用于在多輸入多輸出通信系統中執行聯合均衡的設備和相關方法

專利名稱：用于在多輸入多輸出通信系統中執行聯合均衡的設備和相關方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種恢復在多輸入，多輸出(MIMO)通信系統操作期間傳送的數據的信息內容的方法。更具體而言，本發明涉及對接收到的數據矢量執行聯合均衡的設備和相關的方法，所述數據矢量在MIMO系統的接收站處接收。對接收到的數據矢量的碼元之間的平行轉移(parallel transition)執行限幅(slicing)操作，在所述接收到的數據矢量上執行聯合均衡。相對于傳統的聯合均衡過程，減少了執行聯合均衡所需的計算復雜度，并且計算所需的復雜度水平允許利用現有技術水平的處理設備來實現聯合均衡。
背景技術：
通信系統在發送站和接收站之間提供數據通信。在發送站和接收站之間通過互相連接這些站的通信信道來傳遞數據。源于發送站的數據被轉換為允許在通信信道上通信的形式。并且，一旦被傳送到接收站，就對傳送的數據執行恢復操作以恢復在其中的信息內容。無線通信系統是一種示范性的通信系統。在無線通信系統中定義的通信信道是在其中可操作的發送站和接收站之間延伸的無線鏈路上定義的。
因為利用無線信道在發送和接收站之間傳送數據，因而避免了其它情況下對安裝固定的有線連接以相連發送和接收站的需求，也避免了對定義在其上的通信信道的需求。因此，與安裝無線通信系統有關的基礎設施成本通常小于安裝有線通信系統的基礎設施所需要的相應的基礎設施成本。并且，可以為在無線通信系統中可操作的通信站提供移動性，從而允許實現移動通信。
蜂窩通信系統是一種無線通信系統。世界上大部分有人居住的部分都已經安裝了蜂窩通信系統。蜂窩通信系統已經被建立以按照各種操作規范中的任何操作規范進行操作。
蜂窩通信系統包括安裝于通信系統要包圍的整個地理區域的網絡基礎設施。網絡基礎設施典型地包括許多被稱為基站收發信臺的固定站址的無線收發機，其位于地理區域的空間上分離的位置。每一個基站收發信臺定義了被稱為小區的一個地區，蜂窩通信系統因這些小區而得名。
用戶站，通常稱為移動站，位于各個基站收發信臺能夠與其通信的鄰近區域內，從而允許實現移動站與基站收發信臺之間的數據通信。通常，通過購買用于通信系統的業務的業務預訂來允許移動站的用戶接入通信系統，以通過該系統進行通信。
在移動站與基站收發信臺之間延伸的無線鏈路上定義的無線通信信道通常顯示出非理想的通信狀態。在其他類型的無線通信系統中定義的無線通信信道，以及在其他類型的通信系統中定義的通信信道也通常顯示出非理想的通信狀態。由于非理想的信道情況，在這樣的通信信道上面傳遞的數據會失真。如果失真顯著，則在接收站不能精確地恢復所傳送數據的信息內容。
在傳送數據上引入的失真的顯著作用是由于數據的多徑傳輸造成的衰落情況引起。在數據在無線或其他通信信道上傳遞期間，衰落可以改變數據的信息承載比特的值。可以利用各種技術來補償在數據通信期間數據上引入的失真，從而便于恢復所傳送的數據的信息內容。
通常，盡管在通信信道上顯示出衰落，但在通信信道上傳遞的數據的冗余度的增加增大了可以恢復的數據信息內容的似然性。
例如有時利用編碼技術以在數據中引入時間冗余。時間冗余的引入有時稱為產生時間分集。
有時也利用空間的冗余。空間的冗余，有時稱為空間分集，通常指在發送站利用超過一個的發射天線換能器，從該發送站通過分離的物理通路發送數據到接收站。在一個路徑上顯示出的衰落很可能不會在另一個路徑上顯示出來。而且，接收站有時也利用一個以上的天線換能器，在天線換能器中檢測到傳遞的數據并將其轉換成電形式。
