用於MIMO信道的稀疏碼以及用於稀疏碼的檢測器備選的製作方法與工藝

2023-09-20 21:22:30 2

用於MIMO信道的稀疏碼以及用於稀疏碼的檢測器備選相關申請的交叉引用根據35.U.S.C.§119(e)，本申請要求題為「SparseCodesforMIMOChannelandDetectorAlternativesforSparseCode」的於2010年10月7日提交的美國臨時申請No.61/390,815的優先權。美國臨時申請No.61/390,815包括示例性系統和方法，並且通過其完整引用而合併到此。技術領域本發明通常涉及通信系統以及用於操作所述通信系統的方法。更具體地說，本發明實施例提供用於對使用多輸入多輸出(MIMO)通信設備所發送的信息進行編碼和解碼的改進系統和方法。

背景技術：
正交空時分組碼(OSTBC)傳統上已經用於在MIMO通信信道中實現完全分集增益。用於OSTBC的最大似然解碼需要接收信號的線性處理。如本領域技術人員已知，Alamouti碼是一種用於具有兩個發送天線的信道的有效OSTBC。Alamouti碼可以使用以下在矩陣1中所示的碼結構在兩個符號持續時間中從兩個天線發送兩個獨立符號。矩陣1在以上符號結構中，符號a1和a2在第一符號時間期間分別從天線Tx1和Tx2發送，符號和在第二符號時間期間分別從發送天線Tx1和Tx2發送。Alamouti碼的信息速率當符號a1和a2屬於星座集合A時是每傳輸log2|A|比特，並且|A|是集合A中的元素的數量。僅在處理在兩個符號時間上接收到的信號之後才進行檢測判斷，產生兩個符號時間解碼延遲。對於大數量的發送天線，OSTBC碼結構是複數的，並且不能夠實現完全信息速率。用於四個發送天線的一種公知的OSTBC(在此被稱為OSTBC-4)具有以下矩陣2中所示的碼結構。矩陣2在以上碼中，需要四個符號周期來發送三個符號，因此需要每次傳輸比特的信息速率。矩陣2所示的碼的另一缺點在於，信道對於四個符號塊應保持恆定，因此碼可能在高都卜勒信道中具有受限的應用性。此外，對於矩陣2所示的碼結構的解碼延遲也是四個符號周期。當前用於實現矩陣1和矩陣2中的上述編碼的編碼器和解碼器是相對處理器密集的，並且導致明顯解碼延遲。因此，將期待實現在使得處理器資源的使用最小化並且還使得解碼延遲最小化的同時提供高精確度的碼結構。在此公開了用於對使用多輸入多輸出(MIMO)通信設備所發送的信息進行編碼和解碼的改進系統和方法，以滿足前述需求。附圖說明當結合以下附圖考慮以下詳細描述時，可以理解本發明及其大量目的、特徵和所獲得的優點，其中：圖1描述了實現本發明的示例性系統；圖2示出包括客戶端節點實施例的啟用無線的通信環境；圖3是包括數位訊號處理器(DSP)的示例性客戶端節點的簡化框圖；圖4是DSP可以實現的軟體環境的簡化框圖；圖5是被配置用於MIMO信道中的稀疏碼傳輸的接入節點和客戶端節點的框圖說明；圖6是具有每赫茲三比特的譜效率的碼的字錯誤率(WER)性能的圖線說明；圖7是用於包括六比特/s/Hz的1-稀疏碼和4.5比特/s/Hz的OSTBC-4的字錯誤率性能的圖線說明；圖8是用於具有不同譜效率的1-稀疏碼的字錯誤率性能的圖線說明；以及圖9是在具有0.1dB步長中每點20,000個字的基本情況下用於多個檢測器的字錯誤率針對信噪比的圖線說明。具體實施方式現將詳細參照附圖描述本發明各個說明性實施例。雖然在以下描述中闡述各種細節，但應理解，可以在沒有這些細節的情況下實踐本發明，並且可以對在此所描述的本發明進行大量實現特定判斷，以實現將對於實現方式而彼此改變的發明人的具體目標(例如與處理技術的一致性或設計有關的約束)。雖然這些開發努力可能是複雜並且耗時的，但這將絕不是具有本發明的利益的本領域技術人員從事的常規工作。以框圖或流程圖形式而不是詳細地示出所選方面，以免限制或模糊本發明。此外，關於對計算機存儲器內的數據的算法或運算來呈現在此所提供的詳細描述的某些部分。這些描述和表述由本領域技術人員用於描述他們的工作的實質並且將其傳達給其它本領域技術人員。如在此使用的那樣，術語「組件」、「系統」等意圖指代與計算機有關的實體、硬體、硬體和軟體的組合、軟體、或執行中的軟體。例如，組件可以是在處理器上運行的進程、處理器、對象、可執行、執行的線程、程序和/或計算機，但不限於此。通過說明的方式，在計算機上運行的應用或計算機自身都可以是組件。一個或多個組件可以駐留在執行的進程或線程內，組件可以位於計算機上或分布在兩臺或更多臺計算機之間。同樣如在此使用的那樣，術語「節點」廣義地指代通信環境(例如網絡)的連接點(例如再度分配點或通信端點)。相應地，這些節點指代能夠在通信信道上發送、接收或轉發信息的有源電子設備。