基于導(dǎo)頻信道估計(jì)的mimo系統(tǒng)軟檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及多天線技術(shù)領(lǐng)域的基于導(dǎo)頻信道估 計(jì)的多入多出系統(tǒng)的（multiple-input multiple-output ΜΙΜΟ)軟檢測方法。本發(fā)明在保 證系統(tǒng)檢測性能的情況下，能以較高的準(zhǔn)確率完成基于導(dǎo)頻信道估計(jì)的軟輸出多入多出系 統(tǒng)的ΜΜ0信號的檢測。
【背景技術(shù)】
[0002] 多入多出系統(tǒng)的ΜΜ0技術(shù)是無線移動通信技術(shù)領(lǐng)域智能天線技術(shù)的重大突破。 面對未來移動通信日益增長的語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和寬帶Internet業(yè)務(wù)對傳輸速率、傳輸 性能和業(yè)務(wù)容量的高要求，在信道容量和頻譜資源有限的情況下，該技術(shù)能在不增加系統(tǒng) 帶寬的情況下成倍的提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，利用多天線來抑制信道衰落，是 新一代移動通信系統(tǒng)必須采用的關(guān)鍵技術(shù)。一個(gè)通信系統(tǒng)通信質(zhì)量的高低很大程度取決于 信號檢測是否準(zhǔn)確，而準(zhǔn)確的信號檢測是保證ΜΜ0技術(shù)得以發(fā)揮其優(yōu)勢的關(guān)鍵。為了使 ΜΙΜΟ技術(shù)的優(yōu)越性得以充分的發(fā)揮出來，應(yīng)該采用性能盡量好的檢測算法。但是性能好的 檢測算法往往伴隨著較高的信號處理復(fù)雜度。因此，需要在檢測性能和復(fù)雜度之間尋找一 個(gè)良好的平衡點(diǎn)。近年來人們研究發(fā)現(xiàn)軟輸出的Μ頂0檢測方法能夠在ΜΜ0系統(tǒng)的較低復(fù) 雜度時(shí)實(shí)現(xiàn)較好的檢測性能，并且研究發(fā)現(xiàn)最小均方誤差MMSE檢測方法能夠很好的平衡 系統(tǒng)的檢測性能和復(fù)雜度之間的關(guān)系。但是，傳統(tǒng)的Μπω系統(tǒng)中的MMSE檢測方法由于沒 有考慮到信道估計(jì)誤差對系統(tǒng)檢測性能的影響，這在一定程度上限制了它的應(yīng)用。
[0003] L. Jalloul, S. Alex 等人在其發(fā)表的論文 "Co_ents on Soft Decision Metric Generation for QAM with Channel Estimation Error'，（IEEE Transaction on Comm uni cations, 2014, 11 (62) : 4162-4163)中提到了 一種軟輸出的單入單出（single-input single-output SIS0)系統(tǒng)的檢測方法。在該方法中，考慮到了信道估計(jì)誤差的存在對系統(tǒng) 檢測性能的影響，得到了 SIS0系統(tǒng)中信道估計(jì)誤差存在時(shí)的軟輸出檢測矩陣。該方法存在 的不足之處是，該方法在系統(tǒng)信道容量和頻譜資源有限的環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸速率低，無法滿 足現(xiàn)如今日益增長的通信業(yè)務(wù)的需求，并且軟輸出檢測矩陣的檢測誤碼率高于軟輸出的比 特信號的檢測。
