在移动环境下高阶调制MIMO系统的检测方法

摘要

本发明提出了一种在移动环境下高阶调制MIMO系统的检测方法，主要解决现有高阶4q-QAM调制多输入多输出MIMO复用系统检测复杂度高的问题。其检测步骤是：利用4q-QAM的分层特性，对4q-QAM的星座点进行区域划分；根据权重系数较大的调制子层数据确定侯选区域；在侯选区域中按星座点与对应的接收数据间的最小距离准则进行星座点优选；采用球形检测SD算法对各层优选后的星座点进行搜索，确定发送数据。本发明与多状态球形检测MSD方法相比，其复杂度有明显下降，且误码率性能有改善；与球形检测SD相比，本发明的复杂度在高信噪比SNR或低信噪比SNR下均有大幅下降，可用于移动环境下高阶调制MIMO系统中接收机的设计与实现。

主权项

1.一种在移动环境下高阶调制MIMO系统的检测方法，包括如下步骤：(1)根据接收天线接收的数据及信道值，构建检测的发射天线数据公式：$\hat{s}=[{\hat{s}}_{t1},{\hat{s}}_{t2},{\hat{s}}_{t3},L,{\hat{s}}_{t{N}_T}]=\arg \underset{s_{\mathrm{ti}}\in q_{4^q-\mathrm{QAM}}(1\le i\le N_T)}{\min }\underset{i=N_T}{\overset{1}{\Sigma }}{\left|\right|y_i^{\prime }-r_{i,i}{s}_{\mathrm{ti}}-\underset{j=i+1}{\overset{N_T}{\Sigma }}{r}_{i,j}{s}_{\mathrm{tj}}\left|\right|}^2\le C---1)$式中，代表最终确定的发射向量，为最终检测确定的第i层对应的发射数据，1≤i≤N_T，N_T代表发射天线数，  y′＝Q^Hy，H代表共轭转置，y为接收向量，y′_i代表y′向量的第i个数据，H_Ch＝QR，H_Ch代表信道矩阵，Q为列正交矩阵，R为上三角矩阵，r_i，j是R的第i行和第j列的元素，s_ti代表第i根发射天线发射的数据，1≤i≤N_T，s_ti∈4^q-QAM，4^q-QAM代表调制方式，q代表该4^q-QAM的调制子层数，s_tj代表第j根发射天线发射的数据，(i+1)≤j≤N_T，C为球半径；(2)将4^q-QAM调制数据用各个子层调制数据的线性组合表示：$s_{\mathrm{ti}}=\underset{k=1}{\overset{q}{\Sigma }}{2}^{q-k}(\sqrt{2}/2)s_{\mathrm{ik}}---2)$其中，s_ik∈Q_QPSK代表第i层第k个调制子层数据，Q_QPSK代表QPSK调制方式所包含的星座点，代表各调制子层权重系数，q代表该4^q-QAM的调制子层数；(3)将1)式中的s_ti用2)式代替，得到3)式，构建检测各层各调制子层的数据公式：${\hat{s}}_{\mathrm{ik}}=\arg \underset{s_{\mathrm{ik}}\in Q_{\mathrm{QPSK}},(1\le i\le N_T)}{\min }\left|\right|y_i^{\prime }-r_{i,i}\underset{p=1}{\overset{k}{\Sigma }}{2}^{q-p}\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right)s_{\mathrm{ip}}-\underset{j=i+1}{\overset{N_T}{\Sigma }}{r}_{i,j}{s}_{\mathrm{tj}}\left|\right|\le C1\le k\le q-1---3)$其中，代表第i层第k个调制子层检测确定的数据；(4)利用3)式逐子层确定第i层中各调制子层数据直到k＝q-1，(5)将第i层中确定的前q-1个调制子层数据(1≤k≤q)按式2)进行线性组合，得到用于第i层最终区域范围确定的值s_ti(q-1)：$s_{\mathrm{ti}(q-1)}=\underset{k=1}{\overset{q-1}{\Sigma }}{2}^{q-k}(\sqrt{2}/2){\hat{s}}_{\mathrm{ik}}---4)$(6)利用4)式进行第i层检测星座点范围的确定：当|r_i，i|＜η₁时，在4^q-QAM调制星座图中选取距离s_ti(q-1)最近的十六个星座点作为第i层检测星座点范围，并称此范围为扩展区域二；当η₁≤|r_i，i|＜η₂时，在4^q-QAM调制星座图中选取距离s_ti(q-1)最近的九个星座点作为第i层检测星座点范围，并称此范围为扩展区域一；当η₂≤|r_i，i|时，在4^q-QAM调制星座图中选取距离s_ti(q-1)最近的四个星座点作为第i层检测星座点范围，并称此范围为基本区域，其中，η₁和η₂是用来确定不同区域划分的两个不同的门限值，  0≤η₁≤1，η₂＞1，其具体值根据系统性能要求通过信道统计特性确定，|·|代表取绝对值；(7)在步骤(6)中确定的第i层检测星座点范围基础上，按照区域中星座点与第i层接收信号距离大小进行第i层星座点的自适应优选，即删除与第i层接收信号距离较大的区域中的星座点：对于基本区域，将φ₁与|r_i，i|和η₂进行比较：当|r_i，i|≥φ₁，优选星座点的数目为Z₁；当η₂≤|r_i，i|＜φ₁，优选星座点的数目为Z₂；对于扩展区域一，将φ₂与|r_i，i|，η₁和η₂进行比较：当φ₂≤|r_i，i|＜η₂，优选星座点的数目为Z₃；当η₁≤|r_i，i|＜φ₂，优选星座点的数目为Z₄；对于扩展区域二，将φ₃与|r_i，i|和η₁进行比较：当φ₃≤|r_i，i|＜η₁，优选星座点的数目为Z₅；当|r_i，i|＜φ₃，优选星座点的数目为Z₆；其中φ₁，φ₂和φ₃是针对不同区域划分确定优选星座点数目的三个不同的门限值，φ₁≥η₂，η₁≤φ₂＜η₂，0≤φ₃＜η₁，其具体值和优选星座点的数目Z₁，Z₂，Z₃，Z₄，Z₅和Z₆基于不同的η₁，η₂及性能需求直接给出；(8)将第i层优选后星座点构成的集合记为L_i，将3)式中的各子层数据的线性组合项用各层数据s_ti代替，且用优选后的星座点集合L_i，1≤i≤N_T给出s_ti的检测范围，按5)式得第i层检测的发射数据取值集合${\bar{s}}_{\mathrm{ti}}=\{s_{\mathrm{ti}}\in L_i|\underset{i=N_T}{\overset{i}{\Sigma }}{\left|\right|y_i^{\prime }-r_{i,i}{s}_{\mathrm{ti}}-\underset{j=i+1}{\overset{N_T}{\Sigma }}{r}_{i,j}{\bar{s}}_{\mathrm{tj}}\left|\right|}^2\le C,{\bar{s}}_{\mathrm{tj}}\in L_j\}---5)$式中，为确定的第i层检测的发射数据取值集合，L_i为第i层优选后的星座点集合，为确定的第j层检测的发射数据范围，L_j为第j层优选后的星座点集合，令i＝i-1，重复步骤(4)-(8)，直到确定出所有层检测的发射数据取值集合。(9)利用步骤(8)中确定的各层检测的发射数据取值集合1≤i≤N_T给出s_ti的取值范围，找出与y′距离最近的各层候选星座点组合作为最终检测的各层发射数据：$\hat{s}=[{\hat{s}}_{t1},{\hat{s}}_{t2},{\hat{s}}_{t3}L,{\hat{s}}_{t{N}_T}]=\arg \underset{s_{\mathrm{ti}}\in {\bar{s}}_{\mathrm{ti}}(1\le i\le N_T)}{\min }\underset{i=N_T}{\overset{1}{\Sigma }}{\left|\right|y_i^{\prime }-r_{i,i}{s}_{\mathrm{ti}}-\underset{j=i+1}{\overset{N_T}{\Sigma }}{r}_{i,j}{s}_{\mathrm{tj}}\left|\right|}^2.$其中，代表最终确定的发射向量，为最终检测确定的第i层对应的发射数据，1≤i≤N_T，N_T代表发射天线数，代表确定的第i层检测的发射数据范围，1≤i≤N_T y′＝Q^Hy，H代表共轭转置，y为接收向量，y′_i代表y′向量的第i个数据，H_Ch＝QR，H_Ch代表信道矩阵，Q为列正交矩阵，R为上三角矩阵，r_i，j是R的第i行和第j列的元素，s_ti代表第i根发射天线发射的数据，1≤i≤N_T为第i层检测确定的发射数据取值集合，s_tj代表第j根发射天线发射的数据，(i+1)≤j≤N_T，为第j层检测确定的发射数据取值集合，C为球半径。