CN1855795A - 多天线传输中的迭代检测方法及其接收终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多天线传输中的迭代检测方法，其中根据子流CRC译码后的信息对检测错误的子流进行重新检测。该方法包括步骤：a)接收包括子流的信号，并对子流进行多入多出检测；b)对多入多出检测后的子流进行循环冗余校验译码，并根据循环冗余校验译码的结果判断各子流中是否有错；c)如果子流全部正确或者全部有错，则结束迭代过程，否则，从接收的子流中去除已经正确检测的子流，得到未能正确检测的子流；d)针对未能正确检测的子流进行多入多出检测，并重复步骤b)和c)。本发明对检测错误的子流进行迭代检测，每迭代一次都可以获得更高的分集重数，从而可以获得更好的检测性能。

Description

多天线传输中的迭代检测方法及其接收终端

技术领域

本发明涉及多天线无线通信***中的检测技术，具体涉及一种在多天线传输中的迭代检测方法和执行该方法的接收终端。

背景技术

越来越高的信息传输速率是未来无线通信***所面临的主要问题之一。为了在有限的频谱资源上实现这一目标，多天线技术(MIMO)已成为未来无线通信中所采用的必不可少的手段之一。在MIMO***中，发送端利用多根天线进行信号的发送，接收端利用多根天线进行空间信号的接收。研究表明，相比于传统的单天线传输方法，MIMO技术可以显著的提高信道容量，从而提高信息传输速率。

图1所示为传统的MIMO结构示意。

在该结构中，发送端和接收端分别采用n_T和n_R个天线进行信号的发送和接收。在发送端，待发送的数据从数据源模块101读出，然后经过串并转换模块102的处理，分成n_T个数据子流，每个数据子流对应一个发送天线105。每个待发送的数据子流在发送之前，分别在循环冗余校验(CRC)编码模块103和信道编码与调制模块104进行编码和调制处理。CRC编码模块103的操作是在每个发送数据块之后添加若干位的CRC比特，用作对当前发送数据块的校验。这样，通过在接收端的CRC译码模块108进行相应的译码操作就可以判断出接收到的每个数据块中有没有误码。

在接收端，首先由n_R个接收天线106将空间全部信号接收下来，然后由信道估计模块110根据该接收信号中的导频信号或采用其他方法进行信道估计，估计出当前的信道特性矩阵H(对于MIMO***来说，其信道特性可以用一个矩阵来描述)。接着，MIMO检测模块107利用所得的信道矩阵H，通过对各天线接收的信号进行检测得到每个子流在CRC编码模块103处理之后的数据。

这里，MIMO检测可以采用多种方法，比如常用的迫零(ZF)、最小均方误差(MMSE)、串行干扰抵消(SIC)或者其他方法。MIMO检测107中一般包含了两部分操作：用检测子解出发送端各天线发送的信号；对每个信号进行解调和译码。在实际的MIMO检测中，检测各天线发送信号与解调译码这两部分往往并非独立进行的，前者的输出送给后者，而前者的进行又往往需要后者的输出。这也就是一般把解调与译码模块也归入MIMO检测模块的原因。

通过MIMO检测模块107的处理，得到每个发送子流在CRC编码模块103处理后、信道编码与调制模块104处理前的数据。接下来，在CRC译码模块108再对这些数据分别进行CRC译码，从而可以判断出当前每个数据子流正确接收与否。每个CRC译码模块108在每一次CRC译码之后都会产生一个确认(ACK)或不确认(NAK)信号，并将其通过反馈信道111发送回发送端。ACK和NAK分别表示该数据块中没有误码和存在误码这两种情况。发送端对接收到的CRC译码所反馈回的信号进行判断，如果是ACK信号，则表示相应的数据子流已正确接收，则在下一个发送时刻在相应发送天线上可以发送新的数据子流；如果接收到的是NAK信号，则表示相应的数据子流中经接收处理后有误码，则发送端在下一个发送时刻将把原来的数据子流重新发送一遍。另外，接收到的数据子流如果经CRC译码模块108处理后正确无误，CRC译码模块108将会把在发送端的CRC编码模块103中加在信息比特之后的CRC比特去掉，从而得到原始的信息流。之后，每一路信息流再经并串转换模块109的处理后得到最终的接收数据。

