專利名稱：用于脈沖位置調(diào)制多源系統(tǒng)的最大似然解碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及最大似然解碼領(lǐng)域，特別是用于使用脈沖位置調(diào)制的多源系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
使用最大似然準則的接收機也被叫做ML(最大似然)接收機，眾所周知在通信領(lǐng)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“Digital communications(數(shù)字通信)”的書里，第4版，第242-247頁，可以找到對這種接收器的描述。特別是最大似然接收機已經(jīng)被考慮用于移動通信領(lǐng)域中。為了消除MAI(多址干擾)，可以采用能夠?qū)鬏斝诺乐胁煌脩舭l(fā)送的符號同時解碼的ML接收機(多用戶ML接收機)?？梢姡勒兆畲笏迫粶蕜t對這些用戶發(fā)送的符號的估計過程就相當于在一個網(wǎng)絡(luò)中的點中查找哪個最接近在一個MK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(diào)制維度。這些點的網(wǎng)絡(luò)由不同用戶的調(diào)制星座產(chǎn)生。這種方法由于高階指數(shù)K很快變得復(fù)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(nèi)的網(wǎng)絡(luò)中的點。在E.Viterbo等發(fā)表于IEEE信息理論學(xué)報，第45卷，第1639-1642頁，1999年7月，名為“A universall attice 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(guān)于球形解碼器的描述。球形解碼被應(yīng)用于使用PAM或QAM類型調(diào)制星座的系統(tǒng)中。
近來，球形解碼被提議用于實現(xiàn)MIMO(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)，其中至少有一個發(fā)射機通過多個天線傳輸信息符號。接收機可以只有單個天線(MISO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(shù)語MIMO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(luò)由不同天線傳輸符號所使用的調(diào)制星座產(chǎn)生。在M.O.Damen等的發(fā)表在IEEE信息理論學(xué)報第49卷，第10期，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查找最接近的柵格點)”的論文中可以找到用于MIMO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(diào)制器。
在接下來的描述中，一般術(shù)語多源也同樣地指定多用戶配置為MIMO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k∈{1，..，K}通過ik天線傳輸信號到接收機，即，源的總數(shù)為收到的信號可以表示為向量形式 x＝Ha+n (1) 其中，x是P′維的判定變量的向量，其中P′等于接收機的天線的數(shù)量乘以每個接收天線觀測到的判定變量的數(shù)量，例如每個天線分離出的路徑數(shù)量。
a是PM大小的向量，由向量a(1)，a(2)，..，a(P)級聯(lián)獲得，每個向量a(p)，p∈{1，..，P}是第p個源傳輸?shù)男畔⒎柕南蛄勘硎?，其維數(shù)M等于調(diào)制使用的維度； H是P′×PM大小的矩陣表示傳輸信道，它特別描述了用戶之間和不同天線的路徑之間的干擾。
n是P′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

，使得與接收到的向量之間的方差‖x-Ha‖2最小，例如 其中CP是P個源的各自星座的生成星座。
可見，表達式(2)也可以寫為以下形式 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P′×P大小的單位矩陣和一個P×P大小的上三角矩陣，換句話說RTR＝HTH。
對于PAM或QAM星座，仍有可能通過基本線性運算l，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ZMP的元素，其中Z是所有相關(guān)的整數(shù)，M是調(diào)制星座的維度。向量Ra可以表示為生成矩陣R的網(wǎng)絡(luò)Λ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(nèi)部(在一個MP維空間內(nèi))執(zhí)行最接近的鄰居的搜索。在這個球內(nèi)包括的Λ中的點中執(zhí)行該搜索。
候選點被連續(xù)選擇(或列舉)的方式是解碼算法性能的關(guān)鍵。有兩種列舉技術(shù)是根本上已知的，第一種叫Pohst，第二種叫Schnorr-Euchner。
首先說明使用Pohst列舉法的球形解碼。
為了便于解釋，假設(shè)調(diào)制采用PAM方式，換句話說認為空間是P維的。也可以應(yīng)用于QAM調(diào)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(shù)，通過在每層中選擇Λ中候選點的坐標一層一層的進行。
第P層對二次型距離(quadratic distance)(3)的貢獻簡單等于 (zP-rP，PaP)2(4) 同樣方式，P-1層對該二次型距離的貢獻表示為 (zP-rP-1，P-1aP-1-rP-1，PaP)2 (5) 并且，一般來說，第i層的貢獻表示為 (zi-ri，iai-Ei)2(6) 其中Ei定義為如果Ti表示連續(xù)層i+1，...，P的貢獻，通過遞減循環(huán)可以得到 Ti-1＝Ti+|zi-Ei-ri，iai|2 (7) 其中TP＝0。
根據(jù)前面的約定，在二次型半徑(quadratic radius)為d的球中搜索相當于為每個層決定Z的ai的數(shù)值使其滿足 (zi-ri，iai-Ei)2+Ti≤d其中i＝P，...，1 (8) 或者等同的形式 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l(m′)＝2m′-1-M′其中m′∈{1，..，M′}，搜索范圍可以減少為屬于區(qū)間[Ai，Bi]的奇整數(shù)，其中

