專利名稱：多天線傳輸中的迭代檢測方法及其接收終端的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及多天線無線通信系統(tǒng)中的檢測技術(shù)，具體涉及一種在多天線傳輸中的迭代檢測方法和執(zhí)行該方法的接收終端。
背景技術(shù)：
越來越高的信息傳輸速率是未來無線通信系統(tǒng)所面臨的主要問題之一。為了在有限的頻譜資源上實現(xiàn)這一目標，多天線技術(shù)(MIMO)已成為未來無線通信中所采用的必不可少的手段之一。在MIMO系統(tǒng)中，發(fā)送端利用多根天線進行信號的發(fā)送，接收端利用多根天線進行空間信號的接收。研究表明，相比于傳統(tǒng)的單天線傳輸方法，MIMO技術(shù)可以顯著的提高信道容量，從而提高信息傳輸速率。
圖1所示為傳統(tǒng)的MIMO結(jié)構(gòu)示意。
在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)送端和接收端分別采用nT和nR個天線進行信號的發(fā)送和接收。在發(fā)送端，待發(fā)送的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源模塊101讀出，然后經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換模塊102的處理，分成nT個數(shù)據(jù)子流，每個數(shù)據(jù)子流對應一個發(fā)送天線105。每個待發(fā)送的數(shù)據(jù)子流在發(fā)送之前，分別在循環(huán)冗余校驗(CRC)編碼模塊103和信道編碼與調(diào)制模塊104進行編碼和調(diào)制處理。CRC編碼模塊103的操作是在每個發(fā)送數(shù)據(jù)塊之后添加若干位的CRC比特，用作對當前發(fā)送數(shù)據(jù)塊的校驗。這樣，通過在接收端的CRC譯碼模塊108進行相應的譯碼操作就可以判斷出接收到的每個數(shù)據(jù)塊中有沒有誤碼。
在接收端，首先由nR個接收天線106將空間全部信號接收下來，然后由信道估計模塊110根據(jù)該接收信號中的導頻信號或采用其他方法進行信道估計，估計出當前的信道特性矩陣H(對于MIMO系統(tǒng)來說，其信道特性可以用一個矩陣來描述)。接著，MIMO檢測模塊107利用所得的信道矩陣H，通過對各天線接收的信號進行檢測得到每個子流在CRC編碼模塊103處理之后的數(shù)據(jù)。
這里，MIMO檢測可以采用多種方法，比如常用的迫零(ZF)、最小均方誤差(MMSE)、串行干擾抵消(SIC)或者其他方法。MIMO檢測107中一般包含了兩部分操作用檢測子解出發(fā)送端各天線發(fā)送的信號；對每個信號進行解調(diào)和譯碼。在實際的MIMO檢測中，檢測各天線發(fā)送信號與解調(diào)譯碼這兩部分往往并非獨立進行的，前者的輸出送給后者，而前者的進行又往往需要后者的輸出。這也就是一般把解調(diào)與譯碼模塊也歸入MIMO檢測模塊的原因。
通過MIMO檢測模塊107的處理，得到每個發(fā)送子流在CRC編碼模塊103處理后、信道編碼與調(diào)制模塊104處理前的數(shù)據(jù)。接下來，在CRC譯碼模塊108再對這些數(shù)據(jù)分別進行CRC譯碼，從而可以判斷出當前每個數(shù)據(jù)子流正確接收與否。每個CRC譯碼模塊108在每一次CRC譯碼之后都會產(chǎn)生一個確認(ACK)或不確認(NAK)信號，并將其通過反饋信道111發(fā)送回發(fā)送端。ACK和NAK分別表示該數(shù)據(jù)塊中沒有誤碼和存在誤碼這兩種情況。