專利名稱：涉及無線電信號(hào)傳輸?shù)姆椒ê脱b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在數(shù)字通信系統(tǒng)中用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的方法和裝置。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)提供幾種類型的業(yè)務(wù)，并且主要依賴信道編碼以克服信道的任何劣勢(shì)。然而，由于需求的增大，例如對(duì)于用戶可以與任何人通信而不用考慮時(shí)間和地點(diǎn)的高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)，現(xiàn)有的業(yè)務(wù)已經(jīng)發(fā)展為面向數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)。因此，下一代無線傳輸技術(shù)對(duì)于以更低差錯(cuò)率來發(fā)射更大量的數(shù)據(jù)有著很大的需求。特別地，在所需數(shù)據(jù)量很大的鏈路中以高的速率發(fā)射數(shù)據(jù)非常重要。
對(duì)于下一代無線通信，已經(jīng)提出了各種天線系統(tǒng)。例如，MIMO系統(tǒng)，即典型的天線系統(tǒng)，增大了所有傳輸天線的頻譜效率而沒有過度使用頻率帶寬。通常，根據(jù)發(fā)射機(jī)的傳輸結(jié)構(gòu)和方案，MIMO被分類為空時(shí)編碼(STC)、分集、波束成型(BF)、以及空間復(fù)用(SM)，所有這些都提供高的數(shù)據(jù)速率和可靠性。
MIMO系統(tǒng)采用多天線或陣列天線以便在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中發(fā)射/接收數(shù)據(jù)。多天線在不同的空間位置具有不同的衰落特征，因此只要MIMO系統(tǒng)中用于發(fā)射/接收信號(hào)的相鄰天線之間的間距足夠大，相鄰天線所接收的信號(hào)就能被近似為是完全不相關(guān)的。MIMO系統(tǒng)充分利用了多徑的空間特征，以用于實(shí)施空間分集發(fā)射和接收。
圖1示出一個(gè)示例性的、簡(jiǎn)化的MIMO系統(tǒng)100，該系統(tǒng)由M個(gè)Tx天線103和N個(gè)Rx天線104構(gòu)成。如較早所述，圖1的MIMO系統(tǒng)中的Tx天線和Rx天線之間的天線間距通常足夠大，以保證信號(hào)的空間不相關(guān)性。如圖1所示，在發(fā)射機(jī)中，MIMO架構(gòu)單元101首先將一個(gè)數(shù)據(jù)流信道轉(zhuǎn)換為M個(gè)并行子數(shù)據(jù)流信道；然后，多址轉(zhuǎn)換單元102執(zhí)行復(fù)用處理；最后，對(duì)應(yīng)的M個(gè)Tx天線103同時(shí)將信號(hào)發(fā)射到無線信道中。MIMO架構(gòu)單元101可以采用MIMO處理方法中的任何一種，比如STTC(空時(shí)格碼)、空時(shí)塊碼、空時(shí)Turbo碼、BLAST碼等。同時(shí)，多址轉(zhuǎn)換單元102可以實(shí)施TDD、FDD或CDMA。MIMO的高效解調(diào)是至關(guān)重要的并且當(dāng)前是熱門的研究課題。
現(xiàn)有的用于MIMO的最大似然檢測(cè)方法通常在計(jì)算上高度復(fù)雜。因此，很多的努力都致力于找到簡(jiǎn)化復(fù)雜度的并且仍具有接近最佳性能的MIMO解調(diào)技術(shù)。
低復(fù)雜度方法的一個(gè)實(shí)例是干擾拒絕合并(IRC)，其在低SNR的情況下具有良好的性能，但是在較高SNR的情況下完全降到最佳解調(diào)器之下，更接近于調(diào)制方案的飽和區(qū)域。其他技術(shù)，像球形解碼(SD)，在高SNR的情況下精確并且非常快速，但是在低SNR的情況下極其復(fù)雜，至少是在被配置成提供相當(dāng)良好的性能時(shí)，因?yàn)閺?fù)雜度則按照問題的大小呈指數(shù)變化，例如參見Joakim Jaldén的“On the Complexity ofSphere Decoding in Digital Communications”(IEEE Transactions on SignalProcessing，2005年4月)。另外，SD以其基本形式僅生成硬比特，而軟值的生成很復(fù)雜或者依賴特別的方法。
另一種方法即所謂的m算法具有不完全依賴于SNR的復(fù)雜度，并且以低得多的復(fù)雜度顯示出接近于最佳解調(diào)器的性能。然而，需要相當(dāng)多的保留路徑來達(dá)到該性能，從而使得其復(fù)雜度仍然相當(dāng)高。類似于SD，m算法也依賴用于生成軟值的特別的方法。具有低復(fù)雜度且精確的ML的方法已經(jīng)在Toshiaki koike、Daisuke Nishikawa和Susumu Yoshida的“Metric-segmented Low-complexity ML Detectionfor Spectrum-efficientMultiple-antenna Systems”(VTC 2005年秋季)中被提出，但是該方法也僅提供硬比特。
EP 1422896涉及一種在數(shù)字通信系統(tǒng)中解碼通信信號(hào)的方法。通信信號(hào)根據(jù)諸如16-QAM之類的包括幅度信息的調(diào)制方案來調(diào)制。該方法包括以下步驟為接收的通信信號(hào)生成似然值；基于至少所生成的似然值來解碼通信信號(hào)。該方法進(jìn)一步包括提供由接收的通信信號(hào)所傳達(dá)的幅度信息的可靠性指示；以及基于所提供的幅度信息的可靠性指示來生成似然值。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明提供一種新穎的方法，所述方法包括要被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)的指令集，并且本發(fā)明在具有低計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)仍能產(chǎn)生精確的最大似然解以及用于QAM信號(hào)的精確的LOGMAX軟值。
優(yōu)選地，該指令集與任何其他現(xiàn)有技術(shù)中用于MIMO的準(zhǔn)確LOGMAX算法相比具有低得多的復(fù)雜度。該復(fù)雜度與大多數(shù)其他低復(fù)雜度但為次最佳的算法所具有的復(fù)雜度是相當(dāng)?shù)?，或者甚至更低?br> 這些優(yōu)點(diǎn)通過一種在數(shù)字通信系統(tǒng)中用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的方法來實(shí)現(xiàn)，所述數(shù)字通信系統(tǒng)具有發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的多個(gè)發(fā)射天線。該方法包括使用xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1...nT；對(duì)于給定信道，選擇i和j并進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、

