專利名稱：一種在多天線數(shù)字無線通信系統(tǒng)中檢測信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號檢測技術(shù)，特別是指一種在多天線數(shù)字無線通信系統(tǒng)中檢測信號的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)信息論，在通信系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端同時(shí)使用多天線陣列可以極大的提高傳輸比特率。
在發(fā)射端和接收端同時(shí)使用多天線陣列的具有空-時(shí)架構(gòu)的無線通信系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)工作在瑞利散射環(huán)境，信道矩陣的各個(gè)元素可以近似看作是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。在圖1所示的系統(tǒng)中，一個(gè)數(shù)據(jù)序列分成M個(gè)不相關(guān)的碼元子序列，每個(gè)子序列由M個(gè)發(fā)射天線的一個(gè)發(fā)射。M個(gè)子序列在經(jīng)過一個(gè)信道矩陣為H的信道的影響后，在接收端由N個(gè)接收天線接收。發(fā)射信號s1，...，sM分別通過M個(gè)不同的天線單元a-1，...，a-M發(fā)射，相應(yīng)的接收信號x1，...，xN分別從N個(gè)不同的天線單元b-1，...，b-N接收。該系統(tǒng)中，發(fā)射天線單元數(shù)M最少是2，而接收天線單元數(shù)N最少是M。信道矩陣H是一個(gè)N×M的矩陣，矩陣中第i行j列的元素表示第i個(gè)接收天線和第j個(gè)發(fā)射天線通過傳輸信道的耦合。接收信號x1，...，xN在數(shù)字信號處理器中被處理以產(chǎn)生恢復(fù)的發(fā)射信號 此圖中也顯示了求和成分c-1，c-2，...，c-N，它們代表包含的無法避免的噪聲信號w1，w2，...，wN，這些噪聲信號分別加入到接收天線單元b-1，b-2，...，b-N接收到的信號中。
由發(fā)射天線和接收天線之間的信道系數(shù)組成的矩陣為信道矩陣，信道系數(shù)是利用接收信號進(jìn)行信道估計(jì)得到。在圖1所示系統(tǒng)中的信道矩陣H是一個(gè)N×M的矩陣，表示為
信道矩陣H是一個(gè)N×M復(fù)數(shù)矩陣，假定該信道矩陣在K個(gè)符號的時(shí)期內(nèi)是常數(shù)。向量hn:(n＝1，2，...，N)和h:m(m＝1，2，...，M)的長度分別是M和N。其中，信道矩陣H包含的信道向量h:1至h:M分別表示信道對M個(gè)傳輸信號中每個(gè)傳輸信號的影響。更明確的，信道向量h:m(m＝1，2，...，M)包括信道矩陣項(xiàng)h1m至hNm，分別表示在接收天線單元b-1至b-N中每個(gè)接收天線上，信道對發(fā)射信號sm的影響。
在圖1所示的系統(tǒng)中，發(fā)射信號的向量與接收信號的向量之間滿足關(guān)系式x(k)=Σm=1Mh:msm(k)+w(k)=Hs(k)+w,]]>其中k表示采樣時(shí)刻，k＝1，2，...，K。用向量形式表示上述關(guān)系為x→=Σm=1Mh:msm+w→=Hs→+w→,]]>再把該式寫為x→=s1·h:1+s2·h:2+...+sm·h:m+···+sM·h:M+w→]]>的形式，可以清楚的看到各個(gè)發(fā)射信號對接收信號向量 的影響。
發(fā)射信號的最小均方誤差(MMSE)估計(jì)為s→^=(HH·H+αIM×M)-1HHx→,]]>其中，符號-1表示求矩陣的逆矩陣，α為與發(fā)射信號的信噪比相關(guān)的常數(shù)，α=σw2σs2.]]>本發(fā)明所述的估計(jì)誤差e=s→-s→^]]>的協(xié)方差矩陣為把加性高斯白噪聲的方差歸一化為1的情況下的協(xié)方差矩陣，即E{(s→-s→^)(s→-s→^)H}=(HH·H+αIM×M)-1,]]>記為Q，并定義R＝(HH·H+αIM×M)，則有Q＝R-1。從而，對發(fā)射信號的估計(jì)值可以表示為s→^=QHHx→]]>的形式。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在以上所述的MIMO系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信號檢測的方法是首先利用信道矩陣H得到所有待檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Q的初始值，然后利用所得到的Q的初始值計(jì)算對發(fā)射信號的估計(jì)值。其中，如何計(jì)算Q的初始值將會影響信號檢測的計(jì)算量和復(fù)雜度。下面介紹現(xiàn)有技術(shù)中的具體實(shí)現(xiàn)方法。
在現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算Q的初始值是通過以下所述的遞推方法計(jì)算首先設(shè)置一個(gè)M×M的對角線上元素為(1/α)的對角矩陣，即Q
＝(1/α)·IM×M，其中的Q
作為遞推Q的初始值的第一個(gè)遞推變量。
然后，按照Q[l]=Q[l-1]-Q[l-1]hl:hl:HQ[l-1]1+hl:HQ[l-1]hl:,]]>l＝1，...，M的公式遞推得到所有待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Q的初始值。
利用Q的初始值計(jì)算對發(fā)射信號的估計(jì)值的方法為假設(shè)m為檢測信號過程中的迭代變量，則檢測第m個(gè)發(fā)射信號時(shí)的M+1-m個(gè)待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣記為QM+1-m。
當(dāng)m＝1時(shí)，即當(dāng)檢測第一個(gè)發(fā)射信號時(shí)，此時(shí)的QM+1-m為Q的初始值，因此直接利用Q的初始值計(jì)算得到第一個(gè)被檢測發(fā)射信號的估計(jì)值。然后，利用Q遞推得到剩下的M-1個(gè)待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣QM-1。
