专利名称：使用qr分解法的mmse mimo解码器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种MIM0-0FDM通信系统，且更特定来说涉及一种用于基于QR 分解法来移除匪SE检测的偏差的技术。
背景技术：
多输入多输出(MIMO)通信系统使用多个(Nt)发射天线和多个(Nr)接收天线来用 于数据发射。可将由Nt个发射天线和N,个接收天线形成的MIMO信道分解成Ns个独立信 道，Ns ( min{Nt,Nr}。Ns个独立信道中的每一者也称为MIMO信道的空间子信道且对应于一 维度。如果利用由所述多个发射天线和接收天线产生的额外维度，那么MIMO系统可提供优 于单输入单输出(SISO)通信系统的性能的改进的性能(例如，增加的发射容量)。宽带MIMO系统通常经历频率选择性衰落，意味着系统带宽内不同量的衰减。此频 率选择性衰落引起符号间干扰(ISI)，符号间干扰为所接收信号中每一符号借以充当所接 收信号中随后符号的失真的现象。此失真通过影响正确地检测所接收符号的能力而使性能 降级。因而，ISI为对于设计成在高SNR电平下操作的系统(例如，MIMO系统)来说可对总 信号噪声干扰比(SNR)具有较大影响的不可忽视的噪声分量。在此类系统中，可在接收器 处使用信道均衡来抗击ISI。然而，对于大多数应用来说，执行均衡所需的计算复杂性通常 为显著或极高的。可使用正交频分多路复用(OFDM)来抗击ISI，而无需使用计算烦琐的均衡。OFDM 系统有效地将系统带宽分成若干(Nf)频率子信道，其可称为子频带或频段。每一频率子信 道与可在其上调制数据的相应副载波频率相关联。OFDM系统的频率子信道可经历频率选 择性衰落(即，不同频率子信道的不同量的衰减)，此视发射天线与接收天线之间的传播路 径的特性(例如，多路径概况)而定。在OFDM的情况下，如此项技术中已知，可通过重复每 一 OFDM符号的一部分(即，将循环前缀附加到每一 OFDM符号)来抗击归因于频率选择性 衰落的ISI。MIMO系统因此可有利地使用OFDM来抗击ISI。为了增加系统的发射数据速率和频谱效率，可在发射器处利用经由多个空间子信 道发送不同且独立的数据流的空间多路复用。接收器处的检测准确性可归因于强多址干扰 (从多个天线发射的不同数据流的干扰)而严重降级。此外，MIM0-0FDM系统的空间和频率 子信道可经历不同信道条件(例如，不同衰落和多路径效应)且可实现不同SNR。此外，所 述信道条件可随时间而改变。为了成功地减轻多址干扰、噪声和衰减的效应，通常在接收器处应用最小均方误 差(MMSE)信道均衡。然而，从MMSE算法获得的所估计信号含有偏差，所述偏差表示使检测 准确性降级的自噪声(self noise) 0此项技术中众所周知，如果信道矩阵的直接反转由增 广信道矩阵的QR分解法来替换(下文缩写为QRMMSE检测)，那么可简化MMSE技术。然而， 此特定情况中的直接偏差移除为计算上复杂的。此外，外信道解码所需的对噪声方差的计 算也可能较困难。因此，此项技术中需要本发明中提出的从在匪SE均衡后获得的信号移除偏差的更简单且更有效的技术。所提出的方案还提供与有偏差的MMSE检测相比大体上改进的检 测准确性。
发明内容
本发明的某些实施例提供一种用于在无线通信系统中执行从在最小均方误差 (MMSE)均衡后获得的所接收信号的偏差移除的方法。所述方法大体上包括置换用于多个 空间流的信道估计的增广矩阵以产生用于所述多个空间流的信道估计的经置换增广矩阵； 执行所述经置换增广矩阵的QR分解以产生用于所述多个空间流的单式矩阵和上三角矩 阵；用对应的单式矩阵旋转所述空间流中的第一者的所接收信号以产生所述第一空间流的 有偏差经滤波输出；以及将所述有偏差经滤波输出与对应的上三角矩阵的对角元素相乘以 产生所述第一空间数据流的无偏差经滤波输出。本发明的某些实施例提供一种用于在无线通信系统中执行从在最小均方误差 (MMSE)均衡后获得的所接收信号的偏差移除的设备。