發(fā)送端對接收到的CRC譯碼所反饋回的信號進行判斷，如果是ACK信號，則表示相應的數(shù)據(jù)子流已正確接收，則在下一個發(fā)送時刻在相應發(fā)送天線上可以發(fā)送新的數(shù)據(jù)子流；如果接收到的是NAK信號，則表示相應的數(shù)據(jù)子流中經(jīng)接收處理后有誤碼，則發(fā)送端在下一個發(fā)送時刻將把原來的數(shù)據(jù)子流重新發(fā)送一遍。另外，接收到的數(shù)據(jù)子流如果經(jīng)CRC譯碼模塊108處理后正確無誤，CRC譯碼模塊108將會把在發(fā)送端的CRC編碼模塊103中加在信息比特之后的CRC比特去掉，從而得到原始的信息流。之后，每一路信息流再經(jīng)并串轉(zhuǎn)換模塊109的處理后得到最終的接收數(shù)據(jù)。
傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)中，接收端對MIMO檢測后的每個數(shù)據(jù)子流進行CRC譯碼后輸出的ACK或NAK信號僅僅用于發(fā)送端的重傳操作。大家尚未認識到由于MIMO檢測自身的特點，該信號如果能用于MIMO檢測的話可以有效的提高MIMO檢測的性能。
我們知道，影響MIMO檢測性能的一個重要參數(shù)是分集重數(shù)。分集重數(shù)越高，MIMO檢測后的性能越好。簡單說來，也就是發(fā)送天線數(shù)越少，接收天線數(shù)越多時，MIMO檢測后的性能越好。如果在MIMO檢測之后，根據(jù)每個子流CRC譯碼的結(jié)果，將已正確接收的數(shù)據(jù)子流的作用從整個接收信號中抵消掉，再對前面未正確檢測的數(shù)據(jù)子流進行重新檢測的話，由于與前一次MIMO檢測相比，此時每個待檢測的數(shù)據(jù)子流會有更高的分集重數(shù)，從而會獲得更好的檢測性能。另外，這一步驟可以循環(huán)進行，直至檢測性能不能進一步提高為止。
這里，MIMO檢測性能的提高可以這樣理解比如對一個4發(fā)4收的MIMO系統(tǒng)，假設在一次MIMO檢測后，通過CRC譯碼知曉4個數(shù)據(jù)子流(1，2，3，4)中子流3和4中有誤碼。在傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)中，MIMO檢測過程就到此為止了，子流3和4的誤碼只能通過重傳來解決。而在本方法中，根據(jù)CRC譯碼的結(jié)果再重新進行MIMO檢測。這一步里將已正確檢測的子流1和2的作用從整個接收信號中去除，而單獨對前一步檢測有錯的子流3和4進行檢測。由于此時的MIMO系統(tǒng)可以等效為一個2發(fā)4收的系統(tǒng)(子流1和2的影響已干凈的去除)，也就是說子流3和4具有更高的分集重數(shù)，從而會在這一次的檢測中得到更好的性能。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于進一步提高多天線傳輸中的檢測性能。
本發(fā)明中首先對所有子流進行檢測和CRC譯碼，并根據(jù)每個檢測后子流CRC譯碼后的信息，在整個接收信號中去除已正確檢測子流的作用，并對尚未能正確檢測的子流進行重新檢測。在本發(fā)明方法中，這一步驟重復進行，直至所有子流都已正確檢測，或者檢測錯誤的子流數(shù)不再減少。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種多天線傳輸中的迭代檢測方法，包括步驟a)接收包括子流的信號，并對子流進行多入多出檢測；b)對多入多出檢測后的子流進行循環(huán)冗余校驗譯碼，并根據(jù)循環(huán)冗余校驗譯碼的結(jié)果判斷各子流中是否有錯；c)如果子流全部正確或者全部有錯，則結(jié)束迭代過程，否則，從接收的子流中去除已經(jīng)正確檢測的子流，得到未能正確檢測的子流；d)針對未能正確檢測的子流進行多入多出檢測，并重復步驟b)和c)。
