一種多輸入多輸出系統中接收信號的檢測方法及檢測器的製作方法
2023-09-13 10:07:05 4
專利名稱：一種多輸入多輸出系統中接收信號的檢測方法及檢測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種MIMO (多輸入多輸出) 系統中對接收信號的檢測方法及檢測器。
背景技術：
隨著移動用戶的增多以及人們對移動通信業務的追求已從單純的語音 業務擴展到多媒體業務，頻率資源顯得日趨緊張。如何在有限的頻帶內提供 更大的通信容量成為未來高速無線移動通信系統發展的主要^^戰。MIMO系 統是一種利用多根發射天線和多根接收天線進行數據傳輸的無線通信系統， 信道容量隨著天線數量的增大而線性增加。在不增加帶寬和發送功率的情況 下，頻譜利用率可以成倍地提高。由於MIMO系統具有極高的頻譜利用率， 因此被認為是未來移動通信系統物理層關鍵技術之一 。
基於MMSE (最小均方誤差)的串行千擾消除方法(MMSE-SIC )是一 種性能和複雜度折中的適合於MIMO系統的檢測方法，該方法基於最小均 方誤差準則，按照接收信噪比排序檢測，選擇SNR (信噪比)最高的接收 天線信號進行檢測，從接收信號中將已檢測出的數據流引起的幹擾刪除掉， 然後重新排序，依次檢測出發送的獨立的數據流。但在這種方法裡，求加權 矩陣時要經過矩陣求逆和排序運算，當收發射天線數目增多時，實現複雜度 非常高。
為了降低MMSE-SIC檢測實現的複雜度，提出了基於信道矩陣H進行 QR分解的檢測方法，將接收端信道估計出的信道矩陣分解為一個酉陣Q和 一個上三角矩陣R， R是一方陣，其維數與發射天線個數相等。QR分解的 檢測方法在檢測時從下往上依次檢測，如果第一次檢測錯誤會造成誤差傳 播，所以第一次檢測要選擇信噪比最高的一路信號，然而現在的QR分解方 法是從上到下依次進行，不能使這一條件得到保證，由此產生排序QR分解
方法SQRD。 SQRD主要是為了保證每一步檢測時信號的信噪比最高，以得 到最好的檢測性能。SQRD檢測方法雖然降低了檢測複雜度，但性能不如 MMSE-SIC檢測方法。
發明內容
針對以上不足，本發明要解決的技術問題是提供一種MIMO系統中對 接收信號的檢測方法及檢測器，能降低實現的複雜度，同時不影響檢測性能。
為了解決上述技術問題，本發明提供一種多輸入多輸出系統中接收信號 的檢測方法，其特徵在於，包括
a、對接收信號^和估計出的信道矩陣/^^進行變換，得到變換後的接
收信號formula see original document page 5及變換後的信道矩陣
其中M接收天線數，N為發射天線數， 為噪聲的矢量，nM為接收 天線加性噪聲矢量；
b、根據變換後的接收信號^^及變換後的信道矩陣互 ^,採用QR 分解方法檢測還原發送信號。
進一步的，所述步驟b具體包括
bl、對變換後的信道矩陣2^^^進行QR分解，得到正交矩陣Q和上 三角矩陣R;
b2、信號檢測模塊利用排序QR分解方法檢測還原發送信號，得到發送 信號的估計值。
進一步的，所述步驟bl中，變換後的信道矩陣仏^^w進行QR分解後
進 一 步的，所述步驟b2中，得到發送信號的估計值為
進一步的，所述步驟a前還包括接收端接收信號後，根據其中的導頻 估計信道矩陣/^^
得到HMxn.
