CN1697362A - 用于在多输入多输出通信***中接收信号的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在MIMO通信***中接收信号的装置和方法。在所述信号接收方法中,以预定的第一方法来均衡在每一个接收天线处接收的第一接收信号。利用发射机中使用的多个扩展码来解扩展每一个已均衡的发射天线信号。为了误差校验,在解扩展的发射天线信号之中检测最强的发射天线信号,并以预定的第二方法来进行解码。将所校验的最强发射天线信号再现成干扰信号。通过从第一接收信号中减去干扰信号来产生第二接收信号并以第一方法来均衡该第二接收信号。对除了最强发射天线信号之外的已均衡的发射天线信号重复进行上述操作。

Description

用于在多输入多输出通信***中接收信号的装置和方法
技术领域
本发明通常涉及一种通信***。更具体地说,本发明涉及一种在MIMO(多输入多输出)通信***中的信号接收装置和方法。
背景技术
典型来说,与有线信道环境中发射的信号相比,移动通信***的无线信道环境中发射的射频信号由于包括多径干扰影化、传播衰减、时变噪声和干扰的各种因素而失真。由多径干扰引起的衰减(fading)与反射体或用户即用户终端的移动性以及在接收信号中与干扰信号混合的实际发射信号紧密相关。因此,接收的信号是具有严重失真的发射信号,这就降低了移动通信***的整体性能。因此,由于衰减现象可以使接收信号的振幅和相位失真,它便成为射频信道环境中阻碍高速数据通信的主要因素。由此,信号衰减已经成为活跃的研究范围。移动通信***中的高速数据传输要求尽量减小诸如衰减的无线信道固有的损失以及用户之间的干扰。作为一种防止由衰减导致的不稳定通信的途径,可以采用多种方案。众多多样性方案中的一种是采用多个天线的空间分集方案。该空间分集方案可以被划分成(branch into)接收分集、发射天线分集和MIMO。通过利用多个接收天线来获得接收天线分集并通过使用多个发射天线分集来获得发射天线分集。MIMO是一种用于使用多个接收天线和多个发射天线的方案。
MIMO通信***使用在每一个发射机(例如,Node B)和接收机(例如用户设备(UE))中的多个天线。MIMO方案适用于下一代移动通信***中的大量数据的传输。因此,正在积极地研究MIMO方案。如果发射天线和接收天线之间的信道是独立相同分布的(IID)信道,发射和接收天线M的数量相等,并且带宽和发射功率是恒定的,则MIMO方案具有的平均信道容量大约是单输入单输出(SISO)方案的M倍,由此带来信道容量的高增益。在MIMO通信***中为不同的发射天线使用相同的扩展码能够使编码可重复使用,并由此带来比SISO方案更高的数据速率增益。
MIMO通信***的一个主要实例是每一天线速率控制(Per-Antenna RateControl)(PARC)通信***。现在将参考图1和2来描述PARC通信***。
图1是一个典型的PARC通信***中的发射机的方块图。
在描述图1之前,假设发射机使用M个发射天线和J个扩展码,其中M和J都是整数。因此发射机可以同时发射M×J个用户数据流。
参考图1,将被发射的用户数据流首先被提供给多路分解器(DEMUX)100。DEMUX100根据发射天线的数量M来多路分解用户数据流。确切地说,DEMUX100将用户数据流分离成M个用户数据流并一对一相对应地将第一至第M用户数据流顺序地提供给第一至第M信号处理器110至114。
第一至第M信号处理器110至114每一个都包括编码器、交织器(interleaver)和调制器。它们根据预定的编码方法来编码它们的输入用户数据流,其中该预定的编码方法为根据预定的交织方法来交织已编码的数据、以及根据预定的调制方法来调制已交织的数据。第一到第M信号处理器110至114的输出每一个都被提供给第一至第J扩展单元120至124中的对应的扩展器。每一个扩展单元包括M个扩展器。也就是说,第一扩展单元120包括M个扩展器,该M个扩展器分别从第一至第M信号处理器110至114接收信号、用第一扩展码(SC1)乘以接收的信号,并将乘积分别提供给第一至第M加法器130至134。在这种方法中,第J扩展单元124包括M个扩展器,该M个扩展器分别从第一至第M信号处理器110至114中接收信号,用第J扩展码(SCJ)乘以所接收的信号,并将乘积分别提供给第一至第M加法器130至134。因此,这些在相同的信号处理器中处理的扩展信号被输出到相同的加法器。
第一至第M加法器130至134相加接收的信号并分别将其输出到第一至第M发射天线140至144(发射天线1至发射天线M)。
虽然图1中没有显示,在被提供给发射天线140至144之前,第1至第M加法器130至134的输出应经过包括加扰、数模转换和滤波的附加信号处理以便可以通过无线传播。用s1(t)、s2(t)、...、sM(t)来表示把信号供应给发射天线140至144。
