一種球形解碼的初始半徑計算方法及裝置的製作方法

2023-10-06 09:20:04 2

專利名稱：一種球形解碼的初始半徑計算方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信中的多輸入輸出(MIMO)檢測，尤其涉及一種球形解碼的初始半徑計算方法及裝置。

背景技術：
在目前無線通信標準及其演進過程中，多輸入輸出(Multiple InputMultiple Output，MIMO)天線技術已經被廣泛採用。無論是3GPP長期演進技術中(long term evolution，LTE)，還是802.16系列技術演進版本中，都把正交頻分復用(OFDM)和MIMO技術作為關鍵技術被廣泛採用。與傳統的單輸入輸出(SISO)系統相比，MIMO系統的接收是在時間與頻域上均相互重疊情況進行MIMO信號檢測，因此，MIMO信號檢測複雜度大大高於傳統SISO信號檢測。
理論上，對MIMO信號可以通過最大似然(Maximum likelihood，ML)檢測方法進行檢測。但是，最大似然檢測需要遍歷搜索的星座圖點數隨著發射天線數、調製方式自由度的增加成指數增長，因此，在發射天線數多和高階調製的情況下，其運算複雜度是在實際系統中難以承受的。因此，尋找性能接近ML檢測方法，而複雜度大大降低的方法，就成為MIMO檢測技術在實際系統中能否實現的關鍵因素。
於是，Viterbo等在Pohst等的研究基礎上，對具有柵格狀星座圖的信號提出了球形解碼(Sphere Decoding，SD)算法。而Damen對這種算法推廣到MIMO信號檢測，並取得比垂直貝爾實驗室分層空時(V-BLAST)檢測好的性能。
球形解碼算法需要在進行球形解碼檢測之前預設一個初始解碼半徑d，而球形解碼算法本身的複雜度與初始解碼半徑d則呈指數關係。因此，如何確定初始解碼半徑d就變得比較關鍵。若半徑d過大，則球形解碼搜索網格點過多，導致複雜度增大；若半徑d過小，有可能在初始半徑球內沒有網格點而導致搜索失敗，需要增加初始半徑d進行重新搜索，也導致了複雜度增加。
在申請號為200610116780.1的中國專利申請文件中，公開了一種減小球形解碼初始化半徑方法，其主要基於預先設定的目標誤比特率(BER)性能確定需要仿真的比特數，然後再根據比特數和調製方式、發射天線數共同計算出初始半徑係數α，最後結合信道噪聲方差計算出初始半徑d。該方案對初始半徑d的選取存在如下不足 不能保證所選取的球體內肯定存在網格點，從而可能需要重新進行搜索； 在信噪比相對比較低的情況下，由於噪聲方差較大，導致選取初始半徑d過大，這樣會增加球形解碼的複雜度 針對上述球形解碼中存在的問題，在劉謙雷的博士論文，「MIMO通信系統信號檢測算法研究，南京東南大學，2006」中提出了一種基於接收信號最小均方差(MMSE)解選取初始半徑d的方法，一方面，規避了因初始半徑d過小，導致初始球體內沒有網格點的情況；另一方面，對於低信噪比信道條件，球形解碼複雜度得到降低。但是，該方法也存問題一方面，在相對比較高信噪比的條件下，其對球形解碼複雜度有時並沒有降低，甚至有時還要增加複雜度的情況；另一方面，在低、中信噪比的條件下，其對複雜度的降低還要更進一步優化的餘地。
因此，現有技術存在缺陷，需要進一步改進和完善。


發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種球形解碼的初始半徑計算方法及裝置，以準確確定球形解碼的初始半徑，在保證球形解碼性能的前提下，降低球形解碼算法複雜度。
為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下 一種球形解碼的初始半徑計算方法，包括如下步驟 A、計算當前信道的條件數和信噪比； B、根據所述條件數和信噪比計算一權值； C、根據調製方式和目標誤比特率計算一閥值； D、判斷所述權值是否大於所述閥值，若是，則基於信道噪聲方差計算初始半徑；否則，基於接收信號最小均方差解計算初始半徑。
上述的方法，步驟B中，權值的計算公式為 ψ＝-(1-β)*CN+β*SNR，其中，ψ為權值，β為權重係數，CN為條件數，SNR為信噪比。
上述的方法，步驟D中，基於信道噪聲方差計算初始半徑的計算公式為 d2＝αnσ2，其中，d為初始半徑，α為初始半徑係數，n為兩倍的發射天線數，σ2為噪聲方差。
上述的方法，步驟D中，基於接收信號最小均方差解計算初始半徑具體為 計算接收信號的最小均方差解