這些節點的示例包括數據電路端接設備(DCE)(例如數據機、集線器、橋或交換機)和數據終端設備(DTE)(例如手機、印表機或主機計算機(例如路由器、工作站或伺服器))。區域網(LAN)或廣域網(WAN)節點的示例包括計算機、分組交換機、纜線數據機、數據訂戶線路(DSL)數據機和無線LAN(WLAN)接入點。網際網路或內部網節點的示例包括網際網路協議(IP)地址所識別的主機計算機、橋和WLAN接入點。同樣，蜂窩通信中的節點的示例包括基站、中繼器、基站控制器、無線電網絡控制器、歸屬位置寄存器、網關GPRS支持節點(GGSN)、服務GPRS支持節點(SGSN)、服務網關(S-GW)和分組數據網絡網關(PDN-GW)。節點的其它示例包括客戶端節點、伺服器節點、對等節點和接入節點。如在此使用的那樣，客戶端節點可以指代無線設備，例如行動電話、智慧型電話、個人數字助理(PDA)、手持設備、可攜式計算機、平板計算機以及相似的設備或具有通信能力的其它用戶設備(UE)。這些客戶端節點可以同樣指代移動、無線設備，或反之，指代通常並非便攜的具有相似能力的設備(例如臺式計算機、機頂盒或傳感器)。同樣，伺服器節點如在此使用的那樣指代執行其它節點所提交的信息處理請求的單個信息處理設備(例如主機計算機)或一系列信息處理設備。同樣如在此所使用的那樣，對等節點可以有時充當客戶端節點，而在另外時間充當伺服器節點。在點對點覆蓋網絡中，主動路由用於其它聯網設備以及自身的數據的節點可以被稱為超級節點。接入節點如在此使用的那樣指代提供客戶端節點對通信環境的接入的節點。接入節點的示例包括蜂窩網絡基站和無線寬帶(例如WiFi、WiMAX、LTE等)接入點，其提供對應小區和WLAN覆蓋區域。如在此所使用的那樣，宏小區通常用於描述傳統蜂窩網絡小區覆蓋區域。典型地在郊區、沿著高速路或在人口較少的區域中發現這些宏小區。同樣如在此所使用的那樣，微小區指代具有比宏小區更小的覆蓋區域的蜂窩網絡小區。這些微小區典型地用在人口密集的城市區域中。同樣，如在此所使用的那樣，微微小區指代比微小區更小的蜂窩網絡覆蓋區域。微微小區的覆蓋區域的示例可以是大型辦公室、購物商場或火車站。毫微微小區如在此使用的那樣當前指代最小的普遍接受的蜂窩網絡覆蓋的區域。作為示例，毫微微小區的覆蓋區域對於家庭或小型辦公室是足夠的。通常，小於兩公裡的覆蓋區域典型地與微小區對應，200米或更小針對微微小區，在10米量級針對毫微微小區。同樣如在此所使用的那樣，與關聯於宏小區的接入節點通信的客戶端節點被稱為「宏小區客戶端」。同樣，與關聯於微小區、微微小區或毫微微小區的接入節點通信的客戶端節點分別被稱為「微小區客戶端」、「微微小區客戶端」或「毫微微小區客戶端」。在此所使用的術語「製造物」(或另外，「電腦程式產品」)意圖包括可從任何計算機可讀設備或介質存取的電腦程式。例如，計算機可讀介質可以包括磁存儲設備(例如硬碟、軟盤、磁帶等)、光碟(例如壓縮盤(CD)、數字多功能盤(DVD))、智慧卡以及快閃記憶體設備(例如卡、棒等)，但不限於此。詞「示例性」在此用於表示充當示例、實例或說明。在此描述為「示例性」的方面或設計不一定理解為優於或利於其它方面或設計。本領域技術人員應理解，在不脫離所要求的主題內容的範圍、精神或意圖的情況下，可以對該配置進行很多修改。此外，可以使用用於產生軟體、固件、硬體或其任何組合以控制基於計算機或處理器的設備來實現在此詳述的各方面的標準編程和工程技術來將本發明的主題內容實現為系統、方法、裝置或製造物。圖1示出適合於實現在此所公開的一個或多個實施例的系統100的示例。在各個實施例中，系統100包括處理器110(其可以被稱為中央處理單元(CPU)或數位訊號處理器(DSP))、網絡連接性接口120、隨機存取存儲器(RAM)130、只讀存儲器(ROM)140、輔助存儲器150和輸入/輸出(I/O)設備160。在一些實施例中，這些組件中的一些可以不出現或可以在與彼此或與另外未示出的組件的各個組合中被組合。這些組件可以位於單個物理實體中或多於一個的物理實體中。處理器110所承擔的在此描述的任何動作可以由處理器110單獨承擔或由處理器110結合圖1中示出或未示出的一個或多個組件承擔。處理器110執行其可以從網絡連接性接口120、RAM130或ROM140存取的指令、代碼、電腦程式或腳本。雖然僅示出一個處理器110，但可以存在多個處理器。因此，雖然指令可以被討論為由處理器110執行，但指令可以同時地、順序地或另外由實現為一個或多個CPU晶片的一個或多個處理器110執行。在各個實施例中，網絡連接性接口120可以採取以下形式：數據機、數據機組、乙太網設備、通用串行總線(USB)接口設備、串行接口、令牌環設備、光纖分布式數據接口(FDDI)設備、無線區域網(WLAN)設備、無線電收發機設備(例如碼分多址(CDMA)設備、全球移動通信系統(GSM)無線電收發機設備、長期演進(LTE)無線電收發機設備、全球微波互連接入(WiMAX)設備)和/或用於連接到網絡(包括個域網(PAN))的其它已知設備(例如藍牙)。