传统的MIMO***中，接收端对MIMO检测后的每个数据子流进行CRC译码后输出的ACK或NAK信号仅仅用于发送端的重传操作。大家尚未认识到由于MIMO检测自身的特点，该信号如果能用于MIMO检测的话可以有效的提高MIMO检测的性能。

我们知道，影响MIMO检测性能的一个重要参数是分集重数。分集重数越高，MIMO检测后的性能越好。简单说来，也就是发送天线数越少，接收天线数越多时，MIMO检测后的性能越好。如果在MIMO检测之后，根据每个子流CRC译码的结果，将已正确接收的数据子流的作用从整个接收信号中抵消掉，再对前面未正确检测的数据子流进行重新检测的话，由于与前一次MIMO检测相比，此时每个待检测的数据子流会有更高的分集重数，从而会获得更好的检测性能。另外，这一步骤可以循环进行，直至检测性能不能进一步提高为止。

这里，MIMO检测性能的提高可以这样理解：比如对一个4发4收的MIMO***，假设在一次MIMO检测后，通过CRC译码知晓4个数据子流(1，2，3，4)中子流3和4中有误码。在传统的MIMO***中，MIMO检测过程就到此为止了，子流3和4的误码只能通过重传来解决。而在本方法中，根据CRC译码的结果再重新进行MIMO检测。这一步里将已正确检测的子流1和2的作用从整个接收信号中去除，而单独对前一步检测有错的子流3和4进行检测。由于此时的MIMO***可以等效为一个2发4收的***(子流1和2的影响已干净的去除)，也就是说子流3和4具有更高的分集重数，从而会在这一次的检测中得到更好的性能。

发明目的

本发明的目的在于进一步提高多天线传输中的检测性能。

本发明中首先对所有子流进行检测和CRC译码，并根据每个检测后子流CRC译码后的信息，在整个接收信号中去除已正确检测子流的作用，并对尚未能正确检测的子流进行重新检测。在本发明方法中，这一步骤重复进行，直至所有子流都已正确检测，或者检测错误的子流数不再减少。

在本发明的第一方面，提供了一种多天线传输中的迭代检测方法，包括步骤：a)接收包括子流的信号，并对子流进行多入多出检测；b)对多入多出检测后的子流进行循环冗余校验译码，并根据循环冗余校验译码的结果判断各子流中是否有错；c)如果子流全部正确或者全部有错，则结束迭代过程，否则，从接收的子流中去除已经正确检测的子流，得到未能正确检测的子流；d)针对未能正确检测的子流进行多入多出检测，并重复步骤b)和c)。

在本发明的另一方面，提供了一种多天线传输中的接收终端，包括：多个天线，用于接收包括多个子流的信号；信道估计装置，用于从接收的信号估计信道特性矩阵；多入多出迭代检测装置，用于依据所述信道特性矩阵对各个子流进行多入多出检测；循环冗余校验装置，用于对多入多出检测的子流进行循环冗余校验；其中，所述多入多出迭代检测装置按照循环冗余校验的结果判断子流中是否有错，并对有错的子流再次进行检测。

其中，所述多入多出迭代检测装置包括：存储器，用于存储接收的子流和所述信道特性矩阵；多入多出检测单元，用于依据所述信道特性矩阵对各个子流进行多入多出检测；正确子流去除单元，用于从接收的子流中去除已经正确检测的子流，得到未正确检测的子流；迭代检测控制单元，用于对正确子流去除单元和多入多出检测单元进行控制。