在本發(fā)明的另一方面，提供了一種多天線傳輸中的接收終端，包括多個天線，用于接收包括多個子流的信號；信道估計裝置，用于從接收的信號估計信道特性矩陣；多入多出迭代檢測裝置，用于依據(jù)所述信道特性矩陣對各個子流進行多入多出檢測；循環(huán)冗余校驗裝置，用于對多入多出檢測的子流進行循環(huán)冗余校驗；其中，所述多入多出迭代檢測裝置按照循環(huán)冗余校驗的結(jié)果判斷子流中是否有錯，并對有錯的子流再次進行檢測。
其中，所述多入多出迭代檢測裝置包括存儲器，用于存儲接收的子流和所述信道特性矩陣；多入多出檢測單元，用于依據(jù)所述信道特性矩陣對各個子流進行多入多出檢測；正確子流去除單元，用于從接收的子流中去除已經(jīng)正確檢測的子流，得到未正確檢測的子流；迭代檢測控制單元，用于對正確子流去除單元和多入多出檢測單元進行控制。
本技術(shù)方案中對檢測錯誤的子流進行迭代檢測，每迭代一次都可以獲得更高的分集重數(shù)，從而可以獲得更好的檢測性能。


圖1為傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意；圖2為采用本發(fā)明技術(shù)的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意；圖3為MIMO迭代檢測模塊結(jié)構(gòu)示意；圖4為本發(fā)明所采用迭代檢測方法；以及圖5為本發(fā)明所采用的方法與傳統(tǒng)方法的性能比較。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。
圖2所示為采用本發(fā)明技術(shù)的MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意。
其中，發(fā)送端和接收端分別采用nT和nR個天線進行信號的發(fā)送和接收。在發(fā)送端，待發(fā)送的數(shù)據(jù)首先經(jīng)過串并變換模塊102的處理，分成nT個數(shù)據(jù)子流，每個數(shù)據(jù)子流對應一個發(fā)送天線105。每個待發(fā)送的數(shù)據(jù)子流在發(fā)送之前依次經(jīng)過CRC編碼模塊103和信道編碼與調(diào)制模塊104進行CRC編碼處理和信道編碼與調(diào)制處理。
在接收端，首先由nR個接收天線106將空間全部信號接收下來，然后由信道估計模塊110根據(jù)該接收信號中的導頻信號或采用其他方法進行信道估計，估計出當前的信道特性矩陣H。MIMO迭代檢測模塊207根據(jù)信道估計模塊110輸出的信道矩陣H對接收信號進行迭代檢測。接下來，在CRC譯碼模塊108再對檢測輸出的各個數(shù)據(jù)子流進行CRC譯碼，來判斷經(jīng)MIMO檢測后的各個數(shù)據(jù)子流中是否存在誤碼。同時，將每個子流經(jīng)CRC譯碼后的結(jié)果返回給MIMO迭代檢測模塊207，用于下一步MIMO檢測。MIMO迭代檢測完全結(jié)束之后，將每個數(shù)據(jù)子流經(jīng)檢測后的狀態(tài)(無誤碼或有誤碼)通過ACK或NAK信號發(fā)送回發(fā)送端，用于對發(fā)送端的重傳操作進行控制。
與圖1中的傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，采用本發(fā)明技術(shù)的MIMO系統(tǒng)的不同之處在于采用了基于CRC譯碼信息的MIMO迭代檢測方法，即圖2中的MIMO迭代檢測模塊207。MIMO迭代檢測模塊207根據(jù)每個子流CRC譯碼后的信息對檢測錯誤的子流進行重新檢測。由于在每次檢測中都將已正確檢測出的數(shù)據(jù)子流的作用從整體接收信號中去掉，只對檢測錯誤的子流進行迭代檢測，因此每迭代一次都可以獲得更高的分集重數(shù)，從而可以獲得更好的檢測性能。MIMO迭代檢測模塊207的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3所示為MIMO迭代檢測模塊結(jié)構(gòu)示意。