所述设备大体上包括用于置换用于 多个空间流的信道估计的增广矩阵以产生用于所述多个空间流的信道估计的经置换增广 矩阵的逻辑；用于执行所述经置换增广矩阵的QR分解以产生用于所述多个空间流的单式 矩阵和上三角矩阵的逻辑；用于用对应的单式矩阵旋转所述空间流中的第一者的所接收信 号以产生所述第一空间流的有偏差经滤波输出的逻辑；以及用于将所述有偏差经滤波输出 与对应的上三角矩阵的对角元素相乘以产生所述第一空间数据流的无偏差经滤波输出的 逻辑。本发明的某些实施例提供一种用于在无线通信系统中执行从在最小均方误差 (MMSE)均衡后获得的所接收信号的偏差移除的设备。所述设备大体上包括用于置换用于 多个空间流的信道估计的增广矩阵以产生用于所述多个空间流的信道估计的经置换增广 矩阵的装置；用于执行所述经置换增广矩阵的QR分解以产生用于所述多个空间流的单式 矩阵和上三角矩阵的装置；用于用对应的单式矩阵旋转所述空间流中的第一者的所接收信 号以产生所述第一空间流的有偏差经滤波输出的装置；以及用于将所述有偏差经滤波输出 与对应的上三角矩阵的对角元素相乘以产生所述第一空间数据流的无偏差经滤波输出的
直ο本发明的某些实施例大体上包括一种用于在无线通信系统中执行从在最小均方 误差(MMSE)均衡后获得的所接收信号的偏差移除的计算机程序产品，其包含上面存储有 指令的计算机可读媒体，所述指令可由一个或一个以上处理器执行。所述指令大体上包括 用于置换用于多个空间流的信道估计的增广矩阵以产生用于所述多个空间流的信道估计 的经置换增广矩阵的指令；用于执行所述经置换增广矩阵的QR分解以产生用于所述多个 空间流的单式矩阵和上三角矩阵的指令；用于用对应的单式矩阵旋转所述空间流中的第一 者的所接收信号以产生所述第一空间流的有偏差经滤波输出的指令；以及用于将所述有偏 差经滤波输出与对应的上三角矩阵的对角元素相乘以产生所述第一空间数据流的无偏差 经滤波输出的指令。
因此，可借以详细地理解本发明的上述特征的方式、上文简要概述的更具体描述可通过参考实施例而获得，所述实施例中的一些说明于附图中。然而，应注意，附图仅说明 本发明的某些典型实施例，且因此不将其视为对本发明范围的限制，因为所述描述可容许 其它同等有效的实施例。图1说明根据本发明的某些实施例的实例无线通信系统。图2说明根据本发明的某些实施例的可用于无线装置中的各种组件。图3说明根据本发明的某些实施例的可用于无线通信系统内的实例发射器和实 例接收器。图4说明用于导出系统模型的MIM0-0FDM无线系统的框图。图5展示说明原始信道的MMSE均衡与增广信道的迫零(ZF)均衡之间的等效性的 框图。图6说明应用于具有两个发射天线和两个接收天线的MIM0-0FDM系统中的具有偏 差移除的QRMMSE检测的实例框图。图7展示应用于MIM0-0FDM系统中的具有偏差移除的QRMMSE检测的过程。图7A说明能够执行图7中所说明的操作的实例组件。 图8为常规匪SE检测(有偏差和无偏差)和QRMMSE检测(有偏差和无偏差)的 位错误率性能的曲线图。图9展示应用于MIM0-0FDM系统中的具有偏差移除的QRMMSE-VBLAST检测的过程。图9A说明能够执行图9中所说明的操作的实例组件。图10说明应用于具有两个发射天线和两个接收天线的MIM0-0FDM系统中的具有 偏差移除的QRMMSE-VBLAST检测的实例框图。
具体实施例方式词语“示范性”在本文中用以表示“充当一实例、例子或说明”。不必将本文中描述 为“示范性”的任何实施例均理解为比其它实施例优选或有利。示范性无线通信系统本文中描述的技术可用于各种宽带无线通信系统，包括基于正交多路复用方案 的通信系统。此类通信系统的实例包括正交频分多址(OFDMA)系统、单载波频分多址 (SC-FDMA)系统，等等。OFDMA系统利用正交频分多路复用(OFDM)，正交频分多路复用是 将总体系统带宽分成多个正交副载波的调制技术。这些副载波也可称为频调、频段等。在 OFDM的情况下，可用数据独立地调制每一副载波。SC-FDMA系统可利用交错FDMA (IFDMA) 来在跨越系统带宽分布的副载波上发射、利用区域化FDMA(LFDMA)来在相邻副载波的块上 发射，或利用增强FDMA(EFDMA)来在相邻副载波的多个块上发射。