的最佳組合；遍歷每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、

對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，并且對(duì)每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、

生成xi和xj的候選組合的列表，由此生成候選組合

的列表；以及提供最大似然符號(hào)組合。該方法可以進(jìn)一步包括計(jì)算并比較候選組合

的度量的步驟。該方法可以進(jìn)一步包括在

中為每個(gè)比特找到軟值，具有等于0的比特的最佳序列和具有等于1的比特的最佳序列均在該列表中。
優(yōu)選地，生成

種候選組合的列表，其中L是符號(hào)字母表中符號(hào)的數(shù)量。
該方法可以減少用于計(jì)算硬輸出比特的計(jì)算量，并進(jìn)一步包括以下步驟對(duì)于其他i和j對(duì)來重復(fù)步驟；對(duì)于每對(duì)i和j，生成候選組合

的列表；選擇在所述列表中存在的候選組合；以及計(jì)算并比較所述選擇的候選組合的度量。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，提供一種在發(fā)射4個(gè)符號(hào)的數(shù)字通信系統(tǒng)中用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的方法。該方法包括使用x1、x2、x3、x4表示所發(fā)射的符號(hào)；對(duì)于給定信道，選擇i和j兩個(gè)數(shù)，其中i＝1...4，j＝1...4，且i≠j，并且進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到發(fā)射符號(hào)的最佳組合；遍歷發(fā)射符號(hào)的每種組合，對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，并且對(duì)發(fā)射符號(hào)的每種組合生成符號(hào)的候選組合的列表，由此生成候選組合x1、x2、x3、x4的列表；計(jì)算并比較候選組合x1、x2、x3、x4的度量；以及提供最大似然符號(hào)組合。
本發(fā)明還涉及用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置能夠連接到發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的多個(gè)天線，其中xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1...nT。所述裝置包括計(jì)算裝置，用于進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、

的最佳組合；處理裝置，用于分析每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、

對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，并對(duì)每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、

生成xi和xj的候選組合的列表，由此生成候選組合

的列表；存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)所述列表；以及用于計(jì)算和比較候選組合

的度量的裝置；用于提供最大似然符號(hào)組合的裝置。該網(wǎng)絡(luò)可以包括MIMO、MISO或SIMO天線陣列中的一種。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其具有發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的多個(gè)發(fā)射天線，以及xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1...nT。所述產(chǎn)品包括指令集，用于執(zhí)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、

的最佳組合；指令集，用于分析每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、

對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，對(duì)每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、

生成xi和xj的候選組合的列表，并生成候選組合

的列表；指令集，用于計(jì)算和比較候選組合

的度量并提供最大似然符號(hào)組合。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用戶設(shè)備，所述用戶設(shè)備包括用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的裝置，所述裝置能夠連接到用于發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的多個(gè)天線(610)，其中xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1...nT。所述裝置包括計(jì)算裝置，用于進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、

的最佳組合；處理裝置，用于分析每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、

對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，對(duì)每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、

生成xi和xj的候選組合的列表，并生成候選組合

的列表；存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)所述列表；以及用于計(jì)算和比較候選組合