在其中利用多個發射天線和多個接收天線的通信系統有時稱為MIMO(多輸入，多輸出)通信系統。在MIMO通信系統中，可以在多個發射天線中的不同天線上發射獨立的數據流。在MIMO系統中通信不僅提供在非理想的信道上的改進通信，而且一般地，相應于發射天線數目的增加，允許增加在這樣的通信系統中的數據吞吐量比率。即，潛在的數據吞吐量增加與使用的發射天線的數目線性地相關。并且，為實現通過使用MIMO系統允許的潛在的數據吞吐量增加，接收站必須在存在使數據失真的干擾的情況下也能夠可靠地檢測發送站傳送的每一個單獨的數據流，該干擾是由碼間干擾(IFI)和其他數據流引起干擾造成的。
優選地，接收站在多個數據流上執行聯合檢測。然而，依照聯合檢測而要求執行的均衡操作的復雜性隨著發射天線的數目以及也隨著信道存儲器的長度呈指數級增加。均衡操作的復雜性變得如此顯著以至于一般地在很多應用中限制了聯合檢測的實際應用。
由于通過使用采用聯合均衡的聯合檢測促進了在多輸入多輸出通信系統的接收站處被傳送數據的信息內容的恢復，所以任何便于在接收站的聯合均衡的方式可能都是有利的。并且，更特別地，任何允許在減小的計算復雜度水平上執行聯合均衡的操作方式都可能是有利的。
正是鑒于這些與MIMO通信系統中的通信相關的背景信息，才引出了本發明的顯著改進。
發明概述因此本發明有利地提供了恢復在MIMO(多輸入，多輸出)通信系統操作期間傳遞的數據的信息內容的設備和相關的方法。
通過本發明實施例的操作，提供了對在MIMO系統接收站接收到的接收數據矢量執行聯合均衡的方法。
對接收到的數據矢量的碼元之間的平行轉移執行限幅操作，在所述接收到的數據矢量上執行聯合均衡。相對于傳統的聯合均衡過程減少了執行聯合均衡過程所需的計算復雜度，并且減少了執行聯合均衡所需的計算復雜度的水平。
本發明的一個方面中，通過把前置濾波器/基于集合劃分(setpartitioning-based)的約化態(reduced state)均衡器結構的從一個更傳統的SISO(單輸入，單輸出)接收站擴展成MIMO聯合接收站，來實現減少接收站在接收數據流上執行聯合均衡操作所需的計算復雜度。
本發明的另一個方面中，為MIMO系統提供了聯合均衡。聯合均衡是由基于集合劃分的、約化態均衡過程組成的。以減少了的復雜度水平提供聯合均衡，并且通過傳統的、現有技術水平的處理設備可實現聯合均衡。
本發明的再一個方面中，對接收數據矢量的碼元的平行轉移執行依照聯合均衡操作而執行的限幅操作。對平行轉移執行最優的、以及次優型的限幅操作，以實現執行數據的聯合均衡的低復雜性方式。依照本發明實施例的操作使用的優選限幅過程允許以小于依照簡單的強力(brute-force)搜索過程所需的復雜度水平來執行聯合均衡。在本發明的另一個實施例的操作中，利用次優限幅過程來執行聯合均衡，僅僅要求更加減少的計算量來執行這樣的操作。在一個實現中，在接收站檢測到的數據流的碼元上執行去耦限幅過程。并且，在另一個實現中，執行一個連續的限幅過程。這樣的過程都允許明顯減少執行檢測的數據流的聯合均衡所需的計算復雜度。
在一個實現中，為接收站，例如在蜂窩移動通信系統中操作的移動站，提供聯合均衡。蜂窩無線通信系統形成了一個MIMO(多輸入，多輸出)通信系統，在基站收發信臺具有M個發射天線，并且在接收站具有N個接收天線。分立的接收天線轉換成為電表示在各個接收天線上檢測到的接收數據流的電形式。首先向聯合MIMO前饋濾波器提供電表示。并且，向聯合均衡器提供分離的前饋濾波的數據流。在聯合均衡器處執行聯合均衡操作。在聯合均衡過程期間，或者以最優方式，或以次優方式執行限幅操作，以允許聯合執行數據流的均衡，但是以相對于傳統的計算所需的顯著地減小的復雜度水平執行。
因此，在這些及其他方面，為多輸入、多輸出通信系統提供了設備以及相關方法。該通信系統具有一個接收站，用于接收在通信信道上發送到接收站的第一接收數據矢量和至少一個第二接收數據矢量。促進了第一和至少第二接收數據矢量值的聯合檢測。一旦在接收站被接收后，聯合均衡器被耦合以接收第一和至少第二接收數據矢量的指示(indication)。聯合均衡器形成了第一均衡數據矢量和至少一個第二均衡數據矢量。第一和至少第二均衡數據矢量分別由均衡碼元形成。依照對在第一個和至少第二接收數據矢量的指示的連續碼元的連續碼元的平行轉移執行的限幅操作來產生均衡碼元。
