利用球解码技术的信号检测的制作方法
【专利摘要】揭示了用于检测信号的方法和设备，其中第一组符号表示接收器中接收的信号。估计第二组符号，表示在利用球解码方法的发送器处发送的信号。估计可使用最少两个调制模式。针对第二组的至少一个符号可确定关于形成符号的位的可靠性信息。更进一步地，在估计第二组的至少一个符号时可考虑关于该信号的可靠性信息。
【专利说明】利用球解码技术的信号检测
[0001]本申请是于2005年I月17日提交的、题为“利用球解码技术的信号检测”的中国专利申请200580000509.5的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明一般涉及信号检测。本发明尤其涉及利用球解码技术(sphere decodingtechniques)的信号检测。
【背景技术】
[0003]最近，在通信系统领域内，多输入多输出(MMO)技术在研究机构内已得到很多关注。MIMO系统重要和令人感兴趣的研究領域以及结合其他系统是所接收信号的检查。
[0004]所接收信号的检测是基于所接收信号确定发送了哪些信号。利用向量表示，就MIMO系统而言，发送信号X的每个向量分量Xi表示发自ー个MMO天线的信号(符号)，信号解码的目标是基于信道知识和所接收信号r来确定发送信号X。符号Xi需要是用于传输的调制模式的有效符号。原则上，由于信道失真而出现的最接近于所接收符号A的调制模式符号被确定为所发送符号Xi。到所有可能符号的距离的计算是非常复杂的工作，因此实际上在某个搜索区内最接近的符号被选为发送符号Xi。困难的是以ー种有效方式发现最接近所接收符号^的调制模式符号，或该最接近符号的候选。
[0005]针对信号检测，不同的算法已被提出、讨论并测试。这些信号检测算法之一被称作球解码器(Sphere Decoder),并且其已被 E.Viterbo 和 J.Boutros 在“A UniversalLattice Code Decoder for Fading Channels，.，IEEE Transactions on InformationTheory, Vol.45，N0.5，Julyl999，pp.1639-1642中提出。球解码器最初被提出用于解码所编码的信号，但是其还适用于信号检测。球解码器是ー种具有低复杂性优点的次优最大似然法。在球编码(sphere coding)中,信号分量Xi通过在搜索区内搜索所接收符号;Ti的最接近有效调制模式符号而被逐一确定。
[0006]球解码器中的基本思想是处理表示所接收符号和信道知识的向量与矩阵，以使发送符号Xi, X2, , Xn之间由信道所引起的干扰被予以考虑，并且同时可独立于其他符号地确定第一符号XN。利用第一确定符号XN，可确定符号Xh等等，产生包括符号Xi的向量X。这里用下标N表示第一确定符号，因为球解码器中的计算一般涉及上三角形矩阵。
[0007]当信息在有噪声信道中被发送和畸变时，数据变得失真并且接收器中所做的任何判定可导致错误及信息丢失。软检测具有保持关于所检测符号的一些可靠性信息以及在接收器中尽可能迟地做 出"硬"判定的目标。已知的球解码器被设计成"硬"输出探測器，从而作为发送信号X返回具有到所接收信号r的最短欧几里德距离的星座符号的向量。此外，可存在与发送信号有关的ー些可用先验信息。该先验信息可以提高确定发送信号的准确度。
[0008]在许多通信系统中都定义有能被使用的大量调制模式。在用的调制模式可因不同用户而不同，这取决于例如与每个用户有关的传输率。当前的球检测方法不能同时解码与不同的调制模式有关的信号。
[0009]因此存在对更通用信号检测方法的需要。本发明实施例的目的是提供将球解码用于各种目的的信号检测。
[0010]可以理解，虽然与利用球解码的信号检测有关的问题已经结合MMO系统被讨论过，但是它们还可能在其他通信系统中相关。