這些網絡連接性接口120可以使得處理器110能夠與網際網路或一個或多個通信網絡或處理器110可以接收信息或處理器110可以輸出信息的其它網絡進行通信。網絡連接性接口120也可以能夠以電磁波形式(例如射頻信號或微波頻率信號)無線地發送和/或接收數據。網絡連接性接口120所發送或接收的信息可以包括已受處理器110處理的數據或待由處理器110執行的指令。如對於處理或生成數據或者發送或接收數據可期望的那樣，可以根據不同順序來對數據進行排序。在各個實施例中，RAM130可以用於存儲處理器110所執行的易失性數據和指令。圖1所示的ROM140可以同樣用於存儲在執行指令期間所讀取的指令。輔助存儲器150典型地包括一個或多個盤驅動器或帶驅動器，並且可以用於數據的非易失性存儲，或如果RAM130並非足夠大得保存所有工作數據，則作為溢出數據存儲設備。輔助存儲器150可以同樣用於存儲當選擇程序以用於執行時加載到RAM130的所述程序。I/O設備160可以包括液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)顯示器、有機發光二極體(OLED)顯示器、投影儀、電視、觸控螢幕顯示器、鍵盤、小鍵盤、開關、撥號盤、滑鼠、軌跡球、語音識別器、讀卡器、紙帶讀取器、印表機、視頻監視器或其它公知的輸入/輸出設備。圖2示出包括本發明實施例中所實現的客戶端節點的實施例的啟用無線的通信環境。雖然示出為行動電話，但客戶端節點202可以採用各種形式，包括無線手機、尋呼機、智慧型電話或個人數字助理(PDA)。在各個實施例中，客戶端節點202也可以包括可攜式計算機、平板計算機、膝上型計算機或可操作為執行通信操作的任何計算設備。很多合適的設備組合一些或所有這些功能。在一些實施例中，客戶端節點202不是例如可攜式計算機或平板計算機的通用計算設備，而是例如車輛中所安裝的通信設備的專用通信設備。客戶端節點202也可以同樣是設備，包括設備，或包括於具有相似能力但不可便攜的設備(例如臺式計算機、機頂盒或網絡節點)中。在這些和其它實施例中，客戶端節點202可以支持專用活動，例如遊戲、存貨控制、工作控制和/或任務管理功能等。在各個實施例中，客戶端節點202包括顯示器204。在這些和其它實施例中，客戶端節點202可以同樣包括觸敏表面、鍵盤或通常用於用戶進行輸入的其它輸入鍵206。輸入鍵206可以同樣是完全或縮減字母數字鍵盤(例如QWERTY、Dvorak、AZERTY以及順序鍵盤類型)或具有與電話小鍵盤關聯的字母表字符的傳統數字小鍵盤。輸入鍵206可以同樣包括軌跡輪、退離(exit)或退出鍵、軌跡球以及可以向內按下以提供另外輸入功能的其它導航或功能鍵。客戶端節點202可以同樣呈現用於用戶選擇的選項、用於用戶激勵的控制項和用於用戶指引的光標或其它指示符。客戶端節點202可以進一步從用戶接受包括用於撥號的數字或用於配置客戶端節點202的操作的各個參數值的數據項。客戶端節點202可以進一步響應於用戶命令而執行一個或多個軟體或固件應用。這些應用可以將客戶端節點202配置為響應於用戶交互而執行各個定製功能。此外，客戶端節點202可以是所編程或配置的空中傳輸(OTA)，例如從無線網絡接入節點「A」210到「n」216(例如基站)、伺服器節點224(例如主機計算機)或對等客戶端節點202。在客戶端節點202可執行的各個應用當中是web瀏覽器，其使得顯示器204能夠顯示網頁。可以通過與無線網絡220的無線連接從伺服器節點224獲得網頁。如在此使用的那樣，無線網絡220廣義地指代使用其節點中的兩個之間的至少一個無線連接的任何網絡。可以同樣通過對無線網絡220或任何其它啟用無線的通信網絡或系統的連接從對等客戶端節點202或其它系統獲得各個應用。在各個實施例中，無線網絡220包括多個無線子網(例如具有對應覆蓋區域的小區)「A」212至「n」218。如在此使用的那樣，無線子網「A」212至「n」218可以分別包括移動無線接入網絡或固定無線接入網絡。在這些和其它實施例中，客戶端節點202發送並且接收通信系統，其分別通過無線網絡天線「A」208至「n」214(例如小區塔)傳送去往以及來自無線網絡節點「A」210至「n」216。在以下所描述的各個實施例中，接入節點可以同時使用多個天線來將數據發送到客戶端節點，客戶端節點同時使用多個天線來接收所述數據。進而，無線網絡接入節點「A」210至「n」216使用通信信號來建立與客戶端節點202的無線通信會話。如在此使用的那樣，網絡接入節點「A」210至「n」216廣義地指代無線網絡的任何接入節點。