當(dāng)m＞1時(shí)，此時(shí)對應(yīng)M+1-m個(gè)待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣QM+1-m已在上一次檢測發(fā)射信號后計(jì)算得到，并利用QM+1-m計(jì)算得到第m個(gè)被檢測發(fā)射信號的估計(jì)值。然后，利用QM+1-m遞推得到剩下的M-m個(gè)待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣QM-m。
綜上所述，在信號檢測時(shí)需要的Q的初始值的遞推過程中的矩陣從一開始就是M×M的矩陣，由于矩陣的計(jì)算復(fù)雜度與矩陣維數(shù)直接相關(guān)，當(dāng)發(fā)射天線個(gè)數(shù)M大時(shí)，遞推的計(jì)算復(fù)雜度會變得更高。而且，在信號檢測過程中，每一次都要重新計(jì)算當(dāng)前待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，這必然導(dǎo)致信號檢測計(jì)算復(fù)雜度的提高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在多天線數(shù)字無線通信系統(tǒng)中檢測信號的方法，使得檢測信號的計(jì)算復(fù)雜度減少。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種在多天線數(shù)字無線通信系統(tǒng)中檢測信號的方法，在多入多出MIMO系統(tǒng)中檢測至少兩個(gè)發(fā)射信號，所述發(fā)射信號由發(fā)射端各個(gè)不同的發(fā)射天線分別發(fā)射并經(jīng)過一個(gè)信道到達(dá)接收端，該方法包括a.接收端的至少兩個(gè)接收天線接收所述發(fā)射信號，獲得至少兩個(gè)接收信號；b.接收端根據(jù)接收信號進(jìn)行信道估計(jì)，得到由發(fā)射天線和接收天線之間的信道系數(shù)組成的信道矩陣H；c.利用信道矩陣H計(jì)算出所有發(fā)射信號中的部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，然后利用信道矩陣H和計(jì)算出的部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，遞推求得包括所述部分發(fā)射信號且個(gè)數(shù)多于所述部分發(fā)射信號個(gè)數(shù)的發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣；d.利用步驟c所得到的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，檢測步驟c中所述的包括部分發(fā)射信號且個(gè)數(shù)多于所述部分發(fā)射信號個(gè)數(shù)的發(fā)射信號。
步驟c所述遞推求得包括所述部分發(fā)射信號且個(gè)數(shù)多于所述部分發(fā)射信號個(gè)數(shù)的發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣為遞推求得所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣；步驟d所述檢測包括部分發(fā)射信號且個(gè)數(shù)多于所述部分發(fā)射信號個(gè)數(shù)的發(fā)射信號為檢測所有發(fā)射信號。
步驟c所述利用部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣遞推求得所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的步驟為以部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的Sherman-Morrison結(jié)果作為子矩陣，遞推求得所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣。
所述步驟b和步驟c之間進(jìn)一步包括設(shè)置檢測至少兩個(gè)發(fā)射信號的先后順序；所述步驟c包括c11.利用所設(shè)置的檢測順序中最后被檢測的第一數(shù)目個(gè)發(fā)射信號對應(yīng)的信道矩陣，計(jì)算所述最后被檢測的第一數(shù)目個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣；設(shè)置用于遞推檢測發(fā)射信號估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣大于所述第一數(shù)目的第二數(shù)目；c12.利用所設(shè)置的檢測順序中最后被檢測的第二數(shù)目個(gè)發(fā)射信號對應(yīng)的信道矩陣，并以上一次遞推或步驟c11所得到的最后被檢測的第一數(shù)目個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的Sherman-Morrison結(jié)果作為子矩陣，遞推計(jì)算所述最后被檢測的第二數(shù)目個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，如果已得到所有被檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，則結(jié)束本流程，否則令第一數(shù)目的值等于第二數(shù)目的值后，第二數(shù)目的值加1或大于1的整數(shù)值，返回步驟c12。
所述步驟d包括d1.在待檢測發(fā)射信號中選擇當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號，利用步驟c得到的所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣、信道矩陣H以及接收信號得到對所述當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值；d2.利用步驟d1得到的當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值計(jì)算對檢測后續(xù)待檢測發(fā)射信號的干擾值，消除所述當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號對檢測后續(xù)待檢測發(fā)射信號的干擾；d3.重復(fù)步驟d1、d2，直到檢測到所有待檢測發(fā)射信號。
