专利名称：用于脉冲和振幅位置调制多源系统的最大似然解码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及最大似然解石紫页域，特别是用于j顿混合脉冲和振幅位置调制 的多源系统。
背景技术：
4顿最大似然准贝啲接收机也被叫做ML (最大似然)接收机，^^f周知 在通信领域中当传输信道为高斯信道时这种接收器是最优的。例如在J.G Proakis 的著作名为"Digitalcommunications (数字通信)"的书里，第4版，第242-247 页，可以找至树这种接收器的描述。特别是最大im接收机己经被考虑用于移 动通信领域中。为了消除MAI (多址干扰)，可以采用育,对传输信道中不同用 户发送的符号同时解码的ML接收机(多用户ML接收机)。可见，依照最大似 然准贝树这些用户发送的符号的估计过程就相当于在一个网络中的点中查找哪 个最接近在一个A^维空间中代表接收信号的点，其中M是K个用户所使用的 调制维度。这些点的网络由不同用户的调制星座(constellation)产生。这种方 法由于高附旨数K很^变得复杂，因此，通常采用一种名为"球形解码"的解 码方法，它将搜索最近的邻居的范围限制在属于以接收到的点为中心的噪声球 内的网络中的点。在E. Viterbo等发表于正EE信息理论学报，第45巻，第 1639-1642页，1999年7月，名为"A universal lattice code decoder for fading channels (一种用于衰落信道的通用lattice码解码器)"的论文中，可以找到关于球形解 码器的描述。球形解码被应用于使用PAM或QAM类型调制星座的系统中。近来，球形解码被提议用于实现MMO(多输入多输出)系统接收机。MIMO 系统指的是一种通信系统，其中至少有一个划対腿过多个天线传输信息符号。 接收机可以只有单个天线(MSO系统，是多输入单输出的縮写，目前使用的更 多)或者多个天线，这里使用的术语MMO不作区分地指代这两种配置。在MIMO系统情况下，点的网络由不同天线传输符号所使用的调制星座产 生。在M.O. Damen等的发表在正EE信息理论学报第49巻，第10肌2389-2402 页，2003年10月上的名为"On Maximum-Likelihood detection and the search for theclosest lattice point (基于最大似然检测和査找最接近的栅格点)"的论文中可以 找到用于MMO系统的球形解码的实施方式的例子。在该球形解码器中，仅仅 考虑了 PAM和QAM调制器。在接下来的描述中， 一般术语多源也同样地指定多用户配置为MMO配 置。容易理解，在第一种情况下，源表示到达或来自不同用户的符号流，并且 在第二种情况下，表示不同天线发射的符号流。显然，当多个用户终端是多天 线类型时这两种情况可以合并。此外，假定符号流是同步的。球形解码ML接收机将被描述为在K个用户情况下，每个用户e {1,..,《}通过^天线传输信号至嗾收机，艮口，源的总数为尸=|>。收到的信号可以表示为向量形式x = Ha + n (1)其中，x是,维的判定变量的向量，其中,等于接收机的天线的数量乘以 針接收織观观倒的判定变量的数量，例如^^线分离出的路径数量。a是尸M大小的向量，由向量aW，a .，a②级联获得，每个向量aW, /7"1,.,，尸) 是第^个源传输的信息符号的向量表示，其维数M等于调制使用的维度；H是尸'xPM大小的矩阵表示传输信道，它特别描述了用户之间和不同， 的路径之间的干扰。n是尸'维的向量，它的分量为影响接收信号的中心加性高斯白噪声的样本。最大似然接收机估计向量a ，使得与接收到的向量之间的方差lx-Ha『最 小，例如5 = argmin|x - Hal卩 (2)其中CP是户个源的各自星座的生成星座。可见，表达式(2)也可以写为以下公式形式S 二 arg min ||z - Ra『 (3 )其中z-qTx并且其中Q和R分别是由矩阵H经过QR分解得到的一个A尸大小的单位矩 阵和一个Px户大小的上三角矩阵，换句话说WA = 。对于PAM或QAM星座，仍有可能M^本线性运算"后面我们会忽略 它，最终达到这种情况，此时生成的星座点是Z,的分量，其中Z是所有相关的整数，M是调制星座的维度。向量Ra可以g为生成矩阵R的网络八中的点。球形解码就在于在一个以代表接收信号z的点为中心的球内部(在一个 MP维空间内)执行最接近的邻居的搜索。在这^内包括的A中的点中执行该候选点被连续选择(或列举)的方式是解码算法性能的关键。根本上有两 种列，术是己知的，第一种叫Pohst，第二种叫Schnorr-Euchner。 首先说明4OT Pohst列举法的球形解码。为了便于解释，假设调制采用PAM方式，换句话说认为空间是P维的。 也可以应用于QAM调制，此时空间为2P维的。搜索被一维一维的进行，或者根据通常技术，通过在每层中选择A中M^点的坐标一层一层的进行。第尸层对二次型距离(quadraticdistance) G)的贡献简单等于 (印-r尸尸ap)2 (4)同样方式，尸-l层对该二次型距离的贡献表示为(印—^一i,尸一舞—！ - 。