專利名稱：一種基于mmse的mlse簡化檢測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通訊系統(tǒng)中基帶傳輸?shù)目垢蓴_檢測，具體涉及單載波系 統(tǒng)、特別是DFT-S-OFDM系統(tǒng)下被檢測數(shù)據(jù)大量相關(guān)的情況下，應(yīng)用 maximum-likelihood sequence estimation最大似然序列4金觀'j,筒稱MLSE,作 為接收端主要手段的檢測方法及其裝置。
背景技術(shù)：
對于實際的基帶傳輸系統(tǒng)，串擾是難以避免的。當串擾影響嚴重時，必 須對整個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進行校正或均衡，使其接近無失真?zhèn)鬏敆l件。接收 端的均衡器通常置于接收機的中頻或基帶，產(chǎn)生與信道特性相反的特性，用 來抵消信道的時變、多徑傳播特性引起的千擾，尤其在高數(shù)據(jù)率的無線傳輸 系統(tǒng)，衰落會帶來嚴重的碼間串擾。
目前的數(shù)字濾波器或均衡器可以分為時域均衡和頻域均衡，線性均衡 和非線性均衡，自適應(yīng)均衡和非自適應(yīng)均衡，橫向結(jié)構(gòu)和格型結(jié)構(gòu)；算法上 可分迫零算法、MMSE算法和RLS算法以及它們的各種變體，等等。不 同的均衡器，其計算復雜度、代價、收斂速度、穩(wěn)定性、跟蹤性能等也不相 同，有相應(yīng)的適用范圍。
最大似然序列檢測作為一種性能最優(yōu)的檢測方法，用于檢測符號序列。 它的基本思想是遍歷所有可能的輸入序列，從中選出與接收符號具有最大相 似性的輸入序列作為檢測結(jié)果。由于MLSE不采用均衡濾波器，因而避免了 增強已引入的噪聲，在復雜度可以接受的前提下有著良好的性能，是首選的 檢測方法。但是其復雜度成為算法設(shè)計所關(guān)注的重點。Viterbi算法利用格圖 對MLSE進行了筒化，在序列長度、關(guān)聯(lián)長度帶來的復雜度逐漸增大的情況 下，可以通過次優(yōu)的截斷方法減小延遲時間和序列路徑存儲等相關(guān)的存儲空 間，并在一定的截斷長度參數(shù)下保證一定的精確性。但對于經(jīng)過預編碼的序
列并不能簡單的應(yīng)用上述算法，而需要根據(jù)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計算法以追求更 高的性能代價比，在滿足性能要求的情況下降低復雜度。
DFT-S-OFDM系統(tǒng)，在發(fā)送端采用DFT變換對序列進行了預編碼，在 提高性能的同時使大量數(shù)據(jù)的相關(guān)聯(lián)，單純利用MLSE的復雜度過高對硬件 及其處理能力要求高而不易在接收端實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種MLSE簡化檢測方法及其使用 裝置，在保證一定性能增益的基礎(chǔ)上降低復雜度，可以解決DFT-S-OFDM 系統(tǒng)中由于發(fā)送端預編碼引入的相關(guān)數(shù)據(jù)，在經(jīng)過多徑信道和噪聲疊加后， 在接收端應(yīng)用最大似然序列檢測算法檢測時導致的高復雜度問題。
本發(fā)明的上迷第一個技術(shù)問題這樣解決，提供一種MLSE簡化檢測方 法，應(yīng)用在單載波系統(tǒng)基帶傳輸中，由接收端對其提取的用戶信號進行檢測， 包括以下步驟
U)根據(jù)信道估計值，依最小均方誤差MMSE準則從所述用戶信號中 生成初判序列；
1.2) 對所述初判序列在發(fā)送符號的序列范圍內(nèi)進行周邊擴展，衍生出其 他序列并與該初判序列共同組成待判決序列集合；
1.3) 對所述集合進行遍歷，依最大似然準則和所述信道估計值從中選出 與所述用戶信號有最大似然的序列作為#r測結(jié)果。