如圖2所示，無線網絡接入節點「A」210至「n」216分別耦合到子網「A」212至「n」218，其進而連接到無線網絡220。在各個實施例中，無線網絡220耦合到物理網絡222(例如網際網路)。經由無線網絡220和物理網絡222，客戶端節點202具有對各個主機(例如伺服器節點224)上的信息的接入。在這些和其它實施例中，伺服器節點224可以提供可以在顯示器204上顯示或由客戶端節點處理器110用於其操作的內容。或者，在中繼類型或跳轉類型的連接中，客戶端節點202可以通過充當中間體的對等客戶端節點202來接入無線網絡220。作為另一備選，客戶端節點202可以被附連(tether)並且從所連結的連接到無線網絡220的設備獲得其數據。本領域技術人員應理解，很多這樣的實施例是可能的，並且前述實施例並非意圖限制本發明的精神、範圍和意圖。圖3描述根據本發明實施例的以數位訊號處理器(DSP)所實現的示例性客戶端節點的框圖。雖然描述客戶端節點202的各個組件，但客戶端節點202的各個實施例可以包括所列出的組件未列出的附加組件的子集。如圖3所示，客戶端節點202包括DSP302和存儲器304。如所示那樣，客戶端節點202可以還包括天線和前端單元306、射頻(RF)收發機308、模擬基帶處理單元310、麥克風312、聽筒揚聲器314、耳機埠316、總線318(例如系統總線或輸入/輸出(I/O)接口總線)、可移除存儲器卡320、通用串行總線(USB)埠322、短距離無線通信子系統324、告警器326、小鍵盤328、液晶顯示器(LCD)330(其可以包括觸敏表面)、LCD控制器332、電耦合器件(CCD)攝像機334、攝像機控制器336以及全球定位系統(GPS)傳感器338以及可操作地耦合到功率存儲單元(例如電池342)的功率管理模塊340。在各個實施例中，客戶端節點202可以包括不提供觸敏屏幕的另一種顯示器。在一個實施例中，DSP302直接與存儲器304進行通信，而不通過輸入/輸出接口318。在各個實施例中，DSP302或某種另外形式的控制器或中央處理單元(CPU)操作為根據存儲器304或在DSP302自身內所包含的存儲器中所存儲的嵌入式軟體或固件來控制客戶端節點202的各個組件。除了嵌入式軟體或固件之外，DSP302還可以執行存儲器304中所存儲的或經由信息載體介質(例如可攜式數據存儲介質，比如可移除存儲器卡320)或經由有線或無線網絡通信而使得可用的其它應用。應用軟體可以包括將DSP302配置為提供期望功能的編譯機器可讀指令集，或應用軟體可以是待由解釋器或編譯器處理以間接配置DSP302的高級軟體指令。可以提供天線和前端單元306以在無線信號與電信號之間進行轉換，使得客戶端節點202能夠從蜂窩網絡或某另外可用的無線通信網絡或從對等客戶端節點202發送並且接收信息。在實施例中，天線和前端單元106可以包括多個天線，用於支持波束成型和/或多輸入多輸出(MIMO)操作。如本領域技術人員所知，MIMO操作可以提供空間分集，其可以用於克服困難的信道狀況或增加信道吞吐量。同樣，天線和前端單元306可以包括天線調諧或阻抗匹配組件、RF功率放大器或低噪聲放大器。在各個實施例中，RF收發機308提供頻率轉變，將所接收到的RF信號轉換到基帶，並且將基帶發送信號轉換到RF。在一些描述中，無線電收發機或RF收發機可以理解為包括其它信號處理功能，例如調製/解調、編碼/解碼、交織/解交織、擴頻/解擴、快速傅立葉逆變換(IFFT)/快速傅立葉變換(FFT)、循環前綴附加/移除以及其它信號處理功能。為了清楚，在此的描述將該信號處理的描述與RF和/或無線電級分離，並且在構思上將該信號處理分配給模擬基帶處理單元310和/或DSP302或另外中央處理單元。在一些實施例中，可以在一個或多個處理單元和/或專用集成電路(ASIC)中組合RF收發機308、天線和前端部分306以及模擬基帶處理單元310。模擬基帶處理單元310可以提供輸入和輸出的各種模擬處理，例如來自麥克風312和耳機316的輸入以及去往聽筒314和耳機316的輸出的模擬處理。為此，模擬基帶處理單元310可以具有用於連接到內建麥克風312和聽筒揚聲器314的埠，其使得客戶端節點202能夠用作蜂窩電話。模擬基帶處理單元310可以還包括用於連接到耳機或另外免提麥克風和揚聲器配置的埠。模擬基帶處理單元310可以提供在一個信號方向上的數模轉換以及在相反信號方向上的模數轉換。在各個實施例中，可以通過數字處理組件(例如DSP302或其它中央處理單元)來提供模擬基帶處理單元310的至少一些功能。DSP302可以執行調製/解調、編碼/解碼、交織/解交織、擴頻/解擴、逆快速傅立葉變換(IFFT)/快速傅立葉變換(FFT)、循環前綴附加/移除以及與無線通信關聯的其它信號處理功能。