如上所述,PARC通信***利用多个扩展码来扩展用户数据流并通过发射天线来发射扩展的信号。通常将多个扩展码施加到每一个发射天线,由此实现有效码再使用并提高资源效率。
正在研究的MIMO通信***仅仅考虑了平坦衰减信道环境。因此,已经仅为平坦衰减信道环境提供了很多PARC接收机结构。提供的这些PARC接收机结构包括最小均方差(MMSE)和作为MMSE和S IC的组合的连续干扰消除(MMSE-SIC)。
现在将描述SIC方案。
通常,干扰消除(IC)是一种用于在接收机处产生干扰信号和消除干扰信号的方案。在此,干扰信号被当成除了将被检测的期望信号之外的接收信号的剩余信号。
存在有两个IC方案:SIC和平行干扰消除(PIC)。SIC方案还被分为判定-反馈(decision-feedback)和Bell Labs Layered Space-Time(BLAST)。在SIC方案中,以信号强度的降序从接收的信号中检测信号。具体地说,首先利用其硬判决值从接收的信号中消除最强的信号,即最强的干扰信号。然后利用其硬判决值从剩余信号中消除次强干扰信号。通过重复进行这个过程,检测出最终期望的信号。
如上所述,SIC方案非常依靠先前的估计。如果先前的估计包含误差,则干扰就显著地增强,从而降低性能。也就是说,随着在更强信号的估计值中产生误差,性能下降就变得更严重。
已经提出了各种用于解决该问题的方法。在它们当中,有局部SIC(PSIC)、并行检测以及球面检测。根据PSIC方案,仅从接收的信号取消小部分最强信号,如果最强信号的比是1,则这部分的比就在0和1之间。该并行检测方案仅向已经发射最强信号的发射天线施加最大似然(ML)检测,由此增加最强信号的可靠性。通过ML检测,该球面检测方案从星座上尽可能接近的点产生具有适当半径的球面并估计球面内部的码元。
对于PARC接收机的应用,MMSE-SIC比MMSE执行得更好。现在将参考图2描述PARC接收机。
图2是一个典型的PARC通信***中的接收机的方框图。
在描述图2之前,假设接收机使用N个接收天线和J个扩展码。当发射天线的数量可以等于接收天线的数量时,假设他们与图2中的描述不同。参考图2,第一至第N接收天线200至204(接收天线q至接收天线N)每一个都从图1中描述的所有发射天线140至144中接收信号。
第一至第N接收天线200至204将接收的信号提供给它们相对应的解扩展器220至228。具体地说,第一接收天线200将它的接收信号分别输出到第(1-1)至第(1-J)扩展器220至222,第二接收天线202将它的接收信号分别输出到第(2-1)至第(2-J)扩展器223至225,并以此方式继续,直到第N接收天线204将它的接收信号分别输出到第(N,1)至第(N,J)扩展器226至228为止。
第(1-1)至第(1-J)解扩展器220至222利用与在发射机中使用的相同的J个扩展码来解扩展从第一接收天线220接收的信号,并将解扩展的信号分别输出到第一至第J MMSE接收机230至234。具体地说,第(1-1)解扩展器220利用SC1来解扩展所接收的信号并将解扩展的信号输出到第一MMSE接收机230,而第(1-2)解扩展器221利用SC2来解扩展所接收的信号并将解扩展的信号输出到第二MMSE接收机232。以同样的方式,第(1-J)解扩展器222利用SC J来解扩展所接收的信号并将解扩展的信号输出到第J MMSE接收机234。
第(2-1)至第(2-J)解扩展器223至225利用与在发射机中使用的相同的J个扩展码来解扩展从第二接收天线202接收的信号,并将解扩展的信号分别输出到第一至第J MMSE接收机230至234。具体地说,第(2-1)解扩展器223利用SC1来解扩展所接收的信号并将解扩展的信号输出到第一MMSE接收机230,而第(2-2)解扩展器224利用SC2来解扩展所接收的信号并将解扩展的信号输出到第二MMSE接收机232。以同样的方式,第(2-J)解扩展器225利用SC J来解扩展所接收的信号并将解扩展的信号输出到第J个MMSE接收机234。
以这种方法,第(N-1)至第(N-J)解扩展器226至228利用与在发射机中使用的相同的J个扩展码来解扩展从第N接收天线204接收的信号,并将解扩展的信号分别输出到第一至第J MMSE接收机230至234。具体地说,第(N,1)解扩展器226利用SC1来解扩展所接收的信号并将解扩展的信号输出到第一MMSE接收机230,而第(N-2)解扩展器227利用SC2来解扩展所接收的信号并将解扩展的信号输出到第二MMSE接收机232。以同样的方式,第(N-J)解扩展器228利用SC J来解扩展所接收的信号并将解扩展的信号输出到第J MMSE接收机234。
