專利名稱：用于脈沖和振幅位置調制多源系統(tǒng)的最大似然解碼器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及最大似然解石紫頁域，特別是用于j頓混合脈沖和振幅位置調制 的多源系統(tǒng)。
背景技術：
4頓最大似然準貝啲接收機也被叫做ML (最大似然)接收機，^^f周知 在通信領域中當傳輸信道為高斯信道時這種接收器是最優(yōu)的。例如在J.G Proakis 的著作名為"Digitalcommunications (數(shù)字通信)"的書里，第4版，第242-247 頁，可以找至樹這種接收器的描述。特別是最大im接收機己經(jīng)被考慮用于移 動通信領域中。為了消除MAI (多址干擾)，可以采用育,對傳輸信道中不同用 戶發(fā)送的符號同時解碼的ML接收機(多用戶ML接收機)?？梢姡勒兆畲笏?然準貝樹這些用戶發(fā)送的符號的估計過程就相當于在一個網(wǎng)絡中的點中查找哪 個最接近在一個A^維空間中代表接收信號的點，其中M是K個用戶所使用的 調制維度。這些點的網(wǎng)絡由不同用戶的調制星座(constellation)產(chǎn)生。這種方 法由于高附旨數(shù)K很^變得復雜，因此，通常采用一種名為"球形解碼"的解 碼方法，它將搜索最近的鄰居的范圍限制在屬于以接收到的點為中心的噪聲球 內的網(wǎng)絡中的點。在E. Viterbo等發(fā)表于正EE信息理論學報，第45巻，第 1639-1642頁，1999年7月，名為"A universal lattice code decoder for fading channels (一種用于衰落信道的通用lattice碼解碼器)"的論文中，可以找到關于球形解 碼器的描述。球形解碼被應用于使用PAM或QAM類型調制星座的系統(tǒng)中。近來，球形解碼被提議用于實現(xiàn)MMO(多輸入多輸出)系統(tǒng)接收機。MIMO 系統(tǒng)指的是一種通信系統(tǒng)，其中至少有一個劃対腿過多個天線傳輸信息符號。 接收機可以只有單個天線(MSO系統(tǒng)，是多輸入單輸出的縮寫，目前使用的更 多)或者多個天線，這里使用的術語MMO不作區(qū)分地指代這兩種配置。在MIMO系統(tǒng)情況下，點的網(wǎng)絡由不同天線傳輸符號所使用的調制星座產(chǎn) 生。在M.O. Damen等的發(fā)表在正EE信息理論學報第49巻，第10肌2389-2402 頁，2003年10月上的名為"On Maximum-Likelihood detection and the search for theclosest lattice point (基于最大似然檢測和査找最接近的柵格點)"的論文中可以 找到用于MMO系統(tǒng)的球形解碼的實施方式的例子。在該球形解碼器中，僅僅 考慮了 PAM和QAM調制器。在接下來的描述中， 一般術語多源也同樣地指定多用戶配置為MMO配 置。容易理解，在第一種情況下，源表示到達或來自不同用戶的符號流，并且 在第二種情況下，表示不同天線發(fā)射的符號流。顯然，當多個用戶終端是多天 線類型時這兩種情況可以合并。此外，假定符號流是同步的。球形解碼ML接收機將被描述為在K個用戶情況下，每個用戶e {1,..,《}通過^天線傳輸信號至嗾收機，艮口，源的總數(shù)為尸=|>。收到的信號可以表示為向量形式x = Ha + n (1)其中，x是,維的判定變量的向量，其中,等于接收機的天線的數(shù)量乘以 針接收織觀觀倒的判定變量的數(shù)量，例如^^線分離出的路徑數(shù)量。a是尸M大小的向量，由向量aW，a .，a②級聯(lián)獲得，每個向量aW, /7"1,.,，尸) 是第^個源傳輸?shù)男畔⒎柕南蛄勘硎?，其維數(shù)M等于調制使用的維度；H是尸'xPM大小的矩陣表示傳輸信道，它特別描述了用戶之間和不同， 的路徑之間的干擾。n是尸'維的向量，它的分量為影響接收信號的中心加性高斯白噪聲的樣本。最大似然接收機估計向量a ，使得與接收到的向量之間的方差lx-Ha『最 小，例如5 = argmin|x - Hal卩 (2)其中CP是戶個源的各自星座的生成星座。可見，表達式(2)也可以寫為以下公式形式S 二 arg min ||z - Ra『 (3 )其中z-qTx并且其中Q和R分別是由矩陣H經(jīng)過QR分解得到的一個A尸大小的單位矩 陣和一個Px戶大小的上三角矩陣，換句話說WA = 。對于PAM或QAM星座，仍有可能M^本線性運算"后面我們會忽略 它，最終達到這種情況，此時生成的星座點是Z,的分量，其中Z是所有相關的整數(shù)，M是調制星座的維度。向量Ra可以g為生成矩陣R的網(wǎng)絡八中的點。球形解碼就在于在一個以代表接收信號z的點為中心的球內部(在一個 MP維空間內)執(zhí)行最接近的鄰居的搜索。在這^內包括的A中的點中執(zhí)行該候選點被連續(xù)選擇(或列舉)的方式是解碼算法性能的關鍵。根本上有兩 種列，術是己知的，第一種叫Pohst，第二種叫Schnorr-Euchner。 首先說明4OT Pohst列舉法的球形解碼。為了便于解釋，假設調制采用PAM方式，換句話說認為空間是P維的。 