在實施例中，例如在碼分多址(CDMA)技術應用中，對於發射機功能，DSP302可以執行調製、編碼、交織以及擴頻，而對於接收機功能，DSP302可以執行解擴、解交織、解碼以及解調。在另一實施例中，例如在正交頻分多址(OFDMA)技術應用中，對於發射機功能，DSP302可以執行調製、編碼、交織、逆快速傅立葉變換以及循環前綴附加，而對於接收機功能，DSP302可以執行循環前綴移除、快速傅立葉變換、解交織、解碼和解調。在其它無線技術應用中，DSP302可以執行其它信號處理功能以及信號處理功能的組合。DSP302可以經由模擬基帶處理單元310與無線網絡進行通信。在一些實施例中，通信可以提供網際網路連接，使得用戶能夠獲取對網際網路上的內容的訪問並且發送以及接收電子郵件或文本消息。輸入/輸出接口318互連DSP302以及各個存儲器和接口。存儲器304和可移除存儲器卡320可以提供用於配置DSP302的操作的軟體和數據。在接口中可以是USB接口322和短距離無線通信子系統324。USB接口322可以用於對客戶端節點202充電，並且也可以使得客戶端節點202運作為用於與個人計算機或另外計算機系統交換信息的外圍設備。短距離無線通信子系統324可以包括紅外埠、藍牙接口、IEEE802.11一致無線接口或任何另外短距離無線通信子系統，其可以使得客戶端節點202能夠與其它附近客戶端節點和接入節點無線地進行通信。輸入/輸出接口318可以進一步將DSP302連接到告警器326，其當觸發時使得客戶端節點202例如通過響鈴、播放旋律或振動來將通知提供給用戶。告警器326可以充當用於對於特定呼叫方通過無聲地振動或通過播放特定預先分配的旋律來向用戶告警任何各種事件(例如來電、新文本消息和約會提醒器)的機構。小鍵盤328經由I/O接口318耦合到DSP302，以提供用於用戶進行選擇、輸入信息以及另外提供對客戶端節點202的輸入的一個機構。鍵盤328可以是完全或縮減字母數字鍵盤(例如QWERTY、Dvorak、AZERTY以及順序類型)或具有與電話小鍵盤關聯的字母表字符的傳統數字小鍵盤。輸入鍵可以同樣包括軌跡滾輪、退離(exit)或退出鍵、軌跡球以及可以向內按下以提供另外輸入功能的其它導航或功能鍵。另一輸入機構可以是LCD330，其可以包括觸控螢幕能力並且還向用戶顯示文本和/或圖片。LCD控制器332將DSP302耦合到LCD330。如果配備，則CCD攝像機334使得客戶端節點202能夠拍攝數字圖片。DSP302經由攝像機控制器334與CCD攝像機336進行通信。在另一實施例中，可以採用根據除了電荷藕合器件攝像機之外的技術操作的攝像機。GPS傳感器338耦合到DSP302，以對全球定位系統信號或其它導航信號進行解碼，由此使得客戶端節點202能夠確定其位置。也可以包括各種其它外設以提供附加功能，例如無線電和電視接收。圖4示出數位訊號處理器(DSP)可以實現的軟體環境402。在該實施例中，圖3所示的DSP302執行作業系統404，作業系統404提供其餘軟體操作的平臺。作業系統404同樣向客戶端節點202硬體提供對應用軟體可訪問的標準化接口(例如驅動)。作業系統404同樣包括應用管理服務(AMS)406，其在客戶端節點202上運行的各應用之間傳遞控制。圖4還示出web瀏覽器應用408、媒體播放器應用410和Java小程序412。web瀏覽器應用408將客戶端節點202配置為操作為web瀏覽器，允許用戶將信息輸入到表單並且選擇用於檢索並且瀏覽網頁的連結。媒體播放器應用410將客戶端節點202配置為檢索並且播放音頻或視聽媒體。Java小程序412將客戶端節點202配置為提供遊戲、實用性和其它功能。組件414可以提供在此所描述的功能。在各個實施例中，圖2所示的客戶端節點202、無線網絡節點「A」210至「n」216以及伺服器節點224可以同樣包括能夠執行與上述動作有關的指令的處理組件。圖5是使用以上結合圖1-圖4所討論的通信組件的備選實施例的通信系統的實施例的說明。在圖5所示的實施例中，用戶數據比特流由發射機節點502接收，並且由比特流劃分器503處理，以生成天線索引比特流和星座元素索引比特流。這兩個比特流然後由發射處理邏輯504處理，發射處理邏輯504包括稀疏碼生成器506，其可操作為使用PSI矩陣508來處理天線索引比特流和星座索引元素比特流，以生成信號矢量f，用於通過多個天線510進行傳輸。信號矢量f通過信道矩陣[H]經過自由空間而得以發送，並且由接收機514中的多個天線512接收。接收機514沒有f的先驗知識。所接收到的到來信號作為信號矢量y而被接收，信號矢量y由接收處理邏輯516處理，以生成檢測的用戶數據。更具體地說，接收機處理邏輯516包括稀疏碼檢測器518，其可操作為使用關係式y＝[H]f+w根據以下所討論的處理步驟來處理到來信號矢量y，其中，w是多個天線512檢測到的高斯噪聲。