其中，y為接收信號，H為信道矩陣，I為單位矩陣，σ2為噪聲方差； 對

進行硬判決得到相應的網格點，並利用信道H進行重構得到
計算初始半徑d 一種球形解碼的初始半徑計算裝置，包括 權值計算單元，用於計算當前信道的條件數和信噪比，並根據所述條件數和信噪比計算一權值； 閥值計算單元，用於根據調製方式和目標誤比特率計算一閥值； 判斷單元，判斷所述權值是否大於所述閥值，若是，則激活第一初始半徑計算單元；否則，激活第二初始半徑計算單元； 第一初始半徑計算單元，用於基於信道噪聲方差計算初始半徑； 第二初始半徑計算單元，用於基於接收信號最小均方差解計算初始半徑。
本發明不僅保證了在低、中信噪比的信道條件下，所選取的初始半徑球內至少存在一個網格點，從而避免對初始半徑進行重新搜索的問題；而且，在高信噪比的信道條件下，計算得到的初始半徑更為合理。這樣，在保證球形解碼性能的同時，大大降低了球形解碼的算法複雜度。



圖1為本發明實施例的球形解碼初始半徑計算方法流程圖； 圖2為本發明實施例的球形解碼初始半徑計算裝置結構示意圖； 圖3為採用本發明的方法後球形解碼算法複雜度與採用現有的方法後球形解碼算法複雜度對比示意圖。

具體實施例方式 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對本發明進行詳細描述。
MIMO系統的表達式如下 y＝Hx+n 其中，y為接收信號，H為信道矩陣，x為發射信號，n為信道噪聲。
參照圖1，本發明實施例的球形解碼的初始半徑計算方法，主要包括如下步驟 步驟101計算當前信道H的條件數CN和信噪比SNR； 由於球形解碼的複雜度對信道條件數敏感，而條件數本身是衡量信道對發射信號星座圖扭曲程度的最直接參數，因此，本發明實施例利用條件數和信噪比聯合進行初始半徑d的計算。
步驟102根據所述條件數和信噪比計算一權值ψ； 權值的計算公式為ψ＝-(1-β)*CN+β*SNR，其中，β為權重係數，優選地，0.3<β<0.7。
步驟103根據調製方式和目標誤比特率計算一閥值ψThreshold； 首先，根據調製方式，確定目標誤比特率所對應要求的信噪比SNR′，然後，根據SNR′計算閥值ψThreshold＝λ1*SNR′-λ2，其中，1<λ1<1.8、3<λ2<4。
步驟104判斷所述權值ψ是否大於所述閥值ψThreshold，若是，進入步驟105；否則，進入步驟106； 步驟105基於信道噪聲方差計算初始半徑d，結束； 初始半徑d的計算公式為d2＝αnσ2，其中，α為初始半徑係數(經驗值為3)，n為兩倍的發射天線數，σ2為噪聲方差。
步驟106基於接收信號最小均方差(MMSE)解計算初始半徑。
步驟106具體包括 (1)計算接收信號的最小均方差解