一般来说，对于0FDM，在 频域中发送调制符号，且对于SC-FDMA，在时域中发送调制符号。基于正交多路复用方案的通信系统的一个特定实例为WiMAX系统。WiMAX (其代表 微波接入全球互通)是跨越长距离提供高通过量宽带连接的基于标准的宽带无线技术。现 今存在两个主要的WiMAX应用固定WiMAX和移动WiMAX。固定WiMAX应用为点对多点的， 从而使得能够对家庭和商业进行宽带接入。移动WiMAX提供宽带速度的蜂窝式网络的完全 移动性。
IEEE 802. 16x为新兴的标准组织，其用以界定用于固定和移动宽带无线接入 (BffA)系统的空中接口。这些标准界定至少四个不同物理层(PHY)和一个媒体接入控制 (MAC)层。所述四个物理层中的OFDM和OFDMA物理层分别为固定和移动BWA领域中最流行 的。图1说明可使用本发明的实施例的无线通信系统100的实例。无线通信系统100 可为宽带无线通信系统。无线通信系统100可为若干小区102提供通信，每一小区102由 基站104服务。基站104可为与用户终端106通信的固定台。基站104或者可被称为接入 点、节点B或某一其它术语。图1描绘散布于系统100各处的各种用户终端106。用户终端106可为固定(即， 静止)或移动的。用户终端106或者可被称为远程台、接入终端、终端、订户单元、移动台、 台、用户设备等。用户终端106可为无线装置，例如蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、手持 式装置、无线调制解调器、膝上型计算机、个人计算机等。各种算法和方法可用于无线通信系统100中的处于基站104与用户终端106之间 的发射。举例来说，可根据0FDM/0FDMA技术而在基站104与用户终端106之间发送和接收 信号。如果情况如此，那么无线通信系统100可被称为0FDM/0FDMA系统。促进从基站104到用户终端106的发射的通信链路可被称为下行链路(DL) 108，且 促进从用户终端106到基站104的发射的通信链路可被称为上行链路(UL) 110。或者，下行 链路108可被称为前向链路或前向信道，且上行链路110可被称为反向链路或反向信道。小区102可划分为多个扇区112。扇区112为小区102内的物理覆盖区域。无线 通信系统100内的基站104可利用天线，所述天线将功率流集中于小区102的特定扇区112 内。此类天线可被称为定向天线。图2说明可用于无线装置202中的各种组件，无线装置202可用于无线通信系统 100内。无线装置202为可经配置以实施本文中所描述的各种方法的装置的实例。无线装 置202可为基站104或用户终端106。无线装置202可包括处理器204，其控制无线装置202的操作。处理器204还可 被称为中央处理单元(CPU)。存储器206(其可包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器 (RAM)两者)将指令和数据提供到处理器204。存储器206的一部分还可包括非易失性随 机存取存储器(NVRAM)。处理器204通常基于存储器206内所存储的程序指令来执行逻辑 和算术运算。存储器206中的指令可能可执行以实施本文中所描述的方法。无线装置202还可包括外壳208，外壳208可包括发射器210和接收器212，以允 许在无线装置202与远程位置之间发射和接收数据。可将发射器210和接收器212组合成 收发器214。多个发射天线216可附接到外壳208并电耦合到收发器214。无线装置202 还可包括(未图示)多个发射器、多个接收器和多个收发器。无线装置202还可包括信号检测器218，其可用于致力于检测并量化由收发器 214接收的信号的电平。信号检测器218可按照总能量、每符号每副载波能量、功率谱密 度和其它信号来检测此类信号。无线装置202还可包括用于处理信号的数字信号处理器 (DSP)220。可通过总线系统222将无线装置202的各种组件耦合在一起，除了数据总线以外， 总线系统222还可包括功率总线、控制信号总线和状态信号总线。