和
其中

是大于x的最小整數(shù)，

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。
每個層的有效區(qū)間這樣定義。它考慮了高一層為數(shù)值ai已經(jīng)作出的選擇，給出了在該層可允許的最大偏移。
圖1表示了一種簡單情況當P＝2而且M′＝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用整個圓表示。第2層的有效區(qū)間[A2，B2]正是球的投影和星座的投影的交集，這里[A2，B2]＝[-3，3]。有效區(qū)間[A1，B1]則由數(shù)值a2在區(qū)間[A2，B2]中的選擇決定。由此可見在圖示的例子里，因為a2＝1，有效區(qū)間[A1，B1]＝[-3，1]。
圖2表示了一種使用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，即；i＝P；TP＝0；EP＝0；d＝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，測試是否Ti>d，換句話說，是否區(qū)間減少成了空集。如果是，在223測試是否i＝P并且如果為是，算法在225終止。如果為否，i增加1，并且移動到步驟230。
如果Ti≤d，在230根據(jù)公式(10)計算邊界Ai和Bi，并且根據(jù)(10)初始化ai為ai＝Ai-2。
在步驟240，ai增加2并且在250測試相應(yīng)點是否還在區(qū)間內(nèi)，即ai≤Bi。如果否，回到測試223，如果是，在260測試是否i＝1。如果否，移動到步驟263，在此i減1并且計算新的數(shù)值Ei-1和Ti-1。另一方面，如果到達了最低層，i＝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，即在280將這個距離與當前的二次型半徑d比較。如果更小，使球的半徑減小，結(jié)果并且更新最佳候選點在所有情況下，都返回到步驟240。
以上詳述的算法通過從較低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(i＝P)執(zhí)行，最慢的在最低層(i＝1)。在每次選擇一層中的候選點的新坐標時，高層的有效區(qū)間的邊界就被重新計算。此外，每當?shù)浇邮拯c的距離得到改進就立刻更新球的半徑，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。
使用Pohst列舉的球形解碼由于系統(tǒng)從較低邊界掃描有效區(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(yīng)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類型均衡得到的從后(低)一層減去因為這一層(一個用戶)造成的干擾，每層的結(jié)果都被球形解碼器采用。
例如，從第P層開始 同時 eP＝zP/rP，P ei＝(zi-ξi)/rii并且其中i＝P-1，...，1(11) 其中round(y)表示最接近y的奇數(shù)相關(guān)整數(shù)(具有前面線性變換l的形式)。每層i對網(wǎng)絡(luò)的點a到接收點z的二次型距離作出的貢獻為di＝rii(ai-ei)2。
搜索最接近的鄰居是通過在每個層i中連續(xù)考慮坐標等來實現(xiàn)的，其中容易理解，因此從

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(nèi)。
圖3表示使用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，即i＝P；ξP＝0；TP＝0；d＝D，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均衡時ei＝(zi-ξi)/rii，并且決定初始化坐標值以及初始搜索方向 在步驟330，測試該點是否在球內(nèi)，換句話說是否Ti+rii(ai-ei)2<d。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(nèi)，換句話說是否|ai|≤M′-1。如果否，移動到步驟380。
如果候選點ai在有效區(qū)間內(nèi)(球和星座交集的投影)，在345測試是否達到了最低層，i＝1。如果是，在360中繼續(xù)。
如果否，在347中更新中間變量Ti-1＝Ti+rii(ai-ei)2，并且i增加1。然后回到步驟320。
在350進行測試是否i＝P。如果是，算法在355終止，如果否，移動到步驟370，使i增加1。
在步驟345，如果i＝1，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候選點到點z的距離，即在360比較這個距離和當前二次型半徑d。如果比d小，更新這個距離