其中，MIMO檢測迭代模塊207包括存儲器301，302，MIMO檢測單元304，迭代檢測控制單元305，以及正確子流去除單元303。在實現(xiàn)上，接收天線106所接收到的信號和信道估計模塊110所得的信道特性矩陣H分別送給存儲器301和302。MIMO檢測單元304中即實現(xiàn)傳統(tǒng)的MIMO檢測，比如ZF、MMSE或SIC等等，MIMO檢測單元304的輸出送給CRC譯碼模塊108。在每次MIMO檢測之前，需要在整個接收信號中將已正確檢測的數(shù)據(jù)子流的作用去除掉，也就是說僅僅對尚未正確檢測的子流進行檢測。從實現(xiàn)上，這一步操作由正確子流去除單元303在迭代檢測控制單元305的作用下實現(xiàn)。迭代檢測控制單元305根據(jù)當前每個子流在CRC譯碼模塊108的處理后所得的信息對正確子流去除單元303和MIMO檢測單元304進行控制，同時，在整個MIMO迭代檢測過程完全結(jié)束之后，迭代檢測控制單元305還將每個數(shù)據(jù)子流經(jīng)檢測后的狀態(tài)(無誤碼或有誤碼)通過ACK或NAK信號發(fā)送回發(fā)送端，用于對發(fā)送端的重傳操作進行控制。
具體說來，在每次MIMO檢測之后，迭代檢測控制單元305都會讀取CRC譯碼模塊108的輸出，如果此時所有子流都已正確檢測，或者與前一步相比檢測錯誤的子流數(shù)并未減少，則迭代檢測控制單元305通知MIMO檢測單元304停止對原數(shù)據(jù)流的繼續(xù)檢測，并將每個數(shù)據(jù)子流當前的狀態(tài)(無誤碼或有誤碼)通過ACK或NAK信號發(fā)送回發(fā)送端，用于對發(fā)送端的重傳操作進行控制。否則的話，迭代檢測控制單元305便通知MIMO檢測單元304對原數(shù)據(jù)流繼續(xù)進行檢測，并將已正確檢測的子流序號告知正確子流去除單元303。此時，正確子流去除單元303從存儲器301中讀取之前存儲的接收信號，以及存儲器302中存儲的估計所得的信道特性，然后從接收信號中將已正確檢測子流的作用去除，并將去除已正確檢測子流作用后的接收信號送入MIMO檢測單元304。之后，MIMO檢測單元304便根據(jù)存儲器302中存儲的信道特性對輸入的信號進行重新檢測。
本發(fā)明中所采用的MIMO迭代檢測技術(shù)可以用圖4來描述。
圖4所示為本發(fā)明所采用迭代檢測方法的流程圖。
MIMO系統(tǒng)發(fā)送端的天線數(shù)為nT，接收天線數(shù)為nR，發(fā)送天線上發(fā)送的數(shù)據(jù)子流表示成S＝{S1，S2，...，SnT}。假設MIMO信道特性矩陣H已知，H可以通過常規(guī)的MIMO信道估計方法獲得。接收天線106上接收的信號可以表示成Y＝f(S1)+f(S2)+...+f(SnT)+n，其中f(.)表示MIMO信道對每個接收子流S1，S2，...，SnT的作用，其由H決定，n表示接收天線上的噪聲(步驟S401)。
然后，對所有子流進行MIMO檢測、CRC譯碼，并根據(jù)CRC譯碼后的信息判斷各子流是否正確檢測。若全部正確檢測或全部有錯，則整個MIMO迭代檢測過程結(jié)束，否則轉(zhuǎn)到下一步。具體說來，這一過程包括以下三個步驟(1)對所有子流進行MIMO檢測(步驟S402)。這里的MIMO檢測可以采用任一種傳統(tǒng)的MIMO檢測方法，比如ZF，MMSE或者SIC檢測等等。
(2)對步驟S402中檢測后的所有子流進行CRC譯碼，(步驟S403)。發(fā)送端對每個發(fā)送子流都進行了CRC編碼，由此，通過對步驟S403中檢測后的所有子流進行CRC譯碼可以判斷出每個子流數(shù)據(jù)經(jīng)接收和檢測后是否存在誤碼。