現將公開在上述通信系統的各個實施例中用於對通信信號進行編碼和解碼的多個實施例。更具體地說，使用稀疏編碼技術來實現在此所公開的實施例。為了示出本發明實施例中所實現的技術，將首先考慮當在Ψ∈Cn×n基下擴展時具有非零分量的信號矢量f∈Cn。本領域技術人員應理解，可以通過以下關係式來表示稀疏編碼信號(即s稀疏)。f＝Ψx，(1)其中，x是f的s稀疏版本。根據壓縮採樣理論，已知可以通過僅測量f與K小常數的元素的隨機線性組合來精確地重構f。更具體地說，測量y∈Cm是：y＝Φf，(2)其中，Φ∈Cm×n是隨機測量(或子採樣器)矩陣，並且m＜＜n。在子採樣器Φ對於基Ψ是非相干的情況下，可以通過凸優化來實現從m維觀測y最佳重構n維信號f。在此所公開的實施例實現了用於提供用於在欠定(under-determined)多輸入多輸出(MIMO)信道中發送信息的稀疏碼的壓縮採樣技術。具有m個接收天線和n＞m個發送天線的MIMO信號可以由以下關係式來表示：y＝Hf+ω，(3)其中，f是發送信號，H是iid複數高斯信道，ω是複數高斯白噪聲，y是接收的信號。本領域技術人員應理解，公式(3)中的信道H類似於公式(2)中的隨機採樣器Φ。此外，由於無線信道是隨機高斯的，因此H對於任何正交基Ψ總是以高概率非相干的。因此，如果在Ψ下發送信號f是稀疏的，則可以通過實現壓縮採樣從y構建f。通過使用公式(1)構建稀疏碼x並且選擇跨越發送信號f的正交基Ψ來完成該操作。然後，可以通過觀測y來檢測具有H和Ψ的知識的接收機。應注意，公式(2)與(3)之間的差別是公式(3)中存在降低檢測概率的AWGN分量。通過以下項來定義稀疏碼本：(i)s稀疏碼矢量x的集合；(ii)基矩陣Ψ以及(iii)字母表星座x的非零元素屬於設表示該碼本。中的碼字的總數由乘積給出，其中，項表示唯一地定位大小為n的任何矢量中的非零元素的可能性，表示從基數的星座分配唯一符號的可能性。因此，熵由下式給出：其也是公式(3)中的f與y之間的互信息的上界。清楚的是，通過在碼的非零元素的位置中插入不確定性，碼稀疏性增加了每個碼的信息內容。稀疏碼檢測器應不僅檢測正確的發送星座符號，而且還檢測x中的符號的位置。壓縮採樣理論確保這些檢測器的存在性；由此使得能夠將所提出的高熵稀疏碼用作OSTBC的備選。已經大體上討論了稀疏碼，現將公開1-稀疏碼的設計和性能。具體地說，以下討論將涉及具有n＝4個發送天線和m＝2個接收天線的MIMO信道。對於s＝1，1-稀疏碼本具有以下結構：和對於所有例如，如果是QPSK星座，則構成十六個1-稀疏碼字的以下集合給出為：所有碼字均等可能地出現，x提供每次傳輸的四個比特的熵。使用Ψ來變換碼字以獲得通過信道所發送的信號f。使用兩類基函數：(a)單位矩陣基Ψ＝I：在該表達式中，f＝x，產生具有三個零以及一個非零元素的f。僅需要打開用於與f的非零元素對應的發送天線的一個功率放大器；(b)傅立葉基在該變換下，f的所有元素是非零的，因此，所有四個發送天線在每個符號位置中輻射能量。例如，如果則f是符號a所標定的的第一列。在本發明各個實施例中，假設接收機已知最佳信道信息。最大似然(ML)檢測器可以用於OSTBC以及稀疏碼檢測。在ML檢測中，在碼本內執行窮舉搜索，以找尋在L2空間中最接近於所接收到的信號的碼。在OSTBC-4具有四個符號周期的解碼延遲以及個符號的搜索空間的同時，對於Alamouti碼的檢測需要兩個符號周期的延遲以及個符號的搜索空間。在具有四個發送天線的1-稀疏碼中，ML搜索空間是個符號，解碼延遲是1個符號周期。以下是用於對於生成、發送並且檢測稀疏碼的處理步驟的總結：1.對於給定的稀疏性索引s＝1，2，...n，列出所有可能的矢量，分別具有s個1和(n-s)個零。存在從而s稀疏矢量；2.從字母表選擇字，並且通過將該字放在來自步驟1的s稀疏矢量的非零位置中來構建所有唯一排列。存在x所表示的很多s稀疏碼矢量；3.使用基矩陣Ψ，以使用公式(1)來構建f；4.通過從與f中的非零元素對應的天線輻射能量而通過無線信道來發送f。5.測量所有接收天線上的信號，以形成觀測y。6.使用最大似然測試來從y中檢測x。已經使用關於原始字錯誤率的仿真來估計稀疏碼的性能，並且其與OSTBC-4和Alamouti碼的性能進行比較。由於所有三個碼具有不同的信息速率，因此良好比較需要對於每個編碼方案選擇適當的星座，從而譜效率對於所有方案都相同。用於Alamouti碼和OSTBC-4的信息速率分別是每次成功傳輸和比特。另一方面，1-稀疏碼具有每次成功傳輸比特的信息速率。(額外2比特來自x(1)的非零元素的位置中的不確定性)。因此，在圖6中，分別使用16QAM、8PSK和BPSK的OSTBC-4、Alamouti碼和1-稀疏碼具有3比特/s/Hz的譜效率。