可以從下列簡要概述的附圖，本發明的現有優選實施例的說明，以及所附的權利要求中獲得本發明及其范圍更完整的理解。


圖1說明了其中可操作本發明的實施例的示范性MIMO(多輸入，多輸出)通信系統的功能框圖。
圖2說明了按照示范性的實現在圖1所示的通信系統中利用的調制方案的一個集合劃分樹的表示。
圖3說明了碼元之間的可能的平行轉移的網格結構，這些碼元是在圖1所示的利用圖2所示調制方案的通信系統操作期間產生的。
圖4說明了圖3所示的網格結構中顯示的一對節點，在此處顯示了在其間可能的平行轉移。
圖5說明了按照本發明實施例的操作定義的碼元集合的碼元星座(constellation)的表示。
圖6說明了列出本發明實施例的方法的操作方法的方法流程圖。
具體實施例方式
首先參照圖1，一個MIMO(多輸入，多輸出)通信系統，總地以10表示，提供了用于在分立位置的通信站之間的數據通信。此處，MIMO通信系統形成了一個先進一代的蜂窩通信系統。例如通信系統代表了按照GSM/GPRS/EGPRS(全球移動通信系統/通用包無線業務/增強型通用分組無線業務)通信標準構建的蜂窩通信系統。
通信系統10也代表了其它類型的MIMO通信系統，包括按照其他通信標準構建的蜂窩通信系統。例如，該通信系統還代表了按照WCDMA(寬帶，碼分，多址)通信標準構建的蜂窩通信系統。
此處所示的通信系統10包括了一個能夠與移動站12所代表的移動站收發數據的網絡部分。該網絡部分包括多個固定站址的、由基站收發信臺(BTS)14表示的基站收發信臺。數據通信是在基站收發信臺和移動站之間通過無線鏈路16來實現的。在無線鏈路上定義前向鏈路信道，在其上從基站收發信臺向移動站傳遞數據。而且，在無線鏈路上定義反向鏈路信道，以從移動站向基站收發信臺延伸，并在此信道上從移動站向基站收發信臺傳送數據。雖然下列說明應該描述通信系統在前向鏈路信道上的操作，即，基站收發信臺向移動站傳遞數據的操作，但是也可以相對于從移動站到基站收發信臺的反向鏈路信道上的通信來實現和描述本發明的一個實施例。
在這里，基站收發信臺14包括M個發射天線18。并且，移動站12包括多個N個接收天線22。基站收發信臺的發射電路產生加到每一發射天線18的前向鏈路信號，以在無線鏈路16的前向鏈路信道上同時傳遞。例如，在發射天線中的一些分立天線上傳送分離的數據塊。
這將便于相對大的數據吞吐量比率的數據通信，因為可以在分立的發射天線上同時傳遞分離的數據塊。然而，處于移動站的接收天線檢測潛在地由全部發射天線發射的數據的指示。并且，要求移動站執行大量的處理以恢復在前向鏈路上通過每一發射天線傳遞的數據的信息內容。雖然要求減少的計算復雜度水平以恢復信息內容，但本發明的實施例的操作便于恢復傳送來的數據的信息內容。移動站在這里形成接收站，它包括對由N個接收天線22檢測到的數據進行操作的功能元件。這里，在從接收天線22延伸的線路26上形成由接收天線檢測的信號指示，并且此后由混頻元件28從傳輸頻率進行下混頻。混頻元件28在功能上例如由多級的下混頻元件表示并且是其代表。接收到的數據一旦向下混頻，就由接收濾波器r(t)32濾波。并且，向聯合信道估計器(CE)34提供在各個接收天線22上接收到的接收數據的已濾波表示。
通過線路36向聯合MIMO前饋濾波器38提供由各個信道估計器估計的接收數據的估計值。并且，在線路42上產生接收數據的聯合濾波表示。
線路42被耦合到包括按照本發明的實施例可操作的聯合均衡器元件46的聯合DFSE(微分反饋順序估計器)44。均衡器44進一步包括在一個反饋配置中經由求和元件54在輸出線路52和線路42之間耦合的反饋濾波器48。而且，線路52延伸至一個聯合解碼器功能塊54，其操作以解碼由均衡器46產生的均衡的值。