的度量的裝置；用于提供最大似然符號(hào)組合的裝置。



在下文中將參考如附圖中所示的多個(gè)實(shí)施例來舉例說明本發(fā)明，其中 圖1是MIMO系統(tǒng)的示意圖； 圖2是概述根據(jù)本發(fā)明的用于確定和使用函數(shù)f的原理的示意圖； 圖3a-3c是可以由本發(fā)明的方法高效地處理的符號(hào)星座的實(shí)例； 圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的步驟的流程圖； 圖5是說明實(shí)施本發(fā)明的裝置的框圖；以及 圖6是說明實(shí)施本發(fā)明的用戶單元的框圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明涉及一種用于在系統(tǒng)中低復(fù)雜度的精確的ML的方法，所述系統(tǒng)包括多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線以便在空間上并行地(獨(dú)立地)發(fā)射和接收，以及所述系統(tǒng)優(yōu)選是用于解調(diào)正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的MIMO系統(tǒng)，其在相當(dāng)?shù)偷挠?jì)算復(fù)雜度的情況下具有精確的LOGMAX軟值生成。
本發(fā)明的方法原則上可以被用于任何數(shù)量的天線分支，然而，該方法特別適用于4×4MIMO，這是因?yàn)樗谙鄬?duì)的復(fù)雜度降低和存儲(chǔ)要求之間有良好的平衡。因此，參考包括四個(gè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線的實(shí)例來描述本發(fā)明。還將討論其他的維度。
簡(jiǎn)而言之，本方法如下令x1、x2、x3和x4表示四個(gè)單獨(dú)發(fā)射天線上的發(fā)射符號(hào)，并令符號(hào)字母表包含L個(gè)符號(hào)。給定一個(gè)信道，顯示出有可能對(duì)于它們的信道進(jìn)行一次預(yù)先計(jì)算，該預(yù)先計(jì)算使得對(duì)于任何給定的x3和x4而言能夠極其快速地找到最佳(最低的度量)組合x1和x2。這通過基于在不同的方向上的投影的方法來實(shí)現(xiàn)。通過遍歷所有的x3和x4(總共L2種組合)，x1和x2的L2種候選組合(x3和x4的每種組合對(duì)應(yīng)于一種)的列表因此可以以低計(jì)算復(fù)雜度而被收集。通過計(jì)算和比較x1、x2、x3和x4的這L2個(gè)候選組合的度量，可以找到最大似然符號(hào)組合。此外，由于對(duì)于x3和x4中的每個(gè)比特，具有等于0的比特的最佳序列和具有等于1的比特的最佳序列均在該列表中，所以對(duì)于x3和x4中的每個(gè)比特的LOGMAX軟值能容易地被找到。通過利用與x3和x4交換的x1和x2來重新運(yùn)行整個(gè)過程，也能夠?qū)τ趚1和x2中的所有比特找到軟值。
因此，總共僅需要計(jì)算2L2量級(jí)的度量，其應(yīng)當(dāng)與用于強(qiáng)力(brute-force)方法的L4個(gè)度量相比較。如果僅需要硬比特，那么根據(jù)本發(fā)明的方法甚至可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化，并且需要計(jì)算的度量的數(shù)量可以進(jìn)一步減少如在本描述中所舉例說明的數(shù)量級(jí)。
通常，通過下列矩陣表示來描述在頻率非選擇性信道中工作的、具有nR個(gè)接收天線和nT個(gè)發(fā)射天線的MIMO天線系統(tǒng) y＝H×+w 其中y是nR×1接收復(fù)信號(hào)向量，H是nR×nTMIMO信道響應(yīng)，w是在接收機(jī)處具有單獨(dú)方差

的獨(dú)立同分布元素加性白高斯噪聲(AWGN)，以及x是具有某個(gè)功率約束的nT×1發(fā)射復(fù)信號(hào)向量。為了簡(jiǎn)單起見，在下面的描述中假設(shè)nT-nR＝M。
于是 其中，根據(jù)該實(shí)例，M＝4是發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量(為了簡(jiǎn)單起見數(shù)量相同)。對(duì)于硬比特的MIMO最大似然(ML)解調(diào)問題于是可以被陳述為找到 其中X是符號(hào)字母表中的所有符號(hào)的集合，XM是所有向量符號(hào)的集合。使用Cholesky因式分解和QR分解或二次Cholesky因式分解，該問題可以被轉(zhuǎn)化為找到 其中R是上三角矩陣，

是x的無約束最小平方估計(jì)值。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，MIMO的寬范圍配置可以被轉(zhuǎn)換為根據(jù)本發(fā)明的形式，該配置包括那些使用任何線性分散碼以及不同數(shù)量的發(fā)射天線和接收天線的配置。
下面將進(jìn)一步討論LOGMAX軟比特的生成。
通過寫出 其中R11、R12、R21和R22是2×2矩陣(R21全是零)，并且x1、x2、

