專利名稱：應(yīng)用于多輸入多輸出通道的球體解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于多輸入多輸出通道的球體解碼方法，且特別涉及一種可以減少系統(tǒng)復(fù)雜度的應(yīng)用于多輸入多輸出通道的球體解碼方法。

背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的規(guī)格由單輸入單輸出(single-input single-output，SISO)模式的802.11a/b/g演進到多輸入多輸出(multi-input multi-output，MIMO)模式的802.11n，以滿足更高速的數(shù)據(jù)傳輸需求。MIMO技術(shù)使用多根傳送天線及多根接收天線以分別傳送及接收信號。相較于傳統(tǒng)SISO系統(tǒng)，MIMO系統(tǒng)可在同一時間同一頻帶下同時提供多重平行數(shù)據(jù)流，進而提供倍數(shù)成長的數(shù)據(jù)傳輸量。
MIMO系統(tǒng)必須有效利用空間上的等效正交特征通道以在同一頻帶中傳送多重平行數(shù)據(jù)流。然而，空間上的等效正交特征通道會隨著傳送天線及接收天線的幾何配置和元件特性，以及傳輸路徑的幾何及統(tǒng)計特性而呈現(xiàn)不同程度的衰退。因此，信號檢測(signal detection)為MIMO系統(tǒng)設(shè)計上的重要課題之一。一般而言，是提升信號估測系統(tǒng)的復(fù)雜度，以降低接收信號的錯誤率。
在現(xiàn)行的信號估測方法中，最大相似度(Maximum Likelihood，ML)法則可提供最佳的接收性能，但卻會使得信號估測系統(tǒng)的復(fù)雜度過高，而導(dǎo)致硬件實作上的困難。因此，發(fā)展出球體解碼(sphere decoding)方法以接近最大相似度法則的接收性能，同時又具有適當?shù)南到y(tǒng)復(fù)雜度。球體解碼方法的架構(gòu)包括深度優(yōu)先(depth first)搜尋法則及廣度優(yōu)先(breadth first)搜尋法則，此兩種搜尋法則皆能適當?shù)卦O(shè)定參數(shù)以達到最大相似度法則的接收性能，然而卻必須付出龐大的估測復(fù)雜度。因此，如何有效地減少球體解碼方法的估測復(fù)雜度便成為目前在MIMO系統(tǒng)設(shè)計上所必須解決的重要課題之一。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于多輸入多輸出通道的球體解碼方法，利用多個域到實數(shù)域的三角矩陣轉(zhuǎn)換法則，有效地降低球體解碼方法的估測復(fù)雜度，并可維持系統(tǒng)的信號接收性能。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出一種應(yīng)用于多輸入多輸出(MIMO)通道的球體解碼方法。接收經(jīng)由MIMO通道所傳送的T個信號，T為正整數(shù)，MIMO通道以一通道矩陣為特征。產(chǎn)生對應(yīng)至通道矩陣的一第一三角矩陣，并將第一三角矩陣由多個域映射至實數(shù)域而得到一第二三角矩陣，第二三角矩陣對應(yīng)至一第一估測層至一第2T估測層。求得對應(yīng)至第一估測層的一第一逼零軟輸出解，并得到第一估測層的多個較佳點P(1)。依據(jù)第(n-1)估測層的多個較佳點P(n-1)，得到對應(yīng)至一第n估測層的多個第n逼零軟輸出解，各個第n逼零軟輸出解各自對應(yīng)至多個第n星狀點，依據(jù)這些第n星狀點所對應(yīng)的部分歐氏距離(PED)，得到第n估測層的多個較佳點P(n)，n為2～(2T-1)的正整數(shù)。依據(jù)第(2T-1)估測層的這些較佳點P(2T-1)，得到對應(yīng)至第2T估測層的多個第2T逼零軟輸出解，并對應(yīng)得到第2T估測層的多個較佳點P(2T)，且將這些較佳點P(2T)中對應(yīng)至最小PED者由實數(shù)域映射至多個域，以產(chǎn)生對應(yīng)至T個信號的一最佳解。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下