其中
信道估計值可以是預先設(shè)定的典型值，也可以是接收端信道估計器實際 估計產(chǎn)生；執(zhí)行上述MMSE準則的算法可以由獨立的MMSE檢測器執(zhí)行， 這種MMSE ^r測器實現(xiàn)簡單并廣泛存在；步驟1.3)的遍歷的復雜度已大幅 下降，通常的MLSE處理器可達到要求。
按照本發(fā)明提供的MLSE筒化檢測方法，所述用戶信號是接收端從其接 收的原始多用戶復用信號中提取的。
按照本發(fā)明提供的MLSE簡化檢測方法，所述最大似然準則是將可能暗
藏在接收用戶信號中的實際發(fā)送信號結(jié)合噪聲通過符合信道估計值的信道 到達接收端的信號與實際接收用戶信號進行比較，差異最小的為最大似然。
按照本發(fā)明提供的MLSE簡化檢測方法，步驟1.2)中的擴展方式包括但 不限制于以下兩種
(-)所述步驟1.2)的擴展是漢明距離擴展根據(jù)發(fā)送符號的序列與所述初 判序列的漢明距離比較結(jié)果，選擇落入指定范圍內(nèi)的序列加入所述集合；所 述范圍是小于或小于等于指定值P。
(二)所述步驟1.2)的擴展是星座圖擴展根據(jù)發(fā)送端調(diào)制方法的星座圖和 其引入的不同符號誤判率，在最大替換符號數(shù)P，的限制下，選擇誤判率高于 指定值的符號替換所述初判序列中相應(yīng)符號、產(chǎn)生新序列并加入所述集合。
按照本發(fā)明提供的MLSE簡化檢測方法，將所述誤判率設(shè)立等級，誤判 率高等級低，選擇等級小于或小于等于指定等級的符號替換所述初判序列中 相應(yīng)符號、產(chǎn)生新序列并加入所述集合。
按照本發(fā)明提供的MLSE簡化檢測方法，所述MLSE簡化檢測方法還 包括步驟1.4):將所述檢測結(jié)果作為初判序列，重復所述步驟1.2)和1.3)。
按照本發(fā)明提供的MLSE簡化檢測方法，所述接收端還包括干擾信號恢 復器和消除器，所述MLSE簡化檢測方法還包括利用所述恢復器恢復所述檢 測結(jié)果對應(yīng)的空中接口形式的信號，視為對其他用戶的干擾信號，由所述消 除器進行消除。
按照本發(fā)明提供的MLSE簡化檢測方法，所述單載波系統(tǒng)包括但不限制 于DFT-S-OFDM系統(tǒng)或IFDMA系統(tǒng)。
按照本發(fā)明提供的MLSE簡化檢測方法，所述系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收 端，所述發(fā)送符號的序列范圍是所述發(fā)送端所有可能實際發(fā)送的序列。
本發(fā)明的上述另一個技術(shù)問題這樣解決，提供一種基于MMSE算法簡 化的MLSE簡化檢測裝置，內(nèi)置在單栽波系統(tǒng)中接收端內(nèi)，包括從輸入端到 輸出端依次連接的對用戶信號進行MMSE檢測的MMSE檢測器和在該 MMSE檢測輸出初判序列的基礎(chǔ)上進行最大似然序列檢測的塊ML檢測器， 還包括連接所述MMSE檢測器和塊ML檢測器的信道估計器，為它們提供
信道估計值。
按照本發(fā)明提供的MLSE簡化;險測裝置，包括與所述塊ML檢測器連接 獨立的或內(nèi)置在所述塊ML檢測器中的分割長度逸棒模塊。
按照本發(fā)明提供的MLSE簡化檢測裝置，還包括與所述輸出端連接的干 擾信號恢復器和其輸出端上與所述輸入端連接的干擾信號消除器；所述千擾 信號消除器輸出端與所述塊ML檢測器連接。
本發(fā)明提供的基于MMSE的MLSE簡化檢測方法及其裝置，用MMSE 算法處理后的結(jié)果代替直接對大量相關(guān)的用戶信號進行MLSE處理，大大降 低了 MLSE算法的復雜度，同時性能上優(yōu)于MMSE算法，在保證一定性能 增益的基礎(chǔ)上，以少量檢測性能為代價大大降低了檢測復雜度，使得簡化后 的檢測方法和裝置對硬件及其處理能力要求一般，從而便于實際應(yīng)用。


