[發明專利]基于路徑度量值的低復雜度MIMO系統球譯碼信號檢測方法

有效

• 申請號: 201410497917.7
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN104202127B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 牛凱;戴金晟
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/06
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司11018
• 代理人: 夏憲富

技術領域

本發明涉及一種低復雜度、高性能的球譯碼信號檢測方法，確切地說，涉及一種基于路徑度量值的低復雜度MIMO系統球譯碼信號檢測方法，用于解決數字通信信號通過MIMO系統傳輸后的譯碼檢測問題。屬于多天線數字通信系統的信號檢測技術領域。

背景技術

球譯碼(Sphere Decoding)是1999年Viterbo和Bouros提出的一種用于MIMO系統的信號檢測方法。球譯碼檢測算法原理是基于晶格多維調制理論，其發送信號相當于多維晶格圖中的一個晶格點，經過加性噪聲后，接收信號點會偏離原信號點。在沒有先驗信息的條件下，采用最大似然準則譯碼檢測是能夠實現的最優譯碼方法。在球譯碼檢測過程中，當接收到信號點后，為了達到最大似然譯碼檢測，原則上應該遍歷搜索晶格圖上所有有效信號點，找到與接收信號點歐式距離最近的有效信號點。但是，這種遍歷搜索方式的復雜度是指數級的，當天線數量與信號調制階數上升以后，其復雜度會迅速增加，該算法在現實中沒有實用價值。2003年Damen等提出的實際MIMO通信系統球譯碼方法，解決了上述遍歷搜索的問題，并且具有相對較低的復雜度。

球譯碼檢測方法的思路是：在譯碼開始前設置一個初始半徑，再以接收信號點為球心，以設置的初始半徑為球半徑畫出一個球體，然后在晶格圖上搜索出一個有效信號點，如果該信號點位于球體內，則以該信號點到接收信號點的歐式距離為半徑和接收信號點為球心，畫出一個新球體。如果該信號點不在球體內，則重新搜索信號點，按照此步驟重復執行，最后，譯碼球的半徑會不斷地縮小，直到球內部沒有其他信號點時，則將此時球面上的信號點作為檢測結果送至信號檢測器，由此達到最大似然檢測。

具體地來看，球譯碼過程主要用于解決在MIMO系統中每根信號接收天線都會同時收到多個發送天線發送的數據，導致原始發送數據混疊在一起而無法分離的問題。在MIMO系統復信號模型中，發送天線數量為M，接收天線數量為N，原始發送信號為向量λ＝(λ₁,λ₂,…,λ_M)^T，接收信號為向量π＝(π₁,π₂,…,π_N)^T。式中，向量λ中的每個元素分別為每根發送天線上的發送符號，向量π中的每個元素分別為每根接收天線上接收到的符號，(·)^T表示矩陣或向量的轉置操作。根據MIMO系統模型，則有π＝Bλ+v，其中，向量B為一個N行M列的信道響應矩陣，v為接收端的復高斯加性噪聲。

在球譯碼檢測過程中，首先需要將上述復信號模型轉換為等價的實信號模型，此時的接收信號為向量而發送信號為向量其中，n＝2N，m＝2M。加性噪聲MIMO系統模型中的信道響應矩陣B變換為集合其中，Re(·)和Im(·)分別表示取復數實部與虛部。這樣就將原來的復數域信號模型轉換為等價的實信號模型y＝Hx+z。以后本發明討論的球譯碼檢測方法均在實信號模型下進行。

再對實信號模型中的矩陣H進行QR分解，得到：其中，R是一個m行m列的上三角矩陣。還將酉矩陣Q^H(即Q的轉置矩陣)左乘上式，可得到y＝Rx+z，其中，x和y分別為發送信號向量和接收信號向量，z為接收端的加性噪聲向量。上式y＝Rx+z可以展開為如下等式：

再將該等式中的矩陣與向量運算展開后，得到表達式：式中，第a個符號受到了前(a-1)個符號的干擾，而第m個符號只受到噪聲的影響。

在基于QR分解的MIMO信號檢測時，x中各符號是以串行干擾抵消的方式按照序號執行逆序檢測，即從第m個符號開始，然后是第m-1個，第m-2個、……、直至最后第1個。球譯碼信號的檢測過程相當于在一顆以第m個符號為根節點、以第1個符號為葉節點的碼樹上搜索出一條路徑。

參見圖1，在最大似然譯碼檢測過程中，要求碼樹上搜索得到的路徑所代表的譯碼結果與接收信號的歐式距離最小。Damen提出了兩種實用化的球譯碼信號檢測方法，分別稱之為Pohst算法和SE算法，但是這兩者各有其利弊。下面對這兩種算法的基本操作步驟做簡要介紹：