第一至第J MMSE接收机234每一个都通过MMSE从所接收的信号中检测相应的用户数据流。具体地说,第一MMSE接收机230通过MMSE从源自于第(1-1)、(2-1)、...、(N-1)解扩展器220、223、...、226接收的信号中检测用户数据流,第二MMSE接收机232通过MMSE从源自于第(1-2)、(2-2)...(N-2)解扩展器221、224...227的信号来检测用户数据,以同样的方式,第J MMSE接收机234通过MMSE从源自于第(1-J)、(2-J)、...、(N-J)解扩展器222、225、...、228接收的信号中检测用户数据流。因此,第一至第J MMSE接收机230至234每一个都分别接收利用相同的扩展码解扩展的信号。
多路复用器(MUX)240分别多路复用从第一至第J MMSE接收机230至234接收的信号。包括解码器、去交织器和解调器的信号处理器250以与编码相对应的解码方法来解码多路复用的信号,以与交织相对应的去交织方法来去交织已解码的信号,并以与在发射机中的调制相对应的解调方法来解调去交织的信号。在此可以假设信号处理器250顺序地分别检测从第一至第M发射天线140至144发射的用户数据流。信号处理器250将具有最强信号强度的用户数据流输出到信号再现器260。信号强度是信号对干扰和噪声比(SINR)的测量值。为了简练,假设用户数据流以第M发射天线144<...<第二发射天线142<第一发射天线140的次序增强。
信号再现器260通过处理来自信号处理器250的信号来再现原始发射的信号,即,在发射机中以信号处理的方式通过第一发射天线140发射的用户数据流,并将所再现的信号输出到第一至第N减法器210至214。信号再现器260包括编码器、交织器和调制器,其以预定的编码方法来编码接收信号,以预定的交织方法来交织所编码的信号,并以发射机的调制方法来调制已交织的信号。
第一减法器210从通过第一接收天线200接收的信号中减去再现的信号,并将得到的结果信号输出到第(1-1)至(1-J)解扩展器220至222。第二减法器212从通过第二接收天线200接收的信号中减去再现的信号,并将得到的结果信号分别输出到第(2-1)至(2-J)解扩展器223至225。以同样的方式,第N减法器214从通过第N接收天线204接收的信号中减去再现的信号,并将得到的结果信号分别输出到第(N-1)至(N-J)解扩展器226至228。
对最强至最弱的用户数据流重复执行上述操作。因此,当PARC通信***中的多个发射天线的效果连续降低时,接收机可以精确地检测由发射机发射的用户数据流。
其间,实际的无线信道环境类似于频率选择性衰减信道环境,在MIMO通信***中考虑的空间信道模型(SCM)考虑了六条路径。然而,如先前描述的,MIMO通信***的当前研究受限于衰减信道环境。因此,需要有在诸如频率选择性衰减信道环境的实际的无线信道环境下实现的MIMO通信***。
发明内容
本发明的一个目的是至少实质上解决上述问题和/或缺陷,并至少提供以下优点。因此,本发明的一个目的是提供一种用于在MIMO通信***中接收信号、考虑到频率选择性衰减信道环境的装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种在MIMO通信***中使用MMSE-SIC方案的信号接收装置和方法。
通过在MIMO通信***中提供一种信号接收装置和方法来实现上述目的。
根据本发明的一个方面,在一种在MIMO通信***中在具备多个接收天线的接收机中通过多个发射天线从发射机接收信号的方法中,所述接收机以预定的第一方法来均衡(equa1ize)在每一个接收天线接收的第一接收信号,并将所均衡的信号分类成相应的发射天线信号。该方法利用在发射机中使用的多个扩展码来解扩展每一个已均衡的发射天线信号。然后,接收机检测在解扩展的发射天线信号之中的最强发射天线信号,并通过以预定的第二方法解码该最强发射天线信号来校验在该最强发射天线信号中的误差。接收机将校验的最强发射天线信号再现成干扰信号,并通过从第一接收信号中减去该干扰信号来产生第二接收信号。接收机以第一方法均衡第二接收信号以及将所均衡的信号分类成除了最强发射天线信号之外的相应的发射天线信号。接着,重复执行该方法的步骤直到已经均衡了所有的接收信号为止。
附图说明
结合附图根据下面的详细说明,本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加清楚,其中:
图1是在传统的PARC通信***中的发射机的方框图;
图2是在传统的PARC通信***中的接收机的方框图;
图3是根据本发明的一个实施例的MIMO通信***中的接收机的方框图;
图4是说明在根据本发明实施例的MIMO通信***的接收机中的信号接收的流程图;
图5是用于二进制相移键控(BPSK)的曲线图,其比较传统的信号接收方法和根据本发明实施例的信号接收方法的性能;以及
图6是用于正交相移键控(QPSK)的曲线图,其比较传统的信号接收方法和根据本发明实施例的信号接收方法的性能。
具体实施方式
将参照附图来描述本发明的最佳实施例。在下面的描述中,为简明起见,不再详细描述众所周知的功能或结构。