下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步對本發(fā)明進行詳細說明。 圖1是DFT-S-OFDM系統(tǒng)發(fā)送端信號處理示意圖。 圖2是DFT-S-OFDM系統(tǒng)接收端信號處理示意圖。 圖3是本發(fā)明提供的MLSE簡化檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
首先，說明本發(fā)明思想
(-)本發(fā)明提供了一種簡化的MLSE檢測算法，包括以下步驟 待檢序列首先做MMSE檢測，得到初判序列；
以距離為判斷的擴展規(guī)則對初判序列作擴展，衍生出以其初判序列為中 心的多個MLSE的待判決序列；
以所有待判決序列作為確定的候選輸入序列進行遍歷，從中選出與接收 序列有最大似然的序列作為判決結(jié)杲。
(二)上述步驟中一定的擴展規(guī)則可以是比特擴展規(guī)則，即漢明距離擴展
殺見則，擴展參凄t尸=Hamming—distance(S，S),其中S是用戶w長似 的初判序列， S是在戶限制下衍生的MLSE的待判決符號序列，即滿足與S漢明矩離
Hamming—distance小于等于P的所有符號序列都可作為S ，成為衍生的 MLSE的待判決符號序列之一。
曰上述步驟中一定的擴展規(guī)則還可以是星座擴展規(guī)則，星座擴展規(guī)則 是根據(jù)所選擇調(diào)制方法的星座圖，由星座圖的結(jié)構(gòu)出發(fā)，以符號誤判的可能 性不同劃分等級，其等級記為"w/,不妨令誤判可能性越大的等級，^w/越 低。在選定"^/后，以相應(yīng)小于或等于"ve/的等級所包含的符號替換初判 序列的相應(yīng)符號。
卿上述步驟中還可以將MLSE的判決結(jié)果視為中心，衍生出再一次 MLSE的待判決序列，然后進行ML檢測判決。
第二，說明本發(fā)明提供了一種簡化的MLSE簡化檢測裝置，如圖3所示， 至少包括信道估計器33、 MMSE檢測器31和進行最大似然序列檢測的塊 ML檢測器32。其中，ML檢測器32—般附帶分割長度選擇模塊36。
提取出的待檢測用戶信號首先送入MMSE簡化算法接收機進行MMSE 檢測，信道估計器為MMSE檢測提供信道估計值，得到初判序列。以一定 的擴展規(guī)則對初判序列作擴展，衍生出以其初判符號為中心的多個MLSE 的待判決序列送塊MI^企測器進行^H則。
本發(fā)明簡化的MLSE筒化檢測裝置除了各自的部件外，還可以包括干擾 信號恢復器34和干擾信號消除器35，已判決出的信號通過千擾信號恢復， 恢復為空中接口形式的信號，視為對其他用戶的干擾信號，由干擾信號消除 器進行消除，從而減小對其他用戶的干擾。
第三，以使用本發(fā)明方法和裝置解決DFT-S-OFDM系統(tǒng)實際問題為例 詳細iJt明本發(fā)明
(一)發(fā)送端數(shù)據(jù)發(fā)送調(diào)制過程，如圖1所示，在DFT-S-OFDM系統(tǒng)中， 輸入的bit流是首先經(jīng)過調(diào)制，得到的符號經(jīng)過DFT預編碼，進行載波分配 后，加循環(huán)前綴后發(fā)送，經(jīng)多徑衰落信道，引入噪聲，之后被接收端接收進 行檢測判決。特別DFT-S-OFDM技術(shù)，在步驟12:子載波映射前加上的一
個步驟11: DFT變換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)符號頻域的擴展，從而在提供更好的子載 波映射以降低峰均比PAPR的同時，使大量符號之間產(chǎn)生了相關(guān)性，相當于 大大增加了約束長度，因而Viterbi的格圖檢測算法在這里已不再適用,