用于MIMO系統的由均衡器46實現的最佳檢測器是聯合檢測所有發送數據流。此方法的均衡器復雜度是與QML成比例的，其中Q是星座大小，M是發射天線的數目，而L是信道長度。對于系統包括在其XM內的EDGE系統，有Q＝8而L＝7，則即使M＝2時復雜度也是遠遠地超出實際的考慮。如圖1所示的減少了復雜度的接收機結構，其中聯合均衡器之前是MIMO MMSE-DFE前置濾波器38或MIMO信道縮短濾波器38。此濾波器通過把有效網格記憶長度從L截短到Ls而大大地減少了復雜性，通常典型的值為Ls＝1或2。然而，如果沒有更進一步的減小，則它仍舊不適于實時應用。依照本發明實施例，使用了用于進一步減少復雜度的基于約化態聯合均衡的集合劃分。
已知基于集合劃分的約化態均衡可用于減少SISO(單輸入，單輸出)系統的均衡器復雜度。為SISO均衡器提出的集合劃分原理與網格結構可以在MIMO聯合均衡器中擴展。然而，對于MIMO網格難以實現一個減少復雜度的關鍵要素，即在網格中平行轉移的限幅。在本發明的實施例中，為MIMO網格提供了最優的(組限幅)與次優的(去耦限幅與連續限幅)限幅方法。組限幅要求高復雜性但是是最佳的。去耦限幅與連續的限幅具有相似的更低的復雜性但是總的是次佳的。也提供了去耦限幅最佳的充分條件。而且，當不滿足此條件時，連續的限幅在復雜性與性能之間給出更好的折中。
如圖1所示，實現了通信系統，M個發射天線，N個接收天線EDGEMIMO系統10。接收機12聯合檢測M個獨立地被發送的數據流。這里使用的聯合前置濾波器是例如FIR MIMO聯合前置濾波器。前置濾波器38有利地顯示出FIR MIMO前置濾波器到IIR MIMO前置濾波器的漸近收斂，其中結果矩陣信道脈沖響應具有最小的相位。在實際系統中，FIRMIMO前置濾波器能夠改進信道能量分布，就是說，把大部分信道能量轉移到前幾個抽頭。具有了這一改進的信道分布，判決反饋便可以合并到基于網格的均衡器中以減少網格存儲器大小和總體的均衡器復雜性，而災難性錯誤傳播的風險較小。
在時間k，在預濾波之后接收的信號矢量是yk=Σi=0LBiak-i+nk]]>(等式1)注意yk是NX1接收的信號矢量，B0...，B1是大小為NXM的信道矩陣，且ak...ak-L是大小為MX1的發送的碼元矢量。
所采用的一個關鍵的假定是對于MIMO網格的“均勻的”MIMO集合劃分，即每個數據流的集合劃分規則是相同的。第m個數據流的集合劃分規則描述為Jm＝{J1；...；JK-1；1；...1}，其中K≤L和Jk-1≤...≤J1≤8。總的集合劃分規則表示為J＝J1...JM＝{J1；...；JK-1；1；...1}M。注意對于每個碼元，使用相似的對稱的8PSK集合劃分樹，其中Jk＝8；4或2。
在圖2中總地在62顯示了此集合劃分樹。在圖2中指定星座碼元64，e0；...e7表示星座點，并且使用平數字0；1或0；1；2；3來表示集合指數。
為了舉例以說明MIMO系統的網格，系統10應該參照具有兩個發射天線18的實現來描述，其中各個數據流采用一個2狀態集合劃分規則。換句話說，M＝2并且J＝f{2；1；...；1}2。圖3中以72總地顯示了此特定系統的網格。在時間k，給定碼元矢量ak；ak-1；...ak-L，給出特別路徑的歐幾里得度量為一條件概率，Pr(yk|ak,···,ak-L)=1(2π)M/2|Rnnexp(yk-Σi=0LBiak-i)HRnn-1(yk-Σi=0LBiak-i)]]>(等式2)一旦建立網格，MLSE和MAPSE算法就被用于檢測碼元序列。MLSE和MAPSE算法可用于SISO系統的順序檢測。這些算法的操作可以擴展至MIMO系統。一般而言，如果沒有關于傳送脈沖的輔助信息(sideinformation)是先驗已知的，則MLSE和MAPSE傳送出相似的硬判決性能。然而，在編碼系統中，通常所希望的是從均衡器44向解碼器54傳送軟比特判決。雖然MAPSE算法能夠產生軟比特，但是MLSE算法不直接地提供軟比特判決。MLSE的變體，軟輸出維特比算法(SOVA)可用于提供軟比特判決。同時要注意在約化態均衡器中，在產生所有比特的完全軟比特信息方面MAP和SOVA具有相似的問題。