所述步驟d1之前進(jìn)一步包括利用信道矩陣H對接收信號進(jìn)行預(yù)匹配濾波變換；計(jì)算信道矩陣H的互相關(guān)信道矩陣Φ，Φ＝HH·H；步驟d1所述得到對當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值的步驟包括利用待檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣和所述接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果得到所述當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值；所述步驟d2包括利用所述當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值和信道矩陣H的互相關(guān)信道矩陣Φ計(jì)算已檢測的發(fā)射信號對檢測后續(xù)發(fā)射信號的干擾值，并從所述接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果中消除已檢測的發(fā)射信號的干擾，得到修正的接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果，作為下一次檢測信號時(shí)的接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明提供的檢測信號方法，在計(jì)算所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的初始值時(shí)，預(yù)先設(shè)置在接收端檢測發(fā)射信號的順序，并按照所述順序依次遞推從少到多的發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，最終得到所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的初始值，所述的遞推方法，減少了遞推的計(jì)算量，從而能夠減少檢測信號的計(jì)算復(fù)雜度。在初始值的遞推過程中得到的中間結(jié)果還可以在檢測信號過程中利用，如果預(yù)先設(shè)置的檢測順序與實(shí)際檢測順序相近或相同，則在檢測信號過程中減少重新計(jì)算待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的步驟，從而能夠減少檢測信號的計(jì)算復(fù)雜度。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中多天線數(shù)字無線通信系統(tǒng)框圖；圖2所示為本發(fā)明中計(jì)算所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的初始值的流程圖；圖3所示為本發(fā)明中檢測信號的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面舉具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
本發(fā)明在檢測信號過程中，計(jì)算所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的初始值的主要思想為按照從少到多的發(fā)射信號的順序，先計(jì)算得到較少發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，然后利用所得到的較少發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，遞推計(jì)算較多發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣。通過以上遞推方法計(jì)算估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的初始值，不僅能夠減少遞推初始值的計(jì)算量，而且在檢測信號的步驟中還可以充分利用在計(jì)算初始值過程中所得到的中間結(jié)果，從而進(jìn)一步減少檢測信號的計(jì)算量。
下面給出具體實(shí)現(xiàn)方法。圖2所示為計(jì)算所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的初始值的流程圖，包括以下幾個(gè)步驟步驟201接收端接收到發(fā)射端從M個(gè)發(fā)射天線分別發(fā)射的M個(gè)發(fā)射信號，獲得N個(gè)接收信號，并根據(jù)接收信號進(jìn)行信道估計(jì)，得到由發(fā)射天線和接收天線之間的信道系數(shù)組成的信道矩陣H。
預(yù)先設(shè)置所有M個(gè)發(fā)射信號在接收端被檢測的先后順序，用發(fā)射信號序號記為tM，tM-1，...，tm，...，t2，t1。相應(yīng)的，把信道矩陣H按列重新排序，得到按照所述預(yù)先設(shè)置的檢測發(fā)射信號的先后順序排序的信道矩陣H，記為HM(tM)，HM(tM)=h:t1h:t2...h:tM-1h:tM.]]>利用向量f＝[t1，t2，...，tm，...，tM-1，tM]T記錄與信道矩陣HM(tM)對應(yīng)的發(fā)射信號的索引。
步驟202用信道矩陣HM(tM)，先求得HM(tM)的互相關(guān)信道矩陣ΦM=(HM(tM))H·HM(tM),]]>再由ΦM求得估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣QM的逆矩陣RM=(HM(tM))H·HM(tM)+αIM×M=ΦM+αIM×M.]]>其中，RM=(HM(tM))H·HM(tM)+αIM×M]]> 其中，*表示對1個(gè)復(fù)數(shù)取共軛。
步驟203計(jì)算最后被檢測的一個(gè)發(fā)射信號t1對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，記為Q1(t1)。
對應(yīng)發(fā)射信號t1的信道矩陣為H1(t1)=[h:t1].]]>從步驟202得到的RM中，得到發(fā)射信號t1的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的逆矩陣為R1(t1)=(h:t1)H·h:t1+α=rt1t1,]]>其中，rt1t1就是RM的第1行第1列的元素。
然后利用R1(t1)計(jì)算對應(yīng)最后被檢測的發(fā)射信號t1的估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣Q1(t1)。由Q1(t1)=(R1(t1))-1]]>得到Q1(t1)=1/rt1t1.]]>下面讓遞推Q的初始值的變量m設(shè)為2，進(jìn)入步驟204。在下面的遞推Q的初始值的步驟中，將最后被檢測的m個(gè)發(fā)射信號tm，...，t2，t1對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣記為Qm(tm)。