【发明内容】
[0011]本发明的第一方面涉及ー种用于检测信号的方法，所述方法包括
[0012]接收表示在接收器中所接收到的信号的第一组符号，以及
[0013]利用球解码技术估计表示在发送器处发送的所述信号的第二组符号，其中估计至少采用两个调制模式。
[0014]本发明的第二方面涉及ー种用于检测信号的方法，所述方法包括
[0015]接收表示接收器处所接收的信号的第一组符号，
[0016]利用球解码技术估计表示在发送器处所发送的所述信号的第二组符号，以及
[0017]针对所述第二组的至少ー个符号，确定与形成符号的位有关的可靠性信息。
[0018]本发明的第三方面涉及ー种用于检测信号的方法，所述方法包括
[0019]接收表示接收器处所接收的信号的第一组符号，以及
[0020]利用球解码技术估计表示在发送器处所发送的所述信号的第二组符号，其中在估计第二组的至少ー个符号时考虑与所述信号有关的可靠性信息。
[0021 ] 本发明的第四方面涉及ー种用于检测信号的设备，所述设备配置为
[0022]接收表示接收器天线处所接收的信号的第一组符号，以及
[0023]利用球解码技术估计表示在发送器处发送的所述信号的第二组符号，其中估计至少采用两个调制模式。
[0024]本发明的第五方面涉及ー种用于检测信号的设备，所述设备配置为
[0025]接收表示接收器天线处所接收的信号的第一组符号，以及
[0026]利用球解码技术估计表示在发送器处所发送的所述信号的第二组符号，以及
[0027]针对所述第二组的至少ー个符号，确定与形成符号的位有关的可靠性信息。
[0028]本发明的第六方面涉及ー种用于检测信号的设备，所述设备配置为
[0029]接收表示接收器天线处所接收的信号的第一组符号，以及
[0030]利用球解码技术估计表示在发送器处所发送的所述信号的第二组符号，其中在估计第二组的至少ー个符号时考虑与所述信号有关的可靠性信息。
[0031]本发明的第七方面涉及ー种用于检测信号的系统，该系统包括:
[0032]用于接收表示接收器中所接收的信号的第一组符号的接收装置；以及
[0033]用于利用球解码技术估计表示在发送器处发送的所述信号的第二组符号的估计装置，其中估计装置至少采用两个调制模式。
[0034]本发明的第八方面涉及ー种用于检测信号的系统，该系统包括:
[0035]用于接收表示接收器处所接收的信号的第一组符号的接收装置；
[0036]用于利用球解码技术估计表示在发送器处所发送的所述信号的第二组符号的估计装置；以及[0037]用于针对所述第二组符号的至少ー个符号确定与形成符号的位有关的可靠性信息的确定装置。
[0038]本发明的第九方面涉及ー种用于检测信号的系统，该系统包括:
[0039]用于接收表示接收器处所接收的信号的第一组符号的接收装置；以及
[0040]用于利用球解码技术估计表示在发送器处所发送的所述信号的第二组符号的估计装置，其中在估计第二组的至少ー个符号时考虑与所述信号有关的可靠性信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]现在将以单纯举例的方式參考附图描述本发明的实施例，其中:
[0042]图1示意地示出了本发明的实施例能被用于的MMO通信系统；
[0043]图2图解示出了用于信号检测的球解码器的概念；
[0044]图3A示出了根据本发明的实施例用于信号检测的球解码器的简化流程图，
[0045]图3B示出了根据本发明第一实施例用于信号检测的球解码器的简化流程图，
[0046]图3C示出了根据本发明第二实施例用于信号检测的球解码器的简化流程图，
[0047]图3D示出了根据本发明第三实施例用于信号检测的球解码器的简化流程图，
[0048]图4示意示出了根据本发明的实施例用于信号检测的球解码器及设备，