MIMO約化態均衡中具有兩個獨特的問題。第一個問題，在MIMO網格中的平行轉移的限幅是減少復雜性的關鍵。雖然在SISO網格中限幅是容易的，但是在MIMO網格中它并不是微不足道的。在本發明的實施例中為MIMO系統應用了最佳的(組限幅)與次佳的限幅(去耦限幅與連續的限幅)算法。連續的限幅方法提供復雜性與性能方面的最佳的折中。第二個問題，用于約化態MIMO聯合均衡器的軟比特計算，擴展了為SISO提出的嵌入DFE方法，且在基于網格的算法例如MAPSE不可用的位置上完成了軟比特計算。
在約化態網格中，多重轉移來源于相同的節點并且在兩個連續的階段中合并入相同的節點。這些轉移被稱為平行轉移。注意這在圖3顯示的網格72中不明顯，其中在一對具有單個線路的節點之間平行轉移。圖4說明了示范性的平行轉移，在圖3顯示的網格72的一對節點SK-1＝
；SK＝
之間總體上以82表示。在圖4顯示了在兩個節點之間可能的平行轉移84。
對于網格中的任何一對節點，必須確定所有的平行轉移之間的最佳路徑，并且與此路徑相關的歐幾里得度量成為在此對節點之間行進的度量。一個減少復雜性的關鍵元素是避免對平行轉移之間的最佳路徑進行強力搜索。在SISO網格中，通過一種稱為限幅的方法來該技巧。然而，將限幅擴展到MIMO網格并不簡單。依照本發明的實施例，提供限幅算法的最佳的和次佳版本，以提供在復雜性和性能之間的各種折中。
在SISO系統中，執行限幅操作以確定平行轉移之間最可能的路徑。限幅通過消除大部分路徑量度計算而大大地減少了總體算法的復雜性。舉例來說，在SISO系統中，其中集合劃分，例如是J＝{2；1；...；1}。即，狀態的數目是2而平行轉移的數目是4。
在時間k接收的信號(在預濾波之后)被給出為yk=b0ak+Σi=1Lbiak-i+nk]]>(等式3)其中b0；..；bL是有效的信道系數，而ak；...ak-1是發射的碼元。在平行轉移的上下文中，所有的ISI碼元ak-1；...ak-L是已知，而且轉移碼元ak屬于已知的集合S。在圖5中顯示了一個不失一般性的，星座集合92的例子，其中ak∈S＝{e1；e3；e5；e7}(如果該集合包含其它4個星座點，則需要一個旋轉運算)。為了確定最可能的ak∈S，而解決下列的優化問題αkopt=argmin||zk-b0ak||2]]>(等式4)其中zk=ykΣi=1Lbiak-1]]>是無ISI(ISI-free)接收的信號。注意這里通過采用最短距離度量，而將nk假定為高斯噪聲。對(4)的強力解答將計算所有的4個距離。然而，可以開發一些簡化的星座的幾何結構以導出該限幅解答。首先不難證明(4)等于αkopt=argmax|Re(akz^k*)=argmax(ak,r,z^kr*+ak,i,z^k,i*)]]>(等式5)其中*代表復共軛而下標r和i代表復數的實部和虛部。此外，Z^k=b0*zk.]]>現在很明顯采用圖5中給出的集合的4個星座點，限幅規則如下αk,ropt=22*sign(z^k,r)=andαk,iopt=22*sign(z^k,i)]]>(等式6)從而akopt=ak,ropt+jak,jopt,]]>且通過計算|zk-b0akopt|2獲得在此例子中所有的平行轉移的最小度量。注意通過限幅方法，而將歐幾里德距離計算的數目從4減少到1。
上述討論擴展至MIMO網格中的平行轉移的限幅。通過M個同時發送的數據流，在(1)中給出了在時間k處在均衡器的抽樣的接收信號矢量。此外，在平行轉移的上下文下，假定已知ak-1；...；ak-L和ak∈SM，其是集合的M元組，注意ak＝[ak；1；...ak；M]TT。在MIMO系統中無ISI接收的信號是zk=yk-Σi=1LBiai-k=B0ak+nk]]>(等式7)上述的假定是關于SISO例子的，而且假定各個集合是S＝{e1；e3；e5；e7}。注意現在對于MIMO情況，平行轉移的數目現在是4M。類似于SISO的情況，通過求解αkopt=argmin(zk-B0ak)HRnn-1(zk-B0ak)]]>(等式8)而獲得由akopt表示的最佳路徑。