并且在365更新最近的鄰居在所有情況下通過370使i增加1。
最后，在步驟380，通過ai＝ai+δi更新ai，同時δi＝-δi-2sgn(δi)并且回到步驟330。
圖4A和4B用示意圖表示了分別根據(jù)Pohst列舉和Schnorr-Euchner列舉掃描點的過程。已經(jīng)假定了星座是4-PAM并且源P的數(shù)量是3。這些不同的線相當于依照P＝3維的投影。z的分量用十字表示，PAM調(diào)制星座的點用圓來表示。兩種情況下，算法連續(xù)通過的分支用標記(1)，(2)等標注出來。
盡管球形解碼已經(jīng)成為了PAM和QAM調(diào)制的很多研究主題，但是近來才剛剛被設(shè)想用于PPM(脈沖位置調(diào)制)調(diào)制。在C.Abou-Rjeily等所著名為“MIMO UWB communications using modified Hermite pulses(使用改進的Hermite脈沖的MIMO UWB通信)”發(fā)表于IEEE的關(guān)于個人、室內(nèi)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(diào)制類型的球形解碼應(yīng)用于脈沖類型UWB MIMO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?shù)姆枌儆谝粋€調(diào)制字母表M-PPM或者，在更通常的形式下，屬于一種混合調(diào)制M-PPM-M’-PAM。調(diào)制字母表里最基本的是MM’。對于每M個暫時位置，M’個調(diào)制幅度都是可能的。這個字母表中的一個符號a可以表示為一個序列am，m＝0，...，M-1同時am＝δ(m-μ)α，其中μ是M-PPM調(diào)制的位置，α是PAM調(diào)制的幅度，δ(.)是Dirac分布。每個PPM或者PPM-PAM符號調(diào)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。
可以考慮一個符號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1(分別為α)其他的為0。與QAM調(diào)制不同，PPM或PPM-PAM符號的分量因此不是獨立的。
如果假設(shè)P源傳輸PPM符號，需要考慮的信號空間為MP維。在這個空間里每個源用一層表示，它本身由PPM或PPM-PAM符號的M個暫時位置(或子層)組成。
上述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(guān)系式(8)現(xiàn)在被連接M個連續(xù)子層的約束條件取代，例如對于第p層 其中 z(p)是z的子向量，表示接收信號，換句話說向量z是由每個對應(yīng)一個源的P個向量z(1)，...，z(P)級聯(lián)形成，

表示這個源發(fā)射的PPM或PPM-PAM符號的第m個分量。
函數(shù)f被定義為f(p，m)＝(p-1)M+m； Tp是層p+1，...，P的二次型距離的貢獻之和。
對于每個源p，設(shè)定傳輸只發(fā)生在一個單獨位置c(p)∈{1，...，M}，表達式(12)可以重寫為以下形式 其中或者以更緊湊的形式替換 其中，向量a，類似向量z，是由P個向量a(1)，a(2)，...，a(P)級聯(lián)形成的，向量a(p)是由分量m＝1，..，M組成； R(i，j)是R的M×M子矩陣，由元素rm，m′構(gòu)成，其中m＝(i-1)M+1，...，iM并且m′＝(j-1)M+1，...，jM；對于一個給定的矩陣Ω，Ω.，k通常指該矩陣的第k列；E.，p就是矩陣E的第p列，并且定義為 從表達式(14)容易理解對應(yīng)源p的M個子層被聯(lián)合處理了。特別是，每個分量