也可以應用于QAM調制，此時空間為2P維的。搜索被一維一維的進行，或者根據(jù)通常技術，通過在每層中選擇A中M^點的坐標一層一層的進行。第尸層對二次型距離(quadraticdistance) G)的貢獻簡單等于 (印-r尸尸ap)2 (4)同樣方式，尸-l層對該二次型距離的貢獻表示為(印—^一i,尸一舞—！ - ?！猧,， )2 ( 5 )并且，一IS^說，第z'層的貢獻標為-4其中《定義為^ =減循環(huán)可以得到2(6)如果r表示連續(xù)層,十l，...,尸的貢獻，通過遞<formula>formula see original document page 6</formula>其中；=0。根據(jù)前面的約定，在二次型半徑(quadratic radius)為"的球中搜索相當于 為^t層決定Z的a,的數(shù)值使其滿足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星座是環(huán)繞M'的，其中M'是2的冪，并且如果上面提到 的線性變換是咖')=2附'-1-似'其中附'"1，..,似'}，搜索范圍可以減少為屬于區(qū)間[4,A]的奇整數(shù)，其中:<formula>formula see original document page 7</formula>其中W是大于x的最小整數(shù)，w是小于x的最大整數(shù)。這種搜索區(qū)間的減少實際上相當于在(9)式中定義的區(qū)間和星座在討論中 的維度上的投影之間的交集。^層的有效區(qū)間這樣定義。它考慮了高一層為數(shù)值",.已經(jīng)作出的選擇， 給出了在該層可允許的最大偏移。圖1 ^了一種簡單情況當尸二 2而且M'二 4時球形解碼器的原理。該球以 十字表示的點z為中心。產(chǎn)生的星座的點C2用整個圓，。第2層的有效區(qū)間 k^]正是球的投影和星座的,的交集，這里[4，&] = [-3,3]。有效區(qū)間[4,A] 則由數(shù)值"2在區(qū)間kA]中的選擇決定。由此可見在圖示的例子里，因為^=1,有效區(qū)間[4Ak[-3，1]。圖2表示了一種^ffi Pohst列舉的球形解碼方法的流程圖。 在步驟210，執(zhí)行層序號、中間變量和球的搜索半徑的初始化，艮口； '=PA = 0;￡P = 0;" = D ，其中D是搜索球的初始二次型半徑。D是作為噪聲功率估計的函數(shù)被選擇的。在步驟220，觀纟試是否7;>￡/，換句話說，是否區(qū)間M^、成了空集。如果是， 在223測試是否z = P并且如果為是，算法在225終止。如果為否，/增加1 ，并 且移動到步驟230。如果7^J，在230根據(jù)公式(10)計算邊界j,和A，并且根據(jù)(10)初始化a,為a,=」,—2 。在歩驟240， ^增加2并且在250測試相應點是否還在區(qū)間內，即a^5,。 如果否，回到測試223，如果是，在260測試是否/ = 1。如果否，移動到步驟 263 ，在此z減1并且計算新的數(shù)值￡,—!和z;.—,。另一方面，如果到達了劇氐層，"1 ， 在270加上這個最后層的貢獻來獲得選擇的候選點到點z的距離，即 <formula>formula see original document page 7</formula> 。在280將這個距離與當前的二次型半徑"比較。如果更小， 使J求的半徑減小，結果"入并且更新最佳候選點3 ="。在所有情況下，都返回到步驟240。以上詳述的算法M:從劍氐的邊界向較高的邊界逐層掃描有效層的區(qū)間來執(zhí)行搜索，最快的掃描在最高層(,=尸)執(zhí)行，最慢的在最低層(/=1)。在每 次選擇一層中的新的fl魏點坐標時，高層的有效區(qū)間的邊界就被重新計算。此 外，每當至嗾收點的距離得到改進就立亥哽新球的半徑，這使得搜索被加速。 最后，算法的輸出向量就是星座產(chǎn)生的最接近接收點z的點。4頓Pohst歹U舉的球形解碼由于系統(tǒng)從較低邊I^3描有效區(qū)間因此相當慢。使用Schnorr-Euchner列舉的球形解碼比起前面的解碼相當快了。它基于更 有效率的原理，從一個對應于傳輸信號的第一估計值的生成星座的點^來實現(xiàn)搜 索。更準確地說，這個點是通過ZF-DFE ，均衡得到的從后(低) 一層減 去因為這層(用戶)造成的干擾，每層的結果都被球形解碼器采用。例如，從第P層開始A 二 rawwc/ ) 問時e尸—zP /e,=(Z,-《)化并且《=|>,/;其中,=尸-(ID 其中謂"O表示最接近少的奇數(shù)相關纖(具有前面統(tǒng)性變換《的形式)。每層/對網(wǎng)絡的點a至嗾收點z的二次型距離作出的貢獻為《=《,(ai -e,)2 。 搜索最接近的鄰居是通過在每個層/中連續(xù)考慮坐標 《■, g + 2《.,《一 2《,，《.+ 4《,^ — 4《. 等來實現(xiàn)的，其中《igi4-y。容易理解，因此從夂開始在這個估計值的任意一邊沿z字形前進的同時一定保留在有效區(qū)間 以內。圖3表示4頓Schnorr-Euchner列舉的球形解碼方法的流程圖。 