—i,， )2 ( 5 )并且，一IS^说，第z'层的贡献标为-4其中《定义为^ =减循环可以得到2(6)如果r表示连续层,十l，...,尸的贡献，通过递<formula>formula see original document page 6</formula>其中；=0。根据前面的约定，在二次型半径(quadratic radius)为"的球中搜索相当于 为^t层决定Z的a,的数值使其满足fc-C《)2+7^"其中(8) 或者等同的形式<formula>formula see original document page 6</formula>最后，如果PAM星座是环绕M'的，其中M'是2的幂，并且如果上面提到 的线性变换是咖')=2附'-1-似'其中附'"1，..,似'}，搜索范围可以减少为属于区间[4,A]的奇整数，其中:<formula>formula see original document page 7</formula>其中W是大于x的最小整数，w是小于x的最大整数。这种搜索区间的减少实际上相当于在(9)式中定义的区间和星座在讨论中 的维度上的投影之间的交集。^层的有效区间这样定义。它考虑了高一层为数值",.已经作出的选择， 给出了在该层可允许的最大偏移。图1 ^了一种简单情况当尸二 2而且M'二 4时球形解码器的原理。该球以 十字表示的点z为中心。产生的星座的点C2用整个圆，。第2层的有效区间 k^]正是球的投影和星座的,的交集，这里[4，&] = [-3,3]。有效区间[4,A] 则由数值"2在区间kA]中的选择决定。由此可见在图示的例子里，因为^=1,有效区间[4Ak[-3，1]。图2表示了一种^ffi Pohst列举的球形解码方法的流程图。 在步骤210，执行层序号、中间变量和球的搜索半径的初始化，艮口； '=PA = 0;￡P = 0;" = D ，其中D是搜索球的初始二次型半径。D是作为噪声功率估计的函数被选择的。在步骤220，观纟试是否7;>￡/，换句话说，是否区间M^、成了空集。如果是， 在223测试是否z = P并且如果为是，算法在225终止。如果为否，/增加1 ，并 且移动到步骤230。如果7^J，在230根据公式(10)计算边界j,和A，并且根据(10)初始化a,为a,=」,—2 。在歩骤240， ^增加2并且在250测试相应点是否还在区间内，即a^5,。 如果否，回到测试223，如果是，在260测试是否/ = 1。如果否，移动到步骤 263 ，在此z减1并且计算新的数值￡,—!和z;.—,。另一方面，如果到达了劇氐层，"1 ， 在270加上这个最后层的贡献来获得选择的候选点到点z的距离，即 <formula>formula see original document page 7</formula> 。在280将这个距离与当前的二次型半径"比较。如果更小， 使J求的半径减小，结果"入并且更新最佳候选点3 ="。在所有情况下，都返回到步骤240。以上详述的算法M:从劍氐的边界向较高的边界逐层扫描有效层的区间来执行搜索，最快的扫描在最高层(,=尸)执行，最慢的在最低层(/=1)。在每 次选择一层中的新的fl魏点坐标时，高层的有效区间的边界就被重新计算。此 外，每当至嗾收点的距离得到改进就立亥哽新球的半径，这使得搜索被加速。 最后，算法的输出向量就是星座产生的最接近接收点z的点。4顿Pohst歹U举的球形解码由于系统从较低边I^3描有效区间因此相当慢。使用Schnorr-Euchner列举的球形解码比起前面的解码相当快了。它基于更 有效率的原理，从一个对应于传输信号的第一估计值的生成星座的点^来实现搜 索。更准确地说，这个点是通过ZF-DFE ，均衡得到的从后(低) 一层减 去因为这层(用户)造成的干扰，每层的结果都被球形解码器采用。例如，从第P层开始A 二 rawwc/ ) 问时e尸—zP /e,=(Z,-《)化并且《=|>,/;其中,=尸-(ID 其中謂"O表示最接近少的奇数相关纖(具有前面统性变换《的形式)。每层/对网络的点a至嗾收点z的二次型距离作出的贡献为《=《,(ai -e,)2 。 搜索最接近的邻居是通过在每个层/中连续考虑坐标 《■, g + 2《.,《一 2《,，《.+ 4《,^ — 4《. 等来实现的，其中《igi4-y。容易理解，因此从夂开始在这个估计值的任意一边沿z字形前进的同时一定保留在有效区间 以内。图3表示4顿Schnorr-Euchner列举的球形解码方法的流程图。 在步骤310，初始化层序号、中间变量和球的搜索半径，艮P: / = A^=0;rf =0; c/ = JD，其中D是搜索球的初始化二次型半径。在步骤320，执行ZF-DFE均衡 40同时e,(z,-《)化,，并且决定初始化坐标值",",以及初始搜索方向《=Sgn(e,.-化.)。在步骤330，测试该点是否在球内，换句话说是否7;+^",-^2<^。如果 否，移动到步骤350。如果是，在340校验它是否的确在星座内，换句话说是否|a^Af'-1。如果否，移动到步骤380。如果候选点"在有效区间内(J斜卩星座交集的投影)，在345测试是否达到了最低层，"1。如果是，在360中继续。如果否，在347中更新中间錢"^iXt^， z;—1 = 7;+:如,-e,.)2,并且"曾加l。