和

是2元列向量， 等式(1)中的問題可以被改述為
對(duì)于給定的x2，即在等式(2)中定義的給定v，現(xiàn)在問題在于找到 下面致力于描述可以如何以低的計(jì)算復(fù)雜度來多次找到并估計(jì)從v中算出

的函數(shù)

即 該方法還使得能夠容易地生成LOGMAX軟判定值，因?yàn)槿绻麑?duì)于每個(gè)v來估計(jì)函數(shù)

則在x2中的某個(gè)比特具有某個(gè)值(0或1)的條件下，可以獲得有關(guān)最佳比特序列(x1，x2)的信息，并且可以直接計(jì)算對(duì)數(shù)似然比。
在下文中提供了對(duì)于16QAM的一種特殊情況找到

的原理以及對(duì)于更一般情況的詳細(xì)描述。
在進(jìn)行全面描述之前，下面首先說明基本原理。
圖2說明用于16QAM的特殊情況的本發(fā)明的方法。在圖2中，對(duì)應(yīng)于x1的所有可能的16×16個(gè)值的R11x1的值作為點(diǎn)21被示出。小叉22表示v。原則上，R11x1和v駐留在四維空間中，即兩個(gè)復(fù)數(shù)，但是為了簡(jiǎn)單起見，假設(shè)對(duì)于所有的點(diǎn)而言兩個(gè)坐標(biāo)是相同的，并且僅需要示出兩個(gè)剩余的維度。然而，該簡(jiǎn)化的假設(shè)既不用在下面的推理中，也不用在其后的詳細(xì)描述中。
需要解決的問題是找到與所述叉最接近的點(diǎn)。下面將描述可以如何容易地排除大量點(diǎn)。多個(gè)實(shí)線23將平面劃分為四個(gè)不同的區(qū)域。選擇這些線以剛好從用實(shí)線大圓所標(biāo)記的點(diǎn)24之間對(duì)半穿過。通過將所述叉22投影到與線23橫切的實(shí)線25上，有可能確定所述叉22位于哪個(gè)區(qū)域內(nèi)。確定了區(qū)域，則用實(shí)線圓標(biāo)記的四個(gè)點(diǎn)中的三個(gè)就可以被排除在最接近點(diǎn)的候選之外。在所示的情況下，除了左起第三個(gè)26之外，所有具有實(shí)線圓的點(diǎn)都能被排除。類似地，基于所述叉在多個(gè)虛線27之間的位置，除了左起第三個(gè)29之外，所有具有虛線圓的點(diǎn)28都能被排除。以相同的方式，所有點(diǎn)中的總計(jì)3/4個(gè)點(diǎn)都能被排除，并且僅有4×16＝64個(gè)點(diǎn)留下作為候選。這些點(diǎn)20利用較窄的圓來標(biāo)記。注意，盡管有64個(gè)點(diǎn)，但是由于它們的規(guī)則結(jié)構(gòu)，所以它們僅在軸上標(biāo)記16個(gè)投影。
類似的過程然后可以在垂直方向上進(jìn)行重復(fù)。這也將導(dǎo)致64個(gè)剩余的候選點(diǎn)，它們也通過16個(gè)投影來識(shí)別。此外，前面的64點(diǎn)集和后面的64點(diǎn)集的交集包含16個(gè)點(diǎn)，并且與所述叉最接近的點(diǎn)必然屬于該交集。該交集完全由各16個(gè)投影的這兩個(gè)集合來表征。
然后，完整的過程可以被重復(fù)第二次，但是與圖2相比現(xiàn)在是平行并垂直于第二發(fā)射天線維度的線。這也將導(dǎo)致16個(gè)候選點(diǎn)的一個(gè)集合。理論上，前面的16點(diǎn)集和后面的16點(diǎn)集的交集可以包含的點(diǎn)的個(gè)數(shù)在1與16之間。然而，對(duì)于衰落信道的仿真表明，對(duì)于所考慮的16QAM的情況平均僅有大約1.2個(gè)點(diǎn)，對(duì)于64QAM來說大約有1.5個(gè)點(diǎn)，以及對(duì)于256QAM來說大約有1.5-2個(gè)點(diǎn)。
使用強(qiáng)力方法，該方法對(duì)于兩個(gè)方向中的每一個(gè)方向?qū)⑿枰蠹s3×4×4×4次投影和比較。然而，可以預(yù)先計(jì)算所有點(diǎn)的投影。所預(yù)先計(jì)算的表可以包含所有投影的分類列表，并且對(duì)于被投影在對(duì)應(yīng)間隔中的叉，可以包含對(duì)于每次投影未被排除的點(diǎn)的列表。因此，這將需要總共4×4×3次投影(浮點(diǎn)數(shù))以及在0和3之間的4×4×3×4×4＝768個(gè)整數(shù)的表。函數(shù)f可以利用所述的預(yù)先計(jì)算被非?？焖俚毓烙?jì)。由于f對(duì)于每個(gè)信道實(shí)現(xiàn)應(yīng)被估計(jì)多次，所以結(jié)果來自預(yù)先計(jì)算的相對(duì)計(jì)算復(fù)雜度相當(dāng)小。
為了確定函數(shù)f，可以定義下列單位向量 其中i是虛數(shù)單位，還定義下式 其中mj和nj可以采用在符號(hào)字母表中構(gòu)建符號(hào)所需的整數(shù)值，例如對(duì)于16QAM，nj可以采用值-3、-1、+1、+3，以及γ是使調(diào)制字母表中的符號(hào)的平均能量等于一的歸一化因子。為了便于標(biāo)記，進(jìn)一步定義了