在步驟310，初始化層序號、中間變量和球的搜索半徑，艮P: / = A^=0;rf =0; c/ = JD，其中D是搜索球的初始化二次型半徑。在步驟320，執(zhí)行ZF-DFE均衡 40同時e,(z,-《)化,，并且決定初始化坐標值",",以及初始搜索方向《=Sgn(e,.-化.)。在步驟330，測試該點是否在球內，換句話說是否7;+^",-^2<^。如果 否，移動到步驟350。如果是，在340校驗它是否的確在星座內，換句話說是否|a^Af'-1。如果否，移動到步驟380。如果候選點"在有效區(qū)間內(J斜卩星座交集的投影)，在345測試是否達到了最低層，"1。如果是，在360中繼續(xù)。如果否，在347中更新中間錢"^iXt^， z;—1 = 7;+:如,-e,.)2,并且"曾加l。然后回到步驟320。 ；='在350進行測試是否"P。如果是，算法在355終止，如果否，移動到步驟370，使"曾加l。在步驟345，如果"l，達到了最低層并且已經(jīng)找到了候選點。加上這一 層的貢獻來獲得選擇的fl魏點到點z的距離，艮FU = z; +《^ - e, )2 。在360比較 這個距離和當前二次型半徑"。如果比"小，更新這個距離"=》并且在365更 新最近的鄰居a ="。在所有情況下艦370使z'增加1 。最后，在步驟380， :",=^+《.更新",，同時《=-《-2sgn(《.)并且回到 步驟330。圖4A和4B用示意圖標了分別根據(jù)Pohst歹U舉和Schnoir-Euchner列#^ 描點的過程。已經(jīng)假定了MJ^是4-PAM并且源尸的數(shù)量是3。這些不同的線相 當于依照尸=3維的投影。z的分Sffl十字表示，PAM調制星座的點用圓來^:。 兩種情況下，算法連續(xù)i!31的分支用標記(1)， (2)等標注出來。盡管球形解碼已經(jīng)成為了 PAM和QAM調制的很多研究主題，但^5財 剛剛被設想用于PPM (脈沖位置調制)調制。在C. Abou-Rjeily等所著名為 "MIMO UWB communications using modified Hermite pulses (4^S改進的 Hermite脈沖的MIMO UWB通信)"發(fā)表于IEEE的關于個人、室內和移動通 信的第17屆年度國際會議論文集(PIRMC'06)的論文中提議，將用于這種調 制類型的球形解碼應用于脈沖，UWB MMO系統(tǒng)。可以想到脈沖UWB系 統(tǒng)是一種在基帶使用非常短(幾皮秒的等級)的脈沖幀進行傳輸?shù)南到y(tǒng)。傳輸 的符號屬于一個調制字母表M-PPM或者，在更通常的形式下，屬于一種混合調 制M-PPM-M'-PAM。調制字母表里最基本的是MM'。對于每M個暫時位置， M'個調制幅度都是可能的。這個字母表中的一個符號"可以表示為一個序列 ~, = 0,...,似-1同時~=^—1>，其中^是M-PPM調制的位置，"是PAM 調制的幅度，^是D!rac符號。每個PPM或者PPM-PAM符號調制了暫時位置 和，如果需要，幀的單元脈沖的暫時位置和幅度?？梢钥紤]一個符號M-PPM (分別為M-PPM-M'-PAM)作為M維的向量， 其中只有一個分量等于l (分別為")其他的為0。與QAM調制不同，PPM或PPM-PAM符號的分量因此不是獨立的。如果假設P源傳輸PPM符號，需要考慮的信號空間為MP維。在這個空間 里W"源用一層表示，它本身由PPM或PPM-PAM符號的M ^W時位置(或子層)組成。，論文描述的球形解碼建議以M個連續(xù)層的聯(lián)合形式來處理，因為它們 之間具有相互依賴性。關系式(8)現(xiàn)在被連接M個連續(xù)子層的約束^j牛取代，例如對于第p層:7 (12)<formula>formula see original document page 10</formula>z^是z的子向量，表示接收信號，換句話說向量z是由#對應一^、〉尸個向量z")， ",)級聯(lián)形成，A)表^S個源皿的PPM或PPM-PAM符號的 第m個分量。函數(shù)/被定義為/(/7，m)=(/7-l)M +附,t;是層戶+L...,尸的二次型距離的貢Sfct和。對于*源戶，設定傳輸只發(fā)生在一個與蟲位置4)￡僅…，^，表達式(12)可以重寫為以下形式m二l其中￡"=f 一"",，或者以更緊湊的形式替換I卜(("s)r，p))-e，」|2"-^ (14)其中，向量a，類似向量z，是由P個向量a("，a(2),."，^級聯(lián)形成的，向量a(p) 是由分量^f) =a/Q)m) ， w二l,..，Af組成；W")是R的MxM子矩陣，由分量r，,構成，其中附=(,-1)^ + 1,...，射并且 = (7 - l)M +1,…，對于一個給定的矩陣n， n》通常指該矩陣的第k列；e，p就是矩陣E的第p歹lJ，并且定義為e，p^ i"^,)r(，1"p，p') .，c(p')從表達式(14)容易理解對應源p的M個子層被聯(lián)合處理了。特別是，每 個分量^)， = 1,...，〃的有效區(qū)間的邊界被同時確定了。這些邊界依賴于已經(jīng)為 高層選擇的^^點a一)，..^。在這^J求形解碼中《OT的歹U舉技術可以被認為是Pohst列舉的擴展。 