然后回到步骤320。 ；='在350进行测试是否"P。如果是，算法在355终止，如果否，移动到步骤370，使"曾加l。在步骤345，如果"l，达到了最低层并且已经找到了候选点。加上这一 层的贡献来获得选择的fl魏点到点z的距离，艮FU = z; +《^ - e, )2 。在360比较 这个距离和当前二次型半径"。如果比"小，更新这个距离"=》并且在365更 新最近的邻居a ="。在所有情况下舰370使z'增加1 。最后，在步骤380， :",=^+《.更新",，同时《=-《-2sgn(《.)并且回到 步骤330。图4A和4B用示意图标了分别根据Pohst歹U举和Schnoir-Euchner列#^ 描点的过程。已经假定了MJ^是4-PAM并且源尸的数量是3。这些不同的线相 当于依照尸=3维的投影。z的分Sffl十字表示，PAM调制星座的点用圆来^:。 两种情况下，算法连续i!31的分支用标记(1)， (2)等标注出来。尽管球形解码已经成为了 PAM和QAM调制的很多研究主题，但^5财 刚刚被设想用于PPM (脉冲位置调制)调制。在C. Abou-Rjeily等所著名为 "MIMO UWB communications using modified Hermite pulses (4^S改进的 Hermite脉冲的MIMO UWB通信)"发表于IEEE的关于个人、室内和移动通 信的第17届年度国际会议论文集(PIRMC'06)的论文中提议，将用于这种调 制类型的球形解码应用于脉冲，UWB MMO系统。可以想到脉冲UWB系 统是一种在基带使用非常短(几皮秒的等级)的脉冲帧进行传输的系统。传输 的符号属于一个调制字母表M-PPM或者，在更通常的形式下，属于一种混合调 制M-PPM-M'-PAM。调制字母表里最基本的是MM'。对于每M个暂时位置， M'个调制幅度都是可能的。这个字母表中的一个符号"可以表示为一个序列 ~, = 0,...,似-1同时~=^—1>，其中^是M-PPM调制的位置，"是PAM 调制的幅度，^是D!rac符号。每个PPM或者PPM-PAM符号调制了暂时位置 和，如果需要，帧的单元脉冲的暂时位置和幅度。可以考虑一个符号M-PPM (分别为M-PPM-M'-PAM)作为M维的向量， 其中只有一个分量等于l (分别为")其他的为0。与QAM调制不同，PPM或PPM-PAM符号的分量因此不是独立的。如果假设P源传输PPM符号，需要考虑的信号空间为MP维。在这个空间 里W"源用一层表示，它本身由PPM或PPM-PAM符号的M ^W时位置(或子层)组成。，论文描述的球形解码建议以M个连续层的联合形式来处理，因为它们 之间具有相互依赖性。关系式(8)现在被连接M个连续子层的约束^j牛取代，例如对于第p层:7 (12)<formula>formula see original document page 10</formula>z^是z的子向量，表示接收信号，换句话说向量z是由#对应一^、〉尸个向量z")， ",)级联形成，A)表^S个源皿的PPM或PPM-PAM符号的 第m个分量。函数/被定义为/(/7，m)=(/7-l)M +附,t;是层户+L...,尸的二次型距离的贡Sfct和。对于*源户，设定传输只发生在一个與虫位置4)￡仅…，^，表达式(12)可以重写为以下形式m二l其中￡"=f 一"",，或者以更紧凑的形式替换I卜(("s)r，p))-e，」|2"-^ (14)其中，向量a，类似向量z，是由P个向量a("，a(2),."，^级联形成的，向量a(p) 是由分量^f) =a/Q)m) ， w二l,..，Af组成；W")是R的MxM子矩阵，由分量r，,构成，其中附=(,-1)^ + 1,...，射并且 = (7 - l)M +1,…，对于一个给定的矩阵n， n》通常指该矩阵的第k列；e，p就是矩阵E的第p歹lJ，并且定义为e，p^ i"^,)r(，1"p，p') .，c(p')从表达式(14)容易理解对应源p的M个子层被联合处理了。特别是，每 个分量^)， = 1,...，〃的有效区间的边界被同时确定了。这些边界依赖于已经为 高层选择的^^点a一)，..^。在这^J求形解码中《OT的歹U举技术可以被认为是Pohst列举的扩展。 层的暂时位置从较低边界被逐个扫描，每层谨慎地只选一个位置。解码的收敛 相对来说因此较慢。此外，由于子层，换句话说同一层中的PPM位置不是独立的， Schnorr-Euchner类型列举技术的直接应用绝不是不重要的。本发明的目的就是提出一种用于使用混合PPM-PAM调制的多源的球形解 码方法，其收敛鹏比已知的现有技术决得多。