和

它們采用由mj和nj所采用的值之間的中間點(diǎn)。例如，對(duì)于16QAM，

采用值-2、0、2中的任何一個(gè)。
然后計(jì)算被定義為下式的、R11x1在向量k1r、k1i、k2r、k2i中的每一個(gè)上的投影 k1r＝R11e1r/‖R11e1r‖ k1i＝R11e1//‖R11e1/‖ k2r＝R11e2r/‖R11e2r‖ k2i＝R11e2//‖R11e2/‖， 這些向量指向由圖2中所示的天線的實(shí)軸和虛軸所指示的方向。在投影過程中，實(shí)軸和虛軸應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是向量空間中的不同方向。這可以通過對(duì)于所有的mj、nj、

取復(fù)共軛的投影的實(shí)部而獲得 注意，由于k1r正交于R11·[n1j 0]T，所以p1r不依賴于

其中T表示向量的轉(zhuǎn)置。類似地，p1i、p2r、p2i各自都不依賴于

和
現(xiàn)在對(duì)于給定的向量v，對(duì)于m2和n2的每種組合，通過將v投影在k1r上來找到可能的m1，并且對(duì)于每個(gè)

將該(標(biāo)量)值與

相比較。令

，k＝1，2...表示所有

的有序序列。如果則唯一可能的m1為從m2和n2中找到m1的函數(shù)可以被表示為g1r。因此，函數(shù)g1r的估計(jì)需要投影和大量的比較運(yùn)算(對(duì)于16QAM來說為log24次比較)。類似地，分別定義用于計(jì)算n1、m2和n2的函數(shù)g1r、g2r和g2i?？偠灾?，得到下式 m1＝g1r(m2，n2)， n1＝g1i(m2，n2)， m2＝g2r(m1，n1)， (3) n2＝g2i(m1，n1). 對(duì)于每個(gè)可能的輸入自變量，估計(jì)每個(gè)g函數(shù)，獲得一組用于m1的L個(gè)候選、用于n1的L個(gè)候選、用于m2的L個(gè)候選以及用于n2的L個(gè)候選。該組候選可以通過要求同時(shí)保持所有四種關(guān)系而進(jìn)一步簡(jiǎn)化。因此，可能的m1和n1是對(duì)于某一m1滿足下式的那些值 m1＝g1r(g2r(m1，n1)，g2i(m1，n1)) n1＝g1/(g2r(m1，n1)，g2i(m1，n1)) 使用等式(3)從這些m1和n1就可以計(jì)算候選m2和n2。這導(dǎo)致了候選的小集合，對(duì)于這些小集合，明確計(jì)算了各自的度量并選擇了總的最佳候選。
下面，為了計(jì)算的高效執(zhí)行而描述前述的用于計(jì)算f的過程。首先考慮函數(shù)g1r的高效計(jì)算。優(yōu)選地，每個(gè)可能的p1r(即對(duì)于16QAM是3×4×4個(gè)值，

m2和n2的每種組合對(duì)應(yīng)于一個(gè)值)被預(yù)先計(jì)算和分類。對(duì)于該分類列表中的每個(gè)值，預(yù)先計(jì)算對(duì)于m2和n2的所有L種組合規(guī)定了唯一可能的m1的列表。然后可以通過在(L-1)L2個(gè)分類項(xiàng)的表中投影和查找來估計(jì)函數(shù)g1r，該估計(jì)需要log2[(L-1)L2]次比較運(yùn)算。這類似地適用于其他g函數(shù)。
此外，通過預(yù)先計(jì)算v中的所有項(xiàng)在k1r、k1i、k2r和k2i上的投影可以大大簡(jiǎn)化投影運(yùn)算的復(fù)雜度。例如，k1r上的投影可以被重寫為 并且第一項(xiàng)的L個(gè)不同值(m3和n3的每種組合對(duì)應(yīng)于一個(gè)值)以及第二項(xiàng)的L個(gè)不同值被預(yù)先計(jì)算。然后L2次投影可以通過每個(gè)投影的僅僅一次求和來完成。
f的整個(gè)計(jì)算于是由下列運(yùn)算組成 1.在分別對(duì)于(m2，n2)的所有L個(gè)值和(m1，n1)的所有L個(gè)值列出g1r、g1r、g2r和g2i的表中找到右側(cè)位置的指針，這對(duì)于給定的v只需要4×1次加法和大約