假定本发明实施例的MIMO通信***具有以与图1中描述的传统PARC发射机相同的方式配置的发射机。也就是说,发射机利用M个发射天线和J个扩展码来发射用户数据流。
如前所述,MIMO通信***的研究现状局限于衰减信道环境。然而,实际的无线信道环境接近于频率选择性衰减信道环境,并且MIMO通信***中考虑的SCM考虑了六条路径。因此,假定从本发明实施例的MIMO通信***中的发射机中发射的信号经过频率选择性衰减信道。因此,重新配置了用于MIMO通信***的接收机以便在MIMO通信***中在频率选择性衰减信道环境下接收这种信号。
首先将描述由MIMO通信***的发射机发射的信号,即,图1中描述的传统的PARC通信***的发射机。
参照图1的上述描述,发射机根据数据速率来多路分离用于传送的用户数据流。多路分离的用户数据流须经信号处理。具体地说,它们被根据预定的编码方法进行编码、根据预定的交织方法进行交织、并根据预定的调制方法进行调制。利用J个扩展码对处理后的信号进行扩展并通过M个发射天线以该数据速率来发射处理的信号。基于从接收机反馈的信道质量信息(CQI)来确定数据速率、编码方法和调制方法。例如,CQI可以是M个发射天线的SINR。由于J个扩展码被共同施加到M个发射天线的每一个天线,代码再使用提高了资源效率。
用s(t)来表示从M个发射天线发射的信号。s(t)最好是从各个第一至第M发射天线发射的信号s1(t)、s2(t)、...、sM(t)的组合。
s(t)=[s1(t)s2(t)...sM(t)]T
...公式(1)
在此T是矩阵转置算子。
假定J个扩展码具有扩展因子SF,并且任意第j扩展码cj[k](其中k=1,2,...,SF)与任何其它扩展码正交并且被归一化。
该发射机可以为在码元周期(symbol period)发射M×J个用户数据流。用bjm(其中m=1,2,...,M而j=1,2,...,J)表示从第m发射天线发射的第j个码元,而用C=[c1c2...cJ]表示正交的、归一化的具有SF的扩展码。利用该扩展码,用户数据流被转变成码片级(chip level)信号。在此,来自第m发射天线的第k个码片信号sm(k)被表示成:
s m ( k ) = Σ j = 1 J c j ( k ) b jm , m = 1,2 , · · · , M
......公式(2)
如果用考虑了衰减选择性信道环境的码片(chip)的单位来表示的均衡器长度(equalizer length)是E,则公式(2)等同于
sm(k)=[sm(k),sm(k+1),...,sm(k+E+L-2)]T
......公式(3)
在此,L是信号路径的数量。
参考图3,现在将描述按照本发明实施例的MIMO通信***中的接收机结构。
图3是根据本发明实施例的MIMO通信***中的接收机的方框图。
在描述图3之前,假定接收机使用N个接收天线和J个扩展码。虽然发射天线的数量可以等于接收天线的数量,但仍假定这些数量不相等,如图3中描述的。
参考图3,第一至第N接收天线300至304(接收天线1至接收天线N)每一个都从图1中描述的所有发射天线140至144接收信号。
第一至第N接收天线300至304给MMSE接收机320提供接收信号。在第一阶段,信号旁路(bypass)第一至第N减法器310至314,但是在以下阶段,从第一至第N减法器310至314输出的信号被提供给MMSE接收机320。具体地说,在第一阶段,将在接收天线300至304处接收的信号直接传送到MMSE接收机320。在后面的阶段,接收信号被分别供给到减法器310至314。减法器310至314从接收信号中减去从信号再现器370接收的再现信号,并将得到的结果信号提供给MMSE接收机320。用rn(k)来表示在任意第N接收天线处接收的任意第k个码片信号。
下面将描述在MIMO通信***中的接收机中的接收信号。
发射机和接收机之间的无线信道是一种频率选择性衰减信道并且用H表示该频率选择性衰减信道的特性。在频率选择性衰减信道上的N个接收天线处接收的码片级信号被表示为:
r ( k ) = Σ m = 1 M H ( ; m ) s m ( k ) + n ( k ) = Hs ( k ) + n ( k )
r 1 ( k ) r 2 ( k ) . . . r N ( k ) = H 11 H 12 . . . H 1 M H 21 H 22 . . . H 2 M . . . . . . . . . . . . H N 1 H N 2 . . . H NM s 1 ( k ) s 2 ( k ) . . . s M ( k ) + n 1 ( k ) n 2 ( k ) . . . n N ( k )
...公式(4)