发明内容本发明涉及了一种用于从复数户个源接收PPM-PAM符号的最大似然接收 机的球形解码方法，^h源在M个位置和M'个调制振幅mt PPM-PAM符号 流，由尸个源同时鄉的P个PPM-PAM符号由在被分解为p个层、维数为M尸 的所发送的信号空间中的调制生成星座的点表示，每一层代表M个可能的调制 位置和在这些位置的每一个中的由源发射的PPM-PAM符号的A/'个可能的振 幅，由所述接收驗收的信号被转换为4饿该信号的点，这个点被称为接收点， 在所发送信号的空间中，所述方法在给定二次型半径的球内确定离接收点最近 的生成星座的点，其特征在于，对于序号为p的每个层(a) 考虑在作为比层p更高的层的P - p先前的层中所估计的PPM-PAM符 号，执行在所述层所接收到的信号的ZF-DFE均衡；(b) 选取该层中的PPM-PAM符号(bl)对于所述层的每一 PPM位置，分类在该位置的PAM符号的列 表，作为它们对到接收点的二次型距离的贡献的函数，对于每一列表获取做出 最低贡献的PAM符号，称为列表冠军；(b2)选取做出最低贡献的PPM位置和在因此所确定的位置中选取列 表冠军作为PPM-PAM符号；(C)该贡献被加到为先前层获的的贡献，以获得贡献的和； 重复步骤(a)、 (b)、 (C)直到到达最低层；并且如果所述贡献的和小于球的二次型半径，更新球的二次型半径和所述最接 近点。在步骤(b)中，在步骤(b2)后有利地包括步骤(b3)，在步骤(b3)中 在该列表中选取下一个PAM符号作为与所选的位置相关的新列表冠军。对于给定层和在该层中选取的PPM-PAM符号，如果所述贡献的和大于该 球的二次型半径，转到高层，并在该层中根据步骤(b)选取新的PPM-PAM符号。如果所述高层的所有符号都已经g取对象了，转到更高层，并在这层中 根据步骤(b)选取新的PPM-PAM符号。如果已达到最高层，并且已经选择了所述层的所有PPM-PAM符号或者为 所选取的符号计算的所述层的贡献超过了球的二次型半径，通过所述最接近点 结束解码方法。根据一个实施例，获得以最大似然方式估计的序号为l，..,P的各个源的 PPM-PAM符号，作为表示所述最接近点的MP个分量的向量的其中似个分量的子向量。本发明进一步提供了一种用于从复数户1iH接收PPM-PAM符号的最大似 然接收机，其包括与在该复数个源和接收机之间的传输信道相匹配的过滤器， 以及如果需要该滤波器与在发射中使用的时空编码相匹配，该接收机进一步包 括球形解码器，该球形解码器包括用于执行根据上述方法步骤之一的球形解码 方法的装置，该球形解码器的输入端接收所述熗波器的输出。
结合以下附图读了本发明的优选实施例后，本发明的其他特性和优点将变 得清晰，其中图1是带有两个PAM源的系统的球形解码原理亂 图2是现有技术已知的第一球形解码算法的流程图；图3是现有技术己知的第二球形解码算法的流程图；图4A和4B是由第一和第二球形解码算法分别使用的点扫描图；图5表示本发明实施例在一个层内PPM-PAM符号的列举；图6是根据本发明实施例的球形解码算法的流程亂图7是表示根据本发明在由球形解码算法所生成的星座中执行步骤的例子。
具体实施方式
在下后我们将考虑包括PPM-PAM符号的P个源的系统。调制符号表包括 M个时间位置，并且对于每一个时间位置具有M'个振幅值。可记得的，该符号表的任意元素都能写成序列^=^ -/^， Fl,...,M的形式，其中"是星座符号M'-PAM。如上所述，符号源可以是由MMO终端的天线发射的符号流， 符号流来自或去往多个用户，或者如果每一用户终端都具有多根天线，贝提这两种情况的组合。在一般情况下，尸=1&，其中4是用户《的终端的天线的数hi目，I是用户数目。以下假设符号流用同步方式发射。这些符号流tt^但并不 是必须调制成脉冲UWB信号的多个帧。接收+腿用于计算,M决定变量，其中尸'>尸。例如，每一接收天线都装 备了适用于分离丄个路径的Rake接收机，对于每一个路径的PPM调制的M个 时间位置。贝U决定體是这些Rake接收机的尸'M，出，,=￡尸，其中r是 接收天线的数目。如果在发射时使用时空编码，在接收时使用与该代码匹配的 i^波器分离不同的用户，并且尸=1.,.尸。在所有情况下，由接收机接收的信号可由相应于尸'似个决定 值的尸'似 维的向量x来表示。向量x可以由与方程式(1)相同的符号表示，形式为 x = Ha + n ，但是在此向量n是尸'M维，向量a是PM维，且矩阵H的大小为 P'Mx/W。向量3可以被看着是由/5付向量^1)乂2)，...，^)级联而成，每一子 向量与一个源相关联。矩阵H表示传输信道，并考虑了多用户和多路径干扰。如果R是由矩阵H的QR变换得到的pM x PM大小的矩阵，z = QTx是属 于所发送信号的空间的所接收信号的穷^j言息(exhaustive information)。球形解 码在于搜索点5，它属于生成星座和以z为中心的噪声球的交集，并且对于它到 z的距离是最小的。劍门这里说的生成星座是指由不同源的混合PPM-PAM星座 所生成的星座。接收机在生成星座的(MVOf个点中确定哪个符合最大似然的标 准，换句话说在由尸个源所发射的PPM-PAM符号的(MVf Y个可能组合中确定。需要注意的是，同以前一样，对于任意大小为i^Txi^r的矩阵n， n('』是由元素《，,组成的R的大小为MxM的子矩阵，其中w = 0-l)M + l,..,/M ， m' = (/-l)A/ + l,.">/， 1《/，y《P，和n(^,是矩阵Q(")的第(附，m')个元素，即= m'。解码方法使用所发送的信号的ZF-DFE均衡。更精确地说，首先计算 eP = Vz其中「 = ^-1 (15) 或者更简单地，因为从最后一层(序号为尸的层)开始，由于矩阵R的上三角ef) = V(p，p)z(p)其中v(p，p) = (r(p，P卞1 (16)向量《)的维数为M，且具实数值。