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)為高層選擇的候選點a(p+1)，..a(P)。
在這個球形解碼中使用的列舉技術(shù)可以被認為是Pohst列舉的擴展。每個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(shù)的直接應(yīng)用絕不是不重要的。
本發(fā)明的目的就是提出一種用于多個PPM源的球形解碼方法，其收斂速度比已知的現(xiàn)有技術(shù)快得多。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明限定為用于最大似然接收機的球形解碼方法，該接收機用于從多數(shù)P個源接收PPM符號，每個源在M個調(diào)制位置發(fā)射PPM符號流，P個源同時發(fā)射的P個PPM符號被表示為被分解成P個層的MP維傳輸?shù)男盘柨臻g中的調(diào)制生成星座中的點，每層表示這個源發(fā)射的PPM符號的M個可能的調(diào)制位置，所述接收機接收的信號被變換為表示該信號的點，被成為為接收點，在傳輸信號的空間內(nèi)，所述方法在一個給定二次型半徑的球內(nèi)確定生成星座的點中最接近接收點的那個點。依照所述方法，對每個序號為p的層 (a)考慮作為比層p更高的層的P-p先前的層中估計的PPM符號，執(zhí)行在所述層中接收信號的ZF-DFE均衡； (b)在一個表中對所述層的M個PPM符號進行分類，作為它們對到接收點的二次型距離作出的貢獻的函數(shù)； (c)選擇作出最低貢獻的PPM符號并將這個貢獻加到先前的層獲得的貢獻，從而得到一個貢獻的總和； 重復(fù)步驟(a)，(b)，(c)直到達到最低層；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以及所述最接近點。
方便的是，如果對一個給定層和該層中選擇的PPM符號，所述貢獻的和超過球的二次型半徑，則轉(zhuǎn)到高一層并在這一層從與之相關(guān)聯(lián)的表中選擇隨后的符號。
如果所述相關(guān)聯(lián)的表中所有的符號都已經(jīng)被選擇過了，則轉(zhuǎn)到更高一層在該后層中從與之相關(guān)聯(lián)的表中選擇隨后的符號。
如果已經(jīng)達到最高層，并且已經(jīng)選擇了所述層的所有PPM符號，或者所述層為被選的符號計算的貢獻超過了球的二次型半徑，則通過提供最近點來結(jié)束解碼方法。
依照實施例，獲得以最大似然這種方式估計的序號分別為1，...，P的各個源的PPM符號作為表示所述最接近點

的具有MP個分量的向量的其中M個分量的子向量 按著下述方式計算序號為p的層的貢獻dp，p∈{1，..，P} 同時E(p)＝R(p，p)ηp其中 R(p，p)是大小為MP×MP的上三角矩陣R的對角線上的大小為M×M的第p個子矩陣，其通過表示P個源和所述接收機之間的傳輸信道的矩陣H的QR變換得到； ηp是在層p的ZF-DFE均衡的結(jié)果；

是矩陣R(p，p)的第m列，其中m∈{1，...，M}是在層p中選擇的PPM符號的調(diào)制位置；并且‖Ω‖2＝ΩTΩ。
層p的PPM符號的位置m∈{1，...，M}排序可以通過讓這些符號依照這個值排序來達到 層p作出最低的貢獻的PPM符號對應(yīng)于以如下方式得到的調(diào)制位置pos(p) 本發(fā)明進一步定義了最大似然接收機，用于從多數(shù)P個源接收PPM符號，其包括匹配于源和接收機之間的傳輸信道以及如果需要匹配于在發(fā)射中使用的時空編碼的濾波器，所述接收機進一步包括球形解碼器裝置。用于實現(xiàn)上述的球形解碼方法的步驟，該球形解碼器的輸入端接收所述匹配的濾波器的輸出。



本發(fā)明的其他特點和優(yōu)勢通過閱讀本發(fā)明的優(yōu)選實施例和參考如下附圖可以變得更清楚。
圖1說明了用于具有兩個PAM源的系統(tǒng)的球形解碼的原理； 圖2表示了現(xiàn)有技術(shù)中已知的第一種球形解碼算法的流程圖； 圖3表示了現(xiàn)有技術(shù)中已知的第二種球形解碼算法的流程圖； 圖4A和4B說明了第一種和第二種球形解碼算法分別使用的掃描點過程； 圖5表示了依據(jù)本發(fā)明實施例的球形解碼算法的流程圖； 圖6表示了通過依據(jù)本發(fā)明的球形解碼算法產(chǎn)生的星座圖過程的例子。