為了求解(8)，強力解答將遍歷所有的4M路徑，且發現具有最小度量的一個。由于在(8)中不同的碼元ak；1...ak；M之間的截項，對于MIMO網格不存在象(6)的簡單的限幅操作。這里組限幅方法與直接求解方法相比把度量計算的數目減少4倍。想法是把所有的路徑分成4M-1組，其相應于M-1個碼元的所有可能性。例如，一個可能的編組被表示為Ω(ak-2，...，ak，M)，這是通過一組固定的ak；2；..ak；M而參數化的。在各個組內存在四個路徑，各個路徑具有相同的ak；2；...；ak；M和不同的ak；1。現在等式(8)被變換成一個二步的優化首先，為給定組Ω(ak-2，...，ak，M)發現最優的ak；1(對于一組固定的ak；2；..ak；M)；第二，遍歷組的所有可能性并且發現總體的最小值。在數學上，等式(8)被重寫為αkopt=argmin(ak,2,···ak,M)[minak∈Ω(ak,2···ak,M)(zk-B0ak)HRnn-1(zk-B0ak)]]]>(等式9)因為在括弧內的最小化僅僅是關于ak；1的，所以可以進一步的減少它。為了那樣做，假定Rnn-1=[σ12,...,σM2]]]>是對角線的。注意如果不是這樣，則可以提公因子作為Rnn-1=LDLH,]]>其中L是較低的三角形的，并且D＝diag[d1...dM]是對角線的，則L可以并入Zk和B0以便成本函數成為(Z^k-B^0ak)HD(Z^k-B^0ak),]]>有Z^k=LHzk]]>和B^0=LHB0.]]>現在以此假定，在一些簡化之后等式(9)的括弧內的極小化問題被縮減為下列單變量優化問題。
αk,1opt=argminΣm=1Mam2||z~m-b~mak,i||2]]>(等式10)其中Z~m=Zk,m-Σn≠1(B0)nmak,n.]]>且b~m=(B0)m1---(10)]]>(其中(B0)mn意味著在B0的第m行和第n列的元件mn)可以進一步減化為αk,1opt=argmaxRe(ak,1u*)]]>(等式11)其中u=Σm=1Mσm2b^m*z^m.]]>注意(11)與(5)形式完全相同，因此在(6)中得出的限幅規則可以被用于獲得最優ak；1。
一旦為每個組Ω(ak，2，...，ak，M)確定了最優ak；1，它便可用于計算那個組的距離度量。然后，通過搜索最小的4M-1組度量來執行在(9)中的極小化的外能級(outer level)。最后，與直接解法需要4M相比，組限幅方法要求4M-1個歐幾里得度量計算。
作為另一選擇，使用去耦限幅法求解等式(8)。在去耦限幅法中，將單獨地優化ak中M個碼元中的每個碼元，并且歐幾里得度量計算的數目從4M減少到1。為了使此方法最優，存在一個充分條件。為了了解這一點，等式(8)重寫為αkopt=argmin(z~k-ak)HBOHRnn-1B0(z~k-ak)]]>(等式12)其中z~k=B0-1zk.]]>為了使去耦限幅最優而要求下列充分條件BOHRnn-1B0=D]]>(等式13)其中D=diagd1;..dM]]>是一些對角矩陣。如果此條件成立，則(12)變成αk,1opt=argminΣm=1Mdm||z~k,m-ak,m||2]]>(等式14)可以看出在(14)中與碼元有關的度量被去耦并且沒有截項。因此，等式(14)可以被去耦成為M個單獨的優化問題。
αk,1opt=argmindm||z~k,m-ak,m||2,]]>m＝1，...，M(等式15)現在SISO限幅規則(6)可以被用于檢測各個碼元。如同我們之前指出的，當滿足充分條件(13)時，去耦限幅方法是最優的。然而，可能難以設計一個滿足此條件的前置濾波器。如果條件(13)不成立，去耦限幅可以仍舊被用作次優方法。為此，在矩陣BOHRnn-1B0中忽視非對角線元素(off-diagonal)，并且求解下列問題以獲得akoptαk,1opt=αk,1opt=argmin(z~k-ak)HRDD(zk-ak)]]>(等式16)