層的暫時位置從較低邊界被逐個掃描，每層謹慎地只選一個位置。解碼的收斂 相對來說因此較慢。此外，由于子層，換句話說同一層中的PPM位置不是獨立的， Schnorr-Euchner類型列舉技術的直接應用絕不是不重要的。本發(fā)明的目的就是提出一種用于使用混合PPM-PAM調制的多源的球形解 碼方法，其收斂鵬比已知的現(xiàn)有技術決得多。發(fā)明內容本發(fā)明涉及了一種用于從復數(shù)戶個源接收PPM-PAM符號的最大似然接收 機的球形解碼方法，^h源在M個位置和M'個調制振幅mt PPM-PAM符號 流，由尸個源同時鄉(xiāng)的P個PPM-PAM符號由在被分解為p個層、維數(shù)為M尸 的所發(fā)送的信號空間中的調制生成星座的點表示，每一層代表M個可能的調制 位置和在這些位置的每一個中的由源發(fā)射的PPM-PAM符號的A/'個可能的振 幅，由所述接收驗收的信號被轉換為4餓該信號的點，這個點被稱為接收點， 在所發(fā)送信號的空間中，所述方法在給定二次型半徑的球內確定離接收點最近 的生成星座的點，其特征在于，對于序號為p的每個層(a) 考慮在作為比層p更高的層的P - p先前的層中所估計的PPM-PAM符 號，執(zhí)行在所述層所接收到的信號的ZF-DFE均衡；(b) 選取該層中的PPM-PAM符號(bl)對于所述層的每一 PPM位置，分類在該位置的PAM符號的列 表，作為它們對到接收點的二次型距離的貢獻的函數(shù)，對于每一列表獲取做出 最低貢獻的PAM符號，稱為列表冠軍；(b2)選取做出最低貢獻的PPM位置和在因此所確定的位置中選取列 表冠軍作為PPM-PAM符號；(C)該貢獻被加到為先前層獲的的貢獻，以獲得貢獻的和； 重復步驟(a)、 (b)、 (C)直到到達最低層；并且如果所述貢獻的和小于球的二次型半徑，更新球的二次型半徑和所述最接 近點。在步驟(b)中，在步驟(b2)后有利地包括步驟(b3)，在步驟(b3)中 在該列表中選取下一個PAM符號作為與所選的位置相關的新列表冠軍。對于給定層和在該層中選取的PPM-PAM符號，如果所述貢獻的和大于該 球的二次型半徑，轉到高層，并在該層中根據(jù)步驟(b)選取新的PPM-PAM符號。如果所述高層的所有符號都已經(jīng)g取對象了，轉到更高層，并在這層中 根據(jù)步驟(b)選取新的PPM-PAM符號。如果已達到最高層，并且已經(jīng)選擇了所述層的所有PPM-PAM符號或者為 所選取的符號計算的所述層的貢獻超過了球的二次型半徑，通過所述最接近點 結束解碼方法。根據(jù)一個實施例，獲得以最大似然方式估計的序號為l，..,P的各個源的 PPM-PAM符號，作為表示所述最接近點的MP個分量的向量的其中似個分量的子向量。本發(fā)明進一步提供了一種用于從復數(shù)戶1iH接收PPM-PAM符號的最大似 然接收機，其包括與在該復數(shù)個源和接收機之間的傳輸信道相匹配的過濾器， 以及如果需要該濾波器與在發(fā)射中使用的時空編碼相匹配，該接收機進一步包 括球形解碼器，該球形解碼器包括用于執(zhí)行根據(jù)上述方法步驟之一的球形解碼 方法的裝置，該球形解碼器的輸入端接收所述熗波器的輸出。


結合以下附圖讀了本發(fā)明的優(yōu)選實施例后，本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點將變 得清晰，其中圖1是帶有兩個PAM源的系統(tǒng)的球形解碼原理亂 圖2是現(xiàn)有技術已知的第一球形解碼算法的流程圖；圖3是現(xiàn)有技術己知的第二球形解碼算法的流程圖；圖4A和4B是由第一和第二球形解碼算法分別使用的點掃描圖；圖5表示本發(fā)明實施例在一個層內PPM-PAM符號的列舉；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的球形解碼算法的流程亂圖7是表示根據(jù)本發(fā)明在由球形解碼算法所生成的星座中執(zhí)行步驟的例子。
具體實施方式
在下后我們將考慮包括PPM-PAM符號的P個源的系統(tǒng)。調制符號表包括 M個時間位置，并且對于每一個時間位置具有M'個振幅值?？捎浀玫模摲柋淼娜我庠囟寄軐懗尚蛄衈=^ -/^， Fl,...,M的形式，其中"是星座符號M'-PAM。如上所述，符號源可以是由MMO終端的天線發(fā)射的符號流， 符號流來自或去往多個用戶，或者如果每一用戶終端都具有多根天線，貝提這兩種情況的組合。在一般情況下，尸=1&，其中4是用戶《的終端的天線的數(shù)hi目，I是用戶數(shù)目。以下假設符號流用同步方式發(fā)射。這些符號流tt^但并不 是必須調制成脈沖UWB信號的多個幀。接收+腿用于計算,M決定變量，其中尸'>尸。例如，每一接收天線都裝 備了適用于分離丄個路徑的Rake接收機，對于每一個路徑的PPM調制的M個 時間位置。貝U決定體是這些Rake接收機的尸'M，出，,=￡尸，其中r是 接收天線的數(shù)目。如果在發(fā)射時使用時空編碼，在接收時使用與該代碼匹配的 i^波器分離不同的用戶，并且尸=1.,.尸。在所有情況下，由接收機接收的信號可由相應于尸'似個決定 值的尸'似 維的向量x來表示。