以我们将随后详述的特定距离方式确 定离^最近的PPM-PAM符号5②。更精确地，分另鹏定位置戶s(P)和幅度 。s(p)，给出分量《)=^々, -/^(尸))。如随后将见到的，根据PPM位置之 间的竞争过程确定^w(P)和p) 。 的ZF-DFE的估计表达为 ^)"^^ 《)C，其中产是大小为MxM的单位矩阵，换句话说，f)是 大小为M的向量，除了索弓l为戸(尸)的分量等于"一)，其他分量为0。注意向量fep的大小为M户，其中前(P-l)M个分量为O，后M个等于S^的 对应分量。从低层中减去由层尸弓胞的干扰，然后更准确的估计^-" ep—1 = V(z-RSp) (17) 或者替代的，由于R和V是上上三角形C = V(P-"P-"(z(P-" _ R(P-，))十V"P)(z(P) - R(P，，) (18)而且ZF-DFE估计正是aM i戸(w)C，其中戸(尸-l)和"戸(w)舰 ，PPM位置之间的竞争被获取。然后逐层进行，在每一层p消除由尸-户个高层弓胞的干扰。当尸个层已经 经受了ZF-DFE均衡，就得到了舰5(P)， /7 = 1，..，尸的级联定义的向量"该向量可以由生成的PPM-PAM星座的一点表示。从这点开始搜索z的最 近的相邻点。这样的搜索根据此后将要描述的枚举方法在所述星座中继续进行。/Xi:可以看出，对于每一层p，确定了最接近e^的符号S(P)。该层对z和 5之间的二次型距离的贡献可以被表达为义<formula>formula see original document page 14</formula>需要注意的是，当在不同调制位置之间没有干扰时，即如果传输信道的脉 冲响应短于这些位置之间的时间距离，矩阵R(P，P)是对角矩阵，且二次型距离^等于由源所测试的PPM-PAM符号p)和所均衡的信号之间的二次型距离。表达式(20)可被转换为以下形式叱=(E畔E(p) - 2"—)(R(-(JE(W + U 二/ R(=P) (21)考虑给定PPM位置p^(p)，并在该位置搜索最小化《的PAM符号。假设第一项(E畔E^不1繊于 一，舰推导(21)获取最小值，其中5 = L_ (22)其中在此需要注意出于推导的要求，g。^)是实变量。因雌巨离力最小为謂"d(S""、) (23)其中 是最接近x的奇跳对于一个给定位置/^(p)，从值 々)开始测i站该位置的PAM符号，然 后从该值的任何一边继续移动，离最小fM来越远。更精确地，根据序列测试位置;^⑨的随后值a"*^); a戶,";7) + 2A;^(p); ^^仍(p) — 2Ap—力；+ 4A戸,(p); <a^OT(/)) _ 4A戶^力, (24 ) 只要仍在P崖離的边界[-M' + 1,M'-1内，A戸(,)"^fe—)-" ))。考虑 到力的抛物线变量，该列表(24)的连续PAM符号的贡献增加。 为了在一层内选取要测试的PPM-PAM符号，进行如下步骤。 对于每一PPM位置附^,.. ，M}，确定列表"，以如在(24)中一样，给出由增加贡献^所记录的和排序的这个位置的PAM符号《的列表。每一列表/《对应于一个增量值^和指向被测试的符号《的指针< 。每次到达层P时，k行新的ZF-DFE均衡《，即从ip + i到达这里，确定列表《，mea...,M}，并初始化指针;r:，使它指向这些列表的各自的第一个 元素。通过列表之间的竞争，确定层p的将要被测试的第一个PPM位置。胜利 的PPM位置为<formula>formula see original document page 15</formula> (25)
因此层p的第 一 个被测试的PPM-PAM符号被定义为 min (o^ X m _ arg min (o^ )。然后使指针;r;)递增，使其现在指向列表丄；)的w 乂 m 乂第二个元素，即<formula>formula see original document page 15</formula>在层户中的接下来的通道(passage)中，不再ZF-DFE均衡，即如将见到 的那样到达层p —l时，再一次在列表之间完成竞争，每一列表的fl魏点由指针《指定。如果记录iMM(《)该M个候选点，胜利的PPM位置为戸O) = arg min (/MM)) ( 26 )并且要选取的相应PPM-PAM符号由分量《^,(m-po^))定义。以该方式为在层p中的每一ffiita行处理。如果对于给定的PPM位置m， 在列表K中的所有PAM符号都被测试过了，为所述的位置设置标志，使不再 考虑它们。更精确地，从在位置w的第,通道起，有"戸(力+2'+'(-< -似'+l或+2'+1(-l)'+、 )> M'-l并且从在该位置的下一ilit^，有"戸(w +2!+2(—0'A戸(,)< -或"戸w +2'+2(—> ， 换句话说，一旦舰PAM星座的高边界禾口低边界，i體标志yz^:，即y7艰=i 。如果观察到f[y < = i ，换句话说，层p的所有PPM-PAM符号都被测试过了 ，继续到上一层^ +1 ，在该后者层搜索新的PPM-PAM符号。图5图示了在层p中枚举PPM-PAM符号的方式。在此假设星座是 3-PPM4-PAM，且PPM位置由竖线表示。星座的点由黑圆点指示，在,之外 但仍然属于点网络的点由灰圆点表示。