这里,r(k)是接收机的所有接收信号的第k码片(chip)信号,sm(k)是从第m发射天线发射的第k信号,n(k)是被加到第k码片信号的噪声向量,而H(;m)是从第m发射天线发射的信号在到达第n接收天线之前表现出的信道特性。在此,H(;m)=[H1mH2m...HNm]T。表示从第m发射天线发射的信号在到达第n接收天线之前表现出的信道特性的信道矩阵HNM
H nm = H ( nm ) 0 . . . 0 0 H ( nm ) . . . 0 . . . . . . . . . . . . 0 0 . . . H ( nm )
...公式(5)
这里H(NM)是HNM的元素矩阵。
H ( nm ) = h 1 , l - 1 ( nm ) h 1 , l - 2 ( nm ) . . . h 1 , 0 ( nm ) h 2 , l - 1 ( nm ) h 2 , l - 2 ( nm ) . . . h 2 , 0 ( nm ) . . . . . . . . . . . . h P , l - 1 ( nm ) h P , l - 2 ( nm ) . . . h P , 0 ( nm )
...公式(6)
这里P是每一码片重复取样(oversample)数。
而接收的信号rn(k)为
rn(k)=[rn1(k),rn2(k),...,rnP(k),...,rn1(k+E-1),rn2(k+E-1),...,rnP(k+E-1)]T
....公式(7)
噪声向量n(k)是具有零平均值和方差
Figure A20051007831400125
的复合高斯随机变量。
nn(k)=[nn1(k),...,nnP(k),...,nn1(k+E-1),...,nnP(k+E-1)]T
....公式(8)
同时,MMSE接收机320通过MMSE计算用于第一至第M发射天线140至144的权值,并利用该权值来均衡从发射天线140至144发射的信号。具体地说,MMSE接收机320将为第一发射天线140计算的权值施加到第一发射天线信号,并将得到的结果信号提供给第(1-1)至第(1-J)解扩展器330至332,以及将为第二发射天线142计算的权值施加到第二发射天线信号,并分别将得到的结果信号提供给第(2-1)至第(2-J)解扩展器333至335。以这种方式,MMSE接收机320将为第M发射天线144计算的权值施加到第M发射天线信号并分别将得到的结果信号提供给第(M-1)至第(M-J)解扩展器336至338。
因此,MMSE接收机320的输出为
W MMSE = H * ( H H * + σ n 2 I P NE ) - 1 , Z MMSE ( k ) = W MMSE r ( k )
...公式(9)
这里,WMMSE表示通过MMSE为第一至第M发射天线140至144计算的权值。
WMMSE=[w1w2...wM]T。w1是用于第一发射天线140的权值,w2是用于第二发射天线142的权值,以及wM是用于第M发射天线144的权值。
当MMSE在本发明的实施例中用于均衡时,可以使用迫零(zeroforcing)(ZF)来代替MMSE。在这种情况下,r(k)的ZF均衡的信号为
WZF=H*(HH*)-1,ZXF(k)=WZFr(k)
...公式(10)
这里,WZF表示通过ZF为第一至第M发射天线140至144计算的权值。在公式(10)中,WZF=[w1w2....wM]T。其中,w1是用于第一发射天线140的权值,w2是用于第二发射天线142的权值,以及wm是用于第M发射天线144的权值。
第(1-1)至第(1-J)解扩展器330至332利用与发射机中使用的相同的J个扩展码来解扩展从MMSE接收机320接收的信号,并将解扩展的信号输出到第一MUX 340。第(2-1)至第(2-J)解扩展器333至335利用J个扩展码来解扩展从MMSE接收机320接收的信号,并将解扩展的信号输出到第二MUX 342。以同样的方式,第(M-1)至第(M-J)解扩展器336至338利用J个扩展码来解扩展从MMSE接收机320接收的信号,并将解扩展的信号输出到第M MUX 344。在展开(dispreading)之后,码片级信号被转变成码元级信号。
第一MUX 340多路复用从第(1-1)至(1-J)解扩展器330至332接收的信号,第二MUX 342多路复用从第(2-1)至(2-J)解扩展器333至335接收的信号,并且以这种方式,最后的第M MUX 344多路复用从第(M-1)至(M-J)解扩展器336至338接收的信号。
每一个第一至第M信号处理器350至354具有解码器、去交织器和解调器。第一信号处理器350以与发射机的编码、交织和调制方法相对应的解码、去交织和解调方法来解码、去交织和解调从第一MUX 340接收的信号。第二信号处理器352以所述解码、去交织和解调方法来解码、去交织和解调从第二MUX 342接收的信号。以这种方法,第M信号处理器354以所述解码、去交织和解调方法来解码、去交织和解调从第M MUX 344接收的信号。误差校验器360从第一至第M信号处理器350至354接收已处理的信号。