向量x可以由與方程式(1)相同的符號表示，形式為 x = Ha + n ，但是在此向量n是尸'M維，向量a是PM維，且矩陣H的大小為 P'Mx/W。向量3可以被看著是由/5付向量^1)乂2)，...，^)級聯(lián)而成，每一子 向量與一個源相關聯(lián)。矩陣H表示傳輸信道，并考慮了多用戶和多路徑干擾。如果R是由矩陣H的QR變換得到的pM x PM大小的矩陣，z = QTx是屬 于所發(fā)送信號的空間的所接收信號的窮^j言息(exhaustive information)。球形解 碼在于搜索點5，它屬于生成星座和以z為中心的噪聲球的交集，并且對于它到 z的距離是最小的。劍門這里說的生成星座是指由不同源的混合PPM-PAM星座 所生成的星座。接收機在生成星座的(MVOf個點中確定哪個符合最大似然的標 準，換句話說在由尸個源所發(fā)射的PPM-PAM符號的(MVf Y個可能組合中確定。需要注意的是，同以前一樣，對于任意大小為i^Txi^r的矩陣n， n('』是由元素《，,組成的R的大小為MxM的子矩陣，其中w = 0-l)M + l,..,/M ， m' = (/-l)A/ + l,.">/， 1《/，y《P，和n(^,是矩陣Q(")的第(附，m')個元素，即= m'。解碼方法使用所發(fā)送的信號的ZF-DFE均衡。更精確地說，首先計算 eP = Vz其中「 = ^-1 (15) 或者更簡單地，因為從最后一層(序號為尸的層)開始，由于矩陣R的上三角ef) = V(p，p)z(p)其中v(p，p) = (r(p，P卞1 (16)向量《)的維數(shù)為M，且具實數(shù)值。以我們將隨后詳述的特定距離方式確 定離^最近的PPM-PAM符號5②。更精確地，分另鵬定位置戶s(P)和幅度 。s(p)，給出分量《)=^々, -/^(尸))。如隨后將見到的，根據(jù)PPM位置之 間的競爭過程確定^w(P)和p) 。 的ZF-DFE的估計表達為 ^)"^^ 《)C，其中產(chǎn)是大小為MxM的單位矩陣，換句話說，f)是 大小為M的向量，除了索弓l為戸(尸)的分量等于"一)，其他分量為0。注意向量fep的大小為M戶，其中前(P-l)M個分量為O，后M個等于S^的 對應分量。從低層中減去由層尸弓胞的干擾，然后更準確的估計^-" 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估計正是aM i戸(w)C，其中戸(尸-l)和"戸(w)艦 ，PPM位置之間的競爭被獲取。然后逐層進行，在每一層p消除由尸-戶個高層弓胞的干擾。當尸個層已經(jīng) 經(jīng)受了ZF-DFE均衡，就得到了艦5(P)， /7 = 1，..，尸的級聯(lián)定義的向量"該向量可以由生成的PPM-PAM星座的一點表示。從這點開始搜索z的最 近的相鄰點。這樣的搜索根據(jù)此后將要描述的枚舉方法在所述星座中繼續(xù)進行。/Xi:可以看出，對于每一層p，確定了最接近e^的符號S(P)。該層對z和 5之間的二次型距離的貢獻可以被表達為義<formula>formula see original document page 14</formula>需要注意的是，當在不同調制位置之間沒有干擾時，即如果傳輸信道的脈 沖響應短于這些位置之間的時間距離，矩陣R(P，P)是對角矩陣，且二次型距離^等于由源所測試的PPM-PAM符號p)和所均衡的信號之間的二次型距離。表達式(20)可被轉換為以下形式叱=(E畔E(p) - 2"—)(R(-(JE(W + U 二/ R(=P) (21)考慮給定PPM位置p^(p)，并在該位置搜索最小化《的PAM符號。假設第一項(E畔E^不1繊于 一，艦推導(21)獲取最小值，其中5 = L_ (22)其中在此需要注意出于推導的要求，g。^)是實變量。因雌巨離力最小為謂"d(S""、) (23)其中 是最接近x的奇跳對于一個給定位置/^(p)，從值 々)開始測i站該位置的PAM符號，然 后從該值的任何一邊繼續(xù)移動，離最小fM來越遠。更精確地，根據(jù)序列測試位置;^⑨的隨后值a"*^); a戶,";7) + 2A;^(p); ^^仍(p) — 2Ap—力；+ 4A戸,(p); <a^OT(/)) _ 4A戶^力, (24 ) 只要仍在P崖離的邊界[-M' + 1,M'-1內，A戸(,)"^fe—)-" ))?？紤] 到力的拋物線變量，該列表(24)的連續(xù)PAM符號的貢獻增加。 為了在一層內選取要測試的PPM-PAM符號，進行如下步驟。 對于每一PPM位置附^,.. ，M}，確定列表"，以如在(24)中一樣，給出由增加貢獻^所記錄的和排序的這個位置的PAM符號《的列表。每一列表/《對應于一個增量值^和指向被測試的符號《的指針< 。每次到達層P時，k行新的ZF-DFE均衡《，即從ip + i到達這里，確定列表《，mea...,M}，并初始化指針;r:，使它指向這些列表的各自的第一個 元素。通過列表之間的競爭，確定層p的將要被測試的第一個PPM位置。勝利 的PPM位置為<formula>formula see original document page 15</formula> (25)
