一種基於球形解碼算法的半徑更新方法和裝置與流程

2023-09-12 09:10:50 1

本發明涉及通信領域，尤其涉及一種基於球形解碼算法的半徑更新方法和裝置。

背景技術：

廣義空間調製技術是空間調製技術中的一種，廣義空間調製技術常採用球形解碼檢測算法檢測接收信號。球形解碼檢測算法的關鍵是在搜索星座點過程中對於更新半徑R的選擇。更新半徑R選擇過小，會讓球形解碼檢測算法得不到合理的解，而更新半徑R選擇過大，又使得計算量增大。目前的球形解碼檢測算法是依靠在初始半徑的基礎上不斷減少每個層級上的半徑調整量來得到最終的更新半徑，因為當前搜索層級後的未搜索層級的半徑調整量未知，因此，現有技術通常採用忽略未搜索層級的半徑調整量，以簡化計算出每層的更新半徑。

在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題：

由於忽略未搜索層級的半徑調整量，用於搜索的更新半徑被一定程度的放大，增加了額外的計算量。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用發明實施例提供了一種基於球形解碼算法的半徑更新方法和裝置，通過運用非中心卡方分布的期望值來裁剪更新半徑，降低現有技術中球形解碼檢測算法的複雜度。

第一方面，本發明提供了一種基於球形解碼算法的半徑更新方法，所述方法包括：

獲取當前搜索層級，半徑初始值以及在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量；

基於非中心卡方分布，計算在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值；

根據所述半徑初始值、在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量，以及，在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的期望值，計算所述當前搜索層級的半徑。

如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述基於非中心卡方分布，計算在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值包括：

根據公式計算在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值；其中，i為當前搜索層級；為當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的方差；為非中心因子，其中，為接收信號經過化簡後的值，R為信道矩陣化簡後的矩陣，為發射向量。

如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述根據所述半徑初始值、在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量，以及，在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值，計算所述當前搜索層級的半徑包括：

根據所述在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的期望值和未搜索層級的數量，確定所述未搜索層級對應的半徑調整量之和；

根據所述半徑初始值與當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量和在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值之和的差值，確定為所述當前搜索層級的半徑。

第二方面，本發明實施例提供一種基於球形解碼算法的半徑更新裝置，所述裝置包括：

獲取單元，用於獲取當前搜索層級，半徑初始值以及，在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量；

第一計算單元，用於基於非中心卡方分布，計算在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值；

第二計算單元，用於根據所述半徑初始值、在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量，以及，在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值，計算所述當前搜索層級的半徑。

如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述第一計算單元包括：

計算模塊，用於根據公式計算在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值；其中，i為當前搜索層級；為當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的方差；為非中心因子，其中，為接收信號經過化簡後的值，R為信道矩陣化簡後的矩陣，為發射向量。

如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述第二計算單元包括：

第一確定模塊，用於根據所述在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的期望值和未搜索層級的數量，確定所述未搜索層級對應的半徑調整量之和；

第二確定模塊，用於根據所述半徑初始值與當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量和在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值之和的差值，確定為所述當前搜索層級的半徑。

本發明實施例提供了一種基於球形解碼算法的半徑更新方法和裝置，未搜索層級的半徑調整量的總和服從非中心卡方分布，計算出非中心卡方分布的期望值，根據所述期望值估算出未搜索層級的半徑調整量的總和依靠估算出來的數值對更新半徑進行剪裁，使得選擇的更新半徑更加精確。相比於現有技術中直接忽略未搜索層級的半徑調整量，本發明提供的這種求解更新半徑的方法既保證了檢測的性能，又降低了球形解碼檢測算法複雜度，提高了檢測速度。

【附圖說明】

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發明實施例提供的一種基於球形解碼算法的半徑更新方法的方法流程圖；

圖2是本發明實施例提供的另一種基於球形解碼算法的半徑更新方法的方法流程圖；

圖3是本發明實施例提供的另一種基於球形解碼算法的半徑更新方法的方法流程圖；

圖4是本發明實施例提供的一種基於球形解碼算法的半徑更新裝置的結構組成圖；

圖5是本發明實施例提供的一種基於球形解碼算法的半徑更新裝置的結構組成圖；

圖6是本發明實施例提供的一種基於球形解碼算法的半徑更新裝置的結構組成圖。

【具體實施方式】

為了更好的理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明實施例進行詳細描述。

應當明確，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明實施例中使用的術語是僅僅出於描述特定實施例的目的，而非旨在限制本發明。在發明實施例和所附權利要求書中所使用的單數形式的「一種」、「所述」和「該」也旨在包括多數形式，除非上下文清楚地表示其他含義。

