線性去相關檢測方法檢測出發射方所發射的M維列向量信號；在步驟240，將檢測出的該M維列向量信號再經過與發射方調制方法相對應的載波解調方式(如發射方采用QPSK方式調制經過交織的信號，則接收方采用相應的QPSK載波解調方式對檢測出的信號進行解調)；在步驟250，對于解調后的信號進行反交織；在步驟260，將反交織得到的信號進行譯碼，即可得到發射方所發射的數據信號。
在上述的接收方法中，V-BLAST線性去相關檢測方法是V-BLAST的核心內容，它利用了多用戶檢測中迫零判決反饋的方法。即首先檢測出最強的信號，然后將最強的信號作為干擾從接收信號中去除；接著在去除最強的信號的接收信號中再檢測出其中最強的信號，再作為干擾去除；這樣依次檢測出所有的信號。則所求出的M個最強的信號即為所檢測出的M維列向量。以下結合圖3，將此方法詳細描述如下。
設發射方具有M個發射天線陣元，接收方具有N個接收天線陣元，該發射方到該接收方的信道傳輸矩陣為HN*M，hij是從發射陣元j到接收陣元i的傳輸函數，M≤N。假設發送方載波調制采用QPSK(Quadrature Phase Shift Keying四相移相鍵控)調制方式，發射Symbol M維列向量為a→=(a1,a2,···,aM)T,]]>接收Symbol N維列向量為r→1=Ha→+v→---(1)]]>其中， 是寬平穩噪聲。采用線性去相關檢測，設順序設置S＝{k1，k2，…，Km}是接收Symbol N維列向量 中發射Symbol依次被檢測出的順序，權值向量 i＝1，2，…，M滿足 是H的第kj列。
采用本發明檢測順序的V-BLAST檢測算法如下初始化設置i＝1 (3.1)G1＝H+(3.2)k1＝argminj‖(G1)j‖2(3.3)進行以下迭代過程w→ki=(Gi)kiT---(3.4)]]>yki=w→kiTr→i---(3.5)]]> Gi+1=Hki±---(3.8)]]>ki+1=argminj∉{k1,k2,···ki}||(Gi+1)j||2---(3.9)]]>if(i<M),i++---(3.10)]]>以上各式的含義解釋如下在(3.2)中，H+表示發射方到該接收方的信道傳輸矩陣H的偽逆。在(3.3)中，(G1)j表示G1的第j個行向量。式(3.3)表示在G1的行向量中找出范數最小的一個向量，并將這個向量的行序數(1，2，3…M)賦值給k1。(3.4)表示將找到的第ki個向量作為權值。(3.5)表示將權值與接收Symbol列向量相乘，得到第ki個Symbol (3.6)表示將得到的第ki個Symbol 進行量化操作。(3.7)表示從接收信號中去除檢測出的最強的信號。(3.8)中， 表示將 中已經檢測出的Symbol對應的列向量去除后得到的矩陣。(3.9)意義與(3.3)類似，表示在Gi+1的行向量中找出范數最小的一個向量，并將這個向量的行序數(1，2，3…M)賦值給Ki+1。(3.10)表示(3.4)到(3.10)的迭代一直進行，直到將所有M個Symbol檢測出來為止。
在(3.5)中，yki=w→kiTr→i]]>=w→kiT(h→kiaki+Σl=i+1Mh→kiaki+v)---(3.11)]]>=aki+w→kiT(Σl=i+1Mh→kiaki+v)]]>Σl=i+1Mh→kiaki+v]]>是干擾和噪聲項，服從高斯分布，設方差為 那么第ki個Symbol的信噪比為SNR=|aki|2σki2||w→ki||2---(3.12)]]>
從(3.12)看出，(3.3)在G1的行向量中找出范數最小的一個向量作為權值，這意味著(3.5)式將檢測出 中最強的Symbol。
(3.6)表示采用軟判決方法進行量化的過程。對于沒有經過信道編碼的信號，量化過程是一個硬判決過程，在相應調制方法的星座圖上把與檢測出來的信號歐幾里德距離最近的點作為這個信號的量化值。對于經過信道編碼的數據，如果采用硬判決的量化方法，量化誤差較大，影響以后的解碼精度，所以采用軟判決的方法進行量化。本發明針對采用線性去相關檢測的V-BLAST陣列檢測接收機，提出了一種軟判決算法進行量化，即采用雙曲正切非線性檢測的方法進行量化。例如，對于發射方載波調制采用QPSK調制，軟判決算法可以表示為 其中，tanh()表示雙曲正切函數，real()表示取復數的實部，imag()表示取復數的虛部這種軟判決算法在最小均方誤差意義上是最優的，它的優點在于當信噪比比較大的時候，tanh(2real(yki)σki2)]]>和tanh(2imag(yki)σki2)]]>接近±1， 趨向準確的值；當信噪比比較小的時候，信號湮沒在干擾和噪聲中，如果用硬判的方法，干擾和噪聲對判決起決定性作用，判決出錯的概率很大，而這時經過tanh(2real(yki)σki2)]]>和tanh(2imag(yki)σki2)]]>的變換，可以減小出錯的概率。使用軟判決算法，可以更加準確地在接收方檢測出發射方發射的信號，從而提高以后解調和解碼的精度。采用軟判決算法和線性去相關檢測的V-BLAST陣列檢測接收方法的流程圖如圖3所示。
