專利名稱：：基于逼近最大似然性能的低復雜度垂直分層空時碼檢測方法
技術領域：
：本發明屬于通信
技術領域：
，涉及空時信號的檢測，可用于多輸入多輸出系統中對垂直分層空時碼的檢測。
背景技術：
：在無線信道中使用多輸入多輸出MIMO系統可以顯著提高通信容量。空間復用技術真正體現了MIMO系統容量提高的本質。垂直分層空時碼VBLAST作為空間復用技術的典型應用，近年來對其檢測方法的研究也一直持續不斷。盡管全空間最大似然ML檢測能獲取最優的系統性能，但由于其方法復雜度太高，一直無法實際應用。于是人們將研究的方向轉向次優檢測方法，產生了一系列的性能較好的低復雜度檢測方法。文獻[l.WolnianskyPW,FoschiniGJ,andGoldenGD,andR.A.Valenzuela.V-BLAST:Anarchitectureforrealizingveryhighdataratesovertherich-scatteringwirelesschannel.InProc.IEEEISSSE，September,1998.295-300]中提出的迫零檢測結合排序判決反饋ZF-DFE方法，此方法對信道矩陣進行信噪比排序，從信噪比最大的層開始檢測，在檢測下一層信號時減去前面幾層信號的干擾。該方法的缺點是檢測的誤比特率較高。文獻[2.HassibiB.Anefficientsquare-rootalgorithmforBLAST.InProc.IEEEICASSP,J皿e2000，vol.2.11737-11740]提出的最小均方誤差結合排序判決反饋MMSE-DFE方法，它在ZF-DFE方法的基礎上，采用使噪聲和干擾總和最小的加權檢測系數，性能比ZF-DFE有較大改進，但該方法的缺點是檢測的誤比特率相比全空間ML檢測仍然較高。文獻[3.ChoiW，NegiR,andCio傷JM.CombinedMLandDFEdecodingfortheV-BLASTsystem.InProc.ICC2000,NewOrleans,LA:2000.1243-1248]提出的最大似然結合排序判決反饋ML-DFE方法對碼元的前面幾個符號進行部分ML檢領!l，然后對剩余層符號進行ZF-DFE檢測。雖然此方法相比前面兩種方法誤比特率較低，但該方法的缺點是在部分ML檢測時，其它數據信息并沒有利用，因此誤比特率相對于全空間ML檢測仍然較高。
發明內容本發明的目的在于克服上述己有技術的缺點，提供一種基于逼近最大似然性能的低復雜度垂直分層空時碼檢測方法，以實現在低復雜度下，充分利用全空間數據信息，降低誤比特率，逼近全空間ML檢測方法的最優性能。為實現上述目的，本發明的檢測方法包括如下步驟(1)選取小于發射天線數目M的遍歷天線數目rf，按照該遍歷天線數目找出信道矩陣中均方誤差MSE最大的rf列向量，并對剩余M-d列向量進行信噪比排序；(2)在信噪比排序的基礎上，對d列向量對應的所有候選d維碼元符號進行遍歷，得到每一個候選d維碼元符號對應的M-rf維碼元符號，并將對應的il/^維碼元符號與d維碼元符號合并，得到對應的M維碼元符號；(3)將得到的所有M維碼元符號作為候選集，進行最大似然檢測。所述的選取小于發射天線數目M的遍歷天線數目J,是根據系統對誤比特率的要求，取^為小于M的任意數，若系統要求誤比特率較低，則取^較大，反之，則取^較小，一般情況下，d取最接近，但不小于Af/2的整數。所述的按照遍歷天線數目找出信道矩陣中均方誤差MSE最大的d列向量，是算出信道矩陣中所有列向量的元素的平方和，然后用每一個平方和與對應列向量的噪聲相除，得到每一個列向量對應的均方誤差，取其中最大的rf個均方誤差對應的列向量作為均方誤差最大的J列向量。