可以觀測到，在0至12dB的範圍中，1-稀疏碼執行得更好。從性能曲線可見，在中等SNR區域中，3比特1-稀疏碼勝過3比特Alamouti碼和3比特OSTBC碼。圖7是用於包括六比特/s/Hz的1-稀疏碼和4.5比特/s/Hz的OSTBC-4的字錯誤率性能的圖線說明。在圖7中可見，比OSTBC-4更高譜效率的1-稀疏碼也具有高達20dBSNR的更好的WER性能。相似地，在圖8中，示出用於具有不同譜效率的1-稀疏碼的WER性能。上文中所討論的稀疏碼實施例基於以下假設：1.信道狀態信息(CSI)假設如下。接收機具有信道H的知識，發射機沒有H的知識。2.信道H不表現多徑。3.系統包括單個發射機和單個接收機。4.信道是復高斯的，獨立塊衰落。5.所接收到的信號被加性高斯白噪聲破壞。6.其中，未對定時誤差、頻率偏移、非線性、量化、都卜勒效應和信道校正進行建模。本發明各個實施例中所使用的信號模型基於以下公式(8)所示的關係式。y＝HΨx+n(8)如果表達式矩陣Ψ是單位矩陣，則信號模型簡化為公式9所給出的形式。y＝Hx+n(9)x是包含非零元素的N元素矢量，也就是說，x是CN的s稀疏元素。其中，C是複數集合。對於該研究的基本示例目前如此：x中的s＝1個非零元素，N＝4個發送天線以及M＝2個接收天線。在基本情況下，H具有4列，每個列保存兩個複數。第一列表示為h1，第二列表示為h2，第三列表示為h3，第四列表示為h4。「x」的非零元素在位置「i」處，並且具有值「q」，其中，「q」選自集合Ωq。接收機514中的稀疏碼檢測器518被提供N、M、H、Ωq和S。檢測器被提供輸出位置i和符號q。Ωq的基數是LΩq，位置的數量是N。不同x個矢量的數量於是為LΩq*N。該x個矢量的集合被稱為Ωx。在本發明一個實施例中，最大似然或「ML」檢測器用於生成位置「i」和符號「q」的估計。ML檢測器對於每個可能「x」預測候選無噪聲接收矢量，其中，這些候選的集合被稱為Ωy。對於一個候選「x」存在一個候選「y」，從而Ωy的大小與Ωx的大小相同。ML檢測器通過Ωy窮舉地搜索，以找尋最接近於接收數據矢量y的候選。術語「最接近於」表示在L2或2範數的意義上。當找到最接近的候選時，檢測器輸出對應候選x矢量，其將具有在位置i處的符號q的估計(對於S＝1的情況，x的其它元素是0)。使用ML檢測器所生成的結果示出，對於4x2碼，檢測器可以將s的值用作邊信息，檢測器可以是「基追蹤」類型的。此外，Ψ矩陣可以是沒有性能損失的單位矩陣。基追蹤(BasisPursuit)是這樣的技術，其中，檢測器在預定基(例如矩陣H的各列)上表示「y」。以下是基追蹤中所實現的步驟的總結：1.設置r0＝y2.設置ΩH0＝H＝{h1，h2，h3，h4}的各列。3.在迭代i，通過計算內積dj＝來對ri與ΩHi的元素中的每一個進行比較，其中，.(ΩHi)j表示集合ΩHi的第j元素。Ji＝argmaxdj4.以配對dJi，Ji來擴展y的表達式。5.通過從集合.(ΩHi)移除矢量(ΩHi)j來創建ΩHi+1。6.計算新的殘差ri+1＝ri-dJi*.(ΩHi)j。7.返回步驟3，除非y的表達式足夠或所發現的矢量的數量等於S。在該實施例中，僅找尋單個矢量。然而，可能的是，以下所討論的基追蹤將導致因為噪聲而選擇錯誤的單個矢量。在此情況下，可以通過在第一輪上實現步驟1、2、3、4、5和7(沒有步驟6)然後在第二輪上實現步驟3和4來對於s＝1實現「次優」方法。因此，可以通過進行兩次迭代來找尋次矢量(如果並非對於噪聲，則其將是「主」)。在第二迭代中，處理步驟在進入迭代「i」之前減少集合ΩHi(如前)，但保持殘差不變(也就是說，ri』＝ri)。以此方式，「主矢量」作為選項而得以移除，檢測器生成次矢量作為輸出。然後通過針對Ωq的元素切分dJi和dJi』(即進行最接近於其的點的ML搜索)，以各個切分器結果(即ql(Ji)和ql(Ji』)，其中，l(k)是基於軟輸入dk而選擇的進入Ωq的索引)來重新調製矢量hJi和hJi』並且對所得y個候選(即ql(Ji)hJi和ql(Ji』)hJi』)與觀測噪聲「y」進行比較來比較這兩個矢量。在L2的意義上更接近y的重新調製的矢量的q和h的索引提供擴展基追蹤算法(我們稱為基追蹤次優)的輸出。對於4x2QPSK的情況，對於總共4比特，q的索引提供2比特的信息，h的索引提供2比特的信息。在H.ZhuandG.Giannakis，「Sparsity-EmbracingMultiuserDetectorforCDMASystemswithLowActivityFactor，」IEEEISIT，2009，pp.164-168，particularlypg.166中描述了在用戶信號檢測中使用Lasso的示例。