本發明還提供了一種多輸入多輸出系統中的檢測器，包括信道變換模塊
及QR分解檢測模塊；
所述信道變換模塊用於接收信道估計模塊估計的信道矩陣/^M ，並對 該信道矩陣//Mxw和接收信號~進行變換，得到變換後的接收信號和變
換後的信道矩陣絲formula see original document page 6如下formula see original document page 6
其中M接收天線數，N為發射天線數，CT 為噪聲的矢量，iiM為接收 天線加性噪聲矢量；
所述QR分解檢測模塊用於根據變換後的接收信號和變換後的信道 矩陣絲(A^v^，採用QR分解^f全測還原發送信號。
進一步的，所述QR分解檢測模塊包括矩陣分解子模塊和信號檢測子模
塊；
所述矩陣分解子模塊用於接收變換後的信道矩陣^(M+/V-並對其進行 QR分解，得到正交矩陣Q和上三角矩陣R;
所述信號檢測子模塊用於根據正交矩陣Q和上三角矩陣R,按照排序 QR分解方法檢測還原發送信號，得到發送信號的估計值。
進一步的，所述矩陣分解子模塊對變換後的信道矩陣互(^,^進行QR
進一步的，所述信號檢測子模塊得到的發送信號的估計值為formula see original document page 6
本發明的技術方案通過將排序QR分解與最小均方誤差檢測方法結合， 根據最小均方誤差準則對信道矩陣和接收信號進行變換，然後採用QR分解 方法檢測，與原用的MMSE-SIC檢測方法性能相當，但複雜度明顯低於原 有SIC (串行幹擾消除)檢測方法，且避免了原有檢測方法中對加權矩陣的
分解得到叢
求逆運算；當優化方案中採用排序QR分解檢測時，其性能優於現有的排序 QR分解4全測方法。
圖1為MIMO系統的基本原理框圖2為本發明MIMO系統中接收信號的檢測方法的具體實施流程圖3為本發明的檢測方法與SIC檢測方法及排序QR分解衝全測方法性能 對比結果對比結果圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖及實施例對本發明的技術方案進行更詳細的說明。
本發明提供了一種MIMO系統中對接收信號的檢測方法和^r測器，同 時這種方法及檢測器適用於其它可建模成MIMO的通信系統。
圖1是MIMO系統的基本原理框圖，發射天線數為N，接收天線數為 M。在發射端，高速數據比特流經串並變換成N路低速數據流，每一路數據 比特流調製後分別從不同的天線同時發射出去；經過無線信道衰落後，來自 不同發射天線的信號與噪聲疊加後被多個天線同時接收，MIMO衝全測器利用 信道估計模塊產生的信道狀態信息從接收信號中恢復出發送信號，並發送給 解調模塊；解調後經過並/串變換得到發送端的數據比特流。本系統中沒有 考慮信道編碼，該系統基帶信號輸出信號可以表示為~=//^~+ 。
其中rM為M根接收天線的接收信號矢量，HMxN為M根接收天線和N 根發射天線之間的信道矩陣，tw為N根發射天線信號矢量，riM為M根接收 天線加性噪聲矢量。在進行MIMO檢測處理之前，首先要通過信道估計器 獲得信道矩陣的估計值，這裡假設是理想信道估計。
MMSE準則下的加權矩陣為GM-(《^顧+cxX):/f:; HH為信 道矩陣H的共軛轉置， 2為每一根接收天線的噪聲功率，IN為N*N的單位
矩陣。發送信號的估計值為
本發明提供的MIMO系統中接收信號的檢測方法包括以下步驟
A、 當接收端通過接收天線接收信號後，信道估計模塊根據接收到信號 的導頻，採用現有技術估計信道矩陣；由導頻估計出的信道矩陣為i^^, 其中N為發射天線個數，M為接收天線個數。
B、 信道變換模塊對接收端接收到的信號^和信道矩陣^^進行變換， 得到變換後的接收信號^+JV和變換後的信道矩陣互e一如下
互
她w
(1)
其中， 為噪聲的矢量。
C、 QR分解檢測模塊中的矩陣分解子模塊對變換後的信道矩陣互,^w 進行QR分解，分解的方法同現有技術，得到正交矩陣Q和上三角矩陣R 如下:
formula see original document page 8
從式(2)可得到下面的兩個關係式:
formula see original document page 8 對式(2)兩邊左乘以2:,^,得到下面的關係式
formula see original document page 8D、 QR分解檢測模塊中的信號檢測子模塊利用排序QR分解方法檢測 還原發送信號；當然，在實際應用中，可以利用任意QR分解方法來進行才企
測還原。
從前面的式子可以得到，對於變換後的接收信號，加權矩陣為g"
接收信號 +w左乘以gH ,得到發送信號的估計值為
即formula see original document page 9
因為
formula see original document page 9
所以有:
formula see original document page 9(5)
將~ = F她w .~ + 代入式(5 )得到發送信號的估計值為
formula see original document page 9 (6 )
將式(4)代入式(6)可以得到
(7)
formula see original document page 9
式(7)第二項包含一個下三角矩陣g，- 該項為通過SIC後未被消除 掉的幹擾項，即採用MMSE準則後，不能完全將上層對下層的幹擾去掉， 本發明的檢測方法在噪聲放大與幹擾消除之間取了 一個折中。不同層的估計 誤差對應於誤差協方差矩陣的對角元素，千擾消除後的估計誤差為formula see original document page 9其中t/是QR分解得到的上三角矩陣R的主對角線元素的模的平方。