應當理解，本文中使用的術語「和/或」僅僅是一種描述關聯對象的關聯關係，表示可以存在三種關係，例如，A和/或B，可以表示：單獨存在A，同時存在A和B，單獨存在B這三種情況。另外，本文中字符「/」，一般表示前後關聯對象是一種「或」的關係。

本發明實施例提供的基於球形解碼算法的半徑更新方法可適用於MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出)系統中。

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出)系統的接收信號的表達式

y＝pHx+n

其中，y是接收信號；p是接收天線的信噪比；H是信道矩陣；x是發射信號；n是信道噪聲，它服從期望值為0，方差為的正態分布。

廣義空間調製技術的球形解碼算法的實數域表達式為

其中，是檢測出的發射天線序號；是檢測出的發射星座點；是廣義空間調製中的實數域接收信號；是廣義空間調製中的實數域信道矩陣；是廣義空間調製中的實數域發射信號；C是球形解碼檢測搜索半徑；φ是激活的發射天線組合；s是所有可能發射的星座符號。

將廣義空間調製系統中的實數域球形解碼表達式展開，表達式化簡為：

上式中Nr為接收天線數；為信道矩陣H激活的所有列的和；β′i是接收信號向量與發射信號向量的差值，即定義為球形解碼檢測的第k搜索層對應的半徑調整量。

計算球形解碼檢測的更新半徑的理論推導公式為

其中，c0是半徑初始值，ci是當前搜索層級的半徑，是已經搜索層級的半徑調整量的總和，是未搜索層級的半徑調整量的總和。

在現有技術中未搜索層級的半徑調整量的總和是未知的，而已搜索層級的半徑調整量的總和是可以計算出來的，因此，傳統的球形解碼算法在求解更新半徑時採用放大的方式，直接忽略掉未搜索層級的半徑調整量的總和，從而計算出更新半徑，即而本發明的思想是利用非中心卡方分布的期望值估算出未搜索層級的半徑調整量的總和，從而依靠非中心卡方分布的期望值對更新半徑進行裁剪。

本發明實施例提供了一種基於球形解碼算法的半徑更新方法，如圖1所示，該方法具體步驟如下：

101、獲取當前搜索層級，半徑初始值以及，在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量。

所述半徑初始值是在球形解碼檢測前已定義好的，所述半徑初始值與現有技術中半徑初始值的選擇方式一樣。

所述在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量是計算更新半徑的一項參量，因為球形解碼檢測的搜索是自下而上的，所以所述在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量是可以計算出來的，其計算方法與現有技術中計算的方法一樣。

102、基於非中心卡方分布，計算在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值。

所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和是服從非中心卡方分布的，其證明過程如下：

因為將公式展開其中是某一時刻的發射向量，是收端檢測時假設的發端發出的向量。由於某一特定時刻是固定的，對於某一次搜索也是固定的，所以在某一特定時刻、某一次特定的檢測時，是常量。一個正態分布的隨機變量疊加一個常量後仍服從正態分布，所以服從期望值為u′k，方差為的正態分布。有非中心卡方分布的定義：m個獨立同分布的、均值為ui(i∈{1,...,m})、方差為1的正態隨機變量的平方和服從自由度為m的非中心卡方分布，可以證明出服從非中心卡方分布。

103、根據所述半徑初始值、在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量，以及，在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的期望值，計算所述當前搜索層級的半徑。

本發明實施例提供了一種基於球形解碼算法的半徑更新方法，未搜索層級的半徑調整量的總和服從非中心卡方分布，計算出非中心卡方分布的期望值，根據所述期望值估算出未搜索層級的半徑調整量的總和依靠估算出來的數值對更新半徑進行剪裁，使得選擇的更新半徑更加精確。相比於現有技術中直接忽略未搜索層級的半徑調整量，本發明提供的這種求解更新半徑的方法既保證了檢測的性能，又降低了球形解碼檢測算法複雜度，提高了檢測速度。