因此層p的第 一 個被測試的PPM-PAM符號被定義為 min (o^ X m _ arg min (o^ )。然后使指針;r;)遞增，使其現(xiàn)在指向列表丄；)的w 乂 m 乂第二個元素，即<formula>formula see original document page 15</formula>在層戶中的接下來的通道(passage)中，不再ZF-DFE均衡，即如將見到 的那樣到達層p —l時，再一次在列表之間完成競爭，每一列表的fl魏點由指針《指定。如果記錄iMM(《)該M個候選點，勝利的PPM位置為戸O) = arg min (/MM)) ( 26 )并且要選取的相應PPM-PAM符號由分量《^,(m-po^))定義。以該方式為在層p中的每一ffiita行處理。如果對于給定的PPM位置m， 在列表K中的所有PAM符號都被測試過了，為所述的位置設置標志，使不再 考慮它們。更精確地，從在位置w的第,通道起，有"戸(力+2'+'(-< -似'+l或+2'+1(-l)'+、 )> M'-l并且從在該位置的下一ilit^，有"戸(w +2!+2(—0'A戸(,)< -或"戸w +2'+2(—> ， 換句話說，一旦艦PAM星座的高邊界禾口低邊界，i體標志yz^:，即y7艱=i 。如果觀察到f[y < = i ，換句話說，層p的所有PPM-PAM符號都被測試過了 ，繼續(xù)到上一層^ +1 ，在該后者層搜索新的PPM-PAM符號。圖5圖示了在層p中枚舉PPM-PAM符號的方式。在此假設星座是 3-PPM4-PAM，且PPM位置由豎線表示。星座的點由黑圓點指示，在,之外 但仍然屬于點網(wǎng)絡的點由灰圓點表示。在不同PPM位置的4p)的分量，即在 ZF-DFE均衡之后從源P所接收的信號是由黑十字表示。在層P的通道(1)， ；Aiip + l，在均衡之后，對于每一PPM位置確定指 針的初始位置。在三個列表之間的競爭之后，獲得位置1并且所選去的符號為 (l,+l)。正是該符號ap將要用于低層的均衡。顯示列表g附旨針指向該列表的下一符號，即(i,-1)。在第二通道(n)，從層p-i，列表之間的競爭給出勝利的位置3。所選取的符號是(3,-l)。如前所述，該符號用于低層的均衡。顯示列表g的指針指向該 列表的下一符號，即(3,+l)。在第Hffl道(m)，從層戶—i，列表之間的競爭給出勝利的位置i。顯示列表丄f的指針指向該列表的下一符號，即(1,+3)。在第四通道(IV)，從層p —i，歹據(jù)之間的競爭這次給出勝利位置2。所選取的符號是(2,+3)。顯示歹懷g的指針指向該列表的下一符號，即(2，+l)。球形解碼由最后一層(層尸)開始。如上所述，組織該層的PPM-PAM符 號的列表《，W = l，...,A/。首先選擇為到通過歹據(jù)之間的競爭所接收的信號的二次型距離做出最低貢獻^的那一個。消除由符號ap在所有的低層尸-l,n...,l生成的干擾。繼續(xù)移動到緊接著的低層，對于每一層pl以該方 式重新開始。以該方式逐層處理，在不同層中所選取的符號形成了一個分支。如果高層 和當前層的貢獻之和大于球的當前半徑，放棄所述的這一分支，繼續(xù)到高于當前層的層，選取新的PPM-PAM符號。相反地，繼續(xù)該分錢到到達排序為1的層。獲得生成的星座的點3到所接收點之間的二次型半徑作為不同層的貢獻之和，即cr,^X。如鄉(xiāng)巨離小于球的當前半徑，更新半徑和最當前的點5。pt 。更精確地，球的新半徑取所淑B離的值，且5。p「"然后返回到緊接著的高層(在此是層2)，根據(jù)列表之間的競爭，選取該層 的第二個PPM-PAM符號。從低層(在此是排序為1的層)消除由該符號生成的干擾，并如上所述繼續(xù)進行。一般來說，假設從低層p到達層p + l。如果列表K"被用盡，即如果先前已經(jīng)觀賦完該層的MM'個符號，或者代替地，如果貢獻之和 +1= fx大于當前二次型半徑，繼續(xù)進行到下一個上層。以該方法處理，通過繼續(xù)向排序為越來越高的層上升，其有效間隔ffl^越窄(假設球的半徑被更新)，直到用盡了根層(層尸)的歹u表，在這種情況下結束該算法。在解碼輸出中，最佳輸出點^pt是得到到z的最小距離的點。點S一 提供了由尸個源發(fā)送的PPM-PAM符號的ML估計，SP^pK2p)t,..，^)t 。圖6是根據(jù)本發(fā)明的多個PPM源的球形解碼方法的流程圖。在步驟610，將層的序號初始化為最高層，p = p。初始化中間變量，特別是球的二次型半徑么^D，和P個變量，其各自代表高達P個相應層的二次型距離的貢獻之和a ，艮1。=0， p = l,..，P。在步驟615，考慮在先前的高層所選取的符號^^,^-D,..,^^1),執(zhí)行當 前層/7的ZF-DFE均衡。在步驟620，確定排序后的列表丄:和這些列表中的每一個列表的第一個元素<。初始化指針《，使它們指向這些第一個元素。根據(jù)列表之間的競爭確定 ，s(p)和《?！?，然后根據(jù)(21)計算貢獻^。并且重置有效間隔溢出的標志/《=0， W = 1,..,m 。在步驟625，根據(jù)在這些層所選取的PPM-PAM符號，更新c^，為層p，..，尸 對到z的Euclidian距離的貢獻之和，即^ = + 。