其中RDD=diag(BOHRnn-1B0)]]>是一個對角元素與矩陣(BOHRnn-1B0)相同的對角矩陣。現在給出的去耦限幅方法可用于求解(16)。
去耦限幅方法大大地減少平行轉移的檢測復雜性。然而，如果不滿足最優性的充分條件，則和組限幅法相比，性能損失是顯著的(如模擬結果所示的約0.5分貝的差異)。另一個次優的限幅法，即連續的限幅法被替換地使用，它不要求充分條件并且在復雜性和性能方面給出更好的折中。一方面連續的限幅算法的復雜性大約與去耦限幅算法相同；另一方面，相對組限幅算法的性能損失是可忽略的。
出發點是等式(12)。(BOHRnn-1B0)被假定為正的有限的埃爾米特(hermitian)矩陣。對這樣的矩陣BOHRnn-1B0=LU]]>和L＝UH(等式17)總是存在系統的LU分解，其中U是上三角形矩陣，其元素被表示為Uij，注意Uij＝0；i＞j。將(17)代入(12)中獲得αk,1opt=argmin||U(z~k-ak)||2]]>=argminΣi=1M|Σi≥1i≤M(Uijz~k,i-ak,i)|2]]>(等式18)(18)的成本函數具有一個獨特的結構。首先，注意它是M個平方度量項的和，由i＝1；...；M索引。此外，第M項僅僅是ak；M的函數，雖然第M-1項是ak；M；ak；M-1等等的函數。這建議一種按ak；M；ak；M-1；...ak；1的次序檢測碼元的連續的限幅算法。該算法的概要如下1.從i＝M開始，使用基本的SISO限幅以從a檢測ak；Mαk,Mopt=argminak,M∈S|(UMM(Z~k,M-ak,M)|)2]]>2.假定執行k，iopt，...，k，i+1opt檢測，則k，iopt由以下給出akopt=argmin|Σi>1i≤MUij(z~k,i-ak,iopt)+Uij(z~ki-ak,i|2]]>=argmin|(Uij|2|(c+z~k,i)-ak,i|2]]>其中c=1UijΣi>1i≤M(Uijz~k,i-ak,iopt)]]>3.令I＝1，如果I＞0，則重復步驟2；否則退出。
可以看出連續的限幅僅僅需要M個限幅操作和1次歐幾里得度量計算。這是與去耦限幅相同的。僅有的開銷來自每個限幅操作的準備，其中計算常數c。
圖6說明了總體以102顯示的本發明實施例的操作的方法。該方法便于聯合檢測第一和至少第二接收的數據矢量的值。
首先，如塊104指示的，在第一個和至少第二接收數據矢量的連續碼元的平行轉移上執行限幅操作。然后，如塊106指示的，形成第一均衡的數據矢量和至少一個第二均衡的數據矢量。響應于在步驟104執行的限幅操作而形成數據矢量。從而在MIMO系統的接收站接收到的接收數據矢量上執行聯合均衡。執行聯合均衡，同時迫使相對于傳統的聯合均衡技術來減少計算的復雜性水平。由于減小復雜性水平，所以在現有技術水平的處理設備中可實現聯合均衡。
先前的說明書描述了用于實現發明的優選例子，而且本說明書并不限制本發明的范圍。下列權利要求定義了本發明的范圍。
權利要求
1.在一個具有用于接收在通信信道上向其發射的第一接收數據矢量和至少第二接收數據矢量的接收站的多輸入多輸出通信系統中，一種用于使接收站便于聯合檢測該第一和至少第二接收數據矢量的值的設備的改進，所述設備包括一個耦合來接收在接收站處接收到的第一和至少第二接收矢量的指示的聯合均衡器，所述聯合均衡器用于形成一個第一均衡的數據矢量和至少第二均衡的數據矢量，該第一和至少第二均衡的數據矢量分別由均衡的碼元組成，該均衡的碼元是按照對該第一和至少第二接收數據矢量的指示的、連續碼元的平行轉移執行的限幅操作來產生。
2.根據權利要求1的設備，其中第一和至少第二均衡矢量定義了由最小度量形成的最優路徑。