在不同PPM位置的4p)的分量，即在 ZF-DFE均衡之后从源P所接收的信号是由黑十字表示。在层P的通道(1)， ；Aiip + l，在均衡之后，对于每一PPM位置确定指 针的初始位置。在三个列表之间的竞争之后，获得位置1并且所选去的符号为 (l,+l)。正是该符号ap将要用于低层的均衡。显示列表g附旨针指向该列表的下一符号，即(i,-1)。在第二通道(n)，从层p-i，列表之间的竞争给出胜利的位置3。所选取的符号是(3,-l)。如前所述，该符号用于低层的均衡。显示列表g的指针指向该 列表的下一符号，即(3,+l)。在第Hffl道(m)，从层户—i，列表之间的竞争给出胜利的位置i。显示列表丄f的指针指向该列表的下一符号，即(1,+3)。在第四通道(IV)，从层p —i，歹據之间的竞争这次给出胜利位置2。所选取的符号是(2,+3)。显示歹懷g的指针指向该列表的下一符号，即(2，+l)。球形解码由最后一层(层尸)开始。如上所述，组织该层的PPM-PAM符 号的列表《，W = l，...,A/。首先选择为到通过歹據之间的竞争所接收的信号的二次型距离做出最低贡献^的那一个。消除由符号ap在所有的低层尸-l,n...,l生成的干扰。继续移动到紧接着的低层，对于每一层pl以该方 式重新开始。以该方式逐层处理，在不同层中所选取的符号形成了一个分支。如果高层 和当前层的贡献之和大于球的当前半径，放弃所述的这一分支，继续到高于当前层的层，选取新的PPM-PAM符号。相反地，继续该分錢到到达排序为1的层。获得生成的星座的点3到所接收点之间的二次型半径作为不同层的贡献之和，即cr,^X。如鄉巨离小于球的当前半径，更新半径和最当前的点5。pt 。更精确地，球的新半径取所淑B离的值，且5。p「"然后返回到紧接着的高层(在此是层2)，根据列表之间的竞争，选取该层 的第二个PPM-PAM符号。从低层(在此是排序为1的层)消除由该符号生成的干扰，并如上所述继续进行。一般来说，假设从低层p到达层p + l。如果列表K"被用尽，即如果先前已经观赋完该层的MM'个符号，或者代替地，如果贡献之和 +1= fx大于当前二次型半径，继续进行到下一个上层。以该方法处理，通过继续向排序为越来越高的层上升，其有效间隔ffl^越窄(假设球的半径被更新)，直到用尽了根层(层尸)的歹u表，在这种情况下结束该算法。在解码输出中，最佳输出点^pt是得到到z的最小距离的点。点S一 提供了由尸个源发送的PPM-PAM符号的ML估计，SP^pK2p)t,..，^)t 。图6是根据本发明的多个PPM源的球形解码方法的流程图。在步骤610，将层的序号初始化为最高层，p = p。初始化中间变量，特别是球的二次型半径么^D，和P个变量，其各自代表高达P个相应层的二次型距离的贡献之和a ，艮1。=0， p = l,..，P。在步骤615，考虑在先前的高层所选取的符号^^,^-D,..,^^1),执行当 前层/7的ZF-DFE均衡。在步骤620，确定排序后的列表丄:和这些列表中的每一个列表的第一个元素<。初始化指针《，使它们指向这些第一个元素。根据列表之间的竞争确定 ，s(p)和《。々)，然后根据(21)计算贡献^。并且重置有效间隔溢出的标志/《=0， W = 1,..,m 。在步骤625，根据在这些层所选取的PPM-PAM符号，更新c^，为层p，..，尸 对到z的Euclidian距离的贡献之和，即^ = + 。观赋这些贡献之和是否舰了球的当前二次型半径。如果是，由于无论在 随后的低层选取什么符号，都不可能得到最近的相邻点，因此保存当前的分支 W),W-D,...,a(P)没有意义。则移动到测试635。另一方面，如果cr/j、于所述二 次型半径，移动到测试640。在635 ，测试是否p = p 。如果是，算法在637结束，且属于网络的z的最 近相邻点是a。pt 。如果;^尸，在655处增加/7 ，在660处测试是否己经用尽所述层的所有 PPM画PAM符号，艮卩，是否fjy a^d。如果是，返回到测试635。如果不是，在665处，执行列表之间的竞争， 选取该层的新PPM-PAM符号。更新指针<和标志， m = l，..,M 。还要更 新相应于所选取的新符号的力值，返回到步骤625。实际上，如果在620处先 前已为不同PPM-PAM符号计^算和存储了值《，就不需要重新计算^ 。如果在630决定保存当前分支^), "，...,)，在640测试该分支是否己 经到达了劇氐层(^ = 1)，在这种情况下具有改善了当前到z的距离的网络中的 点，并且移动到步骤650。在另一方面，如果不是这种情况(pd)，在645处 转到随后的低一层，然后返回到ZF-DFE均衡步骤。在步骤650，更新球的半径，即^a,，并且更新最佳候选点^p「5，然 后在步骤655 M51增加p彩齢卖搜索。最佳候选点给出了由户个源所发射的PPM-PAM符号的联合ML估计 5(1) 5(2) S(P)。 t ,a叩t ,.'dopt在图7中图示了在所生成星座内球形解码的进程。所发送的符号的空间被 分为尸个层，每一层在M'振幅等级上包括A/个位置。M3i前面见过的ZF-DFE 均衡获得的，对于每一层p， e^的M个分量的每一个PPM位置被表示在纵线上。