图3说明可用于利用0FDM/0FDMA的无线通信系统100内的发射器302的实例。 发射器302的部分可实施于无线装置202的发射器210中。发射器302可实施于基站104 中，以用于在下行链路108上将数据306发射到用户终端106。发射器302还可实施于用户 终端106中，以用于在上行链路110上将数据306发射到基站104。待发射的数据306被展示为作为输入而提供到串行/并行(S/P)转换器308。S/ P转换器308可将发射数据分裂为M个并行数据流310。接着可将M个并行数据流310作为输入提供到映射器312。映射器312可将所 述M个并行数据流310映射到M个星座点上。可使用某一调制星座(例如，二元相移键控 (BPSK)、正交相移键控(QPSK)、8相移键控(8PSK)、正交调幅(QAM)等)来进行所述映射。 因此，映射器312可输出M个并行符号流316，每一符号流316对应于反向快速傅立叶变换 (IFFT)320的M个正交副载波中的一者。这M个并行符号流316在频域中表示，且可由IFFT 组件320转换为M个并行时域样本流318。现将提供有关术语的简要注释。频域中的M个并行调制等于频域中的M个调制符 号，所述M个调制符号等于频域中的M映射外加M点IFFT，所述M映射外加M点IFFT等于时 域中的一个(有用)OFDM符号，所述OFDM符号等于时域中的M个样本。时域中的一个OFDM 符号Ns等于N。p (每OFDM符号的保护样本的数目)+M(每OFDM符号的有用样本的数目)。可由并行/串行(P/S)转换器3M将M个并行时域样本流318转换为0FDM/0FDMA 符号流322。保护插入组件3 可在0FDM/0FDMA符号流322中的连续0FDM/0FDMA符号之 间插入保护间隔。接着可将来自保护插入组件3 的信号输入到多路分用器340以为多个 发射天线(或等效地，空间子信道)产生不同数据流。其后，可通过射频(RF)前端3 将 每一天线的基带数据流上变频到所要发射频带，且天线阵列330接着可跨越多个空间子信 道334来发射所得信号332。图3还说明可用于利用0FDM/0FDMA的无线装置202内的接收器304的实例。接 收器304的部分可实施于无线装置202的接收器212中。接收器304可实施于用户终端 106中以用于在下行链路108上接收来自基站104的数据306。接收器304还可实施于基 站104中以用于在上行链路110上接收来自用户终端106的数据306。所发射的信号332被展示为经由多个空间子信道334行进。当信号332'由天线 阵列330'接收时，所接收的信号332'可由RF前端328'下变频为基带信号且由多路复用 器;340’转换成单一流。保护移除组件326'接着可移除由保护插入组件3 在0FDM/0FDMA 符号之间插入的保护间隔。保护移除组件326'的输出可提供到S/P转换器324'。S/P转换器324'可将 0FDM/0FDMA符号流322'分为M个并行时域符号流318‘，M个并行时域符号流318'中的 每一者对应于M个正交副载波中的一者。快速傅立叶变换(FFT)组件320'可将M个并行 时域符号流318'转换为频域且输出M个并行频域符号流316'。解映射器312'可执行由映射器312执行的符号映射操作的反向操作，借此输出 M个并行数据流310'。P/S转换器308'可将M个并行数据流310'组合为单一数据流 306'。理想地，此数据流306'对应于作为输入而提供到发射器302的数据306。应注意， 元件308' ,310' ,312' ,316' ,320' ,318'和324'均可在基带处理器；350‘中找到。示范性MIM0-0FDM系统模型