[0004] 西安電子科技大學(xué)申請的專利"高階調(diào)制多入多出系統(tǒng)中的信號檢測方法"（專利 申請?zhí)?012101383990,公布號CN102724160A)中公開了一種高階M-QAM調(diào)制]\OM0系統(tǒng)的 信號檢測方法。該方法利用寬度優(yōu)先的樹形搜索方法，用排序的QR分解代替?zhèn)鹘y(tǒng)的QR分解 來實(shí)現(xiàn)對實(shí)數(shù)信道矩陣的三角化，重點(diǎn)在于將同一層已排序的幸存路徑分為兩組，分別對 兩組中的幸存路徑擴(kuò)展出不同數(shù)目的新路徑，并且將次優(yōu)路徑限定在一定范圍之內(nèi)，保證 了每層得到的一定數(shù)目的幸存路徑在對應(yīng)層的擴(kuò)展路徑中是最優(yōu)的。該專利申請存在的不 足是，該方法的檢測復(fù)雜度非常高，在保證系統(tǒng)檢測性能的情況下，相對于低復(fù)雜度的MMSE 檢測方式是一種次優(yōu)的檢測算法。
[0005] Louay Μ. A. Jalloul, Sam Ρ. Alex 等人在其發(fā)表的論文 "Soft-Output ΜΙΜ0 Detectors with Channel Estimation Error'， （IEEE Signal Processing Letters， 2015,7(22) :993-997)中提到了一種非隨機(jī)信道的軟輸出多入多出系統(tǒng)中信號的檢測方 法。在該方法中考慮到了信道估計(jì)誤差對系統(tǒng)檢測性能的影響，采用非隨機(jī)信道的估計(jì)模 型，重點(diǎn)在于發(fā)送端信號進(jìn)行分層傳輸?shù)姆绞?，接收端的信號通過分層接收后再通過濾波， 得到了非隨機(jī)信道中軟輸出檢測的比特似然比（log-likelihood ratio, LLR)。該方法存 在的不足之處是，該方法沒有考慮到?jīng)]有考慮接收端信號間的相互干擾和信道隨機(jī)性，而 接收端一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號的檢測會受到其他檢測信號的干擾，同時(shí)實(shí)際應(yīng)用中的信道都具有 隨機(jī)性，因而該方法會降低系統(tǒng)的檢測性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出基于導(dǎo)頻信道估計(jì)的ΜΜ0系統(tǒng)軟檢測方 法，實(shí)現(xiàn)較高的信號檢測的準(zhǔn)確率。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下步驟：
[0008] (1)輸入數(shù)據(jù)矢量和導(dǎo)頻矢量：
[0009] (la)在多入多出ΜΜ0檢測模型中，輸入數(shù)據(jù)信號為采用格雷碼方式映射的16QAM 調(diào)制信號組成的數(shù)據(jù)矢量；
[0010] (lb)在多入多出ΜΜ0檢測模型中，任意輸入一個(gè)單位陣的導(dǎo)頻信號；
[0011] (lc)利用功率歸一化公式，對導(dǎo)頻信號進(jìn)行功率歸一化，得到導(dǎo)頻矢量；
[0012] (2)獲取接收信號：
[0013] (2a)在多入多出ΜΙΜ0檢測模型中，任意設(shè)定一個(gè)初始信道矩陣，初始信道矩陣中 的元素服從均值為〇方差為1的正態(tài)分布；
[0014] (2b)采用導(dǎo)頻輔助的信道估計(jì)方法，對初始信道矩陣進(jìn)行估計(jì)，得到隨機(jī)信道矩 陣；
[0015] (2c)在多入多出MM)檢測模型中，采用線性時(shí)不變傳輸方法，對數(shù)據(jù)矢量進(jìn)行傳 輸，得到數(shù)據(jù)矢量的接收值；
[0016] (3)預(yù)濾波：
[0017] 采用最小均方誤差MMSE信號檢測方法，對數(shù)據(jù)矢量的接收值進(jìn)行分解，得到預(yù)濾 波加權(quán)矩陣；
[0018] (4)輸出軟檢測的比特位：
[0019] (4a)將預(yù)濾波加權(quán)矩陣的行向量與數(shù)據(jù)矢量的接收值相乘，得到本地信號檢測 值；
[0020] (4b)采用高斯分布的概率密度方法，對預(yù)濾波加權(quán)矩陣進(jìn)行分解，得到本地信號 檢測值的條件概率密度分布；
