專利名稱：用于提供發(fā)射序列的估計的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電信領(lǐng)域，具體來說，涉及在多輸入情況下的均衡問題的技術(shù)領(lǐng)域，在所述多輸入情況下，接收器從一個以上的發(fā)射天線接收信號。
背景技術(shù)：
對當(dāng)今和未來移動無線應(yīng)用所需的高數(shù)據(jù)速率的穩(wěn)定增長的需求，導(dǎo)致需要能夠有效地利用可用帶寬(或換言之，能達到的信道容量)的高數(shù)據(jù)速率傳輸技術(shù)。因此，多個輸入端多個輸出端(MIMO)傳輸系統(tǒng)近年來獲得了相當(dāng)大的重視。MIMO系統(tǒng)使用了多個發(fā)射點，每一個發(fā)射點都具有發(fā)射天線，以及多個接收點，每一個接收點都具有接收天線，用于接收多個發(fā)射點通過不同通信信道傳輸?shù)男盘枴?br> 例如，在豐富的散射環(huán)境中的多個輸入端多個輸出端信道上，可以實現(xiàn)大容量增長。容量增長與發(fā)射天線的數(shù)量成線性關(guān)系，除非它超過接收天線的數(shù)量。為了在這樣的系統(tǒng)中實現(xiàn)高度可靠的通信，最大似然法檢測將是最佳方式，然而，隨著發(fā)射天線的數(shù)量增大，接收器的復(fù)雜性也會令人生畏。
之所以接收器復(fù)雜性伴隨發(fā)射天線的數(shù)量增大而增加，是由于要考慮通信信道的數(shù)量增大，以便從由另外的若干個接收天線接收到的信號中檢測由若干個發(fā)射天線發(fā)射的信息。在P.W.Wolniansky、G.J.Foschini、G.D.Golden和R.A.Valenzuela所著的“V-BlastAnArchitecture for Realizing Very High Data Rates Over theRich-Scattering Wireless Channel”(發(fā)表于1998年9月的URSIInternational Symposium on Signals，Systems，and Electronics，第295-300頁)中，公開了具有較低復(fù)雜性的垂直-貝爾實驗室分層空時(V-Blast)檢測方案。通過按連續(xù)的方式彼此清除其他層的干擾，在接收器中檢測與不同發(fā)射天線關(guān)聯(lián)的獨立的數(shù)據(jù)流(叫做“層”)。
此外，還有人建議，執(zhí)行最佳檢測排序，這對于連續(xù)的干擾消除是非常重要的，從而，在每一檢測階段，提供了與最小的估計誤差關(guān)聯(lián)的發(fā)射信號值估計。
上文所提及的V-Blast檢測方案基于迫零(ZF)標(biāo)準(zhǔn)計算清零矢量。S.Bro、G.Bauch、A.Pavlic以及A.Semmerl.所著的“Improving BLAST Performance using Space-Time Block Codes andTurbo Decoding”(發(fā)表于Proc.IEEE Global TelecommunicationsConference(GLOBECOM 2000)，第2卷，2000年11月/12月，第1067-1071頁)，A.Benjebbour、H.Murata和S.Yoshida.所著的“Comparison of Ordered Successive Receivers for Space-TimeTransmissions”(發(fā)表于Proc.IEEE Vehicular TechnologyConference(VTC 2001-Fall)，美國，大西洋城，2001年10月，第2053-2057頁)說明了最小均方誤差(MMSE)標(biāo)準(zhǔn)用于改進了性能的V-Blast體系結(jié)構(gòu)的檢測方案。這些檢測方案需要在每一個檢測階段，即，在層檢測的每一步驟中，計算矩陣的偽逆矩陣(ZF V-Blast)或逆矩陣(MMSE V-Blast)，對于大量的數(shù)據(jù)流，從計算角度來看成本非常高，也難以做到。因此，與上文所提及的檢測方案關(guān)聯(lián)的估計復(fù)雜程度是巨大的。
對于ZF標(biāo)準(zhǔn)，降低復(fù)雜性是可能的。在D.Wübben，R.Bhnke，J.Rinas，V.Kühn和K.D.Kammeyer所著的“Efficient Algorithm for Decoding Layered Space-Time Codes”(發(fā)表于2001年10月IEE Electronics Letters，第37卷，no.22，第1348-1350頁)中，以及在D.Wübben，J.Rinas，R.Bhnke，V.Kühn和K.D.Kammeyer所著的“Efficient Algorithm for Decoding LayeredSpace-Time Codes”(發(fā)表于2002年1月的Proc.Of 4.ITGConference on Source and Channel Coding，Berlin第399-405頁)中，提出了具有次最佳檢測排序的基于隊列請求分解的減少計算量的方案。
在w.zha和S.D.Blostein所著的“Modified DecorrelatingDecision-Feedback Detection of BLAST Space-Time System”(發(fā)表于2002年4月/5月在美國紐約的Proc.IEEE Int.Conference onCommunications(ICC 2002)第1卷，第335-339頁)說明了Cholesky因式分解，在每一個檢測階段，該Cholesky因式分解通過幺正變換與重新排序一起，產(chǎn)生了最佳排序。