图4展示具有Nt个发射天线和N,个接收天线的一般多输入多输出(MIMO) OFDM无线通信系统的框图。第k个副载波(频率子信道)的系统模型可用以下线性等式表示yk = Hkxk+nk, k = 1，2，· · ·，Nfft (1)其中Nfft为MIMO无线系统中正交副载波(频段)的数目。在下文的等式和所附揭示内容中，为简单起见而省去副载波索引k。因此，可用简单记法将所述系统模型重新写成y = Hx+n(2)
权利要求
1.一种用于在无线通信系统中执行从在最小均方误差(MMSE)均衡后获得的所接收信 号的偏差移除的方法，其包含置换用于多个空间流的信道估计的增广矩阵，以产生用于所述多个空间流的信道估计 的经置换增广矩阵；执行所述经置换增广矩阵的QR分解，以产生用于所述多个空间流的单式矩阵和上三 角矩阵；用对应的单式矩阵旋转所述空间流中的第一者的所接收信号，以产生所述第一空间流 的有偏差经滤波输出；以及将所述有偏差经滤波输出与对应的上三角矩阵的对角元素相乘，以产生所述第一空间 数据流的无偏差经滤波输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含 计算多个空间子信道的有效信道估计； 计算所述多个空间子信道的有效噪声方差；以及通过使用无偏差经滤波输出、有效信道估计和有效噪声方差，计算经由所述空间子信 道发射的经编码位的对数似然比。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含从剩余空间流的有偏差信号消去所述第一空间流的所述经解码无偏差输出； 循序地重复基于多个空间子信道的偏差移除来解码多个空间流，并从剩余有偏差空间 流消去所述经解码无偏差输出；以及使剩余空间子信道的有偏差所接收信号与所述上三角矩阵的对角元素相乘，以产生所 述剩余空间子信道的无偏差经滤波输出。
4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包含 计算多个空间子信道的有效估计；计算多个空间子信道的有效噪声方差；以及通过使用对应的无偏差经滤波输出、有效信道估计和有效噪声方差来计算经由多个空 间子信道发射的经编码位的对数似然比。
5.一种用于在无线通信系统中执行从在最小均方误差(MMSE)均衡后获得的所接收信 号的偏差移除的设备，其包含用于置换用于多个空间流的信道估计的增广矩阵以产生用于所述多个空间流的信道 估计的经置换增广矩阵的逻辑；用于执行所述经置换增广矩阵的QR分解以产生用于所述多个空间流的单式矩阵和上 三角矩阵的逻辑；用于以对应的单式矩阵旋转所述空间流中的第一者的所接收信号以产生所述第一空 间流的有偏差经滤波输出的逻辑；以及用于将所述有偏差经滤波输出与对应的上三角矩阵的对角元素相乘以产生所述第一 空间数据流的无偏差经滤波输出的逻辑。
6.根据权利要求5所述的设备，其进一步包含 用于计算多个空间子信道的有效信道估计的逻辑；用于计算所述多个空间子信道的有效噪声方差的逻辑；以及用于通过使用无偏差经滤波输出、有效信道估计和有效噪声方差来计算经由所述空间 子信道发射的经编码位的对数似然比的逻辑。
7.根据权利要求5所述的设备，其进一步包含用于从剩余空间流的有偏差信号消去所述第一空间流的所述经解码无偏差输出的逻辑；用于循序地重复基于多个空间子信道的偏差移除来解码多个空间流并从剩余有偏差 空间流消去所述经解码无偏差输出的逻辑；以及用于使剩余空间子信道的有偏差所接收信号与所述上三角矩阵的对角元素相乘以产 生所述剩余空间子信道的无偏差经滤波输出的逻辑。
8.根据权利要求7所述的设备，其进一步包含 用于计算多个空间子信道的有效估计的逻辑； 用于计算多个空间子信道的有效噪声方差的逻辑；以及用于通过使用对应的无偏差经滤波输出、有效信道估计和有效噪声方差来计算经由多 个空间子信道发射的经编码位的对数似然比的逻辑。