本技术方案中对检测错误的子流进行迭代检测，每迭代一次都可以获得更高的分集重数，从而可以获得更好的检测性能。

附图说明

图1为传统的MIMO***结构示意；

图2为采用本发明技术的MIMO***结构示意；

图3为MIMO迭代检测模块结构示意；

图4为本发明所采用迭代检测方法；以及

图5为本发明所采用的方法与传统方法的性能比较。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

图2所示为采用本发明技术的MIMO***结构示意。

其中，发送端和接收端分别采用n_T和n_R个天线进行信号的发送和接收。在发送端，待发送的数据首先经过串并变换模块102的处理，分成n_T个数据子流，每个数据子流对应一个发送天线105。每个待发送的数据子流在发送之前依次经过CRC编码模块103和信道编码与调制模块104进行CRC编码处理和信道编码与调制处理。

在接收端，首先由n_R个接收天线106将空间全部信号接收下来，然后由信道估计模块110根据该接收信号中的导频信号或采用其他方法进行信道估计，估计出当前的信道特性矩阵H。MIMO迭代检测模块207根据信道估计模块110输出的信道矩阵H对接收信号进行迭代检测。接下来，在CRC译码模块108再对检测输出的各个数据子流进行CRC译码，来判断经MIMO检测后的各个数据子流中是否存在误码。同时，将每个子流经CRC译码后的结果返回给MIMO迭代检测模块207，用于下一步MIMO检测。MIMO迭代检测完全结束之后，将每个数据子流经检测后的状态(无误码或有误码)通过ACK或NAK信号发送回发送端，用于对发送端的重传操作进行控制。

与图1中的传统MIMO***结构相比，采用本发明技术的MIMO***的不同之处在于：采用了基于CRC译码信息的MIMO迭代检测方法，即图2中的MIMO迭代检测模块207。MIMO迭代检测模块207根据每个子流CRC译码后的信息对检测错误的子流进行重新检测。由于在每次检测中都将已正确检测出的数据子流的作用从整体接收信号中去掉，只对检测错误的子流进行迭代检测，因此每迭代一次都可以获得更高的分集重数，从而可以获得更好的检测性能。MIMO迭代检测模块207的实现结构如图3所示。

图3所示为MIMO迭代检测模块结构示意。

其中，MIMO检测迭代模块207包括存储器301，302，MIMO检测单元304，迭代检测控制单元305，以及正确子流去除单元303。在实现上，接收天线106所接收到的信号和信道估计模块110所得的信道特性矩阵H分别送给存储器301和302。MIMO检测单元304中即实现传统的MIMO检测，比如ZF、MMSE或SIC等等，MIMO检测单元304的输出送给CRC译码模块108。在每次MIMO检测之前，需要在整个接收信号中将已正确检测的数据子流的作用去除掉，也就是说仅仅对尚未正确检测的子流进行检测。从实现上，这一步操作由正确子流去除单元303在迭代检测控制单元305的作用下实现。迭代检测控制单元305根据当前每个子流在CRC译码模块108的处理后所得的信息对正确子流去除单元303和MIMO检测单元304进行控制，同时，在整个MIMO迭代检测过程完全结束之后，迭代检测控制单元305还将每个数据子流经检测后的状态(无误码或有误码)通过ACK或NAK信号发送回发送端，用于对发送端的重传操作进行控制。

具体说来，在每次MIMO检测之后，迭代检测控制单元305都会读取CRC译码模块108的输出，如果此时所有子流都已正确检测，或者与前一步相比检测错误的子流数并未减少，则迭代检测控制单元305通知MIMO检测单元304停止对原数据流的继续检测，并将每个数据子流当前的状态(无误码或有误码)通过ACK或NAK信号发送回发送端，用于对发送端的重传操作进行控制。否则的话，迭代检测控制单元305便通知MIMO检测单元304对原数据流继续进行检测，并将已正确检测的子流序号告知正确子流去除单元303。此时，正确子流去除单元303从存储器301中读取之前存储的接收信号，以及存储器302中存储的估计所得的信道特性，然后从接收信号中将已正确检测子流的作用去除，并将去除已正确检测子流作用后的接收信号送入MIMO检测单元304。之后，MIMO检测单元304便根据存储器302中存储的信道特性对输入的信号进行重新检测。

