[發(fā)明專利]一種MIMO系統(tǒng)的檢測方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410083479.X
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN104901910A
• 公開（公告）日: 2015-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李剛
• 申請（專利權(quán)）人: 電信科學(xué)技術(shù)研究院
• 主分類號: H04L25/03
• 分類號: H04L25/03;H04B7/08
• 代理公司: 北京同達(dá)信恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11291
• 代理人: 劉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)的檢測方法及裝置。

背景技術(shù)

高速無線數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)與用戶數(shù)量的迅速增長，需要更高速率、更大容量的無線鏈路的支持，而決定無線鏈路傳輸效能的最根本因素在于信道容量。空間復(fù)用MIMO技術(shù)有效提高了信道容量，是長期演進(jìn)（LTE）系統(tǒng)的核心技術(shù)。

對于空間復(fù)用MIMO系統(tǒng)的檢測，現(xiàn)有的檢測算法主要包括線性檢測、序列干擾抵消（SIC）檢測、最大似然檢測（ML）。

線性檢測算法和SIC算法的硬件實現(xiàn)復(fù)雜度比較低，但是二者在衰落嚴(yán)重的無線信道下性能很差，與ML算法的性能有較大的差距。

ML算法計算接收信號和所有可能向量之間的歐幾里得距離，并找到一個最小的距離。當(dāng)所有的發(fā)射向量等可能時，ML算法達(dá)到最大后驗概率（MAP）檢測的最佳性能。然而它的復(fù)雜度隨調(diào)制階數(shù)和發(fā)射天線數(shù)量的增加而上升。

ML算法遍歷式的搜索因為其繁重的計算復(fù)雜度使得在實際系統(tǒng)中不能或者很難實現(xiàn)。目前主要采用基于樹搜索的球形譯碼（SD）檢測算法來降低ML算法的復(fù)雜度。

球形譯碼檢測算法的基本思想是將ML檢測的全遍歷搜索縮小到一個確定半徑的多維球形空間內(nèi)，以達(dá)到減少M(fèi)L檢測復(fù)雜度的目的。其基本的算法流程類似ML的點搜索過程，性能方面接近ML。

基于樹搜索的SD檢測算法可以將MIMO信號的檢測等效為對樹結(jié)構(gòu)的搜索。在這個樹結(jié)構(gòu)中，每個父節(jié)點所需要展開的子節(jié)點數(shù)目是由此層所使用的星座圖中星座點個數(shù)決定的。每個節(jié)點對應(yīng)一組部分信息向量，每兩個相連的節(jié)點之間的線段權(quán)重是對應(yīng)的部分歐幾里得距離。MIMO信號檢測問題可以被轉(zhuǎn)化為在一個樹結(jié)構(gòu)中搜索權(quán)重最小的節(jié)點的問題，這是最短路徑問題的一種簡化。

基于樹搜索的SD檢測算法的核心思想在于對ML檢測中的搜索向量進(jìn)行約束，從而減小搜索的范圍和擴(kuò)展的節(jié)點數(shù)目。根據(jù)基本的算法理論，遍歷一個樹結(jié)構(gòu)的方法有深度優(yōu)先算法、廣度優(yōu)先算法和度量值優(yōu)先算法。其中，廣度優(yōu)先SD檢測算法更適于硬件實現(xiàn)。

廣度優(yōu)先SD檢測算法從根節(jié)點開始，按照廣度優(yōu)先的原則遍歷樹結(jié)構(gòu)，在樹搜索的過程中，每一層只保留K條具有最小部分歐幾里得距離之和的路徑（幸存路徑）。主要步驟是：假設(shè)當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)行到k+1層，算法首先基于每層保留的K個幸存路徑的父節(jié)點擴(kuò)展子節(jié)點，每個父節(jié)點擴(kuò)展出M個子節(jié)點，得到K*M條新的路徑。然后，將擴(kuò)張后的K*M條路徑按照累積歐幾里得距離之和（即累積度量值）進(jìn)行排序，保留最小的K條作為下一層的幸存路徑，并將其他路徑刪除。重復(fù)這一操作直到達(dá)到樹結(jié)構(gòu)的葉節(jié)點為止。

在廣度優(yōu)先SD檢測算法的樹搜索過程中，主要的運(yùn)算量是每一層的兩種操作帶來的：

（1）每個父節(jié)點擴(kuò)展出M個子節(jié)點，計算每個子節(jié)點分支度量值帶來的乘法和加法運(yùn)算。在此過程中，每個父節(jié)點所需要擴(kuò)展的子節(jié)點數(shù)目是由此層所使用的星座圖中星座點個數(shù)決定的。例如正交相移鍵控（Quadrature?Phase?Shift?Keying，QPSK）調(diào)試方式下，一個父節(jié)點擴(kuò)展出4個子節(jié)點；而在64正交振幅調(diào)制（Quadrature?Amplitude?Modulation，QAM）調(diào)制方式，一個父節(jié)點擴(kuò)展出64個子節(jié)點。每個子節(jié)點擴(kuò)展后，都要計算新路徑的歐幾里得距離，涉及到一定的乘法和加法運(yùn)算。一個父節(jié)點擴(kuò)展的子節(jié)點數(shù)目越多，帶來的乘法和加法運(yùn)算量也成比例增加。

（2）擴(kuò)展K*M條路徑后進(jìn)行排序帶來的比較運(yùn)算。在此過程中，每一層需要將K*M條路徑由小到大排序，保留最小的K條作為下一層的幸存路徑，并將其他路徑刪除。在K*M較大時，會帶到大量的排序運(yùn)算，使硬件實現(xiàn)非常復(fù)雜。

針對每一層運(yùn)算量大的問題，已有改進(jìn)算法通過限制擴(kuò)展子節(jié)點的數(shù)目來降低運(yùn)算量。例如基于候選集的廣度優(yōu)先算法：對于不同的調(diào)制方式設(shè)定子節(jié)點候選集，其僅僅是星座圖中所有星座點的一個子集。因此，通過候選集擴(kuò)展的子節(jié)點數(shù)目M是明顯小于星座圖中星座點總數(shù)目。相比原始算法，減小了M值，降低整體運(yùn)算量。但是，由于M數(shù)值較小時會對檢測性能帶來顯著影響，M數(shù)值的設(shè)定受到一定限制。