[0049]图5作为例子示出了根据本发明第一实施例用于信号检测的混合4-QAM / 16-QAM球解码器的流程图，
[0050]图6作为例子示出了具有Gray映射的4-QAM星座，其示出了从所接收点到最接近星座点的距离，其中第一位是0及1，
[0051]图7作为例子示出了在具有一个发送器/接收器天线的4-QAM系统中所接收符号rj的第一位的位似然度产生，
[0052]图8示出被用作例子的具有Gray映射的16-QAM星座，
[0053]图9作为例子示出了在具有一个发送器/接收器天线的16-QAM系统中获得所接收符号巧的第一位的も和Cl1距离的步骤，
[0054]图10作为例子示出了根据本发明第二实施例用于信号检测的16-QAM软输出球解码器的流程图，
[0055]图11作为例子示出了根据本发明的第三实施例用于4-QAM系统的软附加输入球解码器的加权候选，
[0056]图12作为例子示出了根据本发明的第三实施例用于16-QAM系统的软附加输入球解码器的加权候选，
[0057]图13A作为例子示出了根据本发明的第三实施例用于信号检测的16-QAM软附加输入球解码器的流程图的第一部分，以及
[0058]图13B示出了图13A中流程图的第二部分。
【具体实施方式】
[0059]在下面的描述中，通常參考ー个多输入多输出(MIMO)系统。然而，本发明没有局限于MIMO系统的解码信号。下面讨论本发明可适用的其他系统。
[0060]在下面的描述中，为保持与原球解码器一致的命名，參考球解码器。然而，可以理解，利用球解码器的信号检测集中于信号检测，并且不暗示在所接收信号中任何编码的存在。由所接收信号携帯的信息可是编码的，也可是未编码的。
[0061]图1示意地示出了 MIMO通信系统，以作为本发明的实施例能被用于通信系统的例子。图1中的MIMO通信系统包括含有Nt个发射天线的发射天线阵列，和含有队个接收天线的接收天线阵列。在下文中，考虑对称性约束Nt=凡。在每个时间周期期间发送的向量被表示为x=[Xl，x2,, xN]，其中每个分量是例如从复M-QAM(正交幅度调制)星座中的独立选择。该发送信号被建立为x=vL,其中L为以Invm2,...,mn}为基的格生成矩阵(latticegenerator matrix)，以及v={v1； v2,..., vNt}为信息位被映射到的整数分量向量。
[0062]所接收信号由r=Hx+n表示，其中矩阵H为信道矩阵而n表示噪声。结合MMO系统，信道矩阵H表不多输入多输出系统的信道而Xi表不由该多输入多输出系统的ー个天线所发送的符号。结合时分系统，矩阵H表示从发射器天线到接收器天线的多径而Xi表示时分系统的用户的顺序符号。结合码分系统，矩阵H表示码分系统的不同代码或任意分组传输矩阵，而Xi表不与不同代码之一有关的信号。
[0063]可以理解，一般地，球解码可用于存在干扰时的信号检测，其中如上面例子中那样干扰可来自任意的源。
[0064]球解码器检测器的目标是在球或半径
【权利要求】
1.ー种利用球解码技术来检测信号的方法，所述方法包括: 接收表示接收器中所接收的信号的第一组符号；以及 基于所述接收器中的所述信号，利用球解码技术估计表示在发送器处发送的信号的第二组符号，其中所述估计步骤定义向量，所述向量的每个向量值包含调制模式，所述估计步骤同时采用至少两个调制模式，其中所述至少两个调制模式包含至少两个不同的正交幅度调制模式或者包含至少两个不同的相移键控调制模式。
2.根据权利要求1的方法，其中所述估计第二组符号的步骤包括:基于所述至少两个调制模式调整球解码技术的捜索空间。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述估计第二组符号的步骤包括:确定所述第二组符号的符号的调制模式。