次比較運(yùn)算； 2.一旦獲得這些表指針，就可以通過小整數(shù)(每個(gè)為log2L個(gè)比特)的2L次相等比較運(yùn)算來找到最終的候選。
值得注意的是，盡管某些簡(jiǎn)單整數(shù)的比較運(yùn)算的執(zhí)行多于L2次，但是并沒有執(zhí)行如強(qiáng)力方法中所執(zhí)行的L4次量級(jí)的運(yùn)算。
在上面的描述中，僅考慮了具有完全規(guī)則的星座的QAM，即在實(shí)方向和虛方向上所有星座點(diǎn)之間都具有相同的間距。然而，本方法對(duì)于任何QAM方案都同樣很好地適用。圖3a-3c中示出一些實(shí)例。還應(yīng)當(dāng)注意，可以在不同的天線上同時(shí)使用不同的QAM方案。
當(dāng)僅需要硬輸出比特時(shí)，可以進(jìn)一步減少度量計(jì)算的數(shù)量。當(dāng)對(duì)所有x3和x4的組合來迭代時(shí)，不需要對(duì)于每個(gè)候選x1和x2計(jì)算度量。代之以，對(duì)x3和x4的每種組合保留可能的x1和x2的小列表。類似地，當(dāng)對(duì)所有x1和x2迭代時(shí)，保留x3和x4的可能組合的列表?？偟淖畲罂赡芊?hào)組合x1、x2、x3和x4然后必須在列表的兩個(gè)集合中。存在于列表的兩個(gè)集合中的符號(hào)組合可以以類似于使用g函數(shù)的方式被找到。因此，僅需要對(duì)于兩個(gè)列表中的符號(hào)組合計(jì)算明確的度量，這在實(shí)際中典型地證明是相當(dāng)少(例如參見表2)。因?yàn)槎攘坑?jì)算支配該方法的基本形式(軟值)的復(fù)雜度，所以這應(yīng)導(dǎo)致復(fù)雜度的大大降低。
本發(fā)明無疑可以應(yīng)用于其他維度。例如對(duì)于3×3MIMO，該問題可以被分解為2+1維，對(duì)于4×4MIMO用2+2維來代替，對(duì)于5×5MIMO分解為2+3維。類似地，該方法可以被用于更高維度。
有利地，在將要進(jìn)行具有相同信道的多個(gè)解調(diào)以及僅需要硬比特的情況下，可以使用本發(fā)明的技術(shù)來大大加速2×2MIMO解調(diào)。對(duì)于函數(shù)f的預(yù)先計(jì)算于是可以首先進(jìn)行一次，隨后對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的解調(diào)僅需要表查找步驟。
所提出的方法的復(fù)雜度在表2中與常規(guī)的強(qiáng)力LOGMAX算法和m算法的復(fù)雜度進(jìn)行比較。本發(fā)明方法的結(jié)果通過仿真來獲得，以及其他方法的數(shù)字是理論上估計(jì)的。
前述用于4×4MIMO天線的實(shí)例可以被推廣用于任何數(shù)量的發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的發(fā)射天線，如圖4的流程圖所示，通過(410)使用xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1...nT，(420)使用包含L個(gè)符號(hào)的符號(hào)字母表，(430)對(duì)于給定的信道，進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而能夠?qū)τ谌魏谓o定的xi、xj和接收信號(hào)而言找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、

的最佳組合，(440)遍歷x1...xi-1、xi+1...xj-1、

以及(450)對(duì)它們的每種組合以不同的方向進(jìn)行投影，(460)生成xi和xj的

(不限于此)種候選組合的列表以及(470)計(jì)算并比較xi和xj的

種候選組合的度量，以及提供最大似然符號(hào)組合。
本發(fā)明可以被實(shí)施為硬件或軟件解決方案。
本發(fā)明可以在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中被實(shí)施，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以包括用于處理信號(hào)的計(jì)算機(jī)單元。假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)具有發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的多個(gè)發(fā)射天線，其中xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1...nT。假設(shè)符號(hào)字母表包含L個(gè)符號(hào)。如圖5中所示意性說明的，計(jì)算機(jī)單元500可以包括計(jì)算單元510，用于進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而能夠在給定信道的情況下對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、

的最佳組合；處理單元520，用于通過下述操作來進(jìn)行處理遍歷存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器530中的x1...xi-1、xi+1...xj-1、