本发明中所采用的MIMO迭代检测技术可以用图4来描述。

图4所示为本发明所采用迭代检测方法的流程图。

MIMO***发送端的天线数为n_T，接收天线数为n_R，发送天线上发送的数据子流表示成S＝{S₁，S₂，...，S_nT}。假设MIMO信道特性矩阵H已知，H可以通过常规的MIMO信道估计方法获得。接收天线106上接收的信号可以表示成Y＝f(S₁)+f(S₂)+...+f(S_nT)+n，其中f(.)表示MIMO信道对每个接收子流S₁，S₂，...，S_nT的作用，其由H决定，n表示接收天线上的噪声(步骤S401)。

然后，对所有子流进行MIMO检测、CRC译码，并根据CRC译码后的信息判断各子流是否正确检测。若全部正确检测或全部有错，则整个MIMO迭代检测过程结束，否则转到下一步。具体说来，这一过程包括以下三个步骤：

(1)对所有子流进行MIMO检测(步骤S402)。这里的MIMO检测可以采用任一种传统的MIMO检测方法，比如ZF，MMSE或者SIC检测等等。

(2)对步骤S402中检测后的所有子流进行CRC译码，(步骤S403)。发送端对每个发送子流都进行了CRC编码，由此，通过对步骤S403中检测后的所有子流进行CRC译码可以判断出每个子流数据经接收和检测后是否存在误码。

(3)根据CRC译码后的信息判断各子流是否正确检测(步骤404)。若全部正确检测或全部有错，则整个MIMO迭代检测过程结束，接收端向发送端分别返回n_T个ACK和NAK信号，否则转到下一步。这里指的是，如果在步骤S402中的MIMO检测后，存在有误码的数据子流，则转到下一步，开始进行迭代检测的过程。

接下来，需要在整个接收信号中去除已正确检测子流的作用，并对前面未能正确检测的子流进行重新检测(步骤S405)。

假设通过前面的MIMO检测之后，由CRC译码可知在所有子流S＝{S₁，S₂，...，S_nT}中，已正确检测的子流集合为S_c＝{S_c1，S_c2，...}，而存在误码的子流集合为S_e＝{S_e1，S_e2，...}。在这一步里，我们首先在整个接收信号中去除已正确检测子流的作用，也就是说此时的接收信号中仅仅包含前面未能正确检测的子流S_e＝{S_e1，S_e2，...}数据，即接收信号变为Y’＝Y-f(S_c1)-f(S_c1)-...＝f(S_e1)+f(S_e2)+...+n。接下来，我们根据信道特性矩阵H，采用如步骤S402中一样的传统MIMO检测方法在信号Y中对前面检测后存在误码的子流集合S_e＝{S_e1，S_e2，...}进行检测，并对检测后输出的子流进行CRC译码(步骤S406)，如果此时全部子流都已正确检测，或者检测错误的子流数并未减少，则整个迭代检测过程结束，否则再回步骤S405(步骤S407)。

在这一步骤，首先对步骤S405中检测后输出的子流集合S_e＝{S_e1，S_e2，...}进行CRC译码。这里，CRC译码后的结果可以有三种情况：

(1)原来检测后存在错误的子流S_e＝{S_e1，S_e2，...}通过这一次检测后全部正确，此时接收端向发送端返回n_T个ACK信号，整个MIMO迭代检测过程结束。

(2)原来检测后存在错误的子流S_e＝{S_e1，S_e2，...}通过这一次检测后仍然全部有误码，此时说明进行重复的检测没有效果，整个MIMO迭代检测过程结束。存在误码的每个子流S_e＝{S_e1，S_e2，...}向发送端返回NAK信号，无误码的每个子流S_c＝{S_c1，S_c2，...}向发端返回ACK信号。

(3)原来检测后存在错误的子流S_e＝{S_e1，S_e2，...}通过这一次检测后，其中有部分子流没有了误码。那么，说明通过这一重复的检测过程起到了一定的效果，则更新已正确检测的子流集合子流集合为S_c和还存在误码的子流集合Se，并转到步骤S405，继续进行迭代检测。