4.根据权利要求3的方法，其中所述估计第二组符号的步骤包括:利用所述第二组符号的所述符号的调制模式定义所述符号的捜索区域。
5.根据权利要求1的方法，更进一歩包括:针对所述第二组符号的至少ー个符号，确定与形成符号的位有关的可靠性信息，其中所述确定步骤发生在所述估计步骤期间或之后。
6.根据权利要求1的方法，其中在估计所述第二组符号的至少ー个符号时考虑了与所述信号有关的可靠性信息。
7.根据权利要求1的方法，在所述估计步骤期间或之后进ー步包括: 确定定义多个符号与多个位序列之间关系的符号星座； 确定与由多个位构成的位序列的 位有关的符号的第一子星座，所述位具有逻辑值I ; 确定与由多个位构成的位序列的另外的位有关的符号的第二子星座，所述另外的位具有逻辑值O ;以及 针对所述第二组符号的至少ー个符号确定与形成符号的位有关的可靠性信息。
8.根据权利要求7的方法，其中在确定所述可靠性信息之前估计所述第二组符号。
9.根据权利要求7的方法，其中在估计所述第二组符号的第二符号之前，确定所述第二组符号的至少第一符号的可靠性信息。
10.根据权利要求9的方法，所述估计所述第二组符号的步骤包括:在估计所述第二组符号的所述第二符号时利用与所述第二组符号的所述第一符号有关的可靠性信息。
11.根据权利要求7的方法，在已确定所述第一子星座的步骤之后，包括: 确定所述第一组符号的符号与符号的所述第一子星座之间的第一欧几里得距离，以及在已确定所述第二子星座的步骤之后 确定所述第一组符号的所述符号与符号的所述第二子星座之间的第二欧几里得距离。
12.根据权利要求11的方法，其中所述确定可靠性信息的步骤包括:利用至少最小第ー欧几里德距离以及最小第二欧几里德距离来确定所述可靠性信息。
13.根据权利要求7的方法，在确定所述符号星座之后，包括确定每位的概率信息。
14.根据权利要求13的方法，在已确定所述每位的概率信息之后，包括确定每位的对数似然值概率。
15.根据权利要求7的方法，其中在估计所述第二组符号的至少ー个符号时考虑了与所述接收器中接收的所述信号有关的可靠性信息。
16.根据权利要求1的方法，进ー步包括:在估计所述第二组符号的至少ー个符号时考虑与形成所述第二组符号的符号的位有关的可靠性信息； 其中，所述可靠性信息定义多个第二组符号与多个位序列之间的符号星座关系， 其中，所述第二组符号的第一子星座与具有I值的位序列的位有夫，而所述第二组符号的第二子星座与具有O值的位序列的另外的位有夫。
17.根据权利要求16的方法，包括接收与所述接收器中接收的所述信号有关的所述可靠性信息。
18.根据权利要求16或17的方法，包括: 基于所述第二组符号的至少第二符号，针对所述第二组符号的第一符号确定与所述接收器中接收的所述信号有关的可靠性信息。
19.根据权利要求16的方法，其中所述估计所述第二组符号的步骤包括:基于至少所述可靠性信息修改候选符号。
20.根据权利要求19的方法，其中所述修改候选符号的步骤包括:修改属于为估计所述第二组符号的符号而定义的捜索区域的候选符号。
21.根据权利要求16的方法，其中所述估计所述第二组符号的步骤包括:基于至少所述可靠性信息修改所述第一组符号的符号。
22.根据权利要求21的方法，其中所述修改步骤包括加权。
23.根据权利要求16的`方法，其中所述可靠性信息包括先验位概率。
24.根据权利要求16的方法，其中所述估计所述第二组符号的步骤包括:确定在给定所述第一组符号的各个符号的情况下所述第二组符号的符号的位概率。
25.根据权利要求16的方法，其中所述估计所述第二组符号的步骤包括:确定所述可靠性信息中包括的先验位概率及给定所述第一组符号的符号时的位概率的平均概率。
26.根据权利要求16的方法，在所述估计步骤之后，包括利用所述第二组符号的线性变换表不所述第一组符号。
27.根据权利要求26的方法，其中所述线性变换涉及多输入多输出系统的信道，并且所述第二组符号的每个符号表示由该多输入多输出系统的天线所发送的符号。