對(duì)它們的每種組合以不同方向進(jìn)行投影，以及生成xi和xj的候選組合的列表(其可以被存儲(chǔ)在相同的存儲(chǔ)器530或者任何其他存儲(chǔ)器中)；以及計(jì)算裝置540，用于計(jì)算并比較xi和xj的候選組合的度量；以及輸出裝置550，用于提供最大似然符號(hào)組合。所述處理單元和計(jì)算單元可以是同一單元。
圖6以示意性框圖說明實(shí)施本發(fā)明的教導(dǎo)的用戶設(shè)備(UE)600，其中處理單元620處理通信數(shù)據(jù)以及通信控制信息。UE 600進(jìn)一步包括易失性存儲(chǔ)器(例如RAM)630和/或非易失性存儲(chǔ)器(例如硬盤或閃盤)640、以及接口單元650。UE 600可以進(jìn)一步包括具有各自連接接口的移動(dòng)通信單元660。UE中的所有單元可以彼此直接通信或者通過處理單元670間接通信。用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的軟件可以在UE600內(nèi)執(zhí)行。UE 600還可以包括接口680，以用于與諸如SIM卡之類的識(shí)別單元通信，用于唯一地識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的UE并且用于在“SIGN”(即UE的業(yè)務(wù)量計(jì)數(shù)以及數(shù)字簽名)的識(shí)別。UE中通常存在的其他特征未在圖6中示出，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解所述其他特征，例如對(duì)于移動(dòng)電話而言是天線610、照相機(jī)、可替換存儲(chǔ)器、屏幕和按鈕。
本發(fā)明不限于MIMO系統(tǒng)，并且可以在任何多發(fā)射/接收系統(tǒng)中被實(shí)施，例如SIMO、MISO等。
應(yīng)當(dāng)注意，詞語“包括”并不排除在所列出的元件或步驟之外還存在其他元件或步驟，以及元件之前的詞語“一”或“一個(gè)”并排除存在多個(gè)所述元件。本發(fā)明至少可以部分地在軟件或硬件中被實(shí)施。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步注意，任何參考標(biāo)記都不限制權(quán)利要求的范圍，并且?guī)讉€(gè)“裝置”、“設(shè)備”和“單元”可以由同一項(xiàng)硬件來表示。
上面提及和描述的實(shí)施例僅作為實(shí)例而給出，并且不應(yīng)當(dāng)限制本發(fā)明。在下面描述的專利權(quán)利要求中所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)的其他的解決方案、用途、目的以及功能對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)是顯而易見的。
表1不同算法所需的度量計(jì)算的數(shù)量 (所有數(shù)字都是近似值) *)值指示所計(jì)算的完整度量的數(shù)量。另外，幾個(gè)部分度量在m算法的中間級(jí)中被計(jì)算，但是在最終級(jí)之前被處理。注意，該數(shù)字假設(shè)了簡(jiǎn)化的軟值生成。
**)值是計(jì)算度量的平均數(shù)量，其是對(duì)獨(dú)立瑞利衰落信道進(jìn)行仿真而確定的。另外，需要大量的比較運(yùn)算和加法(例如對(duì)于16QAM是大約1000次實(shí)數(shù)加法)。
***)括號(hào)內(nèi)的數(shù)字是指僅需硬輸出比特時(shí)的情況。(對(duì)于此處考慮的常規(guī)ML LOGMAX以及具有高度簡(jiǎn)化的軟值生成方案的m算法，與軟比特情況中相同數(shù)量的度量也適用于僅有硬比特的情況。) 從實(shí)施的角度來看，不僅計(jì)算復(fù)雜度是重要的，而且存儲(chǔ)器要求也是重要的。由于預(yù)先計(jì)算，所以該方法需要一定量的存儲(chǔ)器。如果根據(jù)上述f的高效計(jì)算的描述來實(shí)施，該方法對(duì)于M＝4需要的存儲(chǔ)器具有在主查找表中