记为(1)的分支是被测试的第一分支。在当前瞎况下，该分支进行到最低 层，并且提高了到z的二次型距离。然后球的二次型半径"被更新。转到层2，并且测试一条新的分支(2)。假设在这层(2)里选取了新的候选点，预先执行 层1的新均衡。被测试过的分支被表示为(《)。需要注意的是，当该分支到达层^，高层 和当前层P,尸-l,..,p的贡献和^皿了球的当前二次型半径"。通过移动到高一层p+l并且在这一层选择PPM-PAM符号来继续搜索(参考图6的步骤665)。 更新贡献的和 ,。如果该和小于"，如果没有再上升一个层贝U从新的分支("l)继续。当到达最高层(参考图6的步骤635)，如果已用尽了列表《的符号 (行*^=1)，或者层尸的贡S^1了"， M31提供一t终止解码算法。/77二1根据本发明可能实施例的球形解码方法的伪代码在附录中被给出。使用了 以下符号0M是大小为M的零向量；^是大小为M的向量，其中所有分量均等于l;,g和y^i是大小为M户的矩阵。它们为多个层的每一层和在该层中每一 PPM位置指示处于在该位置的PAM星座的边界的溢出候选点； p是大小为M的向量；e和E是大小为a/尸x户的矩阵，e的列给出了 ZF-DFE均衡的结果； A是大小为M xP的矩阵，它的列是为不同层选取的PPM-PAM符号的M个是由矩阵f2的对角元素所组成的对角矩阵； D,a^n)是向量，其分量是矩阵Q的对角元素；是最接近X的整数；C。是大于初始距离的正数。它在代价函数(cost fimction)中加权PPM位 置，在该位置所有PAM符号都已经被观赋过了 (跨过PAM星座的低边界和高 边界)，以从选取中排除它们。以上描述的球形解码可以由运行在多源系统中如MMO系统和/或多用户 系统的ML接收器中的软件或硬件得以实现。有利地， 一个源的PPM符号用于 调制TH-UWB (跳时UWB)、 DS-UWB直接扩频UWB)或TH-DS-UWB类型 的脉冲信号。因此调制的信号例如通过传统UWB天线逾敫光器二极管传输。球形解码(input: z ，R ，户，M ，M' ，D; output: 5opt):Step 1 (Initialisation):Set & tfo刷二O; V = R_1; p = 0M; 6eWtfo/=DQ) positive number such as C。 > D St印2:= fifc/"(A:) + pTp;if (weWz'W < 6estofaZ) & (A: # 1) go to Step 3 else go to Step 4 endif.Step 3:3.13.23.33.4if A: = P +1, e"k—i = Vz else for , = 1,..，" 1, = e$ - V,p endfor endif.A: = A — 1, fifa/(A:) = weW/W3.5[pos向，c^。难),a"k， 5"k, d"k ] = fc, _ comp她(E J), R(k k)，M'3.63.73.83.93.103.11A.，k = "pos(&)I"pos(k)steP"k = 0M 'We/V。,y(A:),A: = 2sign(5^印(^)力— flag ，k = 0M , flagl ，k = 0Mif戸(/t)》+鄉戸(A:),A: < -1 or a戸(/t),A: + ,戸(A:),/t > W-！，二—2signOte/7p—4)》)，y ag^o^r)大=0 endifP = E￥ — o卓)R^)(k), go to S鄉2.Step 4 :4.1 if "evv血/< 6esfcfof, 6e5/fifof = "ew血/4.2 for,/二l,…,尸，= A";, endfor4.3 else if A:=尸，terminate else A: = A: +1 endif.4'4 if n:i,g附，fe = 1 g0 to SteP 4 endlf.4.5 ! generation of the new PPM-PAM symbol to be tested 《fe洲,A: = —2(RJS(k)) Ej)(a戸附A:4.7 / oy(A) = argmin4.9 if = 0,We/ ^o"",* = 2sign(5^te/7(yt)A: — a^印&)》)4.10 else她P pcw(yfc),fc= (一 l)7^1"^"她户pOS(fc)，fe — 2/7艰1sign(ste;^M(fe)》 endif"1 if a戸岸+鄉戸,<-M'+l or4.12 if pM(々)乂 # 0 ， y agl p^^)^ = 0 ,4.13 else y agp。w&),/t = 1 endif4.14 if a戸附/t+鄉—&)，/t <省'+1 or "戸("》+鄉戸(A:)，A: > '4.15 y/ag戸^), = 1 endif endif4.16 a戸(/c) ^a戸(fc),fc ' A"k =a—/t)I"pos(k)4.17 P = E$ —"戸ot)R-)(k)' gotoS鄉2列表竞争子程序+R帖)严:，pos(k)扎:，pos(k)fo/— cww/ efe(input: E，R,A/'; output: / cw,函p,a,S,dStep 1 : = RTE, = diag(E!)Step 2: E2 = Diag(RTR), E2 = diag(E2)<formula>formula see original document page 22</formula>