28.根据权利要求26的方法，其中所述线性变换涉及时分系统中的多径，并且所述第二组符号表示时分系统的用户的顺序符号。
29.根据权利要求26的方法，其中所述线性变换涉及码分系统中的不同代码，并且所述第二组符号的每个符号涉及不同代码。
30.ー种利用球解码技术检测信号的设备，所述设备包括: 用于接收表示接收器天线处所接收的信号的第一组符号的装置；以及 用于基于所述接收器中的所述信号，利用球解码技术估计表示在发送器处所发送的所述信号的第二组符号的装置， 其中用于估计的装置被配置为定义向量，所述向量的每个向量值包含调制模式，在估计装置对所述第二组符号进行估计时，至少两个调制模式被同时采用，其中所述至少两个调制模式包含至少两个不同的正交幅度调制模式或者包含至少两个不同的相移键控调制模式。
31.根据权利要求30的设备，包括用于针对所述第二组符号的至少ー个符号，确定与形成符号的位有关的可靠性信息的装置，其中在估计所述第二组符号之后确定所述可靠性信息。
32.根据权利要求30或31的设备，其中在估计所述第二组符号的至少ー个符号时考虑与所述信号有关的可靠性信息。
33.根据权利要求30的设备，进一歩包括: 确定定义多个符号与多个位序列之间关系的符号星座的装置； 确定与由多个位构成的位序列的位有关的符号的第一子星座的装置，所述位具有I值； 确定与由多个位构成的位序列的另外的位有关的符号的第二子星座的装置，所述位具有0值；以及 针对所述第二组符号的至少ー个符号确定与形成符号的位有关的可靠性信息的装置； 其中，进ー步包括 的装置在所述估计步骤期间或之后执行上述操作。
34.根据权利要求33的设备，其中在估计所述第二组符号的至少ー个符号时考虑与所述接收器中接收的所述信号有关的可靠性信息。
35.根据权利要求30的设备，其中，估计所述第二组符号的至少ー个符号时考虑与形成所述第二组符号的符号的位有关的可靠性信息， 所述可靠性信息定义多个第二组符号与多个位序列之间的符号星座关系， 其中，所述第二组符号的第一子星座与具有I值的位序列的位有夫，而所述第二组符号的第二子星座与具有0值的位序列的另外的位有夫。
36.根据权利要求30的设备，所述设备被包括在收发机网络单元中。
37.根据权利要求30的设备，所述设备被包括在便携式通信设备或固定设备中。
38.根据权利要求30的设备，所述设备被包括在通信网络的网络单元中。
39.根据权利要求30的设备，其中所述设备包含在利用球解码技术来检测信号的系统中。
40.根据权利要求30的设备，其中所述设备进ー步包括: 确定定义多个符号与多个位序列之间关系的符号星座的装置； 确定与由多个位构成的位序列的位有关的符号的第一子星座的装置，所述位具有逻辑值I ; 确定与由多个位构成的位序列的另外的位有关的符号的第二子星座的装置，所述位具有逻辑值0;以及 用于针对所述第二组符号的至少ー个符号确定与形成符号的位有关的可靠性信息的装置； 其中，进ー步包括的装置在所述估计步骤期间或之后执行上述操作。
41.根据权利要求30的设备，其中 在估计所述第二组符号的至少ー个符号时考虑与形成所述第二组符号的符号的位有关的可靠性信息；其中，所述可靠性信息定义多个第二组符号与多个位序列之间的符号星座关系，其中，所述第二组符号的第一子星座与具有I值的位序列的位有夫，而所述第二组符号的第二子星座与具有0值的位序列的另外的位有夫。
【文档编号】H04B1/707GK103560806SQ201310445588
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2005年1月17日 优先权日:2004年2月9日
【发明者】尼克莱·涅费多夫, 曼纽尔·E·拉米里兹莫恩塔尔沃, 阿里·郝蒂内恩 申请人:诺基亚公司