具體實施例方式 以下我們將考慮包括PPM符號的P個源的系統(tǒng)。調(diào)制字母表包括M個暫時位置。如上所述，符號的源可以是MIMO終端的天線發(fā)射的符號流，多個用戶發(fā)出或接收的符號流，或者如果每個終端用戶裝備了多個天線就是這兩種情況的結(jié)合。在通常情況下，其中ik是用戶k的終端天線數(shù)目，K是用戶數(shù)量。以下假設(shè)符號流用同步方式發(fā)射。這些符號流優(yōu)選但并不是必須調(diào)制成脈沖UWB信號幀。
接收機適合于計算P′M判定變量，其中P′>P。例如，每個接收天線裝備了適合于分離L個路徑的Rake接收機，以及關(guān)于每個路徑的PPM調(diào)制的M個暫時位置。判定變量則就是Rake接收機的輸出P′M同時P′＝L.Pr，其中Pr是接收天線的數(shù)目。如果發(fā)射的時候使用了時空編碼，在接收側(cè)就要使用匹配這種編碼的濾波器來分離不同的用戶并且在這種情況下P′＝L.Pr.P。
在所有情況下，接收機接收的信號可以根據(jù)對應(yīng)于P′M判定變量的值的P′M維的向量x來表示。向量x可以表示為，采用與等式(1)相同的記法，形式是x＝Ha+n，只是這里的向量n是P′M維，向量a是PM維，矩陣H大小為P′M×PM。向量a可以被看作P個子向量a(1)，a(2)，...，a(P)的級聯(lián)，每個子向量和一個源相關(guān)聯(lián)。矩陣H表示傳輸信道并且考慮多用戶和多路徑干擾。
如果R是PM×PM大小的矩陣，由矩陣H經(jīng)過QR變換得到，z＝QTx是屬于傳輸信號的空間的接收信號的完備信息(résumé)。球形解碼就在于搜索點

其屬于生成星座和以z為中心的噪聲球的交集，并且到z的距離最小。我們這里說的生成星座是由基本PPM星座的所有位置產(chǎn)生的星座。接收機在生成星座的MP個點中，換句話說在由P個源發(fā)射的可能的PPM符號的MP種組合中，判定哪個符合最大似然準則。如前述，對于任意一個PM×PM大小的矩陣Ω，標記Ω(i，j)是R的大小為M×M的子矩陣，R由元素ωm，m′構(gòu)成，同時m＝(i-1)M+1，...，iM并且m′＝(j-1)M+1，...，jM，其中1≤i，j≤P，并且

為矩陣Ω(i，j)的第(m，m′)個元素，換句話說 解碼方法采用傳輸信號的ZF-DFE均衡。更準確地說，先計算 ep＝Vz其中V＝R-1 (15) 或者更簡單的從最后一層開始(序號為P的層)，考慮矩陣R的上三角形狀 其中V(p，p)＝(R(p，p))-1(16) 向量

是M維的，并且具有實數(shù)值。判斷在特定距離最接近

的PPM符號

以下我們會詳述。由此可見這種距離的最小化歸結(jié)為搜索依據(jù)次序關(guān)系排序的

的一組分量中第一分量的序號。標記pos(P)表示這個分量的序號。z(P)的ZF-DFE估計正是其中IM是大小為M×M的單位矩陣，換句話說

是大小為M的向量，除了序號為pos(P)的分量為1，其他其分量為0。
標記

是MP大小的向量，其中前(P-1)M個分量為0，后M個等于

的對應(yīng)分量。
從低層減去由層P帶來的干擾，然后更準確的估計
或者替換一下，由于R和V是上三角陣 而且ZF-DFE估計正是其中，如前面所述pos(P-1)是經(jīng)過排序操作之后的第一分量的序號。
經(jīng)過這樣逐層處理，在每個層p消除由P-p個高層帶來的干擾。當P個層已經(jīng)經(jīng)受了ZF-DFE均衡，就得到了由

的級聯(lián)定義的向量

其中p＝1，...，P。
這個向量可以表示為生成星座的點。從這個點開始搜索z的最接近的相鄰點。搜索依照以下描述的列舉方法在所述星座內(nèi)繼續(xù)進行。
從上面可見，對于每個層p都確定了最接近