步驟204判斷是否已得到所有被檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，即判斷m是否大于M，如果是，則說明已得到M個(gè)被檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，轉(zhuǎn)到步驟208；否則，遞推m個(gè)被檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Qm(tm)的值，執(zhí)行步驟205、206、207。
步驟205最后被檢測的m個(gè)發(fā)射信號tm，...，t2，t1對應(yīng)的信道矩陣為Hm(tm)=h:t1h:t2...h:tm,]]>相應(yīng)的，對應(yīng)最后被檢測的m個(gè)發(fā)射信號tm，...，t2，t1的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的逆矩陣為Rm(tm)=(Hm(tm))H·Hm(tm)+αI(m)×(m).]]>Rm(tm)與Rm-1(tm-1)有如下的遞推關(guān)系Rm(tm)=Rm-1(tm-1)vm-1(tm)(vm-1(tm))Hβ1(tm),]]>其中，Rm-1(tm-1)是上一次遞推得到的對應(yīng)最后被檢測的m-1個(gè)發(fā)射信號tm-1，...，t2，t1的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的逆矩陣或者是對應(yīng)最后被檢測的1個(gè)發(fā)射信號t1的估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣的逆矩陣R1(t1)；β1(tm)=h:tmH·h:tm+α=rtmtm;vm-1(tm)=h:t1H·h:tmh:t1H·h:tm...h:tm-1H·h:tm=rt1tmrt2tm...rtm-1tm.]]>容易看到β1(tm)和vm-1(tm)都可以從步驟202中計(jì)算的RM中直接得到，更具體的，是RM的第m行第m列的元素，而vm-1(tm)是由RM的第m列的頭m-1項(xiàng)組成。從而不需要任何計(jì)算，就可以直接得到Rm(tm)。
步驟206求最后被檢測的m個(gè)發(fā)射信號tm，...，t2，t1對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Qm(tm)。
利用對應(yīng)最后被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Q1(t1)或者上一次遞推得到的對應(yīng)最后被檢測的m-1個(gè)發(fā)射信號tm-1，...，t2，t1的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Qm-1(tm-1)，遞推得到Qm(tm)，遞推方法如下所述首先計(jì)算Qm-1(tm-1)的Sherman-Morrison結(jié)果，即使用Sherman-Morrison公式得到(Tm-1(tm1))-1，(Tm-1(tm))-1=Qm-1(tm-1)+Qm-1(tm-1)vm-1(tm)(vm-1(tm))HQm-1(tm-1)β1(tm)-(vm-1(tm))HQm-1(tm-1)vm-1(tm);]]>然后由(Tm-1(tm)-1、vm-1(tm)，以及β1(tm)得到最后被檢測的m個(gè)發(fā)射信號tm，...，t2，t1對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Qm(tm)為，Qm(tm)=(Tm-1(tm))-1-(Tm-1(tm))-1vm-1(tm)β1(tm)-((Tm-1(tm))-1vm-1(tm)β1(tm))H1β1(tm)+(vm-1(tm))H(Tm-1(tm))-1vm-1(tm)(β1(tm))2.]]>步驟207m的值增加1，即m＝m+1，然后返回步驟204。
步驟208得到所有M個(gè)發(fā)射信號tM，tM-1，...，tm，...，t2，t1對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣QM(tM)的值。QM(tM)就是信號檢測過程中決定一個(gè)最優(yōu)檢測順序，且依照所述最優(yōu)檢測順序并使用干擾消除的方法逐次檢測各個(gè)發(fā)射信號時(shí)，所使用的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的初始值，所述初始值記為QM，QM=QM(tM).]]>通過以上步驟，得到了所有被檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的初始值QM；同時(shí)，還得到了檢測部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Qm，其中，m＝1，2，...，M-1，Qm對應(yīng)發(fā)射天線tm，...，t2，t1的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣。
得到所有待檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的初始值后，進(jìn)入圖3所示的檢測信號的流程中，即轉(zhuǎn)到圖3的a。
圖3為信號檢測的流程圖，圖3所示的信號檢測從a開始。
步驟301對接收信號進(jìn)行預(yù)匹配濾波變換，得到接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果zM=(HM)H·x→,]]>其中，(HM)H為匹配濾波器，向量 為表示接收信號x1，...，xN的向量。發(fā)射信號的索引仍然是向量f＝[t1，t2，...，tm，...，tM-1，tM]T。
下面將檢測信號過程中的迭代變量m設(shè)為1，進(jìn)入步驟302。在下面的檢測信號的迭代步驟中，在M+1-m個(gè)發(fā)射信號中檢測某一發(fā)射信號時(shí)，對應(yīng)M+1-m個(gè)待檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣記為QM+1-m。
步驟302判斷是否檢測最后一個(gè)發(fā)射信號，即判斷m是否等于M，如果是，則執(zhí)行步驟313；否則執(zhí)行步驟303。