進一步，為實現步驟102所述基於非中心卡方分布，計算在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值，本發明實施例提供了一種可能的實現方式，如圖2所示，該方法步驟具體如下：

104、根據公式計算在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值。

其中，i為當前搜索層級；為當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的方差；為非中心因子，定義u′是服從正態分布的隨機變量的期望值，所述隨機變量是接收信號向量與發送信號向量的差值，即其中，為接收信號經過化簡後的值，R為信道矩陣化簡後的矩陣，為發射向量。

信道矩陣H經過QR分解，可以分解出Q矩陣和R矩陣相乘的形式，即H＝QR。接收信號左乘Q矩陣的共軛轉置矩陣得到QR分解後的H矩陣左乘Q矩陣的共軛轉置矩陣得到R。

補充說明，是的近似表達式，本算法定義的其中u′i是當前搜索層的接收信號功率與發送信號功率的差值的期望值，即試想每根天線發射符號的概率等同，每個星座符號出現的概率也等同，所以從長期來看，每根接收天線在多個時刻接收到的符號與所有接收天線在某一個時刻接收到的符號具有近似的分布，其期望相同。另外，由於矩陣R中的元素通常都很小，發射向量中元素也很小且只有兩個元素不為0，所以可以將u′k看作是一個固定值u′，因此，估算未搜索層級的半徑調整量總和的期望值的計算公式為：

進一步，為了實現步驟103所述根據所述半徑初始值、在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量，以及，在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的期望值，計算所述當前搜索層級的半徑，本發明實施例提供了相應的方法，如圖3所示，具體步驟包括：

105、根據所述在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的期望值和未搜索層級的數量，確定所述未搜索層級對應的半徑調整量之和。

106、根據所述半徑初始值與當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量和在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值之和的差值，確定為所述當前搜索層級的半徑。

本發明實施例提供一種基於球形解碼算法的半徑更新裝置，可實現上述各方法流程，其組成如圖4所述，所述裝置包括：

獲取單元21，用於獲取當前搜索層級，半徑初始值以及，在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量。

第一計算單元22，用於基於非中心卡方分布，計算在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值。

第二計算單元23，用於根據所述半徑初始值、在當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量，以及，在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值，計算所述當前搜索層級的半徑。

可選的是，如圖5所示，所述第一計算單元22包括：

計算模塊221，用於根據公式計算在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值；其中，i為當前搜索層級；為當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的方差；為非中心因子，其中，為接收信號經過化簡後的值，R為信道矩陣化簡後的矩陣，為發射向量。

可選的是，如圖6所示，所述第二計算單元23包括：

第一確定模塊231，用於根據所述在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量的期望值和未搜索層級的數量，確定所述未搜索層級對應的半徑調整量之和。

第二確定模塊232，用於根據所述半徑初始值與當前搜索層級前的其它已搜索層級各自對應的半徑調整量和在所述當前搜索層級後的未搜索層級對應的半徑調整量總和的期望值之和的差值，確定為所述當前搜索層級的半徑。

本發明實施例提供了一種基於球形解碼算法的半徑更新裝置，未搜索層級的半徑調整量的總和服從非中心卡方分布，計算出非中心卡方分布的期望值，根據所述期望值估算出未搜索層級的半徑調整量的總和依靠估算出來的數值對更新半徑進行剪裁，使得選擇的更新半徑更加精確。相比於現有技術中直接忽略未搜索層級的半徑調整量，本發明提供的這種求解更新半徑的方法既保證了檢測的性能，又降低了球形解碼檢測算法複雜度，提高了檢測速度。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

在本發明所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統，裝置和方法，可以通過其它的方式實現。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現時可以有另外的劃分方式，例如，多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統，或一些特徵可以忽略，或不執行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現本實施例方案的目的。

另外，在本發明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以採用硬體的形式實現，也可以採用硬體加軟體功能單元的形式實現。

上述以軟體功能單元的形式實現的集成的單元，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。上述軟體功能單元存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機裝置(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡裝置等)或處理器(Processor)執行本發明各個實施例所述方法的部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、移動硬碟、只讀存儲器(Read-Only Memory，ROM)、隨機存取存儲器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的範圍之內。