的符號

為了簡化符號，我們標記和該層對z和

之間的二次型距離的貢獻可以寫為 由于R是上三角陣。αp為PPM符號，m0∈{1，.M}，換句話說假設(shè)第p個源在m0位置傳送PPM符號。對二次型距離的貢獻可以表示為 同時E(p)＝R(p，p)ηp。
可以注意到當不同調(diào)制位置之間沒有干擾，換句話說如果傳輸信道的沖擊響應(yīng)比這些位置之間的暫時距離要短，矩陣R(p，p)是對角矩陣，并且二次型距離dp等于被測的(m＝m0)PPM符號和源均衡的信號之間的二次型距離。
對于每一層，將PPM符號(換句話說PPM位置)根據(jù)它們對二次型距離的各自貢獻進行分類。如上面所見，在這一層的候選的列舉中的最先選擇涉及 然后連續(xù)移動到作出越來越高的貢獻的位置。
假設(shè)E(p)并不依賴于m，二次型距離dp的分類就等同于標量乘積的分類 結(jié)果 球形解碼從最后一層(層P)開始。將這一層的PPM符號表作為它們對到接收點的二次型距離的作出的各自貢獻的函數(shù)排好順序。首先選擇作出最低貢獻的PPM符號，給出源P發(fā)射符號的估計。消除這個符號在所有低層產(chǎn)生的干擾。然后移動到緊接著的低一層并且對每層以這種方式重新開始。
更準確的說，對于一個給定的當前層將這一層的PPM位置表作為這些符號到接收點的二次型距離作出的貢獻的函數(shù)按順序排列。使用(21)或(23)選擇作出最低貢獻的PPM符號。從低層消除這里選擇的PPM符號產(chǎn)生的干擾。
以這種方式逐層進行，在不同層選擇的符號形成了分支。如果高層和當前層的貢獻之和大于球的當前半徑，則放棄考慮中的這條分支并轉(zhuǎn)向當前層的高一層去選擇新的PPM位置。相反，則繼續(xù)這個分支直到達到序號為1的層。生成星座的點

和接收點之間的二次型距離由不同層的貢獻之和得到。如果距離低于球的當前半徑，半徑和當前最佳點

被更新。更準確的說，球的新半徑采用所述距離的值和 然后回到緊接著的上一層來從表中選擇第二個PPM符號。從低層(這里是序號為1的層)消除這個符號產(chǎn)生的干擾，并且像前面那樣向低層繼續(xù)進行。
在每次向高一層上升時，按照表中的順序從最低的貢獻開始連續(xù)選擇這一層中不同的符號。當表被用完時，換句話說當先前已經(jīng)面測試過表中的M個符號了，轉(zhuǎn)到緊接著的高一層。
以這種方式前進，隨著向越來越高的序號的層連續(xù)上升，有效區(qū)間越來越窄(由于球半徑被更新)，直到用完了根層(層P)的表，算法終止。在解碼的輸出中，最佳輸出點

獲得了到z的最小距離。點

提供了P個源傳輸?shù)腜PM符號的ML估計，即 圖5用示意圖的方式表示了依據(jù)本發(fā)明的多個PPM源的球形解碼方法的流程圖。
在步驟510，初始化層的序號為最高值，p＝P。初始化中間變量，特別是球的二次型半徑d，d＝D，和P變量分別表示高達P個相應(yīng)層的二次型距離的貢獻的和 即σp＝0其中p＝1，...，P。
在步驟515，考慮先前的高層選擇的符號

執(zhí)行當前層p的ZF-DFE均衡。
在步驟520，依據(jù)(20)或(22)的次序關(guān)系，對這一層的PPM符號進行排序。這樣得到一個順序表L(p)并選擇表中的第一個PPM符號。
在步驟525，更新σp，層p，...，P對到z的歐氏距離的貢獻之和，即σp＝σp+1+dp。
然后測試這些貢獻的和是否超過了球的當前的二次型半徑d。如果是，保存當前的分支

就是毫無意義的，因為無論在隨后的低層中選擇什么符號都不可能得到最近的相鄰點。然后移動到測試535。另一方面，如果σp低于所述二次型半徑，移動到測試540。
在535，測試是否p＝P。如果是，算法在537終止，屬于該網(wǎng)絡(luò)的z的最近相鄰點是