步驟303在M+1-m個(gè)發(fā)射信號中確定接收信噪比最好的發(fā)射信號，方法是從QM+1-m中查找對角元素最小的行記為第lm行，lm=argminiqM+1-m,ii,]]>其中，qM+1-m，ii是矩陣QM+1-m的第i行第i列的元素即對角線上的元素，i＝1，...，M+1-m。所述的第lm行對應(yīng)于M+1-m個(gè)發(fā)射信號中接收信噪比最好的信號，即當(dāng)前被檢測的發(fā)射信號。
步驟304在矩陣QM+1-m中交換第lm行和M+1-m行，交換第lm列和M+1-m列；相應(yīng)的，在矩陣RM+1-m中交換第lm行和M+1-m行，交換第lm列和M+1-m列；相應(yīng)的，在矩陣ΦM+1-m中交換第lm行和M+1-m行，交換第lm列和M+1-m列；相應(yīng)的，在對接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果向量zM+1-m中交換第lm項(xiàng)和第M+1-m項(xiàng)。在向量f中交換第lm項(xiàng)和第M+1-m項(xiàng)。
步驟305當(dāng)前被檢測的發(fā)射信號為向量f中第M+1-m項(xiàng)，記為pm，pm＝f(M+1-m)。計(jì)算對當(dāng)前被檢測的發(fā)射信號的估計(jì)值ypm。發(fā)射信號pm的估計(jì)值ypm為，ypm=qM+1-mH·zM+1-m.]]>其中，qM+1-m表示QM+1-m的第M+1-m列。
步驟306對所得到的發(fā)射信號的估計(jì)值ypm進(jìn)行量化，得到對發(fā)射信號的檢測結(jié)果 步驟307從接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果中消除當(dāng)前檢測到的發(fā)射信號的影響，得到尚未被檢測的M-m個(gè)發(fā)射信號對應(yīng)的多個(gè)接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果，即從對接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果向量zM+1-m中刪除第M+1-m項(xiàng)得到具有M-m項(xiàng)的(zM+1-m)minus；從(zM+1-m)minus中消除當(dāng)前被檢測到的發(fā)射信號的干擾，得到對應(yīng)所有M-m個(gè)未被檢測的發(fā)射信號的多個(gè)接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果 其中M-m+1是矩陣ΦM-m+1的第M+1-m列的頭M-m行，M-m+1具有M-m項(xiàng)。
步驟308從矩陣ΦM+1-m中刪除第M+1-m列和第M+1-m行，得到矩陣ΦM-m；從矩陣RM+1-m中提取頭M-m行頭M-m列得到矩陣RM-m，從矩陣RM+1-m中提取第M+1-m列的頭M-m行得到向量vM-m，從矩陣RM+1-m中提取第M+1-m行第M+1-m列的元素得到一項(xiàng)βpm。
步驟309判斷在圖2所示求QM的初始值的過程中，是否已得到對應(yīng)M-m個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣QM-m，如果是，則執(zhí)行步驟310；否則，執(zhí)行步驟311。
步驟310將遞推QM的初始值的過程中得到的QM-m作為下一次迭代所需要的對應(yīng)M-m個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣QM-m。然后執(zhí)行步驟312。
步驟311利用矩陣QM+1-m計(jì)算下一次迭代所需要的對應(yīng)M-m個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣QM-m，計(jì)算方法是從矩陣QM+1-m中刪除第M+1-m行和第M+1-m列得到矩陣TM-m-1，然后利用TM-m-1、vM-m以及βpm得到QM-m，QM-m=TM-m-1-TM-m-1vM-mvM-mHTM-m-1βpm+vM-mHTM-m-1vM-m.]]>然后執(zhí)行步驟312。
步驟312m的值增加1，即m＝m+1，返回步驟302。
步驟313當(dāng)前被檢測的發(fā)射信號為向量f的最后一項(xiàng)，記為pM。計(jì)算最后被檢測的發(fā)射信號的估計(jì)值ypM。發(fā)射信號pM的估計(jì)值ypM為，ypM=q1H·z1.]]>其中，q1就是Q1。
步驟314對所得到的發(fā)射信號的估計(jì)值ypM進(jìn)行量化，得到對發(fā)射信號的檢測結(jié)果 通過以上方法，對發(fā)射信號的檢測順序?yàn)閜1，p2，...，pM，對應(yīng)的，發(fā)射信號的檢測結(jié)果為 以上所述實(shí)施例中可以看到，如果遞推發(fā)射信號估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Q的初始值時(shí)所預(yù)先設(shè)置的檢測發(fā)射信號的先后順序與實(shí)際檢測發(fā)射信號的順序相同，則不用如步驟311所述的方法計(jì)算得到下一次迭代所需的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，而直接從遞推Q的初始值過程中所得到的中間結(jié)果得到下一次迭代所需的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，因此，能夠減少很多計(jì)算量；或者，如果遞推Q的初始值時(shí)所預(yù)先設(shè)置的檢測發(fā)射信號的先后順序與實(shí)際檢測發(fā)射信號的順序相近，也能夠省略所述步驟311，因此，也能夠減少不少計(jì)算量。
從而，在慢衰落信道中，將接收端檢測M個(gè)發(fā)射天線的先后順序可以設(shè)置為最近一次檢測的最優(yōu)順序，使得在圖3所示的檢測信號過程中，減少所述步驟311帶來的計(jì)算量。因?yàn)樵诼ヂ湫诺乐?，信道特性變化緩慢，與最近一次的最優(yōu)檢測順序相比，當(dāng)前時(shí)刻的最優(yōu)檢測順序變化不大或相同，因此能夠很好的利用遞推Q的初始值過程中所得到的中間結(jié)果減少檢測信號的計(jì)算量。
在快衰落信道中，也有眾多的現(xiàn)有技術(shù)，可以通過信道矩陣H，估計(jì)一個(gè)檢測順序，使得這個(gè)檢測順序接近實(shí)際使用的最優(yōu)檢測順序。