其中，I為單位矩陣； (2)對

進行硬判決得到相應的網格點，並利用信道H進行重構得到
(3)計算初始半徑d 通過上述初始半徑計算，能夠保證初始半徑球內至少有一個網格點，從而避免了重新搜索的發生。
本發明的上述方法可以通過如圖2所述的裝置來實現，該裝置主要包括 權值計算單元10，用於計算當前信道的條件數和信噪比，並根據所述條件數和信噪比計算一權值； 閥值計算單元20，用於根據調製方式和目標誤比特率計算一閥值； 判斷單元30，判斷所述權值是否大於所述閥值，若是，則激活第一初始半徑計算單元40；否則，激活第二初始半徑計算單元50； 第一初始半徑計算單元40，用於基於信道噪聲方差計算初始半徑； 第二初始半徑計算單元50，用於基於接收信號最小均方差解計算初始半徑。
通過上述本發明實施例的描述，進行如下的仿真。主要考慮不同的信噪比條件下，採用本發明的方法後球形解碼算法複雜度與採用現有的方法後球形解碼算法複雜度對比。在發送端比特不經過信道編碼，進行16QAM調製方式，每個天線發送100符號，其仿真條件如下表所示 從圖3中可以看出，採用本發明的方法得到的初始半徑可以節省20％左右的球形解碼算法複雜度。
綜上所述，本發明的實施例聯合利用條件數和信噪比來計算權值，一方面，由於條件數是衡量信道對發射信號星座圖扭曲程度的最直接參數，因此可以利用當前條件數表徵信道變化的程度，另一方面，利用信噪比對整體信好質量進行衡量。本發明的實施例利用條件數和信噪比聯合進行初始半徑的計算，是一種自適應的初始半徑計算方法，從而跳出了傳統的對初始半徑一開始就進行固定的方法，這樣能夠充分利用各種不同算法的優勢。
通過實施本發明，不僅保證了在低、中信噪比的信道條件下，所選取的初始半徑球內至少存在一個網格點，從而避免對初始半徑進行重新搜索的問題；而且，在高信噪比的信道條件下，計算得到的初始半徑更為合理。總之，通過本發明，在保證球形解碼性能的同時，大大降低了球形解碼的算法複雜度。
最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種球形解碼的初始半徑計算方法，其特徵在於，包括如下步驟
A、計算當前信道的條件數和信噪比；
B、根據所述條件數和信噪比計算一權值；
C、根據調製方式和目標誤比特率計算一閥值；
D、判斷所述權值是否大於所述閥值，若是，則基於信道噪聲方差計算初始半徑；否則，基於接收信號最小均方差解計算初始半徑。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟B中，權值的計算公式為
ψ＝-(1-β)*CN+β*SNR，其中，ψ為權值，β為權重係數，CN為條件數，SNR為信噪比。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟D中，基於信道噪聲方差計算初始半徑的計算公式為
d2＝αnσ2，其中，d為初始半徑，α為初始半徑係數，n為兩倍的發射天線數，σ2為噪聲方差。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟D中，基於接收信號最小均方差解計算初始半徑具體為
計算接收信號的最小均方差解
其中，y為接收信號，H為信道矩陣，I為單位矩陣，σ2為噪聲方差；
對
進行硬判決得到相應的網格點，並利用信道H進行重構得到
；
計算初始半徑d
5.一種球形解碼的初始半徑計算裝置，其特徵在於，包括
權值計算單元，用於計算當前信道的條件數和信噪比，並根據所述條件數和信噪比計算一權值；
閥值計算單元，用於根據調製方式和目標誤比特率計算一閥值；
判斷單元，判斷所述權值是否大於所述閥值，若是，則激活第一初始半徑計算單元；否則，激活第二初始半徑計算單元；
第一初始半徑計算單元，用於基於信道噪聲方差計算初始半徑；
第二初始半徑計算單元，用於基於接收信號最小均方差解計算初始半徑。
6.如權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述權值計算單元根據如下公式計算權值
ψ＝-(1-β)*CN+β*SNR，其中，ψ為權值，β為權重係數，CN為條件數，SNR為信噪比。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述第一初始半徑計算單元根據如下公式計算初始半徑
d2＝αnσ2，其中，d為初始半徑，α為初始半徑係數，n為兩倍的發射天線數，σ2為噪聲方差。
8.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，步驟D中，所述第二初始半徑計算單元具體按照如下方式計算初始半徑
計算接收信號的最小均方差解
其中，y為接收信號，H為信道矩陣，I為單位矩陣，σ2為噪聲方差；
對
進行硬判決得到相應的網格點，並利用信道H進行重構得到
計算初始半徑d
全文摘要
本發明提供一種球形解碼的初始半徑計算方法及裝置。所述方法包括如下步驟A.計算當前信道的條件數和信噪比；B.根據所述條件數和信噪比計算一權值；C.根據調製方式和目標誤比特率計算一閥值；D.判斷所述權值是否大於所述閥值，若是，則基於信道噪聲方差計算初始半徑；否則，基於接收信號最小均方差解計算初始半徑。依照本發明，能夠準確確定球形解碼的初始半徑，從而在保證球形解碼性能的前提下，降低球形解碼算法複雜度。
文檔編號H04L1/06GK101388705SQ20081022519
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月30日 優先權日2008年10月30日
發明者冰 鄧 申請人:北京天碁科技有限公司