3.根據權利要求1的設備，其中由所述聯合均衡器執行來分別產生該第一和至少第二均衡的數據矢量的均衡碼元的限幅操作包括組限幅操作，其中將該第一和至少第二接收數據矢量分離成第一接收數據矢量組和至少第二接收數據矢量組，并且其中為第一和至少第二接收數據矢量組的每一個定義一個最優的路徑。
4.根據權利要求3的設備，其中由所述聯合均衡器執行的產生均衡碼元的組限幅操作進一步包括選擇為第一和至少第二接收數據矢量組的每一個所定義的最優路徑中的一個作為組最優路徑。
5.根據權利要求4的設備，其中由所述聯合均衡器在最優路徑中選擇的組最優路徑包括顯示總體最小路徑長度的最優路徑。
6.根據權利要求1的設備，其中由所述聯合均衡器執行的、分別產生第一和至少第二均衡數據矢量的均衡碼元的限幅操作包括去耦合限幅操作，其中順序地優化該第一和至少第二接收的數據矢量的指示的碼元的每一個連續的集合，該連續集合的碼元被從另一個集合中去耦合。
7.根據權利要求6的設備，其中碼元的連續集合有相應于多輸入多輸出通信系統的M個多輸入的數量。
8.根據權利要求7的設備，其中由所述最小度量路徑的聯合均衡器的選擇提供在該碼元的連續集合之間的平行轉移的最優化。
9.根據權利要求1的設備，其中由所述聯合均衡器執行的、分別產生第一和至少第二均衡的數據矢量的均衡碼元的限幅操作包括連續限幅操作，其中連續地優化該第一和至少第二接收數據矢量的指示的碼元的連續集合。
10.根據權利要求9的設備，其中碼元的連續集合有相應于多輸入多輸出通信系統的M個多輸入的數量。
11.根據權利要求9的設備，其中由所述最小度量路徑的選擇提供在碼元的連續集合之間的平行轉移的最優化。
12.根據權利要求1的設備，其中多輸入多輸出通信系統包括一個蜂窩無線通信系統，其中接收站包括一個蜂窩移動站的接收站，并且其中所述聯合均衡器被包含在該蜂窩移動站中。
13.根據權利要求1的設備，其中多輸入多輸出通信系統包括一個蜂窩無線通信系統，其中接收站包括一個固定站址收發信機的接收部分，并且其中所述聯合均衡器被包含在第一站址收發信機中。
14.根據權利要求1的設備，其中接收站包括一個判決反饋序列估計器，并且其中所述聯合均衡器形成該判決反饋序列估計器的一部分。
15.在一種用于在多輸入多輸出通信系統中進行通信的方法中，該通信系統具有用于接收在通信信道上向其發射的第一接收數據矢量和至少第二接收數據矢量的接收站，一種用于使接收站便于聯合檢測第一和至少第二接收數據矢量的值的方法改進，所述方法包括分別對該第一和至少第二接收數據矢量的連續碼元的平行轉移執行限幅操作；并且響應于所述執行操作期間執行的限幅操作，而形成第一均衡的數據矢量和至少第二均衡的數據矢量。
16.根據權利要求15的方法，其中對該平行轉移執行限幅操作的所述操作包括通過將該第一和至少第二安全的數據矢量分離成第一接收的數據矢量組來執行組限幅操作；并且為第一和至少第二接收數據矢量組的每一個定義最優路徑。
17.根據權利要求16的方法，進一步包括選擇在所述定義操作期間定義的最優路徑中的一個作為組最優路徑的操作。
18.根據權利要求17的方法，其中在所述選擇操作期間選擇的組最優路徑顯示了總體的最小路徑長度。
19.根據權利要求15的方法，其中所述對平行轉移執行限幅操作的操作包括對平行轉移執行去耦合的限幅操作。
20.根據權利要求15的方法，其中所述對平行轉移執行限幅操作的操作包括對平行轉移執行連續的限幅操作。
全文摘要
用于對在多輸入多輸出通信系統的操作期間接收的接收數據矢量執行聯合均衡的設備及相關的方法。在多輸入多輸出通信系統的接收站的聯合均衡器上執行限幅操作，該限幅操作可選擇地被實現為組限幅操作、去耦合限幅操作和連續限幅操作。一旦被聯合均衡，則均衡過的數據矢量被提供給聯合解碼器。
文檔編號H04L25/03GK1914798SQ03815200
公開日2007年2月14日 申請日期2003年6月25日 優先權日2002年6月26日
發明者J·張, K·庫基, H·伯格 申請人:諾基亞有限公司