考慮有"個用戶的DFT-S-OFDM系統(tǒng)中，各用戶輸入的bit流經(jīng)串并變 換，每m個bit劃為一組，進行星座映射，得到相應(yīng)符號，即調(diào)制。用戶1 的符號可表示為S入^1,…，、'；用戶"的符號可表示為';式 中上標用于區(qū)分用戶，腳標表示用戶符號的序號，其中的M 表示用戶"分配 的子載波數(shù)。將不同用戶"的符號分別作Mu點的DFT變換，得到經(jīng)過預編 碼的符號向量。用戶"預編碼后的符號可表示為C/',C/,..., CM」'。將所有用 戶的變換所得按照一定規(guī)則分配到子栽波上，即子載波映射?？捎眉惺椒?配、分布式分配或其他分配方式將預編碼后的符號分配到子載波上。采用集 中式分配后的子載波向量(0...0^116"21...^,、2(:22...^22丄1[/^.丄'/1/(/'，0...0)";采 用分布式分配后的子載波向量(0...0, 丄1,^21(722丄/...^1^2..^/，0...0)"。 分配之后的符號依序作W點的DFT變換，其中iV-7^+M2+…+M&。經(jīng)過加 入循環(huán)前綴、串并變換的處理發(fā)送至多徑衰落信道。
。接收端數(shù)據(jù)接收解調(diào)過程，如圖2所示，接收端首先進行步驟21: DFT-S-OFDM解調(diào)，解調(diào)中首先去掉接收信號的循環(huán)前綴后，對它作快速 傅立葉變換fast Fourier transform,簡稱FFT;然后依次進行步驟22:對用 戶進行載波逆映射，步驟23:從中提取目標用戶信號，步驟24:送MLSE 算法檢測器，通過分支步驟241:信道估計，輸入的信道估計值，可以獲得 檢測用戶的信號向量。對于本發(fā)明來說，MLSE算法檢測器是經(jīng)過簡化的 MLSE算法檢測器。以上完整的過程可以表示為式I :
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，.V是接收到的列向量，即iV"的矩陣；S是經(jīng)調(diào)制后的符號列
向量，即iV"的矩陣；/>表示對輸入序列作預編碼和載波分配綜合函數(shù)；〃 是信道矩陣，即A^W方陣；w為高斯白噪聲在頻域的響應(yīng)。
由于每個用戶的輸入bit流相互獨立，且預編碼是針對單個用戶進行的, 因此式I可以簡化為式II: 其中參數(shù)皆是針對用戶"而言，4e,.是接收到的單個用戶列向量，即
風,*1矩陣；是經(jīng)調(diào)制后的用戶符號列向量，即M^l矩陣；此處&J義 為預編碼，即MjM"的方陣，不涉及載波分配過程。其中，風,是分配給此 用戶"的子栽波數(shù)，似 為25的倍數(shù)。
由上迷DFT-S-OFDM的結(jié)構(gòu)可知，預編碼的存在，使用戶"的M"個符 號關(guān)聯(lián)起來。無論從對M"的分配要求，還是從以后發(fā)展角度考慮，使用 MLSE算法檢測的情況下，都需要一種降低復雜度，保證性能的優(yōu)化算法來 適應(yīng)發(fā)展的趨勢。這也是本發(fā)明的立足點。
曰為了降低復雜度，又可以在一定程度保持結(jié)構(gòu)上帶來的性能增益。本 發(fā)明考慮將線性均衡的最小均方誤差檢測MMSE和非線性均衡MLSE相結(jié) 合，以MMSE的初判結(jié)果為中心，限定MLSE考查的輸入序列范圍，以減 小復雜度；同時這兩種均衡方法的結(jié)合，和考查的輸入序列范圍設(shè)定又可以 保證一定的性能。具體檢測算法如下。
如圖3所示，提取出的待4全測用戶信號送入內(nèi)置本發(fā)明MLSE簡化檢測 裝置的接收機進行檢測，將待檢測的用戶信號首先由MMSE檢測器31做 MMSE4全測，即第一次判決，得到的判決結(jié)果稱為初判序列。MMSE屬符 號判決算法，對抗符號間干擾的性能不如MLSE，但實現(xiàn)簡單，復雜度相對 較低?？紤]到MMSE的上述優(yōu)點，以其作初判，雖然判決結(jié)果的性能，包 括誤碼率或誤幀率，有所下降，但以一定的擴展規(guī)則對其初判符號作擴展， 衍生出以其初判符號為中心的多個MLSE的待判決序列再由塊ML檢測器 32做最大似然序列檢測。