(3)根據(jù)CRC譯碼后的信息判斷各子流是否正確檢測(步驟404)。若全部正確檢測或全部有錯，則整個MIMO迭代檢測過程結(jié)束，接收端向發(fā)送端分別返回nT個ACK和NAK信號，否則轉(zhuǎn)到下一步。這里指的是，如果在步驟S402中的MIMO檢測后，存在有誤碼的數(shù)據(jù)子流，則轉(zhuǎn)到下一步，開始進行迭代檢測的過程。
接下來，需要在整個接收信號中去除已正確檢測子流的作用，并對前面未能正確檢測的子流進行重新檢測(步驟S405)。
假設通過前面的MIMO檢測之后，由CRC譯碼可知在所有子流S＝{S1，S2，...，SnT}中，已正確檢測的子流集合為Sc＝{Sc1，Sc2，...}，而存在誤碼的子流集合為Se＝{Se1，Se2，...}。在這一步里，我們首先在整個接收信號中去除已正確檢測子流的作用，也就是說此時的接收信號中僅僅包含前面未能正確檢測的子流Se＝{Se1，Se2，...}數(shù)據(jù)，即接收信號變?yōu)閅’＝Y(jié)-f(Sc1)-f(Sc1)-...＝f(Se1)+f(Se2)+...+n。接下來，我們根據(jù)信道特性矩陣H，采用如步驟S402中一樣的傳統(tǒng)MIMO檢測方法在信號Y中對前面檢測后存在誤碼的子流集合Se＝{Se1，Se2，...}進行檢測，并對檢測后輸出的子流進行CRC譯碼(步驟S406)，如果此時全部子流都已正確檢測，或者檢測錯誤的子流數(shù)并未減少，則整個迭代檢測過程結(jié)束，否則再回步驟S405(步驟S407)。
在這一步驟，首先對步驟S405中檢測后輸出的子流集合Se＝{Se1，Se2，...}進行CRC譯碼。這里，CRC譯碼后的結(jié)果可以有三種情況(1)原來檢測后存在錯誤的子流Se＝{Se1，Se2，...}通過這一次檢測后全部正確，此時接收端向發(fā)送端返回nT個ACK信號，整個MIMO迭代檢測過程結(jié)束。
(2)原來檢測后存在錯誤的子流Se＝{Se1，Se2，...}通過這一次檢測后仍然全部有誤碼，此時說明進行重復的檢測沒有效果，整個MIMO迭代檢測過程結(jié)束。存在誤碼的每個子流Se＝{Se1，Se2，...}向發(fā)送端返回NAK信號，無誤碼的每個子流Sc＝{Sc1，Sc2，...}向發(fā)端返回ACK信號。
(3)原來檢測后存在錯誤的子流Se＝{Se1，Se2，...}通過這一次檢測后，其中有部分子流沒有了誤碼。那么，說明通過這一重復的檢測過程起到了一定的效果，則更新已正確檢測的子流集合子流集合為Sc和還存在誤碼的子流集合Se，并轉(zhuǎn)到步驟S405，繼續(xù)進行迭代檢測。
圖5所示為本發(fā)明所采用的方法與傳統(tǒng)方法的性能比較。
其中，仿真中采用的發(fā)送天線和接收天線數(shù)均為4。信道采用了平坦衰落信道，采用QPSK調(diào)制。圖5所示為采用傳統(tǒng)的檢測方法和本發(fā)明申請中的迭代檢測方法后的誤碼率性能，其中傳統(tǒng)的檢測方法和迭代檢測中采用的檢測方法均為ZF檢測。由圖5的結(jié)果可見，與傳統(tǒng)方法相比，采用本發(fā)明申請中提出的方法可以獲得更好的誤碼0 率性能。
權(quán)利要求
1.一種多天線傳輸中的迭代檢測方法，其特征在于，包括步驟a)接收包括子流的信號，并對子流進行多入多出檢測；b)對多入多出檢測后的子流進行循環(huán)冗余校驗譯碼，并根據(jù)循環(huán)冗余校驗譯碼的結(jié)果判斷各子流中是否有錯；c)如果子流全部正確或者全部有錯，則結(jié)束迭代過程，否則，從接收的子流中去除已經(jīng)正確檢測的子流，得到未能正確檢測的子流；d)針對未能正確檢測的子流進行多入多出檢測，并重復步驟b)和c)。
2.如權(quán)利要求1或2所述的多天線傳輸中的迭代檢測方法，其特征在于還包括步驟根據(jù)接收的信號估計信道特性矩陣，并依據(jù)信道特性矩陣來對子流進行多入多出檢測。
3.如權(quán)利要求1所述的多天線傳輸中的迭代檢測方法，其特征在于所述多入多出檢測包括迫零檢測、最小均方誤差檢測或者串行干擾抵消檢測。