接收方接收到接收Symbol N維列向量r→=(r1,r2,···,rN)T,]]>對各個列向量分別進行解擾、解擴之后，開始進行N維列向量信號的V-BLAST線性檢測過程。首先，在步驟S10設置初始化條件i＝1，G1＝H+，k1＝argminj‖(G1)j‖2其中(G1)j表示G1的第j個行向量，k1＝argminj‖(G1)j‖2表示在G1的行向量中找出范數最小的一個向量，并將這個向量的行序數(1，2，3…M)賦值給k1。在步驟S20，將找到的第ki個向量作為權值(w→ki=(Gi)kiT]]>)，確定線性去相關檢測的權值 在步驟S30，并將該權值與接收Symbol列向量相乘，得到接收信號中第ki個Symbol(yki=w→kiTr→i]]>)。在步驟S40，對所得到的第ki個Symbol采用軟判決方法進行量化( ))，求出接收信號 中第i個最強的信號 在步驟S50，從接收的列向量信號中去除步驟d)中所求出的最強的信號 ( )，得到將 中已經檢測出的Symbol對應的列向量去除后的矩陣 求出 的偽逆，(Gi+1=Hki±]]>)；在Gi+1的行向量中找出范數最小的一個向量(ki+1=argminj∉{k1,k2,···ki}||(Gi+1)j||2]]>)。在步驟S60，判斷i是否大于M，如果i＜M，則設置i＝i+1，重復步驟S20到步驟S60；如果i＝M，則所求出的M個最強的信號( ...、 )即為所檢測出的列向量。
本發明保護范圍闡明于所附權利要求書中。但是，凡是在本發明的宗旨之內的顯而易見的修改亦應歸于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種V-BLAST陣列線性去相關檢測方法，，其中發射方發射Symbol(符號)M維列向量a→=(a1,a2,···,aM)T,]]>發射方到接收方的信道傳輸矩陣為HN*M，HN*M中hij是從發射陣元j到接收陣元i的傳輸函數，M≤N，其特征在于所述方法包括a)接收Symbol N維列向量r→=(r1,r2,···,rN)T;]]>b)在存儲器中設置初始化條件i＝1，G1＝H+，k1＝argminj‖(G1)j‖2其中(G1)j表示G1的第j個行向量，k1＝argminj‖(G1)j‖2表示在G1的行向量中找出范數最小的一個向量，并將這個向量的行序數賦值給k1；c)將找到的第ki個向量作為權值，w→ki=(Gi)kiT,]]>確定線性去相關檢測的權值 并將該權值與所接收Symbol列向量相乘，得到第ki個Symbol，yki=w→kiTr→i;]]>d)對所得到的第ki個Symbol列向量采用軟判決方法進行量化 即求出接收信號 中第i個最強的信號 是 的估計值；e)從接收的列向量信號中去除步驟d)中所求出的最強的信號 得到將 中已經檢測出的Symbol對應的列向量去除后的矩陣 f)求出 的偽逆，Gi+i=Hki±;]]>g)在Gi+1的行向量中找出范數最小的一個向量ki+1=argminj∉{k1,k2,···ki}||(Gi+1)j||2]]>h)如果i＜M，則i＝i+1，回到步驟c)；i)如果i＝M，則所求出的M個最強的信號 ... 即為所檢測出的列向量。
2.如權利要求1所述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其特征在于5所述軟判決法為雙曲正切量化法。
3.如權利要求1所述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其特征在于所述發射方的發射Symbol M維列向量a→=(a1,a2,···,aM)T]]>為經QPSK方法調制的信號。
4.如權利要求3所述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其特征在于所述軟判決法為雙曲正切量化法。
5.如權利要求4所述的V-BLAST陣列線性檢測方法，其特征在于所述雙曲正切量化法為 其中，yki=w→kiTr→i]]>=w→kiT(h→kiaki+Σl=i+1Mh→kiaki+v)]]>=aki+w→kiT(Σl=i+1Mh→kiaki+v)]]>Σl=i+1Mh→kiaki+v]]>是干擾和噪聲項，服從高斯分布，方差為 v是寬平穩噪聲；real()表示取復數的實部，imag()表示取復數的虛部。
全文摘要
一種V－BLAST陣列線性檢測方法，包括接收N維列向量之后在存儲器中設置初始化條件；確定線性去相關檢測的權值，并將該權值與接收列向量相乘；對所得到結果采用軟判決方法進行量化，求出接收信號中最強的信號；從接收的列向量信號中去除所求出的最強的信號，接著在去除最強的子數據流的接收信號中再檢測出其中最強的子數據流，再作為干擾去除。這樣依次檢測出所有的“最強的子數據流”信號，并對檢測出來的信號進行量化，得到發射方發射的子數據流，即為所檢測出的列向量。采用軟判決的方法對接收信號進行量化，其中軟判決算法采用雙曲正切非線性檢測的方法，可以更加準確地在接收方檢測出發射方發射的信號，提高現有無線通信系統中解調和解碼的精度。
文檔編號H04L1/00GK1411190SQ0113564
公開日2003年4月16日 申請日期2001年10月9日 優先權日2001年10月9日
發明者張泉嶺 申請人:華為技術有限公司