误差校验器360的输入信号是从发射机发射的码元bjm的估算值
如之前描述的,依照本发明实施例的MIM0通信***中的接收机采用MMSE-SIC方案。SIC是一种首先消除最强信号的方案,即,来自接收信号的最强干扰信号使用其硬判决值,然后来自剩余信号的次强干扰信号使用其硬判决值,并通过重复执行这个过程来检测最终期望的信号。信号强度可以为测量的SINR或其它的相似信号强度测量值。由于SIC方案的使用,所以以SINR的递减次序来产生干扰信号。通过下面方程式利用公式(9)中描述的MMSE接收机320的均衡器矩阵和信道矩阵来计算SINR
SIN R in = | w m Γ m , l | 2 Σ i = 1 , i ≠ m M Σ j = 1 E + L - 1 | w m Γ i , j | 2 + Σ j = 2 E + L - 1 | w m Γ m , l | 2 + M w m R n w m H
......公式(11)
这里,Г=H(;m)T=[Г1,1Г1,2...Г1,E+L-1...ГM,1ГM,2...ГM,E+L-1],Rn是有关噪声向量的相关矩阵,SINRm是第m个发射天线信号的SINR。
假定这些SINR以第M发射天线144<...<第二发射天线142<第一发射天线140的次序增强(SINR1≥SINR2≥...≥SINRM)。
也就是说,首先消除来自第一发射天线140的信号,然后消除来自第二发射天线142的信号,诸如此类推。如相关技术说明中描述的,SIC方案非常依靠于先前的检测估计。如果在先前阶段中错误地检测了码元,则干扰会显著增强,由此降低性能。
根据本发明的实施例,在消除干扰信号以便防止使用SIC方案带来的性能下降之前,改善了干扰信号的可靠性。误差校验器360最终负责改善干扰信号可靠性的操作。改善干扰信号可靠性相当于改善具有最强SINR的发射天线信号的可靠性。
通过在干扰消除处理中的ML检测来在由φ={v1,v2,...,vQ}给出的调制的所有的信号星座点之中顺序地检测来自最高SINR发射天线的距离具有下标j(j=1,2,...,J)的码元最近的码元星座点,然后通过MMSE来计算具有最小化误差范数(minimum error norm)的星座点。这些估计的码元被输入到误差校验器360。从第一至第M信号处理器350至354输出的码片级信号,即输入到误差校验器360的最终信号被表示为
b ~ = b ~ 11 b ~ 21 . . . b ~ J 1 b ~ 12 b ~ 22 . . . b ~ J 2 . . . . . . . . . . . . b ~ 1 M b ~ 2 M . . . b ~ JM
......公式(12)
这里
Figure A20051007831400152
表示来自第一至第M发射天线140至144的估计码元,而 表示从第m发射天线发射的第j码元的估算值。
假定在MIMO通信***的发射机中J个扩展码中的每一个在调制方案中都利用Q个星座点来调制数据。还假定接收机中的接收信号的估算值是具有在解扩展信号和在调制方案中调制的信号之间最短距离的星座点,并通过发射机来发射。从而,从M个发射天线发射的发射天线码元是
b = b 11 b 12 . . . b 1 J b 21 b 22 . . . b 2 J . . . . . . . . . . . . b M 1 b M 2 . . . b MJ = [ b 1 b 2 . . . b J ] , b mj ∈ Φ = { v 1 , v 2 , . . . , v Q }
......公式(13)
并由下列向量进行ML解码
星座点向量xj=[x1jx2j...xMj]T,xmj∈φ,Φ={v1,v2,...,vQ}解扩展信号向量zj=[z1jz2j...zMj]T
ϵ j ( z | x ) = | | e j ( z | x ) | | = | | z j - α 2 M H x j | | , j = 1,2 , . . . , J
b ^ j ML = min x ∈ Φ ϵ j ( z | x ) , j = 1,2 , . . . , J
......公式(14)
即,公式(14)表示来自所有M个发射天线的码元的ML解码。
然而,在本发明中,只有在接收信号中充当干扰信号的最强SINR发射天线码元经过ML解码,从而在MMSE-SIC方案中增强了发射天线码元的可靠性。
例如,如果M=4,J=8,并且以M=1,2,3,4的次序进行SIC处理,则接收信号的估计码元是
Figure A20051007831400161
......公式(15)
在第一通道内,对在第一行中来自具有最强SINR的第一发射天线的码元进行ML解码。顺序地,对来自多达第四发射天线的码元进行ML解码。
误差检测器360通过下列方程式以公式(12)中描述的