在某些應(yīng)用中，檢測所有發(fā)射信號的順序是預(yù)先固定的，依照這個(gè)預(yù)先固定的檢測順序逐個(gè)檢測發(fā)射信號，在此過程中不需要去求最優(yōu)的檢測順序。在這種情況下，將所述步驟201中預(yù)先設(shè)置的所有M個(gè)發(fā)射信號在接收端被檢測的先后順序，就是所述的預(yù)先固定的檢測順序，這樣，不需要如步驟303所述的確定檢測順序的過程，而是根據(jù)所述預(yù)先固定的檢測順序確定當(dāng)前選擇哪一個(gè)待檢測信號加以檢測；從而，不需要如步驟304所述的矩陣的行和列的交換；同時(shí)，不需要如步驟311所述的計(jì)算下一次迭代所需的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的過程，直接利用遞推Q過程中所得到的中間結(jié)果檢測下一個(gè)待檢測發(fā)射信號。通過以上方法，能夠減少很多計(jì)算量。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在多天線數(shù)字無線通信系統(tǒng)中檢測信號的方法，在多入多出MIMO系統(tǒng)中檢測至少兩個(gè)發(fā)射信號，所述發(fā)射信號由發(fā)射端各個(gè)不同的發(fā)射天線分別發(fā)射并經(jīng)過一個(gè)信道到達(dá)接收端，其特征在于，a.接收端的至少兩個(gè)接收天線接收所述發(fā)射信號，獲得至少兩個(gè)接收信號；b.接收端根據(jù)接收信號進(jìn)行信道估計(jì)，得到由發(fā)射天線和接收天線之間的信道系數(shù)組成的信道矩陣H；c.利用信道矩陣H計(jì)算出所有發(fā)射信號中的部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，然后利用信道矩陣H和計(jì)算出的部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，遞推求得包括所述部分發(fā)射信號且個(gè)數(shù)多于所述部分發(fā)射信號個(gè)數(shù)的發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣；d.利用步驟c所得到的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，檢測步驟c中所述的包括部分發(fā)射信號且個(gè)數(shù)多于所述部分發(fā)射信號個(gè)數(shù)的發(fā)射信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟c所述遞推求得包括所述部分發(fā)射信號且個(gè)數(shù)多于所述部分發(fā)射信號個(gè)數(shù)的發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣為遞推求得所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣；步驟d所述檢測包括部分發(fā)射信號且個(gè)數(shù)多于所述部分發(fā)射信號個(gè)數(shù)的發(fā)射信號為檢測所有發(fā)射信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟c所述利用部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣遞推求得所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的步驟為以部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的Sherman-Morrison結(jié)果作為子矩陣，遞推求得所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟b和步驟c之間進(jìn)一步包括設(shè)置檢測至少兩個(gè)發(fā)射信號的先后順序；所述步驟c包括c11.利用所設(shè)置的檢測順序中最后被檢測的第一數(shù)目個(gè)發(fā)射信號對應(yīng)的信道矩陣，計(jì)算所述最后被檢測的第一數(shù)目個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣；設(shè)置用于遞推檢測發(fā)射信號估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣大于所述第一數(shù)目的第二數(shù)目；c12.利用所設(shè)置的檢測順序中最后被檢測的第二數(shù)目個(gè)發(fā)射信號對應(yīng)的信道矩陣，并以上一次遞推或步驟c11所得到的最后被檢測的第一數(shù)目個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的Sherman-Morrison結(jié)果作為子矩陣，遞推計(jì)算所述最后被檢測的第二數(shù)目個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，如果已得到所有被檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，則結(jié)束本流程，否則令第一數(shù)目的值等于第二數(shù)目的值后，第二數(shù)目的值加1或大于1的整數(shù)值，返回步驟c12。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟b和步驟c之間進(jìn)一步包括設(shè)置檢測至少兩個(gè)發(fā)射信號的先后順序；所述步驟c包括c21.利用所設(shè)置的檢測順序中最后被檢測的一個(gè)發(fā)射信號對應(yīng)的信道矩陣，計(jì)算所述最后被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣；c22.