专利名称：基于许用码字格点搜索的垂直分层空时码球形解码方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于无线通信技术领域的解码方法，具体是一种基于许用码字格点搜索的垂直分层空时码球形解码方法。
背景技术：
当前随着移动用户的增多以及人们对移动通信业务的追求已从单纯的语音业务扩展到多媒体业务，频谱资源显得日趋紧张。当前移动通信系统研究的热点之一是提高系统容量，因此追求尽可能高的频谱利用率已成为一个充满挑战的问题。这种挑战使得人们努力开发高效的编码、调制以及信号处理技术来提高无线频率的效率。而近年来提出的多输入多输出(MIMO)系统就是能够有效提高无线频谱利用率最重要的方案之一。与传统的单发射、单接收天线系统不同，MIMO系统使用多根发射天线、多根接收天线，在系统容量、频谱效率、发射机和接收机的设计上都有很大的差别为了提高信源信息传输的可靠性，首先将信源信息经过能够提供纠错能力的信道编码，再经过空时编码，然后由多个天线同时发送或按一定的时间顺序发送出去。在接收端，由多个天线同时接收或按一定的时间顺序接收，依次进行空时解码、信道译码，从而得到发送端传送的信息。
最近几年，对空时码中的一个重要分支——垂直-贝尔实验室分层空时码(V-BLAST)的研究已经有很多。然而，传统的V-BLAST解码算法，如线性迫零、串行干扰消除、并行干扰消除等方法，性能上与最大似然译码方法相比较还有相当大的距离。球形解码方法是一种优化的深度优先搜索方法，其性能接近最大似然译码的性能，能大大地提高V-BLAST的解码性能，但运算量也比较大。
经对现有技术的文献检索发现，Chan，A.M.等人在《IEEE InternationalConference on Communications》(IEEE国际通信会议)，2002，Volume1，28April-2 May 2002 Pages460-464上发表的“A new reduced-complexity spheredecoder for multiple antenna systems”(一种用于多天线系统的新的减小复杂性的球形解码器)中，提出一种用排序的方法来降低球形解码复杂性的方法，在每维搜索过程中对搜索范围内的格点进行排序，优先搜索当前维中那些最有可能是最优的格点，因此有可能较快找到最优格点。但搜索过程未考虑由信道编码所产生的格点间的距离，搜索是在编码后形成的码字空间进行，需要搜索的空间范围较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，针对上述球形解码方法没有考虑信道编码关系的不足，提出一种基于许用码字格点搜索的垂直分层空时码(V-BLAST)球形解码方法，使其球形解码过程中只对许用码字形成的有效格点进行搜索，并且直接输出信道译码后的码字，即可以同时进行球形解码和信道译码。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明一方面利用信道编码结构引入的冗余而产生的码间距离，减少球形解码搜索的空间，搜索空间可从原来的2n(n为码字长度)，缩小为2k(k为码字中的信息位长度，k＜n)，对于纠错目的而加入冗余校验的信道编码均适用，包括但不限于线性分组码、乘积码、卷积码、Turbo码等，可以是系统码，也可以是非系统码。另一方面，利用球形解码的搜索同时完成信道译码，搜索在许用码字格点上进行，输出的码字是合法码字，因此无需再进行信道译码。球形解码和信道译码一次完成。
所述的k为码字中的信息位长度，对于系统码k位信息是n长码字的组成部分，对于非系统码指定n位中的k位，n为码字长度，在M个天线上以b比特/符号的调制方式同时发送M*b比特，一般情况n＝M*b(若n≠M*b，则以n和M*b的最小公倍数为处理周期)。