[0021] (4c)采用對數(shù)似然比方法，對本地信號檢測值的條件概率密度分布取似然對數(shù)， 得到軟檢測的比特位；
[0022] (4d)輸出軟檢測的比特位；
[0023] (5)數(shù)據(jù)矢量傳輸功率的最優(yōu)分配：
[0024] (5a)在（0, 1)區(qū)間內(nèi)任意取一個(gè)大于0. 5的實(shí)數(shù)作為數(shù)據(jù)矢量傳輸功率的分配比 值；
[0025] (5b)比較軟檢測的比特位和步驟（la)中的數(shù)據(jù)矢量逐比特位，將所有兩個(gè)比特 位取值不同的比特位的位數(shù)相加，將其和值作為多入多出Μπω檢測模型的誤比特?cái)?shù)；
[0026] (5c)將誤比特?cái)?shù)與步驟（la)中的數(shù)據(jù)矢量的總比特?cái)?shù)相除，得到數(shù)據(jù)矢量傳輸 功率的分配比值大于〇. 5所對應(yīng)的多入多出ΜΜ0檢測模型的誤碼率；
[0027] (5d)在（0, 1)區(qū)間內(nèi)任意取一個(gè)小于0. 5的實(shí)數(shù)作為數(shù)據(jù)矢量傳輸功率的分配比 值，重復(fù)步驟（5b)和步驟（5c)，得到數(shù)據(jù)矢量傳輸功率的分配比值小于0.5所對應(yīng)的多入 多出ΜΜ0檢測模型的誤碼率；
[0028] (5e)將數(shù)據(jù)矢量傳輸功率的分配比值設(shè)為0. 5,重復(fù)步驟（5b)和步驟（5c)，得到 數(shù)據(jù)矢量傳輸功率的分配比值等于〇. 5所對應(yīng)的多入多出ΜΜ0檢測模型的誤碼率；
[0029] (5f)比較步驟（5c)，步驟（5d)，步驟（5e)中的多入多出Μ頂0檢測模型的誤碼率， 得到多入多出Μπω檢測模型的誤碼率的最小值；
[0030] (5g)將步驟（5f)中多入多出ΜΜ0檢測模型的誤碼率的最小值對應(yīng)的數(shù)據(jù)矢量傳 輸功率的分配比值作為數(shù)據(jù)矢量傳輸功率的最優(yōu)分配比值。
[0031] 本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0032] 第一，由于本發(fā)明使用多入多出MM)檢測模型檢測發(fā)送信號，克服了現(xiàn)有技術(shù)中 單入單出SIS0檢測模型在系統(tǒng)信道容量和頻譜資源有限的環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸速率低的缺 點(diǎn)，使得本發(fā)明中數(shù)據(jù)傳輸速率大幅度提高。
[0033] 第二，由于本發(fā)明使用最小均方誤差MMSE信號檢測方法，對數(shù)據(jù)矢量的接收值進(jìn) 行預(yù)濾波，利用預(yù)濾波加權(quán)矩陣直接和數(shù)據(jù)矢量的接收值進(jìn)行相乘，克服了現(xiàn)有技術(shù)中檢 測復(fù)雜度非常高的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明中檢測復(fù)雜度大幅度較低，更好地實(shí)現(xiàn)了檢測性能和 檢測復(fù)雜度的折中。
[0034] 第三，由于本發(fā)明使用對數(shù)似然比方法，對本地信號檢測值的條件概率密度分布 取對數(shù)似然比，克服了現(xiàn)有技術(shù)中沒有考慮接收端信號間的相互干擾和信道隨機(jī)性降低了 檢測準(zhǔn)確率的缺點(diǎn)，使得本發(fā)明中軟檢測的比特位的檢測準(zhǔn)確率大幅度提升。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明在提出的軟檢測的比特位條件下的關(guān)系仿真圖；
[0037] 圖3為本發(fā)明在不同的數(shù)據(jù)矢量傳輸功率的分配比值條件下的關(guān)系仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合