图5所示为本发明所采用的方法与传统方法的性能比较。

其中，仿真中采用的发送天线和接收天线数均为4。信道采用了平坦衰落信道，采用QPSK调制。图5所示为采用传统的检测方法和本发明申请中的迭代检测方法后的误码率性能，其中传统的检测方法和迭代检测中采用的检测方法均为ZF检测。由图5的结果可见，与传统方法相比，采用本发明申请中提出的方法可以获得更好的误码0 率性能。

Claims (14)

1、一种多天线传输中的迭代检测方法，其特征在于，包括步骤：

a)接收包括子流的信号，并对子流进行多入多出检测；

b)对多入多出检测后的子流进行循环冗余校验译码，并根据循环冗余校验译码的结果判断各子流中是否有错；

c)如果子流全部正确或者全部有错，则结束迭代过程，否则，从接收的子流中去除已经正确检测的子流，得到未能正确检测的子流；

d)针对未能正确检测的子流进行多入多出检测，并重复步骤b)和c)。

2、如权利要求1或2所述的多天线传输中的迭代检测方法，其特征在于还包括步骤：

根据接收的信号估计信道特性矩阵，并依据信道特性矩阵来对子流进行多入多出检测。

3、如权利要求1所述的多天线传输中的迭代检测方法，其特征在于所述多入多出检测包括：迫零检测、最小均方误差检测或者串行干扰抵消检测。

4、如权利要求1或2所述的多天线传输中的迭代检测方法，其特征在于，从接收的子流中去除已经正确检测的子流包括：从接收的子流中减去已经正确接收的子流。

5、如权利要求1所述的多天线传输中的迭代检测方法，其特征在于，还包括步骤：

对正确接收的子流进行并串转换，输出接收数据。

6、如权利要求1所述的多天线传输中的迭代检测方法，其特征在于，如果每次检测的子流全部有错，则向发送端请求重发该子流。

7、如权利要求1所述的多天线传输中的迭代检测方法，其特征在于，如果每次检测的子流全部正确，则向发送端发送确认信号。

8、一种多天线传输中的接收终端，其特征在于，包括：

多个天线，用于接收包括多个子流的信号；

信道估计装置，用于从接收的信号估计信道特性矩阵；

多入多出迭代检测装置，用于依据所述信道特性矩阵对各个子流进行多入多出检测；

循环冗余校验装置，用于对多入多出检测的子流进行循环冗余校验；

其中，所述多入多出迭代检测装置按照循环冗余校验的结果判断子流中是否有错，并对有错的子流再次进行检测。

9、如权利要求8所述的多天线传输中的接收终端，其特征在于，所述多入多出迭代检测装置包括：

存储器，用于存储接收的子流和所述信道特性矩阵；

多入多出检测单元，用于依据所述信道特性矩阵对各个子流进行多入多出检测；

正确子流去除单元，用于从接收的子流中去除已经正确检测的子流，得到未正确检测的子流；

迭代检测控制单元，用于对正确子流去除单元和多入多出检测单元进行控制。

10、如权利要求9所述的多天线传输中的接收终端，其特征在于，如果每次检测的子流全部正确，则所述迭代检测控制单元将确认信号发送回发送端。

11、如权利要求9所述的多天线传输中的接收终端，其特征在于，如果每次检测的子流全部有错，则所述迭代检测控制单元请求发送端重发该子流。

12、如权利要求8-11之一所述的多天线传输中的接收终端，还包括串并转换装置，用于对正确检测的子流进行串并转换，输出接收数据。

13、如权利要求8-11之一所述的多天线传输中的迭代检测方法，其特征在于，所述多入多出检测包括：迫零检测、最小均方误差检测或者串行干扰抵消检测。

14、如权利要求8-11之一所述的多天线传输中的迭代检测方法，其特征在于，正确子流去除单元从接收的子流中减去已经正确接收的子流。

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