觀賦這些貢獻之和是否艦了球的當前二次型半徑。如果是，由于無論在 隨后的低層選取什么符號，都不可能得到最近的相鄰點，因此保存當前的分支 W),W-D,...,a(P)沒有意義。則移動到測試635。另一方面，如果cr/j、于所述二 次型半徑，移動到測試640。在635 ，測試是否p = p 。如果是，算法在637結束，且屬于網(wǎng)絡的z的最 近相鄰點是a。pt 。如果;^尸，在655處增加/7 ，在660處測試是否己經(jīng)用盡所述層的所有 PPM畫PAM符號，艮卩，是否fjy a^d。如果是，返回到測試635。如果不是，在665處，執(zhí)行列表之間的競爭， 選取該層的新PPM-PAM符號。更新指針<和標志， m = l，..,M 。還要更 新相應于所選取的新符號的力值，返回到步驟625。實際上，如果在620處先 前已為不同PPM-PAM符號計^算和存儲了值《，就不需要重新計算^ 。如果在630決定保存當前分支^), "，...,)，在640測試該分支是否己 經(jīng)到達了劇氐層(^ = 1)，在這種情況下具有改善了當前到z的距離的網(wǎng)絡中的 點，并且移動到步驟650。在另一方面，如果不是這種情況(pd)，在645處 轉到隨后的低一層，然后返回到ZF-DFE均衡步驟。在步驟650，更新球的半徑，即^a,，并且更新最佳候選點^p「5，然 后在步驟655 M51增加p彩齢賣搜索。最佳候選點給出了由戶個源所發(fā)射的PPM-PAM符號的聯(lián)合ML估計 5(1) 5(2) S(P)。 t ,a叩t ,.'dopt在圖7中圖示了在所生成星座內球形解碼的進程。所發(fā)送的符號的空間被 分為尸個層，每一層在M'振幅等級上包括A/個位置。M3i前面見過的ZF-DFE 均衡獲得的，對于每一層p， e^的M個分量的每一個PPM位置被表示在縱線上。記為(1)的分支是被測試的第一分支。在當前瞎況下，該分支進行到最低 層，并且提高了到z的二次型距離。然后球的二次型半徑"被更新。轉到層2，并且測試一條新的分支(2)。假設在這層(2)里選取了新的候選點，預先執(zhí)行 層1的新均衡。被測試過的分支被表示為(《)。需要注意的是，當該分支到達層^，高層 和當前層P,尸-l,..,p的貢獻和^皿了球的當前二次型半徑"。通過移動到高一層p+l并且在這一層選擇PPM-PAM符號來繼續(xù)搜索(參考圖6的步驟665)。 更新貢獻的和 ,。如果該和小于"，如果沒有再上升一個層貝U從新的分支("l)繼續(xù)。當?shù)竭_最高層(參考圖6的步驟635)，如果已用盡了列表《的符號 (行*^=1)，或者層尸的貢S^1了"， M31提供一t終止解碼算法。/77二1根據(jù)本發(fā)明可能實施例的球形解碼方法的偽代碼在附錄中被給出。使用了 以下符號0M是大小為M的零向量；^是大小為M的向量，其中所有分量均等于l;,g和y^i是大小為M戶的矩陣。它們?yōu)槎鄠€層的每一層和在該層中每一 PPM位置指示處于在該位置的PAM星座的邊界的溢出候選點； p是大小為M的向量；e和E是大小為a/尸x戶的矩陣，e的列給出了 ZF-DFE均衡的結果； A是大小為M xP的矩陣，它的列是為不同層選取的PPM-PAM符號的M個是由矩陣f2的對角元素所組成的對角矩陣； D,a^n)是向量，其分量是矩陣Q的對角元素；是最接近X的整數(shù)；C。是大于初始距離的正數(shù)。它在代價函數(shù)(cost fimction)中加權PPM位 置，在該位置所有PAM符號都已經(jīng)被觀賦過了 (跨過PAM星座的低邊界和高 邊界)，以從選取中排除它們。以上描述的球形解碼可以由運行在多源系統(tǒng)中如MMO系統(tǒng)和/或多用戶 系統(tǒng)的ML接收器中的軟件或硬件得以實現(xiàn)。有利地， 一個源的PPM符號用于 調制TH-UWB (跳時UWB)、 DS-UWB直接擴頻UWB)或TH-DS-UWB類型 的脈沖信號。因此調制的信號例如通過傳統(tǒng)UWB天線逾敫光器二極管傳輸。球形解碼(input: z ，R ，戶，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^。難),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(xiāng)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(xiāng)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"^"她戶pOS(fc)，fe — 2/7艱1sign(ste;^M(fe)》 endif"1 if a戸岸+鄉(xiāng)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(xiāng)—&)，/t <省'+1 or "戸("》+鄉(xiāng)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(xiāng)2列表競爭子程序+R帖)嚴:，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>