4.如權(quán)利要求1或2所述的多天線傳輸中的迭代檢測方法，其特征在于，從接收的子流中去除已經(jīng)正確檢測的子流包括從接收的子流中減去已經(jīng)正確接收的子流。
5.如權(quán)利要求1所述的多天線傳輸中的迭代檢測方法，其特征在于，還包括步驟對正確接收的子流進行并串轉(zhuǎn)換，輸出接收數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的多天線傳輸中的迭代檢測方法，其特征在于，如果每次檢測的子流全部有錯，則向發(fā)送端請求重發(fā)該子流。
7.如權(quán)利要求1所述的多天線傳輸中的迭代檢測方法，其特征在于，如果每次檢測的子流全部正確，則向發(fā)送端發(fā)送確認信號。
8.一種多天線傳輸中的接收終端，其特征在于，包括多個天線，用于接收包括多個子流的信號；信道估計裝置，用于從接收的信號估計信道特性矩陣；多入多出迭代檢測裝置，用于依據(jù)所述信道特性矩陣對各個子流進行多入多出檢測；循環(huán)冗余校驗裝置，用于對多入多出檢測的子流進行循環(huán)冗余校驗；其中，所述多入多出迭代檢測裝置按照循環(huán)冗余校驗的結(jié)果判斷子流中是否有錯，并對有錯的子流再次進行檢測。
9.如權(quán)利要求8所述的多天線傳輸中的接收終端，其特征在于，所述多入多出迭代檢測裝置包括存儲器，用于存儲接收的子流和所述信道特性矩陣；多入多出檢測單元，用于依據(jù)所述信道特性矩陣對各個子流進行多入多出檢測；正確子流去除單元，用于從接收的子流中去除已經(jīng)正確檢測的子流，得到未正確檢測的子流；迭代檢測控制單元，用于對正確子流去除單元和多入多出檢測單元進行控制。
10.如權(quán)利要求9所述的多天線傳輸中的接收終端，其特征在于，如果每次檢測的子流全部正確，則所述迭代檢測控制單元將確認信號發(fā)送回發(fā)送端。
11.如權(quán)利要求9所述的多天線傳輸中的接收終端，其特征在于，如果每次檢測的子流全部有錯，則所述迭代檢測控制單元請求發(fā)送端重發(fā)該子流。
12.如權(quán)利要求8-11之一所述的多天線傳輸中的接收終端，還包括串并轉(zhuǎn)換裝置，用于對正確檢測的子流進行串并轉(zhuǎn)換，輸出接收數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求8-11之一所述的多天線傳輸中的迭代檢測方法，其特征在于，所述多入多出檢測包括迫零檢測、最小均方誤差檢測或者串行干擾抵消檢測。
14.如權(quán)利要求8-11之一所述的多天線傳輸中的迭代檢測方法，其特征在于，正確子流去除單元從接收的子流中減去已經(jīng)正確接收的子流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多天線傳輸中的迭代檢測方法，其中根據(jù)子流CRC譯碼后的信息對檢測錯誤的子流進行重新檢測。該方法包括步驟a)接收包括子流的信號，并對子流進行多入多出檢測；b)對多入多出檢測后的子流進行循環(huán)冗余校驗譯碼，并根據(jù)循環(huán)冗余校驗譯碼的結(jié)果判斷各子流中是否有錯；c)如果子流全部正確或者全部有錯，則結(jié)束迭代過程，否則，從接收的子流中去除已經(jīng)正確檢測的子流，得到未能正確檢測的子流；d)針對未能正確檢測的子流進行多入多出檢測，并重復步驟b)和c)。本發(fā)明對檢測錯誤的子流進行迭代檢測，每迭代一次都可以獲得更高的分集重數(shù)，從而可以獲得更好的檢測性能。
文檔編號H04L1/06GK1855795SQ200510068749
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者佘小明, 李繼峰 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社