Figure A20051007831400162
来校验误差
e ( b 1 J = v q ) = r - HC b ~ ( b 1 j = v q ) , q = 1,2 , . . . , Q
......公式(16)
q min ( j ) = min v q ∈ Φ ξ ( b 1 j = v q ) = min v q ∈ Φ | | e ( b 1 j = v q ) | |
.....公式(17)
以及
b ~ 1 j = v q min ( j )
.....公式(18)
以上述方式,误差校验器360通过ML解码而对最强SINR发射天线码元(诸如第一发射天线码元)执行误差校验处理。信号再现器370通过以与MIMO通信***的发射机中使用的相同的方式处理已校验的信号,来再现发射的信号,并将再现的信号提供给第一至第N减法器310至314。信号再现器370包括编码器、交织器和调制器。因此,它以发射机中使用的编码、交织和调制方法来编码、交织和调制校验的码元。
第一减法器310从在第一接收天线300处接收的信号中减去再现信号,并将得到的结果信号提供给第(1-1)至(1-J)解扩展器330至332。第二减法器312从在第二接收天线302处接收的信号中减去再现信号,并分别将得到的结果信号提供给第(2-1)至(2-J)解扩展器333至335。以这种方式,第N减法器314从在第N接收天线304处接收的信号中减去再现信号,并分别将得到的结果信号提供给第(M-1)至(M-J)解扩展器336至338。
利用最强至最弱SINR来对用户数据流重复进行上述操作,以便接收机精确地检测由发射机发射的用户数据流,从而降低多个发射天线的影响。
干扰消除处理总结如下。
步骤1:检测最强SINR发射天线信号并从接收的信号将其消除。
如果r(1)(k)=r(k)、H(1)=H,以及W(1)=WMMSE,则校验的估计码元被假定为(1)。从(1)中检测最强SINR发射天线码元并将其再现。从r(1)(k)中消除再现的码元。得到的结果信号r(2)(k)被表示成
r ( 2 ) ( k ) = Σ m = 1 M H ( ; m ) s m ( k ) - H ( ; 1 ) s ^ 1 ( k ) + n ( k )
.....公式(19)
步骤2:检测次强SINR发射天线信号。
由于从接收的信号中消除了最强发射天线信号,即,从信道矩阵H(1)中消除了最强SINR发射天线信号已经经过的信道分量,所以用于剩余信号H(2)=[H(;2)H(;3)...H(;M)]的信道矩阵具有(M-1)个信道分量。以与步骤1相同的方式,利用用于r(2)(k)的MMSE导致
W ( 2 ) = H ( 2 ) * ( H ( 2 ) H ( 2 ) * + σ n 2 I PNE ) - 1
.....公式(20)
                    Z(2)=W(2)r(2)(k)
.....公式(21)
通过利用每个扩展码(j=1,2,...,J)展开MMSE均衡的信号Z(2)来计算码元向量(2)。然后从(2)中再现第二码片级发射天线信号2(k),并将其从r(2)(k)中移除。因此,
r ( 3 ) ( k ) = Σ m = 1 M H ( ; m ) s m ( k ) - Σ j = 1 2 H ( ; 2 ) s ^ 2 ( k ) + n ( k )
.....公式(22)
重复执行步骤1和步骤2直到最后的发射天线信号,从而检测了所有的发射天线信号。这种操作被概括为
r ( m ) ( k ) = Σ m = 1 M H ( ; m ) s m ( k ) - Σ j = 1 m - 1 H ( ; j ) s ^ j ( k ) + n ( k )
.....公式(23)
已经描述了根据本发明实施例的MIMO通信***中的接收机结构。现在参考图4将描述MIMO通信***中的信号接收。
图4是一个流程图,它描述在根据本发明实施例的MIMO通信***中的接收机中的信号接收。
参考图4,接收机将表示发射信号检测的计数的变量i设置为初始值,并在步骤411中设置发射天线数量M。在步骤413中,接收机从发射机的M个发射天线接收信号。接收机确定是否已经在步骤415中为每个发射天线完全检测了用户数据。如果已完成用户数据检测,则接收机就中止流程。反之,如果没有完成用户数据检测,则接收机就进行到步骤417。
接收机在步骤417中通过MMSE来均衡接收的信号,利用J个扩展码在步骤419中解扩展已均衡的信号,并在步骤421中测量每一个发射天线信号的SINR。在步骤423中,接收机利用最强SINR来选择发射天线信号。接收机在步骤425中将i增1(i=i+1)。
在步骤427中,接收机比较i和M。如果i超过M,则接收机就跳至步骤431。如果i等于或小于M,则接收机就进行步骤429。接收机通过在步骤429中的ML型误差准则来在最强SINR发射天线信号内校验误差,并在步骤431中从校验的发射天线信号中提取用户数据。在步骤433中,接收机再现来自用户数据的发射信号。接收机在步骤435中从接收的信号中移除再现信号并返回到步骤415。