綜上所述，本發明4企測方法的複雜度遠小於MMSE-SIC 4企測方法，而 檢測性能則可以從實驗數據進行判斷，圖3所示為發射天線、接收天線均為 2,採用QPSK (正交相移鍵控)調製方式，無信道編碼時，現有檢測方法 與本發明檢測方法的仿真結果；圖4所示為發射天線、接收天線均為2，採
用16QAM (正交幅度調製)調製方式，無信道編碼時，現有檢測方法與本 發明檢測方法的仿真結果；可以看出圖3中，本發明檢測方法的性能優於現 有的排序QR分解檢測方法，與現有的MMSE-SIC檢測方法性能相當；圖4 中本發明檢測方法的性能也優於現有的排序QR分解檢測方法，與現有的 MMSE-SIC檢測方法性能基本相當。
本發明還提供了 一種MIMO系統中的檢測器，包括信道變換模塊及QR 分解檢測模塊；
所述信道變換模塊用於接收信道估計模塊估計出的信道矩陣//MxA,,並 對該信道矩陣/fWxW及接收端接收到的信號^進行變換，得到變換後的接收 信號和變換後的信道矩陣&M+^W如下
+
亂
紙W
所述QR分解檢測模塊用於根據變換後的接收信號~+;v和變換後的信道 矩陣互,^v，釆用QR分解^f全測還原發送信號，包括矩陣分解子模塊和信 號檢測子模塊；
所述矩陣分解子模塊用於接收變換後的信道矩陣互(M^-並對其進行 QR分解，得到正交矩陣Q和上三角矩陣R如式(2);
所述信號檢測子模塊用於根據正交矩陣Q和上三角矩陣R,按照排序 QR分解方法檢測還原發送信號，得到發送信號估計值如式(7),並輸出給 調製器。
當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的 形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1、一種多輸入多輸出系統中接收信號的檢測方法，其特徵在於，包括:a、對接收信號rM和估計出的信道矩陣HM×N進行變換，得到變換後的接收信號及變換後的信道矩陣其中M接收天線數，N為發射天線數，σn為噪聲的矢量，nM為接收天線加性噪聲矢量；b、根據變換後的接收信號rM+N及變換後的信道矩陣H(M+N)xN，採用QR分解方法檢測還原發送信號。
2、 如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，所述步驟b具體包括 bl、對變換後的信道矩陣仏M+，進行QR分解，得到正交矩陣Q和上三角矩陣R;b2、信號檢測模塊利用排序QR分解方法檢測還原發送信號，得到發送 信號的估計值。
3、 如權利要求2所述的檢測方法，其特徵在於，所述步驟bl中，變換 後的信道矩陣私^^w進行QR分解後得到-她W 二似W
4、如權利要求3所述的檢測方法，其特徵在於，所述步驟b2中，得到發送信號的估計值為formula see original document page 2
5、 如權利要求1所述的檢測方法，其特徵在於，所述步驟a前還包括 接收端接收信號後，根據其中的導頻估計信道矩陣//MxW 。
6、 一種多輸入多輸出系統中的檢測器，包括信道變換模塊及QR分解 檢測模塊；所述信道變換模塊用於接收信道估計模塊估計的信道矩陣/^^ ,並對 該信道矩陣//MxW和接收信號rM進行變換，得到變換後的接收信號和變 換後的信道矩陣^^，如下formula see original document page 2H她w其中M接收天線數，N為發射天線數，cr 為噪聲的矢量，IlM為接收 天線加性噪聲矢量；所述QR分解檢測模塊用於根據變換後的接收信號和變換後的信道 矩陣互(m+w,採用QR分解檢測還原發送信號。
7、 如權利要求6所述的檢測器，其特徵在於，所述QR分解檢測模塊 包括矩陣分解子模塊和信號檢測子模塊；所述矩陣分解子模塊用於接收變換後的信道矩陣g(M+;V)rf並對其進行 QR分解，得到正交矩陣Q和上三角矩陣R;所述信號檢測子模塊用於根據正交矩陣Q和上三角矩陣R，按照排序 QR分解方法檢測還原發送信號，得到發送信號的估計值。
8、 如權利要求7所述的檢測器，其特徵在於，所述矩陣分解子模塊對變換後的信道矩陣互(歸w進行QR分解得到互(a,+， ，
9、 如權利要求8所述的檢測器，其特徵在於，所述信號檢測子模塊得 到的發送信號的估計值為f' w = S腦 ~ - 2 ^似W lW
全文摘要
本發明提供一種多輸入多輸出系統中接收信號的檢測方法及檢測器；方法包括對接收信號rM和估計出的信道矩陣HM×N進行變換，得到變換後的接收信號如右式(Ⅰ)，及變換後的信道矩陣如右式(Ⅱ)；根據變換後的接收信號rM+N及變換後的信道矩陣如右式(Ⅲ)，採用QR分解方法檢測還原發送信號。所述檢測器包括信道變換模塊及QR分解檢測模塊。所述信道變換模塊用於對信道矩陣HM×N和接收信號rM進行變換，所述QR分解檢測模塊用於根據變換後的接收信號rM+N和變換後的信道矩陣如右式(Ⅲ)，採用QR分解檢測還原發送信號。本發明與原用的MMSE-SIC檢測方法性能相當，但複雜度明顯降低。
文檔編號H04L1/06GK101378300SQ200710148019
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月29日 優先權日2007年8月29日
發明者孫雲鋒, 李成恩, 段亞軍, 王衍文, 瓊 趙 申請人:中興通訊股份有限公司