以下对本发明方法作进一步的说明，具体实现步骤如下(1)将待解码的n长码字分成信息位长度的k位和校验位长度的n-k位，对于系统码k位信息是n长码字的组成部分，调整k个信息比特位于n长码字的n-k+1至n位置；对于非系统码指定n位中的k位，并调整至n长码字的n-k+1至n位置；(2)将现有球形解码方法中依次确定第n维至第1维方向上的搜索范围，以及依次选定第n维至第1维方向上的格点坐标取值，改为依次确定第n维至第n-k+1维方向上的搜索范围，以及依次选定第n维至第n-k+1维方向上的格点坐标取值；(3)根据以上选定的n-k+1至n维格点坐标取值，按发送端的信道编码规则确定位于1至n-k位置的n-k个校验比特位的格点坐标取值；(4)按现有球形解码方法计算n维格点坐标取值所确定的格点和接收信号点之间的距离C’；(5)按现有球形解码方法对C’与当前搜索半径C进行比较，并按大于等于“≥”和小于“＜”两种情况分别处理；(6)搜索得到n维格点坐标取值所确定的格点和接收信号点之间的最小距离C，对于系统码，搜索得到的最终结果C所对应的n维格点坐标取值中的n-k+1至n部分即为信道译码输出；对于非系统码，n维格点坐标取值中的n-k+1至n部分还需按编码规则转换后得到信道译码输出。
在步骤(5)中，若C’小于C，则用C’的值更新C，重新确定搜索球半径C，重复进行第(2)步至第(4)步；若C’大于等于C，则在n至n-k+1维在相应维数的搜索范围内对未搜索过的格点坐标取值，产生新的格点坐标，并计算该格点坐标和接收信号点之间的距离C’，直到无法找到小于C的C’。
本发明利用信道编码结构引入的冗余而产生的码间距离，减少球形解码搜索的空间，考虑到许用码字格点及其在信道编码纠错能力范围内的近邻码字格点经过信道译码后都将得到该许用码字，因此本发明仅对信道编码中许用码字形成的格点进行搜索，搜索空间可从原来的2n(n为码字长度)缩小为许用码字格点形成的2k(k为码字中的信息位长度，k＜n)，避免对许用码字在信道编码纠错能力范围内的近邻码字的搜索，由于搜索的范围仅为原方法的1/(2n-k)，搜索空间的缩小从而大幅度降低球形解码的复杂度。另一方面，利用球形解码的搜索同时完成信道译码，因为搜索是在许用码字格点上进行的，其输出的码字必然是合法码字，因此无需再进行信道译码。球形解码和信道译码一次完成。
具体实施例方式
实施例1以4发射天线、4接收天线的16QAM调制V-BLAST空时编码传输系统为例说明具体的实现方法，16QAM调制每符号的传输比特数为4比特(bits)，4发射天线同时工作，则同一时刻发送的比特数为16比特，采用1/2码率信道编码，则同时发送的16比特中，8比特为信源信息位，另8比特为信道编码产生的校验位。
通常的球形解码是在16比特所形成的空间中搜索，搜索空间的格点总数为65536个格点，需要从中找出距离接收信号点最近的格点作为输出，输出的格点解调后得到的16比特位再经过信道译码得到8比特的信息位。
本发明是用球形解码在8比特信源信息形成的空间中搜索，搜索空间的格点总数为256个格点，对搜索过程中给定的8比特信源信息按信道编码规则形成8比特校验位，信源信息与接收信号点对应的距离和校验比特与接收信号点对应的距离相加得到总距离，找出总距离离接收信号点最近的格点作为输出，该输出的8比特信源信息部分作为最终的信道译码输出。由于考虑了码字间距离，搜索空间由原来的65536个格点减少为256个格点，带来计算量的大幅度降低，同时还省去了信道译码环节，性能仍然保持了球形解码方法性能接近最大似然译码的特点。
实施例2以8发射天线、8接收天线的64QAM调制V-BLAST空时编码传输系统为例说明具体的实现方法，64QAM调制每符号的传输比特数为6比特(bits)，8发射天线同时工作，则同一时刻发送的比特数为48比特，采用1/3码率信道编码，则同时发送的48比特中，16比特为信源信息位，另32比特为信道编码产生的校验位。