如果p≠P，在555使p和pos(p)增加1，即，移動到高一層并且如果存在，選擇表L(p)中隨后的PPM符號。
在560測試是否用完了表L(p)中的符號。如果是(pos(p)>M)，返回到測試535。如果否，更新對應(yīng)于選擇的新符號的dp的值并且返回到步驟525。實際上如果先前已經(jīng)為不同的m＝1，...，M數(shù)值計算和存儲了dp的值，就不必重新計算dp。
如果在530決定保存當前分支

在540測試是否該分支已經(jīng)到達了最低層(p＝1)，此時得到的網(wǎng)絡(luò)中的點改善了到z的當前距離并且移動到步驟550。另一方面，如果不是這種情況(p≠1)，在545移動到隨后的低一層，然后返回到ZF-DFE均衡步驟。
在步驟550，更新球的半徑，即d＝σ1并且更新最佳候選然后在步驟555中在增加p中搜索繼續(xù)。
最佳候選點給出了P個源發(fā)射的PPM符號的聯(lián)合ML估計
在生成星座內(nèi)的球形解碼進程在圖6中說明。傳輸?shù)姆柕目臻g被劃分成P個層，每層是M維。通過前面見過的ZF-DFE均衡獲得的，每個層p中

的M個分量的每個PPM位置被表示在縱坐標上。
標記為(1)的分支是首先被測試的。在當前情況下，該分支進行到最低層并且改善到z的二次型距離。然后更新球的二次型半徑d。轉(zhuǎn)到第2層并且測試一條新的分支(2)。假設(shè)在這層(2)里選擇了新的候選點，預(yù)先執(zhí)行第1層的新的均衡。
被測試過的分支表示為(l)?？梢宰⒁獾?，當這個分支到達層p，高層和當前層P，P-1，..，p的貢獻的和σp超過了球的當前二次型半徑d。通過移動到高一層p+1并且在這一層選擇表L(p+1)中隨后的PPM符號來繼續(xù)搜索(參見圖5的步驟555)。然后更新貢獻的和σp+1。如果這個和低于d，如果沒有上升一個層則從一個新的分支(l+1)繼續(xù)。
當達到最高層(參見圖5的步驟535)并且用完了表L(P)中的符號或者層P的貢獻超過了d，通過提供