权利要求
1. 一种用于从复数P个源接收PPM-PAM符号的最大似然接收器的球形解码方法，每个源在M个位置和M′个调制振幅发射PPM-PAM符号流，由P个源同时发射的P个PPM-PAM符号由在被分解为P个层、维数为MP的所发送的信号空间中的调制生成星座的点(a)表示，每一层代表M个可能的调制位置和在这些位置的每一个中的由源发射的PPM-PAM符号的M′个可能的振幅，由所述接收器接收的信号(x)被转换为代表该信号的点(z)，这个点被称为接收点，在所发送信号的空间中，所述方法在给定二次型半径的球内确定离接收点最近的生成星座的点id="icf0001" file="S2008101092522C00011.gif" wi="13" he="5" top= "103" left = "57" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>其特征在于，对于序号为p的每个层(a)考虑在作为比层p更高的层的P-p先前层中所估计的PPM-PAM符号，执行在所述层所接收的信号的ZF-DFE均衡；(b)选取该层的PPM-PAM符号(b 1)对于所述层的每一PPM位置，分类在该位置的PAM符号的列表(Lmp)，作为它们对到接收点的二次型距离的贡献的函数，对于每一列表获取做出最低贡献的PAM符号，称为列表冠军；(b2)选取做出最低贡献(dp)的PPM位置(pos(p))，在因此所确定的位置中选取列表冠军作为PPM-PAM符号(αpos(p)δ(m-pos(p)))；(c)该贡献被加到为先前层获得的贡献，以获得贡献的和(σp)；循环步骤(a)、(b)、(c)，直到到达最低层；并且如果所述贡献的和小于球的二次型半径，则更新球的二次型半径和所述最接近点。
2. 根据权利要求1的球形解码方法，其特征在于在步骤(b)中，在步骤 (b2)之后有步骤(b3)，在步骤(b3)中在该列表中选取下一个PAM符号作为 与所选的位置相关的新列表冠军。
3. 根据权利要求2的球形解码方法，其特征在于对于给定层和在该层中所 选取的PPM-PAM符号，如果所述贡献的和大于球的二次型半径，转到高层， 并且在该层中根据步骤(b)选取新的PPM-PAM符号。
4. 根据权利要求3的球形解码方法，其特征在于如果所述高层的所有符号 都已经是选取的对象，转到更高层以便在这层中根据步骤(b)选取新的PPM-PAM符号。
5、 根据权利要求3或4的球形解码方法，其特征在于如果已到达最高层， 并且已经选择了所述层的所有PPM-PAM符号或者为所选取的符号计算的所述 层的贡献大于球的二次型半径，M提供所述最接近点U。pt)来结束该解码方法。
6、 根据权利要求5的球形解码方法，其特征在于获得以最大似然方式估计 的序号为l,..,尸的各个源的PPM-PAM符号，作为表示所述最接近点(L,)的*optMP个分量的向量的其中M个分量的子向量(^)t,0^)t )。
7、 根据前述权利要求的任一项的球形解码方法，其特征在于对于序号为P 的给定层和该层的PPM位置m ，在排序之后与该^S相关的所述列表是"m ，"附+ 2A附，"附一 2A附，of附+ 4A附,"附—4A附， AW=W^ -^)，其中《是在源P的均衡之后，表示在位置m接收的信号的 实数值，^是最接近&的相应于PAM星座的振幅的整数。
8、 根据权利要求7的球形解码方法，其特征在于在源p的均衡之后，恭示 在位置m接收的信号的实数值^ 3M:下面的等式被获得<formula>formula see original document page 3</formula>其中r^W是大小为A/尸xi^的上三角矩阵R的对角线上的大小为A/xM 的第戶W矩阵，上三角矩阵R是由表示P个源和所述接收器之间的传输信道的矩阵H的QR变换所获得；r(p^)是矩降R(p，p)的第附歹U;禾口E(rt = r^，^e^ ，其中表示在ZF-DFE均衡之后从源户接收的信号。 9、 一种用于从复数尸个源接收PPM-PAM符号的最大似然接收器，其包括 与在该复数个源和接收器之间的传输信道相匹配的滤波器，以及如果需要该滤 波器与在发射中使用的时空编码相匹配，其特征在于进一步包括球形解码器， 该球形解码器包括用于执行根据上述权利要求之一的球形编码方法步骤的装 置，该球形解码器的输A^接收所述匹配的滤波器的输出。
全文摘要
本发明涉及用于脉冲和振幅位置调制多源系统的最大似然解码器，提供一种用于最大似然接收器的球形解码，最大似然接收器在M个调制位置和M′个振幅等级从复数P个源接收M-PPM-M’-PAM符号。该球形解码器使用适用于对多维PPM-PAM调制的点进行分类的Schnorr-Euchner类型的列举。
文档编号H03M13/00GK101277142SQ20081010925
公开日2008年10月1日 申请日期2008年2月27日 优先权日2007年2月27日
发明者赖利 C·阿布奥 申请人:法国原子能委员会