根據前面的參考，確定基追蹤可以有時在迭代i從求解的基壓縮或消除在迭代i接近次矢量的主矢量。因為主矢量的這種消除，所以次矢量不再具有帶有其餘殘差ri+1的強內積。以下是用於實現上述具有「次優」的基追蹤的步驟的總結。1.設置r0＝y2.ΩH0＝H的列＝{h1，h2，h3，h4}。3.在迭代i，通過計算內積dj＝來對ri與ΩHi的元素中的每一個進行比較，其中，.(ΩHi)j表示集合ΩHi的第j元素。Ji＝argmaxdj4.在Ωq內執行窮舉搜索，以查看哪個元素最接近於dJi，表示最接近的元素ql(Ji)。5.通過從集合.(ΩHi)移除矢量(ΩHi)j來創建ΩHi』。6.通過計算內積dj』＝來對ri(即與步驟3中所使用的相同的值)與ΩHi』的元素中的每一個進行比較，其中，.(ΩHi』)j表示集合ΩHi』的第j元素。Ji』＝argmaxdj7.在Ωq內執行窮舉搜索，以查看哪個元素最接近於dJi』，表示最接近的元素ql(Ji』)。8.重新調製。計算ql(Ji)hJi和ql(Ji』)hJi』，以查看哪個最接近於ri。如果是前者，則輸出ql(Ji)和Ji；如果是後者，則輸出ql(Ji』)和Ji』。表示獲勝列的索引Ji_winner。9.通過從集合.(ΩHi)移除矢量(ΩHi)Ji_winner來創建ΩHi+1。10.計算新的殘差ri+1＝ri-q(1(Ji_winner))*.(ΩHi)Ji_winner。11.返回步驟3，除非y的表達式足夠或所發現的矢量的數量等於S。對於s＝1，在步驟8之後完成處理。圖9是在此所描述的ML、基追蹤和加上次優檢測器的基追蹤的字錯誤率性能的圖線說明。可以使用以下代碼集合1和代碼集合2中的計算機代碼來實現本發明各個實施例，其出於所有目的通過引用合併到此。代碼集合1基追蹤Matlab代碼代碼集合2基追蹤次優Matlab代碼總之，基於壓縮採樣的原理，對於具有比接收天線更多數量的發送天線的多輸入多輸出(MIMO)信道提出具有稀疏結構的新一類分組碼。稀疏碼是具有發射天線的數量的大小的矢量。其具有屬於有限字母表集合的非常少的非零元素。所接收到的信號是受噪聲幹擾的MIMO信道矩陣的各列的線性組合。使用所接收到的信號，稀疏碼檢測器需要檢測非零字母表以及所發送的稀疏矢量中的字母表的位置。對於欠定MIMO信道，這種恢復可能看起來是不可能的，其中，接收機空間小於發射機空間。然而，對於稀疏碼的關鍵啟發來自壓縮採樣(CS)理論，其聲明來自稀疏信號的子Nyquist採樣足以完美地以強勢概率來重構初始稀疏信號。此外，CS重構要求採樣器對於初始稀疏信號的基是非相干的。應注意，隨機高斯無線信道對於任何正交基是非相干的。因此，可能的是，將欠定MIMO信道關聯到所發送的稀疏碼的子Nyquist採樣器，並且援引CS理論，以用於設計稀疏碼檢測器。s稀疏碼本由稀疏碼矢量的集合定義，發送天線的數量n的長度中的每一個，分別具有s個數量的非零元素。我們注意到，存在唯一定位大小n的矢量中的s個非零元素的可能性。此外，每個稀疏矢量的s個非零元素取自具有q個唯一字母表的集合。清楚的是，我們可以從字母表集合形成qs數量的s元組的唯一組合。因此，s稀疏碼本中的碼字的總數由乘積給出。在此意義上，通過在碼的非零元素的位置中插入不確定性，稀疏性已經增加了每個碼的信息內容。例如，對於4發送天線系統使用QPSK字母表的1-稀疏碼本具有以下十六個1-稀疏碼字：稀疏碼檢測器應不僅檢測正確發送的s元組字母表，而且還應檢測所發送的碼矢量中的字母表。可能的是，估計使得接收機空間中的L2距離度量最小化的最大似然檢測器(MLD)的性能以選擇所發送的碼字。用於稀疏碼的MLD的計算複雜度是組合的。因此，有可能實現利用碼的稀疏結構來進行檢測判斷的被稱為基追蹤檢測器(BPD)的備選檢測器。雖然BPD具有線性計算複雜度，但在存在噪聲的情況下，其性能與MLD相比嚴重降級。受此所激勵，我們設計具有帶有類似BPD計算複雜度的類似MLD性能的加上次優檢測器(BRD)的基追蹤。通過允許次優列，甚至在當信道矩陣的非發送列與噪聲高度相關時的情況下，BRD檢測器也避免檢測故障。雖然在此參照管理隱藏節點幹擾來描述所描述的示例性實施例，但本發明並不一定受限於示出可應用於各種認證算法的本發明的發明性方面的示例性實施例。因此，以上所公開的特定實施例僅是說明性的，並且不應看作對本發明的限制，本發明可以通過由具有在此的教導的利益的本領域技術人員明顯的不同但等效的方式而修改並且實踐。相應地，前面的描述並非意圖將本發明限制為所闡述的特定形式，而是相反，意圖覆蓋所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍內可以包括的這些替換、修改和等同物，從而本領域技術人員應理解，在不脫離本發明最寬泛形式的的其精神和範圍的情況下，他們可以進行各種改變、替換和改動。