参考图5和6,将在性能方面对本发明实施例的信号接收和典型的信号接收进行比较。
图5是在BPSK情况下描述根据本发明实施例的信号接收方法和传统信号接收方法的性能的曲线图。
参考图5,以误码率(BER)来测量性能。为了模拟,假定信道环境是具有四条信号通道(L=4)的频率选择性衰减信道环境,发射和接收天线的数量给定为N,扩展码的扩展因子是16(SF=16),每一码片重复取样数是2(P=2),以及扩展码数是8(J=8)。
可以表明的是,依照本发明实施例来改进的MMSE-SIC(EMMSE-SIC)具有最好的BER性能,并以MMSE-SIC、MMSE和SF的顺序降低。
图6是在QPSK情况下描述根据本发明实施例的信号接收方法和传统的信号接收方法的性能的曲线图。
参考图6,用BER来比较性能。为了模拟,假定信道环境是具有四条信号通道(L=4)的频率选择性衰减信道环境,发射和接收天线的数量给定为N,扩展码的扩展因子是16(SF=16),每一码片重复取样数是2(P=2),以及扩展码数是8(J=8)。
可以表明的是,依照本发明实施例来提高的MMSE-SIC(EMMSE-SIC)具有最好的BER性能,并以MMSE-SIC、MMSE和SF的顺序降低。
根据上述本发明的实施例,在MMSE-SIC方案的应用中,MIMO通信***中的接收机在将被当作干扰信号而消除的发射天线信号中来校验误差,由此提高接收信号的解调可靠性。也就是说,在确保具有最强SINR的发射天线信号的可靠性之后,其被当作干扰信号消除。因此,典型的MMSE-SIC方案的误差概率是最小的,从而提供可靠的信号传输和接收。
虽然已经参考其特定最佳实施例显示并描述了本发明,在不脱离由附权值利要求书所定义的本发明的精神和范围的前提下,本领域技术人员可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (9)

1.一种在多输入多输出(MIMO)通信***中在具有多个接收天线的接收机中通过多个发射天线从发射机接收信号的方法,包括步骤:
(1)以预定的第一方法均衡在每一个接收天线处接收的第一接收信号,并将均衡的信号分类成相应的发射天线信号;
(2)利用在发射机中使用的多个扩展码来解扩展每一个均衡的发射天线信号;
(3)检测解扩展的发射天线信号之中的最强发射天线信号,并通过以预定的第二方法解码该最强发射天线信号来校验在该最强发射天线信号中的误差;
(4)将已校验的最强发射天线信号再现成干扰信号;
(5)通过从第一接收信号中减去该干扰信号来产生第二接收信号;
(6)以预定的第一方法来均衡第二接收信号,并将所均衡的信号分类成除了最强发射天线信号之外的相应的发射天线信号;以及
(7)重复执行步骤(2)至(6)直到已经均衡了所有的接收信号为止。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,最强发射天线信号是具有最高信号对干扰和噪声比(SINR)的发射天线信号。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,第一方法是最小均方差(MMSE)方法。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,第二方法是最大似然(ML)解码。
5.一种在多输入多输出(MIMO)通信***中在具有多个接收天线的接收机中通过多个发射天线从发射机接收信号的装置,包括:
接收机,用于以预定的第一方法来均衡在每一个接收天线处接收的第一接收信号,将均衡的信号分类成相应的发射天线信号,以第一方法均衡在预定的控制下产生的第二接收信号,以及将均衡的信号分类成除了最强发射天线信号之外的相应的发射天线信号;
多个解扩展器,用于利用在发射机中使用的多个扩展码来解扩展每一个发射天线信号;
误差校验器,用于检测在已解扩展的发射天线信号之中的最强发射天线信号,并通过以预定的第二方法解码该最强发射天线信号来校验在该最强发射天线信号中的误差;
信号再现器,用于将所校验的最强发射天线信号再现成干扰信号;以及
多个减法器,用于通过从第一接收信号中减去干扰信号来产生第二接收信号。
6.根据权利要求5所述的装置,其中,最强发射天线信号是具有最高信号对干扰和噪声比(SINR)的发射天线信号。
7.根据权利要求5所述的装置,其中,第一方法是最小均方差(MMSE)方法。
8.根据权利要求5所述的装置,其中,第二方法是最大似然(ML)解码。
9.根据权利要求5所述的装置,还包括:多个多路复用器,用于多路复用从解扩展器接收的解扩展信号并将已多路复用的信号输出到误差校验器。
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