通常的球形解码是在48比特所形成的空间中搜索，搜索空间的格点总数为248个格点(约为2.81×1014)，需要从中找出距离接收信号点最近的格点作为输出，输出的格点解调后得到的48比特位再经过信道译码得到16比特的信息位。
本发明是用球形解码在16比特信源信息形成的空间中搜索，搜索空间的格点总数为65536个格点，对搜索过程中给定的16比特信源信息按信道编码规则形成32比特校验位，信源信息与接收信号点对应的距离和校验比特与接收信号点对应的距离相加得到总距离，找出总距离离接收信号点最近的格点作为输出，该输出的16比特信源信息部分作为最终的信道译码输出。由于考虑了码字间距离，搜索空间由原来的2.81×1014个格点减少为65536个格点，带来计算量的大幅度降低，同时还省去了信道译码环节，性能仍然保持了球形解码方法性能接近最大似然译码的特点。
权利要求
1.一种基于许用码字格点搜索的垂直分层空时码球形解码方法，其特征在于，一方面利用信道编码结构引入的冗余而产生的码间距离，减少球形解码搜索的空间，搜索空间从原来的2n缩小为2k，n为码字长度，k为码字中的信息位长度，k＜n，对于纠错目的而加入冗余校验的信道编码均适用，另一方面，利用球形解码的搜索同时完成信道译码，搜索在许用码字格点上进行，输出的码字是合法码字，因此省略信道译码，球形解码和信道译码一次完成。
2.如权利要求1所述的基于许用码字格点搜索的垂直分层空时码球形解码方法，其特征是，以下对其作进一步的限定，具体实现步骤如下(1)将待解码的n长码字分成信息位长度的k位和校验位长度的n-k位，对于系统码k位信息是n长码字的组成部分，调整k个信息比特位于n长码字的n-k+1至n位置；对于非系统码指定n位中的k位，并调整至n长码字的n-k+1至n位置；(2)将现有球形解码方法中依次确定第n维至第1维方向上的搜索范围，以及依次选定第n维至第1维方向上的格点坐标取值，改为依次确定第n维至第n-k+1维方向上的搜索范围，以及依次选定第n维至第n-k+1维方向上的格点坐标取值；(3)根据以上选定的n-k+1至n维格点坐标取值，按发送端的信道编码规则确定位于1至n-k位置的n-k个校验比特位的格点坐标取值；(4)按现有球形解码方法计算n维格点坐标取值所确定的格点和接收信号点之间的距离C’；(5)按现有球形解码方法对C’与当前搜索半径C进行比较，并按大于等于“≥”和小于“＜”两种情况分别处理；(6)搜索得到n维格点坐标取值所确定的格点和接收信号点之间的最小距离C，对于系统码，搜索得到的最终结果C所对应的n维格点坐标取值中的n-k+1至n部分即为信道译码输出；对于非系统码，n维格点坐标取值中的n-k+1至n部分还需按编码规则转换后得到信道译码输出。
3.如权利要求1所述的基于许用码字格点搜索的垂直分层空时码球形解码方法，其特征是，所述的k为码字中的信息位长度，对于系统码k位信息是n长码字的组成部分，对于非系统码指定n位中的k位，n为码字长度，在M个天线上以b比特/符号的调制方式同时发送M*b比特，n＝M*b若n≠M*b，则以n和M*b的最小公倍数为处理周期。
4.如权利要求2所述的基于许用码字格点搜索的垂直分层空时码球形解码方法，其特征是，在步骤(5)中，若C’小于C，则用C’的值更新C，重新确定搜索球半径C，重复进行第(2)步至第(4)步；若C’大于等于C，则在n至n-k+1维在相应维数的搜索范围内对未搜索过的格点坐标取值，产生新的格点坐标，并计算该格点坐标和接收信号点之间的距离C’，直到新的C’都大于C。
全文摘要
一种无线通信技术领域的基于许用码字格点搜索的垂直分层空时码球形解码方法，一方面利用信道编码结构引入的冗余而产生的码间距离，减少球形解码搜索的空间，搜索空间从原来的文档编号H04L1/02GK1604516SQ20041006802
公开日2005年4月6日 申请日期2004年11月11日 优先权日2004年11月11日
发明者林东, 宋文涛, 刘兴钊, 徐友云, 罗汉文 申请人:上海交通大学