利用與所設(shè)置的檢測順序中最后被檢測的m個(gè)發(fā)射信號對應(yīng)的信道矩陣，并以上一次遞推或者步驟c21得到的最后被檢測的m-1個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的Sherman-Morrison結(jié)果作為子矩陣，遞推計(jì)算所述最后被檢測的m個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，如果已得到所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，則結(jié)束本步驟，否則m的值加1，返回步驟c22；其中，m的初始值設(shè)為2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射天線有M個(gè)，接收天線有N個(gè)，所述M個(gè)不同的發(fā)射天線分別發(fā)射M個(gè)發(fā)射信號；所述設(shè)置檢測至少兩個(gè)發(fā)射信號的先后順序的步驟包括對發(fā)射天線發(fā)射的M個(gè)發(fā)射信號重新排序得到所述先后順序，用發(fā)射信號的序列表示為tM，tM-1…，tm，…，t2，t1；所述步驟c21包括利用發(fā)射信號t1對應(yīng)的信道矩陣[h:t1]得到該發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的逆矩陣R1(t1)，并根據(jù)發(fā)射信號t1的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣與R1(t1)矩陣滿足的關(guān)系得到發(fā)射信號t1的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣；所述步驟c22包括利用m個(gè)發(fā)射信號t1…tm對應(yīng)的信道矩陣[h:t1h:t2…h(huán):tm]得到所述m個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的逆矩陣Rm(tm)中不包含在Rm-1(tm-1)中的部分項(xiàng)，并根據(jù)所述m個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣與Rm(tm)滿足的關(guān)系，以及利用所得到的m-1個(gè)發(fā)射信號t1…tm-1的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，遞推m個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，如果已得到M個(gè)被檢測信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，則結(jié)束本步驟；否則m的值加1，返回執(zhí)行步驟c22；其中，h:ti表示信道矩陣H中與發(fā)射信號ti對應(yīng)的列向量，i＝1…M。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟c21所述的R1(t1)=(h:t1)H·h:t1+α,]]>其中α為與發(fā)射信號的信噪比相關(guān)的常數(shù)；步驟c22所述Rm(tm)中不包含在Rm-1(tm-1)中的部分項(xiàng)為一個(gè)標(biāo)量β1(tm)和一個(gè)向量vm-1(tm)，其中，β1(tm)=h:tmH·h:tm+α,vm-1(tm)=h:t1H·h:tmh:t1H·h:tm···h:tm-1H·htm;]]>步驟c22所述遞推得到的m個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣為在m-1個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的Sherman-Morrison結(jié)果基礎(chǔ)上，增加一行和一列得到的矩陣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟c22所述在m-1個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的Sherman-Morrison結(jié)果基礎(chǔ)上，增加一行和一列得到的矩陣為m-1個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Qm-1(tm-1)的Sherman-Morrison結(jié)果為(Tm-1(tm))-1=Qm-1(tm-1)+Qm-1(tm-1)vm-1(tm)(vm-1(tm))HQm-1(tm-1)β1(tm)-(vm-1(tm))HQm-1(tm-1)vm-1(tm),]]>在(Tm-1(tm))-1基礎(chǔ)上，增加由矩陣(Tm-1(tm))-1、向量vm-1(tm)以及標(biāo)量βm-1(tm)組成的一列和一行，得到m個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣Qm(tm)，其中，一列和一行相交的項(xiàng)是1β1(tm)+(vm-1(tm))H(Tm-1(tm))-1vm-1(tm)(β1(tm))2,]]>一列的其它項(xiàng)為 一行的其它項(xiàng)為 其中，Qm-1(tm-1)為上一次遞推的結(jié)果或步驟c21中得到的Q1(t1)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟d包括d1.在待檢測發(fā)射信號中選擇當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號，利用步驟c得到的所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣、信道矩陣H以及接收信號得到對所述當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值；d2.利用步驟d1得到的當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值計(jì)算對檢測后續(xù)待檢測發(fā)射信號的干擾值，消除所述當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號對檢測后續(xù)待檢測發(fā)射信號的干擾；d3.