這樣利用增加一次MMSE初判為代價縮小了 MLSE 的待判決符號序列的數(shù)量，這種MLSE的待判決符號序列的數(shù)量降低量隨著 擴展參數(shù)的選擇和擴展規(guī)則變化，性能也隨之變化，從而降低了只由MLSE 作序列判決時的復雜度，性能優(yōu)于MMSE,劣于最優(yōu)的MLSE算法的性能。 根據(jù)性能要求，可以將MLSE的判決結(jié)果視為中心，衍生出再一次MLSE 的待判決序列，同時選擇擴展參數(shù)和擴展規(guī)則，更可在降低復雜度的同時， 達到期望的性能。
初判的擴展參數(shù)和擴展規(guī)則決定衍生的MLSE的待判決符號序列，記擴 展參數(shù)為戶或P',本發(fā)明具體提供的擴展規(guī)則包括①比特擴展規(guī)則和②星
座擴展關(guān)見則。
① 采用擴展參數(shù)P,在比特擴展規(guī)則中，即漢明距離擴展^L則，擴展參 數(shù)尸=Hamming—distance^, S),其中5是用戶"長MH的初判序列，S是在尸限制 下衍生的MLSE的待判決符號序列，即滿足與S漢明矩離Hamming—distance, 小于等于尸的所有符號序列都可作為》，成為衍生的MLSE的待判決符號序 列之一。
② 采用擴展參數(shù)P ，，星座擴展規(guī)則是根據(jù)所選擇調(diào)制方法的星座圖， 由星座圖的結(jié)構(gòu)出發(fā)，以符號誤判的可能性不同劃分等級，其等級記為
丄ew/,不妨令誤判可能性越大的等級，丄we/越低。在選定丄we/后，以相應(yīng) 小于或等于"w/的等級所包含的符號替換初判序列的相應(yīng)符號。此時尸，指
示的與比特擴展規(guī)則中P不同，而是用戶"長M,,的初判序列中將要被替換的 符號數(shù)。
可見上述兩種方法中，星座擴展規(guī)則下衍生的MLSE的待判決符號序 列，由于考慮了調(diào)制本身的星座結(jié)構(gòu)特性，考慮了由星座結(jié)構(gòu)上引入的導致 誤碼產(chǎn)生的可能性差異，可以依此可能性有效地縮小MLSE的待判決符號序 列的范圍，使更有可能被誤判成的初判序列的符號，即可能的正確符號，被 收入MLSE的待判決符號序列，以期在下一步進行的MLSE判決中得到正 確的判決結(jié)果。這樣在減少MLSE的待判決符號序列的同時，增大了算法的 性能。
最后，總結(jié)說明本發(fā)明實質(zhì)最大似然序列檢測的基本思想是遍歷所有 可能的輸入序列，從中選出與接收符號具有最大相似性的輸入序列作為檢測 結(jié)果。本發(fā)明將線性均衡的最小均方誤差檢測MMSE和非線性均衡MLSE 相結(jié)合，解決了 MLSE待判決符號序列過多，造成的復雜度增高的問題。本 發(fā)明采用的檢測算法，基于MMSE檢測的結(jié)果縮小MLSE的檢測范圍.以 少量性能為代價大大降低了最大似然序列檢測的復雜度，從而有很高的應(yīng)用 價值。
權(quán)利要求
1、一種基于MMSE的MLSE簡化檢測方法，應(yīng)用在單載波系統(tǒng)基帶傳輸中，由接收端對其提取的用戶信號進行檢測，其特征在于，包括以下步驟1.1)根據(jù)信道估計值，依最小均方誤差MMSE準則從所述用戶信號中生成初判序列；1.2)對所述初判序列在發(fā)送符號的序列范圍內(nèi)進行周邊擴展，衍生出其他序列并與該初判序列共同組成待判決序列集合；1.3)對所述集合進行遍歷，依最大似然準則和所述信道估計值從中選出與所述用戶信號有最大似然的序列作為檢測結(jié)果。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述MLSE簡化檢測方法，其特征在于，所述步 驟1.2)的擴展是漢明距離擴展根據(jù)任一發(fā)送符號的序列與所述初判序列的 漢明距離比較結(jié)果，選擇落入指定范圍內(nèi)的序列加入所述集合；所述范圍是 小于或小于等于指定值P。