權利要求
1. 一種用于從復數(shù)P個源接收PPM-PAM符號的最大似然接收器的球形解碼方法，每個源在M個位置和M′個調制振幅發(fā)射PPM-PAM符號流，由P個源同時發(fā)射的P個PPM-PAM符號由在被分解為P個層、維數(shù)為MP的所發(fā)送的信號空間中的調制生成星座的點(a)表示，每一層代表M個可能的調制位置和在這些位置的每一個中的由源發(fā)射的PPM-PAM符號的M′個可能的振幅，由所述接收器接收的信號(x)被轉換為代表該信號的點(z)，這個點被稱為接收點，在所發(fā)送信號的空間中，所述方法在給定二次型半徑的球內確定離接收點最近的生成星座的點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，對于序號為p的每個層(a)考慮在作為比層p更高的層的P-p先前層中所估計的PPM-PAM符號，執(zhí)行在所述層所接收的信號的ZF-DFE均衡；(b)選取該層的PPM-PAM符號(b 1)對于所述層的每一PPM位置，分類在該位置的PAM符號的列表(Lmp)，作為它們對到接收點的二次型距離的貢獻的函數(shù)，對于每一列表獲取做出最低貢獻的PAM符號，稱為列表冠軍；(b2)選取做出最低貢獻(dp)的PPM位置(pos(p))，在因此所確定的位置中選取列表冠軍作為PPM-PAM符號(αpos(p)δ(m-pos(p)))；(c)該貢獻被加到為先前層獲得的貢獻，以獲得貢獻的和(σp)；循環(huán)步驟(a)、(b)、(c)，直到到達最低層；并且如果所述貢獻的和小于球的二次型半徑，則更新球的二次型半徑和所述最接近點。
2. 根據(jù)權利要求1的球形解碼方法，其特征在于在步驟(b)中，在步驟 (b2)之后有步驟(b3)，在步驟(b3)中在該列表中選取下一個PAM符號作為 與所選的位置相關的新列表冠軍。
3. 根據(jù)權利要求2的球形解碼方法，其特征在于對于給定層和在該層中所 選取的PPM-PAM符號，如果所述貢獻的和大于球的二次型半徑，轉到高層， 并且在該層中根據(jù)步驟(b)選取新的PPM-PAM符號。
4. 根據(jù)權利要求3的球形解碼方法，其特征在于如果所述高層的所有符號 都已經(jīng)是選取的對象，轉到更高層以便在這層中根據(jù)步驟(b)選取新的PPM-PAM符號。
5、 根據(jù)權利要求3或4的球形解碼方法，其特征在于如果已到達最高層， 并且已經(jīng)選擇了所述層的所有PPM-PAM符號或者為所選取的符號計算的所述 層的貢獻大于球的二次型半徑，M提供所述最接近點U。pt)來結束該解碼方法。
6、 根據(jù)權利要求5的球形解碼方法，其特征在于獲得以最大似然方式估計 的序號為l,..,尸的各個源的PPM-PAM符號，作為表示所述最接近點(L,)的*optMP個分量的向量的其中M個分量的子向量(^)t,0^)t )。
7、 根據(jù)前述權利要求的任一項的球形解碼方法，其特征在于對于序號為P 的給定層和該層的PPM位置m ，在排序之后與該^S相關的所述列表是"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接收的信號的 實數(shù)值，^是最接近&的相應于PAM星座的振幅的整數(shù)。
8、 根據(jù)權利要求7的球形解碼方法，其特征在于在源p的均衡之后，恭示 在位置m接收的信號的實數(shù)值^ 3M:下面的等式被獲得<formula>formula see original document page 3</formula>其中r^W是大小為A/尸xi^的上三角矩陣R的對角線上的大小為A/xM 的第戶W矩陣，上三角矩陣R是由表示P個源和所述接收器之間的傳輸信道的矩陣H的QR變換所獲得；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均衡之后從源戶接收的信號。 9、 一種用于從復數(shù)尸個源接收PPM-PAM符號的最大似然接收器，其包括 與在該復數(shù)個源和接收器之間的傳輸信道相匹配的濾波器，以及如果需要該濾 波器與在發(fā)射中使用的時空編碼相匹配，其特征在于進一步包括球形解碼器， 該球形解碼器包括用于執(zhí)行根據(jù)上述權利要求之一的球形編碼方法步驟的裝 置，該球形解碼器的輸A^接收所述匹配的濾波器的輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于脈沖和振幅位置調制多源系統(tǒng)的最大似然解碼器，提供一種用于最大似然接收器的球形解碼，最大似然接收器在M個調制位置和M′個振幅等級從復數(shù)P個源接收M-PPM-M’-PAM符號。該球形解碼器使用適用于對多維PPM-PAM調制的點進行分類的Schnorr-Euchner類型的列舉。
文檔編號H03M13/00GK101277142SQ20081010925
公開日2008年10月1日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權日2007年2月27日
發(fā)明者賴利 C·阿布奧 申請人:法國原子能委員會