重復(fù)步驟d1、d2，直到檢測到所有待檢測發(fā)射信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟d1之前進(jìn)一步包括利用信道矩陣H對接收信號進(jìn)行預(yù)匹配濾波變換；計(jì)算信道矩陣H的互相關(guān)信道矩陣Φ，Φ＝HH·H；步驟d1所述得到對當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值的步驟包括利用待檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣和所述接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果得到所述當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值；所述步驟d2包括利用所述當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值和信道矩陣H的互相關(guān)信道矩陣Φ，計(jì)算已檢測的發(fā)射信號對檢測后續(xù)發(fā)射信號的干擾值，并從所述接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果中消除已檢測的發(fā)射信號的干擾，得到修正的接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果，作為下一次檢測信號時(shí)的接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算信道矩陣H的互相關(guān)信道矩陣Φ的步驟包括利用信道矩陣H計(jì)算發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的逆矩陣R，利用Φ＝HH·H和R＝HH·H+αIM×M的關(guān)系，得到Φ。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述利用信道矩陣H對接收信號進(jìn)行預(yù)匹配濾波變換的步驟包括將信道矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置矩陣作為接收信號的預(yù)匹配濾波器，對接收信號向量進(jìn)行預(yù)匹配濾波得到接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果；步驟d1所述在待檢測發(fā)射信號中選擇當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號為待檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣中對角元素最小的行對應(yīng)的發(fā)射信號為當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號；步驟d1所述利用待檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣和所述接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果得到當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值的步驟包括待檢測發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣中對角元素最小的行，與接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果相乘，得到所述當(dāng)前被檢測的一個(gè)發(fā)射信號的估計(jì)值；所述步驟d2包括根據(jù)所述當(dāng)前被檢測的發(fā)射信號的估計(jì)值和所述信道矩陣的互相關(guān)信道矩陣Φ中與當(dāng)前被檢測的發(fā)射信號對應(yīng)的元素組成的向量的乘積，得到已檢測的發(fā)射信號對檢測后續(xù)發(fā)射信號的干擾值，然后從接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果中刪除已檢測發(fā)射信號對應(yīng)的一項(xiàng)，再從所述刪除一項(xiàng)后的接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果中，消除所述干擾得到修正的接收信號的預(yù)匹配濾波結(jié)果。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述步驟d2之后，在檢測下一個(gè)發(fā)射信號之前進(jìn)一步包括判斷是否在步驟c所述遞推所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣的過程中，已得到下一次檢測信號時(shí)的待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，如果是，則直接執(zhí)行檢測下一個(gè)發(fā)射信號的步驟；否則，利用本次檢測信號時(shí)的待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，遞推得到下一次檢測信號時(shí)的待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述利用本次檢測信號時(shí)的待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣遞推得到下一次檢測信號時(shí)的待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣為從本次檢測信號時(shí)的待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣中，刪除對角元素最小的行和列得到的子矩陣的Sherman-Morrison結(jié)果，作為下一次檢測信號時(shí)的待檢測發(fā)射信號對應(yīng)的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在多天線數(shù)字無線通信系統(tǒng)中檢測信號的方法，該方法包括接收端的至少兩個(gè)接收天線接收發(fā)射信號，獲得至少兩個(gè)接收信號；接收端根據(jù)接收信號進(jìn)行信道估計(jì)，得到由發(fā)射天線和接收天線之間的信道系數(shù)組成的信道矩陣H；利用信道矩陣H計(jì)算出所有發(fā)射信號中的部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，然后利用信道矩陣H和計(jì)算出的部分發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，遞推求得所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣；利用所得到的所有發(fā)射信號的估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，檢測所有發(fā)射信號。根據(jù)本發(fā)明公開的方法，減少了檢測信號的計(jì)算復(fù)雜度。
文檔編號H04L25/02GK1905432SQ20061010404
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者朱胡飛 申請人:華為技術(shù)有限公司