所述的對剩余列向量進行信噪比排序，是將M-c/列向量按信噪比大小從小到大排序。所述的將對應的維碼元符號與^維碼元符號合并，得到對應的M維碼元符號，是用得到的對應的M-d維碼元符號作為第d+l維到第M維的碼元符號，并將該第d+l維到第M維的碼元符號與rf維碼元符號組成一個M維的碼元符號。本發明與現有技術相比具有如下優點l.本發明能逼近全空間ML檢測的最優性能。由于對d維碼元符號進行遍歷后再進行ML檢測，這使得接收分集增益最低的d維碼元符號的接收分集增益提高到與全空間ML檢測相同的滿接收分集增益，接收分集增益的提高能夠有效降低d維碼元符號對Af-J維碼元符號檢測的干擾，因此，本發明相比ZF-DFE，MMSE-DFE，ML-DFE等現有方法能有效降低系統的誤比特率，從而逼近全空間ML檢測的最優性能。2.本發明比全空間ML檢測的方法復雜度低。由于對^列向量對應的所有候選d維碼元符號中的每一個^維碼元符號，只檢測出唯一對應的M-d維碼元符號與該d維碼元符號組成唯一對應的M維碼元符號，這使得最后ML檢測的候選集中碼元符號的個數比全空間ML檢測的候選集中碼元符號的個數減少很多，因此，本發明相比全空間ML檢測方法，候選集中碼元符號個數的減少能夠有效地降低算法的矩陣乘法運算量，從而降低方法的復雜度。圖1為本發明的檢測方法流程圖2為本發明信道矩陣信噪比排序圖3為本發明與現有檢測方法在QPSK調制時的誤比特率比較圖。具體實施例方式本發明的實施例以發射、接收天線數均為6，調制方式為QPSK調制的MIMO系統來描述其檢測方法。在發射端，信息序列經過VBLAST編碼，將串行數據流轉換為并行數據流，再將并行數據流分別調制后發送出去。在接收端，接收信號為y,表示為;;=^^+^，其中x為發射的信息序列，//為元素獨立的服從復高斯分布的信道矩陣，w為高斯白噪聲向量。參照圖l，本發明的檢測步驟如下步驟l，選取小于發射天線數目M的遍歷天線數目丄在肘=6的發射、接收天線的MIMO系統中，取1到6中的任意數作為遍歷天線數目A確定的d的數值根據系統對誤比特率的要求來定，若系統要求誤比特率較低，則取d較大，反之，則取d較小，一般情況下，d取最接近，但不小于M/2的整數，本實例中取"=3。步驟2，按照遍歷天線數目找出信道矩陣中均方誤差最大的^列向量。首先，分別算出信道矩陣中6個發射天線對應的6個列向量的元素的平方和；然后用每一個平方和與對應列向量的噪聲相除，得到每一個列向量對應的均方誤差；最后，比較6個均方誤差的大小，取其中最大的3個均方誤差對應的列向量作為均方誤差最大的3列向量。步驟3，對剩余il/W列向量進行信噪比排序。剩余M-t/列向量為6-3=3，分別算出這剩余3列向量的信噪比，比較3個信噪比的大小，然后將這3列向量按照信噪比大小從小到大的順序排列，排列后的信道矩陣如圖2所示，圖2中每一個點代表MMO系統的每一個信道矩陣元素，均方誤差最大的3列向量置于信道矩陣的左邊，乘除的3列向量按照信噪比從小到大的順序從左到右排列。步驟4，在信噪比排序的基礎上，對^^的列向量對應的所有候選c^3的維碼元符號進行遍歷。4.1在排列后的信道矩陣中，有均方誤差最大的3列向量，這3列向量對應著所有候選3維碼元符號，每一維碼元符號均為OO、01、11、IO中的一個，對每一個候選3維碼元符號對應的剩余3維碼元符號的求解構成了遍歷過程中每一步。