終止解碼算法。
在附錄中給出了依據(jù)本發(fā)明可能的實施例的球形解碼方法的偽代碼。采用以下符號 0M是大小為M的0向量； ρ是大小為M的向量； e和E是大小為MP×P的矩陣，e的列給出了ZF-DFE均衡的結(jié)果； A是大小為M×P的矩陣，它的列是為不同層選擇的PPM符號； Order是大小為M×P的矩陣，它的列給出了上面提到的每個層的序號表L(p) Diag(Ω)是由矩陣Ω的對角元素組成的對角矩陣； sort(ω)是由向量ω的分量按升序排列組成的向量。
以上描述的球形解碼方法在工作于例如MIMO系統(tǒng)和/或多用戶系統(tǒng)的多源系統(tǒng)中的ML接收機中用軟件或硬件部件實現(xiàn)。優(yōu)選的，一個源的PPM符號用于調(diào)制TH-UWB(跳時UWB)，DS-UWB(直接擴頻UWB)或TH-DS-UWB類型的脈沖信號。這樣調(diào)制的信號被例如傳統(tǒng)UWB天線或激光二極管傳輸。
附錄 Sphere decoding(inputz，R，P，M，D；
Step 1(Initialisation) Set k＝P+1；dist(k)＝0；V＝R-1；ρ＝0M；bestdist＝D. Step 2newdist＝dist(k)+ρTρ； if(newdist<bestdist)&(k≠1)go to Step 3 else go to Step 4 endif. Step 3ifk＝P+1，e.，k-1＝Vz else For i＝1，..，k-1， endfor endif. k＝k-1，dist(k)＝newdist， step(k)＝1，pos(k)＝Orderstep(k)，k，A.，k＝I.，pos(k)， Step 4if newdist<bestdist，bestdist＝newdist for i＝1，...，P， else if k＝P，terminate else k＝k+1 endif. step(k)＝step(k)+1， if step(k)>M，go to Step 4 endif， pos(k)＝Orderstep(k)，k，A.，k＝I.，pos(k)，
權(quán)利要求
1、一種球形解碼方法，用于從多數(shù)P個源接收PPM符號的最大似然接收機，每個源在M個調(diào)制位置發(fā)射PPM符號流，P個源同時發(fā)射的P個PPM符號被表示為被分解成P個層的MP維傳輸?shù)男盘柨臻g中的調(diào)制生成星座中的點(a)，每層表示這個源發(fā)射的PPM符號的M個可能的調(diào)制位置，所述接收機接收的信號(x)被變換為表示這個信號的點(z)，這個點被稱為為接收點，在傳輸信號的空間內(nèi)，所述方法在給定二次型半徑的球內(nèi)確定生成星座中的點中最接近接收點的那個點
其特征在于，對于序號為p的每個層
(a)考慮作為比層p更高的層的P-p先前層中估計的PPM符號，執(zhí)行在所述層中接收信號的ZF-DFE均衡；
(b)在一個表中對所述層的M個PPM符號進行排序，作為它們對到接收點的二次型距離作出的貢獻的函數(shù)；
(c)選擇作出最低貢獻(dp)的PPM符號并將這個貢獻加到為先前層獲得的貢獻，從而得到貢獻的總和(σp)；
重復(fù)步驟(a)，(b)，(c)直到達到最低層；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、如權(quán)利要求1的球形解碼方法，其特征在于如果對一個給定層和在該層中選擇的PPM符號，所述貢獻的和超過球的二次型半徑，則轉(zhuǎn)到高一層并在這一層從與之相關(guān)聯(lián)的表中選擇隨后的符號。
3、如權(quán)利要求2的球形解碼方法，其特征在于如果所述相關(guān)聯(lián)的表中所有的符號都已經(jīng)被選擇過了，則轉(zhuǎn)到更高一層以便在該后層中從與之相關(guān)聯(lián)的表中選擇隨后的符號。
4、如權(quán)利要求2或3的球形解碼方法，其特征在于如果已經(jīng)達到最高層，并且已經(jīng)選擇了所述層的所有PPM符號，或者所述層為被選的符號計算的貢獻超過了球的二次型半徑，則通過提供所述最接近點
來終止解碼方法。
5、如權(quán)利要求4的球形解碼方法，其特征在于獲得以最大似然這種方式估計的序號分別為1，...，P的各個源的PPM符號，作為表示所述最接近點
的具有MP個分量的向量的其中M個分量的子向量
6、如前述權(quán)利要求之一的球形解碼方法，其特征在于按著下述方式計算序號為p的層的貢獻dp’p∈{1，..，P}
同時E(p)＝R(p，p)ηp，其中
R(p’p)是大小為MP×MP的上三角矩陣R的對角線上的大小為M×M的第p個子矩陣，其通過表示p個源和所述接收機之間的傳輸信道的矩陣H的QR變換得到；
ηp是在層p的ZF-DFE均衡的結(jié)果；
是矩陣R(p，p)的第m列，其中m∈{1，...，M}是在層p中選擇的PPM符號的調(diào)制位置；并且‖Ω‖2＝ΩTΩ。
7、如權(quán)利要求6的球形解碼方法，其特征在于層p的PPM符號的位置m∈{1，...，M}排序是通過讓這些符號依照值排序來達到
8、如權(quán)利要求7的球形解碼方法，其特征在于層p作出最低的貢獻的PPM符號對應(yīng)于以如下方式得到的調(diào)制位置pos(p)
9、一種最大似然接收機，用于從多數(shù)P個源接收PPM符號，其包括匹配于源和接收機之間的傳輸信道以及如果需要匹配于在發(fā)射中使用的時空編碼的濾波器，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)行依照上述權(quán)利要求之一的球形解碼方法步驟的裝置，該球形解碼器的輸入端接收所述匹配的濾波器的輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及于脈沖位置調(diào)制多源系統(tǒng)的最大似然解碼器，提供一種球形解碼器，用于從多數(shù)P個源接收具有M個調(diào)制位置的PPM信號的最大似然接收機。該球形解碼器使用Schnorr-Euchner類型的列舉，該列舉適合于對多維PPM調(diào)制的點進行分類。
文檔編號H04L1/06GK101453305SQ20081010030
公開日2009年6月10日 申請日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月27日
發(fā)明者C·阿博賴利 申請人:法國原子能委員會