9.一种用于在无线通信系统中执行从在最小均方误差(MMSE)均衡后获得的所接收信 号的偏差移除的设备，其包含用于置换用于多个空间流的信道估计的增广矩阵以产生用于所述多个空间流的信道 估计的经置换增广矩阵的装置；用于执行所述经置换增广矩阵的QR分解以产生用于所述多个空间流的单式矩阵和上 三角矩阵的装置；用于用对应的单式矩阵旋转所述空间流中的第一者的所接收信号以产生所述第一空 间流的有偏差经滤波输出的装置；以及用于将所述有偏差经滤波输出与对应的上三角矩阵的对角元素相乘以产生所述第一 空间数据流的无偏差经滤波输出的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，其进一步包含 用于计算多个空间子信道的有效信道估计的装置；用于计算所述多个空间子信道的有效噪声方差的装置；以及用于通过使用无偏差经滤波输出、有效信道估计和有效噪声方差来计算经由所述空间 子信道发射的经编码位的对数似然比的装置。
11.根据权利要求9所述的设备，其进一步包含用于从剩余空间流的有偏差信号消去所述第一空间流的所述经解码无偏差输出的装置；用于循序地重复基于多个空间子信道的偏差移除来解码多个空间流并从剩余有偏差 空间流消去所述经解码无偏差输出的装置；以及用于使剩余空间子信道的有偏差所接收信号与所述上三角矩阵的对角元素相乘以产 生所述剩余空间子信道的无偏差经滤波输出的装置。
12.根据权利要求11所述的设备，其进一步包含 用于计算多个空间子信道的有效估计的装置； 用于计算多个空间子信道的有效噪声方差的装置；以及用于通过使用对应的无偏差经滤波输出、有效信道估计和有效噪声方差来计算经由多 个空间子信道发射的经编码位的对数似然比的装置。
13.一种用于在无线通信系统中执行从在最小均方误差(MMSE)均衡后获得的所接收 信号的偏差移除的计算机程序产品，其包含上面存储有指令的计算机可读媒体，所述指令 可由一个或一个以上处理器执行，且所述指令包含用于置换用于多个空间流的信道估计的增广矩阵以产生用于所述多个空间流的信道 估计的经置换增广矩阵的指令；用于执行所述经置换增广矩阵的QR分解以产生用于所述多个空间流的单式矩阵和上 三角矩阵的指令；用于以对应的单式矩阵旋转所述空间流中的第一者的所接收信号以产生所述第一空 间流的有偏差经滤波输出的指令；以及用于将所述有偏差经滤波输出与对应的上三角矩阵的对角元素相乘以产生所述第一 空间数据流的无偏差经滤波输出的指令。
14.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述指令进一步包含 用于计算多个空间子信道的有效信道估计的指令；用于计算所述多个空间子信道的有效噪声方差的指令；以及用于通过使用无偏差经滤波输出、有效信道估计和有效噪声方差来计算经由所述空间 子信道发射的经编码位的对数似然比的指令。
15.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述指令进一步包含用于从剩余空间流的有偏差信号消去所述第一空间流的所述经解码无偏差输出的指令；用于循序地重复基于多个空间子信道的偏差移除来解码多个空间流并从剩余有偏差 空间流消去所述经解码无偏差输出的指令；以及用于使剩余空间子信道的有偏差所接收信号与所述上三角矩阵的对角元素相乘以产 生所述剩余空间子信道的无偏差经滤波输出的指令。
16.根据权利要求15所述的计算机程序产品，其中所述指令进一步包含 用于计算多个空间子信道的有效估计的指令；用于计算多个空间子信道的有效噪声方差的指令；以及用于通过使用对应的无偏差经滤波输出、有效信道估计和有效噪声方差来计算经由多 个空间子信道发射的经编码位的对数似然比的指令。
全文摘要
本发明的方面提供应用于具有空间多路复用的MIMO OFDM系统中的无偏差信道均衡。根据某些实施例，可通过使用增广信道矩阵，以QR分解法(QRMMSE检测)而非信道矩阵的直接反转来实施MMSE接收器。本文呈现一种简单且有效的偏差移除技术，从而无偏差QRMMSE均衡可提供与常规无偏差MMSE方法相同的检测准确性。对于某些实施例，如果应用无偏差QRMMSE检测的VBLAST型式，那么可进一步减少多址干扰。
文档编号H04L25/03GK102150402SQ200980136007
公开日2011年8月10日 申请日期2009年2月3日 优先权日2008年9月17日
发明者朴中勇, 金杰悟, 金永杰 申请人:高通股份有限公司