4.2遍歷中的每一步，均利用ZF-DFE方法去求解每一個候選3維碼元符號對應的剩余3維碼元符號，即對于一個確定的3維碼元符號，求解過程分為以下幾步4.2.1從接收信號中減去這3維碼元符號對剩余3維碼元符號的干擾，然后計算出信噪比最大的列向量對應的信號層的一維碼元符號；4.2.2從接收信號中依次減去3維碼元符號和計算出的一維碼元符號對剩余二維碼元符號的干擾，接著計算出信噪比次大的列向量對應的信號的一維碼元符號；4.2.3從接收信號中依次減去3維碼元符號、計算出的信噪比最大的列向量所對應的信號層的一維碼元符號和計算出的信噪比次大的列向量對應的信號層的一維碼元符號對剩余一維碼元符號的千擾，再計算出最后一維碼元符號；4.2.4將信噪比最大的列向量對應的信號層的一維碼元符號作為第6維碼元符號，將信噪比次大的列向量對應的信號層的一維碼元符號作為第5維碼元符號，將解出的一維碼元符號作為第4維碼元符號，則這3維碼元符號構成了剩余的3維碼元符號。步驟5，將對應的M-d維碼元符號與d維碼元符號合并，得到對應的M維碼元符號。在M=6個發射天線和d=3的MIMO系統中，對于候選3維碼元符號中的每一個3維碼元符號，將解出的對應的剩余的3維碼元符號作為第4維到第6維的碼元符號，并將該第4維到第6維的碼元符號與對應的3維碼元符號組成一個6維的碼元符號。步驟6，將所有6維碼元符號作為候選集，進行最大似然檢測。對于每一個候選3維碼元符號都會得到一個對應的6維碼元符號，將得到的所有的6維碼元符號作為候選集，進行最大似然檢測，完成對垂直分層空時碼檢測。以上實例并不構成對本發明的限制，本發明的方法適用于發射天線數目M為大于等于1的任意整數，但接收天線數目必須大于等于遍歷天線數目^的MIMO系統。本發明的方法效果可以通過以下理論分析和仿真實驗進一步說明l.理論分析對于本實例中發射、接收天線數目均為6，遍歷天線數目為3，每一根發射天線調制信號的星座點數均為4，又令[Ji^y]表示X行y列的矩陣，分別利用ML方法、ML-DFE方法和本發明的方法，檢測發射、接收天線均為6的VBLAST系統的每一個時隙的輸入信號，其檢測結果如表1所示。表1三種不同<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表1可見，ML方法主要是要運算4S次[6+6]和[6"]的兩個矩陣相乘，ML-DFE方法主要是要運算43次[6*3]和[3*1]的兩個矩陣相乘，本發明的方法主要是要運算43次[6*6]和[6*1]的兩個矩陣相乘，本發明的方法復雜度比ML方法要低，而ML-DFE方法的復雜度略低于本發明的方法復雜度。2.仿真條件仿真中采用發射、接收天線均為6的VBLAST系統，假定信道矩陣//由獨立同分布的復高斯隨機變量組成，均值為零，方差為l，噪聲為高斯白噪聲，均值為o，方差《由歸二化信噪比確定，仿真信噪比范圍為016dB，每隔2dB仿真一次，仿真1000幀，每幀的幀長為50，信道為一幀內保持不變且幀與幀之間相互獨立的塊衰落。3.仿真結果仿真結果如圖3所示，其中"ML"表示用QPSK調制的6發6收VBLAST基于全空間最大似然檢測的性能曲線；"HPML-d=l"表示用QPSK調制的本發明的檢測方法在遍歷天線數目為1的情況下的性能曲線；"HPML-d=2"表示用QPSK調制的本發明的檢測方法在遍歷天線數目為2的情況下的性能曲線；"HPML-d=3"表示用QPSK調制的本發明的檢測方法在遍歷天線數目為3的情況下的性能曲線；"HPML-d=0(ZF-DFE)"表示用QPSK調制的本發明的檢測方法在遍歷天線數目為0的情況下的性能曲線；"ML-DFE(k=3)"表示用QPSK調制的ML-DFE方法在使用最大似然方法檢測的天線數目為3的情況下的性能曲線。A.比較圖3中的"ML"和"HPML-d=3"兩條曲線，得到以下結論全空間ML方法的誤比特率性能要優于本發明的方法的誤比特率性能，但本發明的方法的誤比特率性能十分接近全空間ML方法的誤比特率性能。