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述MLSE簡化檢測方法，其特征在于，所述步 驟1.2)的擴展是星座圖擴展根據(jù)發(fā)送端調(diào)制方法的星座圖和其引入的不同 符號誤判率，在最大替換符號數(shù)P，的限制下，選擇誤判率高于指定值的符號 替換所述初判序列中相應(yīng)符號、產(chǎn)生新序列并加入所述集合。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述MLSE簡化檢測方法，其特征在于，將所述 誤判率設(shè)立等級，誤判率高等級低，選擇等級小于或小于等于指定等級的符 號替換所述初判序列中相應(yīng)符號、產(chǎn)生新序列并加入所述集合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述MLSE筒化檢測方法，其特征在于，所述 MLSE簡化檢測方法還包括步驟1.4) 將所述檢測結(jié)果作為初判序列，重復所述步驟1.2)和1.3)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述MLSE簡化檢測方法，其特征在于，所述接 收端還包括干擾信號恢復器和消除器，所述MLSE簡化檢測方法還包括利用所述恢復器恢復所述檢測結(jié)杲對應(yīng)的空中接口形式的信號，視為對其他用戶的千擾信號，由所述消除器進行消除。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述MLSE簡化檢測方法，其特征在于，所述單 載波系統(tǒng)可以是DFT-S-OFDM系統(tǒng)或IFDMA系統(tǒng)。
8、 一種基于MMSE的MLSE簡化檢測裝置，內(nèi)置在單載波系統(tǒng)中 接收端內(nèi)，其特征在于，包括從輸入端到輸出端依次連接的對用戶信號進行 MMSE檢測的MMSE檢測器(31)和在該MMSE檢測輸出初判序列的基礎(chǔ)上 進行最大似然序列檢測的塊ML檢測器(32),還包括連接所述MMSE檢測器 和塊ML檢測器的信道估計器(33)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述MLSE筒化檢測裝置，其特征在于，包括與 所述塊ML檢測器(32)連接獨立的或內(nèi)置在所述塊ML檢測器(32)中的分割 長度選擇才莫塊(36)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述MLSE簡化檢測裝置，其特征在于，還包括 與所述輸出端連接的千擾信號恢復器(34)和其輸出端上與所述輸入端連接 的干擾信號消除器(35);所述干擾信號消除器輸出端與所述塊ML檢測器連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于MMSE的MLSE簡化檢測方法及其裝置，應(yīng)用在單載波系統(tǒng)中，其中方法包括根據(jù)信道估計值、依最小均方誤差MMSE準則從用戶信號中生成初判序列；對所述初判序列進行周邊擴展組成待判決序列集合；對所述集合進行遍歷，依最大似然準則從中選出與所述用戶信號有最大似然的序列作為檢測結(jié)果；其中，裝置在塊ML檢測器(32)之前還設(shè)置有MMSE檢測器(31)進行預處理。這種方法及其裝置，大大降低了MLSE算法的復雜度，同時性能上優(yōu)于MMSE算法，在保證一定性能增益的基礎(chǔ)上，以少量性能為代價大大降低了復雜度，使得簡化后的檢測方法和裝置對硬件及其處理能力要求一般，從而便于實際應(yīng)用。
文檔編號H04L25/02GK101170527SQ20061015004
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者張峻峰 申請人:中興通訊股份有限公司