個(gè)整數(shù)(每個(gè)整數(shù)log2L個(gè)比特)， 在主查找表中4L3/2個(gè)浮點(diǎn)數(shù)。
對(duì)于16QAM、64QAM、256QAM，這對(duì)應(yīng)于近似為表2中所列出的存儲(chǔ)器。
表24×4MIMO的存儲(chǔ)器要求(近似) 這意味著所需的存儲(chǔ)器數(shù)量是合理的。
權(quán)利要求
1.一種在數(shù)字通信系統(tǒng)中用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的方法，所述數(shù)字通信系統(tǒng)具有發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的多個(gè)發(fā)射天線，所述方法包括
a)使用xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1...nT；
b)對(duì)于給定的信道，選擇i和j并進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、
的最佳組合；c)遍歷每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、
對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，并對(duì)每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、
生成xi和xj的候選組合的列表，由此生成候選組合
的列表；以及
d)提供最大似然符號(hào)組合。
2.權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述步驟c之后計(jì)算并比較所述候選組合
的度量的步驟。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包括在
中為每個(gè)比特找到軟值，具有等于0的比特的最佳序列和具有等于1的比特的最佳序列均在所述列表中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中生成
種候選組合的列表，其中L是符號(hào)字母表中的符號(hào)的數(shù)量。
5.權(quán)利要求1所述的方法，為了計(jì)算硬輸出比特，進(jìn)一步包括以下步驟對(duì)于其他的i和j對(duì)重復(fù)步驟c；對(duì)于每對(duì)i和j，生成候選組合x1...xn的列表；選擇在所有所述列表中存在的候選組合；以及計(jì)算并比較所述選擇的候選組合的度量。
6.一種在發(fā)射4個(gè)符號(hào)的數(shù)字通信系統(tǒng)中用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的方法，所述方法包括
a)使用x1、x2、x3、x4表示所發(fā)射的符號(hào)；
b)對(duì)于給定的信道，選擇i和j兩個(gè)數(shù)，其中i和j采用在1至4之間的數(shù)字并且i≠j，以及進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到發(fā)射符號(hào)的最佳組合；
c)遍歷發(fā)射符號(hào)的每種組合，對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，并且對(duì)發(fā)射符號(hào)的每種組合生成符號(hào)的候選組合的列表，由此生成候選組合x1、x2、x3、x4的列表；
d)計(jì)算并比較所述候選組合x1、x2、x3、x4的度量；以及
e)提供最大似然符號(hào)組合。
7.一種用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置(500)，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)裝置能夠連接到發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的多個(gè)發(fā)射天線，其中xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1...nT，所述裝置包括計(jì)算裝置(510)，用于進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、
的最佳組合；處理裝置(520)，用于分析每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、
對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，對(duì)每種組合x1...xi-i、xi+1...xj-1、
生成xi和xj的候選組合的列表，并且生成候選組合
的列表；存儲(chǔ)裝置(530)，用于存儲(chǔ)所述列表；用于計(jì)算和比較所述候選組合
的度量的裝置(540)；用于提供最大似然符號(hào)組合的裝置。
8.權(quán)利要求6所述的裝置，所述網(wǎng)絡(luò)包括MIMO、MISO或SIMO天線陣列中的一種。
9.一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的寄存器(530)，用于存儲(chǔ)根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任何一項(xiàng)所述的列表。
10.一種在數(shù)字通信系統(tǒng)中用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述數(shù)字通信系統(tǒng)具有發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的多個(gè)發(fā)射天線并且xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1...nT，所述產(chǎn)品包括
●指令集，用于執(zhí)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、
的最佳組合；
●指令集，用于分析每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、
對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，對(duì)每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、
生成xi和xj的候選組合的列表，并且生成候選組合
的列表；
●指令集，用于計(jì)算和比較所述候選組合
的度量并提供最大似然符號(hào)組合。
11.一種用戶設(shè)備(600)，所述用戶設(shè)備具有用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的裝置，所述裝置能夠連接到用于發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的多個(gè)天線(610)，其中xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1...nT，所述裝置包括計(jì)算裝置(670)，用于進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、
的最佳組合；處理裝置(670)，用于分析每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、
對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，對(duì)每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、
生成xi和xj的候選組合的列表，并生成候選組合
的列表；存儲(chǔ)裝置，用于存儲(chǔ)所述列表；以及用于計(jì)算和比較所述候選組合
的度量的裝置(670)；用于提供最大似然符號(hào)組合的裝置。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種在例如MIMO系統(tǒng)中用于快速且精確的ML低復(fù)雜度解調(diào)的方法。本發(fā)明涉及一種在數(shù)字通信系統(tǒng)中用于處理信號(hào)、尤其是用于正交幅度調(diào)制(QAM)信號(hào)的最大似然(ML)解調(diào)的方法和裝置，所述數(shù)字通信系統(tǒng)具有發(fā)射nT個(gè)符號(hào)的多個(gè)發(fā)射天線，該方法包括以下步驟使用xm表示所發(fā)射的符號(hào)，其中m＝1…nT；對(duì)于給定的信道，選擇i和j并進(jìn)行預(yù)先計(jì)算，從而對(duì)任何給定的xi、xj和接收信號(hào)而言便于找到x1...xi-1、xi+1...xj-1、xj+1...Xn#-[T]的最佳組合；遍歷每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、xj+1...∴，對(duì)每一種所述組合以多個(gè)方向進(jìn)行投影，并且對(duì)每種組合x1...xi-1、xi+1...xj-1、xj+1...Xn#-[T]生成xi和xj的候選組合的列表，由此生成候選組合x1...Xn#-[T]的列表；以及提供最大似然符號(hào)組合。
文檔編號(hào)G06K9/20GK101484908SQ200680055265
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者J·阿克斯納斯 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司