圖1繪示依照本發(fā)明優(yōu)選實施例的應(yīng)用于MIMO通道的球體解碼方法的流程圖。
主要元件符號說明
S100～S140步驟流程
具體實施例方式 本發(fā)明提出一種應(yīng)用于多輸入多輸出通道(MIMO)的球體解碼方法，利用多個域(complex domain)到實數(shù)域(real domain)的三角矩陣轉(zhuǎn)換法則，在多個域中進行Q-R分解，并在實數(shù)域中求得對應(yīng)于每一估測層的多個較佳點。如此一來，可以有效地降低球體解碼方法的估測復(fù)雜度，并可維持系統(tǒng)的信號接收性能。
本實施例的應(yīng)用于MIMO通道的球體解碼方法，包括下列步驟a.接收經(jīng)由MIMO通道所傳送的T個信號，T為正整數(shù)，MIMO通道以一通道矩陣為特征；b.產(chǎn)生對應(yīng)至通道矩陣的一第一三角矩陣，并將第一三角矩陣由多個域映射至實數(shù)域而得到一第二三角矩陣，第二三角矩陣對應(yīng)至一第一估測層至一第2T估測層；c.求得對應(yīng)至第一估測層的一第一逼零軟輸出(zero-forcing soft-output)解，并得到第一估測層的多個較佳點P(1)；d.依據(jù)一第(n-1)估測層的多個較佳點P(n-1)，得到對應(yīng)至一第n估測層的多個第n逼零軟輸出解，各個第n逼零軟輸出解各自對應(yīng)至多個第n星狀點，依據(jù)這些第n星狀點所對應(yīng)的部分歐氏距離(partial Euclidean distance，PED)，得到第n估測層的多個較佳點P(n)，n為2～(2T-1)的正整數(shù)；以及e.依據(jù)第(2T-1)估測層的這些較佳點P(2T-1)，得到對應(yīng)至第2T估測層的多個第2T逼零軟輸出解，并對應(yīng)得到第2T估測層的多個較佳點P(2T)，且將這些較佳點P(2T)中對應(yīng)至最小PED者由實數(shù)域映射至多個域，以產(chǎn)生對應(yīng)至T個信號的一最佳解。
現(xiàn)在更進一步詳細說明如下。請參照圖1，其繪示依照本發(fā)明優(yōu)選實施例的應(yīng)用于MIMO通道的球體解碼方法的流程圖。首先，在步驟S100中，接收經(jīng)由一MIMO通道所傳送的T個信號，此MIMO通道以一通道矩陣為特征。較佳地，是利用R’根接收天線經(jīng)由MIMO通道接收T-根傳送天線所輸出的T個信號，R’為正整數(shù)。此通道矩陣是一R’×T通道矩陣H。以時域或頻域表示的MIMO系統(tǒng)可定義如下 r＝Hx+n(1) 其中，R’×1的矩陣r代表R’根接收天線所接收的信號，T×1的矩陣x代表T根傳送天線所輸出的信號，R’×1的矩陣n代表噪聲。
接著，在步驟S110中，對通道矩陣H執(zhí)行一Q-R分解以產(chǎn)生一第一三角矩陣，并將此第一三角矩陣由多個域映射至實數(shù)域而得到一第二三角矩陣，此第二三角矩陣對應(yīng)至一第一估測層至一第2T估測層。通過上述的Q-R分解可得 H＝QR 其中，Q為一R’×T的矩陣，而R為一T×T的第一三角矩陣。此第一三角矩陣R例如為一上三角矩陣，但并不限于此。在步驟S110之后，根據(jù)等式(1)可以得到此MIMO系統(tǒng)的另一等式如下 y＝QHr＝Rx+QHn(2) 其中，QH與Q的乘積為單位矩陣I。如果將等式(2)的噪聲項QHn忽略，且第一三角矩陣R例如為上三角矩陣時，則等式(2)可以矩陣形式展開如下
其中，yp、rpq(r)及rpq(i)均為已知，其中rpq(r)為rpq的實部，rpq(i)為rpq的虛部，p為1～T的正整數(shù)，q為1～T的正整數(shù)。然后，將第一三角矩陣R由多個域映射至實數(shù)域而得到一第二三角矩陣

，其中，對應(yīng)至第一三角矩陣R為上三角矩陣，第二三角矩陣

亦為上三角矩陣。如此一來，等式(3)可以轉(zhuǎn)換如下
其中，將等式(3)及等式(4)展開并做比較，則可以得到等式(4)中的系數(shù)cpq(1)～cpq(4)如下 且且 ，或

或

或 且且。
其中，本實施例將通過已知的yp(1)、yp(2)、cpq(1)及cpq(2)的值，求出x1(1)～xT(2)的最佳解。
在等式(4)中，對應(yīng)到xT(2)的方程式

被定義為第一估測層，對應(yīng)到xT(1)的方程式

被定義為第二估測層，對應(yīng)到xT-1(2)，xT-1(1)，...，x2(2)，x2(1)的方程式依序被定義為第三估測層～第(2T-2)估測層，對應(yīng)到x1(2)的方程式

被定義為第(2T-1)估測層，對應(yīng)到x1(1)的方程式

被定義為第2T估測層。其中，每一估測層包括M個星狀點(constellation point)，M為正整數(shù)。
然后，在步驟S120中，求得對應(yīng)至第一估測層的xT(2)的一第一逼零軟輸出解，并根據(jù)此第一逼零軟輸出解得到第一估測層的多個較佳點P(1)。其中，對應(yīng)于第一估測層，是解