B.比較圖3中的"HPML-d=3"和"ML-DFE(k=3)"兩條曲線，得到以下結論本發明的方法的誤比特率性能明顯優于ML-DFE方法的誤比特率性能。C.比較圖3中的"HPML-d=l，，、"HPML-d-2，，、"HPML-d=3，，、"HPML-d=0(ZF-DFE)"、"ML"這五條曲線，得到以下結論本發明的方法的誤比特率隨著遍歷天線數目的增大而降低，當遍歷天線數目增大到最接近，但不小于發射天線數目一半的整數時，本發明的方法的誤比特率已十分接近全空間ML方法的誤比特率性能。綜上所述，本發明的方法的誤比特率性能介于全空間ML方法和ML-DFE方法之間，方法復雜度介于全空間ML方法和ML-DFE方法之間，是一種折中方案。雖然本發明的方法復雜度比ML-DFE方法復雜度略高，但在略微提高方法復雜度的情況下，本發明的方法的誤比特率性能逼近了全空間ML方法的最優誤比特率性能。權利要求1.一種基于逼近最大似然性能的低復雜度垂直分層空時碼檢測方法，包括如下步驟(1)選取小于發射天線數目M的遍歷天線數目d，按照該遍歷天線數目找出信道矩陣中均方誤差MSE最大的d列向量，并對剩余M-d列向量進行信噪比排序；(2)在信噪比排序的基礎上，對d列向量對應的所有候選d維碼元符號進行遍歷，得到每一個候選d維碼元符號對應的M-d維碼元符號，并將對應的M-d維碼元符號與d維碼元符號合并，得到對應的M維碼元符號；(3)將得到的所有M維碼元符號作為候選集，進行最大似然檢測。2.根據權利要求1所述的垂直分層空時碼檢測方法，其中步驟(1)所述的選取小于發射天線數目M的遍歷天線數目^是根據系統對誤比特率的要求，取^為小于M的任意數，若系統要求誤比特率較低，則取^較大，反之，則取^較小，一般情況下，d取最接近，但不小于Af/2的整數。3.根據權利要求1所述的垂直分層空時碼檢測方法，其中步驟(1)所述的按照遍歷天線數目找出信道矩陣中均方誤差MSE最大的d列向量，是算出信道矩陣中所有列向量的元素的平方和，然后用每一個平方和與對應列向量的噪聲相除，得到每一個列向量對應的均方誤差，取其中最大的d個均方誤差對應的列向量作為均方誤差最大的^列向量。4.根據權利要求1所述的垂直分層空時碼檢測方法，其中步驟(1)所述的對剩余MW列向量進行信噪比排序，是將列向量按信噪比大小從小到大排序。5.根據權利要求1所述的垂直分層空時碼檢測方法，其中步驟(2)所述的將對應的MW維碼元符號與d維碼元符號合并，得到對應的M維碼元符號，是用得到的對應的維碼元符號作為第d+l維到第M維的碼元符號，并將該第d+l維到第M維的碼元符號與^維碼元符號組成一個M維的碼元符號。全文摘要本發明公開了一種基于逼近最大似然性能的低復雜度垂直分層空時碼檢測方法。其過程是(1)選取小于發射天線數目M的遍歷天線數目d，按照該遍歷天線數目找出信道矩陣中均方誤差MSE最大的d列向量，并對剩余M-d列向量進行信噪比排序；(2)在信噪比排序的基礎上，對d列向量對應的所有候選d維碼元符號進行遍歷，得到每一個候選d維碼元符號對應的M-d維碼元符號，并將對應的M-d維碼元符號與d維碼元符號合并，得到對應的M維碼元符號；(3)將所有M維碼元符號作為候選集，進行最大似然檢測，得到最終檢測結果。本發明相對于現有的低復雜度垂直分層空時碼的檢測方法，具有能逼近全空間最大似然性能的優點，可用于MIMO系統中的分層空時碼檢測。文檔編號H04L25/02GK101540659SQ20091002228公開日2009年9月23日申請日期2009年4月30日優先權日2009年4月30日發明者劉龍偉,盧曉峰,張海林,武德斌,程文馳申請人:西安電子科技大學