而求得xT(2)的第一逼零軟輸出解yT(2)/rTT，xT(2)的第一逼零軟輸解的實部及虛部都可能帶有浮點數(shù)。由于本實施例在實數(shù)域中進行運算，故依據(jù)與xT(2)的第一逼零軟輸解間的一維的距離，即可找到最接近xT(2)的第一逼零軟輸解的多個第一星狀點以作為多個較佳點P(1)。故在第一估測層中實質(zhì)上不須計算多達M次的PED即可找到第一估測層的多個較佳點P(1)，使得系統(tǒng)的復(fù)雜度降低。
再來，在步驟S130中，依據(jù)第(n-1)估測層的K個較佳點P(n-1)，得到對應(yīng)至第n估測層的多個第n逼零軟輸出解，各個第n逼零軟輸出解各自對應(yīng)至多個第n星狀點，且依據(jù)這些第n星狀點所對應(yīng)的PED，得到第n估測層的多個較佳點P(n)，n為2～(2T-1)的正整數(shù)，K值小于M。
在步驟S130中，當n的值為2時，依據(jù)第一估測層的多個較佳點P(1)，解

而得到對應(yīng)至第二估測層的多個xT(1)的第二逼零軟輸出解。由于在實數(shù)域中進行運算，故依據(jù)多個星狀點與多個xT(1)的第二逼零軟輸出解之一維的距離，可以快速地找到各個xT(1)的第二逼零軟輸出解所各自對應(yīng)的多個第二星狀點，此各自對應(yīng)的多個第二星狀點較佳地為各個xT(1)的第二逼零軟輸出解附近的多個第二星狀點。各個第二逼零軟輸出解所對應(yīng)的第二星狀點的個數(shù)是相同或不同。
接著，求出各個第二星狀點所對應(yīng)的PED值。在這些第二星狀點中得到第二估測層的多個較佳點P(2)，并將此多個較佳點P(2)傳遞至第三估測層。其中，此多個較佳點P(2)中的任一個所對應(yīng)的PED小于其他的第二星狀點中的任一個所對應(yīng)的PED。
當n值小于等于(2T-2)時，將n值加1。如此一來，依據(jù)第(n-1)估測層的多個較佳點P(n-1)，得到對應(yīng)至第n估測層的多個第n逼零軟輸出解。由于在實數(shù)域中進行運算，故依據(jù)一維的距離可以快速地找到各個第n逼零軟輸出解所各自對應(yīng)的多個第n星狀點。各個第n逼零軟輸出解所對應(yīng)的第n星狀點的個數(shù)是相同或不同。從這些第n星狀點中，得到第n估測層的多個較佳點P(n)。其中，這些較佳點P(n)中的任一個所對應(yīng)的PED小于其他的第n星狀點中的任一個所對應(yīng)的PED。如此一來，在第n估測層中不須計算多達KM次PED即可找到第n估測層的K個較佳點P(n)，使得系統(tǒng)的復(fù)雜度降低。
之后，在步驟S140中，依據(jù)第(2T-1)估測層的多個較佳點P(2T-1)，解

而得到對應(yīng)至第2T估測層的多個x1(1)的第2T逼零軟輸出解。由于在實數(shù)域中進行運算，故依據(jù)與各個x1(1)的第2T逼零軟輸解間的一維的距離，即可找到最接近各個x1(1)的第2T逼零軟輸解間的多個第2T星狀點，這些第2T星狀點即為較佳點P(2T)。之后，將這些較佳點P(2T)中對應(yīng)至最小PED者，依據(jù)xp(1)及xp(2)與xp(r)及xp(i)間一對一的對應(yīng)關(guān)系，由實數(shù)域映射至多個域，以產(chǎn)生對應(yīng)至T個信號的一最佳解，亦即是矩陣x的最佳解。如此一來，在第2T估測層中不須計算多達M次PED即可找到第2T估測層的多個較佳點P(2T)，使得系統(tǒng)的復(fù)雜度降低。
現(xiàn)在舉利用2根接收天線經(jīng)由MIMO通道接收2根傳送天線所輸出的2個信號為例做說明，然并不限于此。當經(jīng)由MIMO通道接收2根傳送天線所輸出的2個信號時，MIMO系統(tǒng)可以矩陣形式展開如下 如若且且， 則等式(5)可以轉(zhuǎn)換如下 在等式(6)中，對應(yīng)到x2(i)的方程式

被定義為第一估測層，對應(yīng)到x2(r)的方程式

被定義為第二估測層，對應(yīng)到x1(i)的方程式

被定義為第三估測層，對應(yīng)到x1(r)的方程式

被定義為第四估測層，依序由第一估測層至第四估測層解相對應(yīng)的方程式，找到對應(yīng)至最小PED者，即可找到(x1(r)，x1(i)，x2(r)，x2(i))例如為(a1，b1，a2，b2)。然后，將(a1，b1，a2，b2)由實數(shù)域映射至多個域即可得到(x1，x2)為(a1+ib1，a2+ib2)，此即對應(yīng)至2個信號的最佳解。
本發(fā)明上述實施例所公開的應(yīng)用于MIMO通道的球體解碼方法，是提出一個簡單的多個域到實數(shù)域的三角矩陣轉(zhuǎn)換法則，而得以在解出T個信號的流程的前段采用復(fù)雜度較低的多個域的Q-R分解。另外，因為第一三角矩陣R由多個域映射至實數(shù)域為第二三角矩陣

，故在解出T個信號的流程的后段可在實數(shù)域中對每一估測層進行估測以求得對應(yīng)的多個較佳點。如此一來，在對每一估測層進行估測時，只須進行簡單的排序動作，且只須計算較少數(shù)目的星狀點所對應(yīng)的PED，因此可以有效地降低球體解碼方法的估測復(fù)雜度。
此外，如果在實數(shù)域中對每一估測層進行估測時，結(jié)合SE(Schnorr&Euchner)列舉法，則更進一步地原本于多個域中必須進行復(fù)雜的排序動作可以簡化為實數(shù)域中單純的排序動作，可大幅減化進行列舉時的復(fù)雜度。故使用本實施例的MIMO通道的球體解碼方法的接收端可以具有高效能的信號傳輸與信號解碼，能達到近似最大相似度法則的接收性能，并降低系統(tǒng)的硬件復(fù)雜度且減少芯片面積的優(yōu)點。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一優(yōu)選實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬的本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視所附權(quán)利要求書所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于多輸入多輸出MIMO通道的球體解碼方法，包括
a.接收經(jīng)由該MIMO通道所傳送的T個信號，T為正整數(shù)，該MIMO通道以一通道矩陣為特征；
b.產(chǎn)生對應(yīng)至該通道矩陣的一第一三角矩陣，并將該第一三角矩陣由多個域映射至實數(shù)域而得到一第二三角矩陣，該第二三角矩陣對應(yīng)至一第一估測層至一第2T估測層；
c.求得對應(yīng)至該第一估測層的一第一逼零軟輸出解，并得到該第一估測層的多個較佳點P(1)；
d.依據(jù)一第(n-1)估測層的多個較佳點P(n-1)，得到對應(yīng)至一第n估測層的多個第n逼零軟輸出解，各個第n逼零軟輸出解各自對應(yīng)至多個第n星狀點，依據(jù)這些第n星狀點所對應(yīng)的部分歐氏距離PED，得到該第n估測層的多個較佳點P(n)，n為2～(2T-1)的正整數(shù)；以及
e.依據(jù)該第(2T-1)估測層的這些較佳點P(2T-1)，得到對應(yīng)至該第2T估測層的多個第2T逼零軟輸出解，并對應(yīng)得到該第2T估測層的多個較佳點P(2T)，且將這些較佳點P(2T)中對應(yīng)至最小PED者由實數(shù)域映射至多個域，以產(chǎn)生對應(yīng)至該T個信號的一最佳解。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在該步驟b中，對該通道矩陣執(zhí)行一Q-R分解以產(chǎn)生該第一三角矩陣。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該第一三角矩陣及該第二三角矩陣為上三角矩陣。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該第一估測層對應(yīng)至該第二三角矩陣的第2T列元素。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該第一三角矩陣為
該第二三角矩陣為
其中，
且，或
且，或
且，或
且，p為1～T的正整數(shù)，q為1～T的正整數(shù)。
全文摘要
一種應(yīng)用于多輸入多輸出(MIMO)通道的球體解碼方法。接收經(jīng)由MIMO通道所傳送的T個信號。產(chǎn)生對應(yīng)至通道矩陣的第一三角矩陣，并將第一三角矩陣由多個域映射至實數(shù)域而得到第二三角矩陣。求得對應(yīng)至第一估測層的第一逼零軟輸出解，并得到多個較佳點P(1)。依據(jù)多個較佳點P(n-1)，得到對應(yīng)至第n估測層的多個第n逼零軟輸出解，并依據(jù)多個第n星狀點所對應(yīng)的部分歐氏距離(PED)得到多個較佳點P(n)。依據(jù)這些較佳點P(2T-1)，得到多個第2T逼零軟輸出解，并對應(yīng)得到多個較佳點P(2T)，且將較佳點P(2T)中對應(yīng)至最小PED者由實數(shù)域映射至多個域，以產(chǎn)生對應(yīng)至T個信號的最佳解。
文檔編號H04L25/03GK101741519SQ20081017330
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者陳彥志, 鄭璁駿, 柳德政 申請人:瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司