在R.Bhnke，D.Wübben，V.Kühn，和K.D.Kammeyer所著的“Reduced Complexity MMSE Detection for BLAST Architecture”(發(fā)表于2003年12月美國舊金山，Proc.IEEE GlobalTelecommunications Conference(GLOBECOM 2003)，第4卷，第2258-2262頁)中說明了基于MMSE標(biāo)準(zhǔn)的隊列請求分解的類似的影響。該文說明的排序是次最佳的，其導(dǎo)致的檢測誤差增多。
在B.Hassibi所著的“An Efficient Square-Root Algorithm forBLAST”(發(fā)表于Proc.IEEE Int.Conference on Acoustics，Speech，and Signal Processing.(ICASSP′00)，2000年6月，伊斯坦布爾，第2卷，第II737-II740頁)中，說明了用于重新排序的幺正變換。在E.Biglieri、G.Tariceo和A.Tulino所著的“DecodingSpace-Time Codes With BLAST Architectures”(發(fā)表于2002年10月IEEE Transactions on Signal Processing第50卷，no.10，第2547-2552頁)中，說明了Cholesky因式分解，然而，它沒有涉及排序策略，因此，不會產(chǎn)生最佳性能。
換句話說，現(xiàn)有技術(shù)方法說明了降低與次最佳檢測排序關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性，這會導(dǎo)致估計誤差增多，或者用于減少估計誤差的最佳重新排序，代價是復(fù)雜性增大。
圖10顯示了MIMO信道的系統(tǒng)模型。系統(tǒng)配備有NT個發(fā)射天線和NR個接收天線，其中，NT≤NR。下面，假設(shè)信號是窄頻帶，以便存在非分散的衰落信道。此外，圖10顯示了等效復(fù)雜的基帶中的離散時間系統(tǒng)模型。
信道輸入xi，i＝1，...，NT是復(fù)值基帶信號，并同時從NT個天線傳輸。換句話說，每一個發(fā)射天線都發(fā)射信道輸入序列的信道輸入值。從發(fā)射天線i到接收天線j的信道分接頭增益由hj，i來表示。
這些信道分接頭是獨立的相等的方差E[|hj，i|2]＝1的零平均復(fù)雜高斯變量。如果天線間隔足夠大，并且如果系統(tǒng)被豐富的散射環(huán)境所包圍，則此獨立路徑的假設(shè)成立。接收天線j上的信號可以表達為yj=Σi=1Nrhj,ixi+nj,]]>其中，y＝Hx+n是接收天線j中的外加噪聲。通過為NR個接收天線收集由上述公式確定的接收信號值，接收信號可以簡明地以矩陣形式來表達y＝Hx+nj其中 y=[y1,...,yNR]T,x=[x1,...,xNt]T,n=[n1,...,nNR]T,]]>和(·)T表示換位。
圖11顯示了V-Blast的檢測過程。接收信號y＝y(tǒng)1(是矢量)，由具有系數(shù)fk1H的過濾器進行過濾，以估計第k1個數(shù)據(jù)流，這是x個所有NT個項中的最可靠的估計，即，在此第一級中具有最小MSE。輸出端被Q(·)量化，并就xk1作出確定。假設(shè)此確定是正確的(x^k1=xk1),]]>通過將xk1乘以對應(yīng)信道脈沖響應(yīng)hk1(是矢量，H的第k1列)，減去xk1對接收信號y1的影響。將此過程重復(fù)NT次，直到檢測了x的所有項。
下面將描述根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)方法的詳細(xì)的過濾器計算和排序策略。
線性過濾器FH的誤差信號被表達為∈＝FHy-x通過應(yīng)用正交原理，即，E[∈ yH]＝0，可以求出線性MMSE過濾器。根據(jù)上述等式，由下列公式給出一個解FH＝ΦxxHH(HΦxxHH+Φnn)-1，其中信道輸入和噪聲的協(xié)方差矩陣被定義為
Φxx＝E[xxH]undΦnn＝E[nnH].
假設(shè)上述公式中的協(xié)方差矩陣是可逆的，則對于線性過濾器的上述公式可以以下列替代形式來表示FH=(Φn-1+HΦnn-1HH)-1HHΦnn-1]]>其中，應(yīng)用了兩次已知的矩陣求逆引理，獲得了上述公式。根據(jù)上述公式，誤差協(xié)方差矩陣讀作Φ∈∈=E[∈∈H]=(Φxk-1+HHΦnn-1H)-1.]]>值得注意的是，Φ∈∈的對角線項是MSE，即，E[|xi-x^i|2]]]>i＝1，...，NT。如此，具有Φ∈∈的最小對角線項的第k1個數(shù)據(jù)流可以被視為MMSE意義上的最可靠的一個，必須在第一級中檢測，以便避免誤差傳播，這對應(yīng)于上文所提及的最佳排序。
對應(yīng)的過濾器fk1H對應(yīng)于FH的第k1行。在第二級，由于已經(jīng)檢測了x的第k1項，因此，可以忽略信道矩陣H的第k1列，導(dǎo)致只具有NT-1個發(fā)射天線的更新的系統(tǒng)。
為了概括該過程，引入了縮小的信道矩陣H(i)，其中，對于i＝2....，NT和H(i)=ΔH,]]>H的列k1，...，ki-1被零替代。在第i級，通過將H替換為H(i)，根據(jù)上述公式計算Φ∈∈(i)和F(i).H。然后，最佳檢測方案可以被描述為k1=argmink∈{k1,...,ki-1}ekTΦ∈∈(i)ek]]>fk1H=ek1TF(i).H=ek1TΦ∈∈(i)HHΦnn-1,]]>其中，ek是大小為NT的單位矩陣的第k列，最后一個步驟遵循上文所提及的公式。因此，對于每一個接收序列，MMSE-V-Blast重復(fù)該過程，并需要NT次矩陣求逆計算，從計算角度來看成本非常高。換句話說，上文所討論的檢測方案應(yīng)用了最佳排序，以便所產(chǎn)生的估計誤差減少。然而，此錯誤減少卻存在巨大的計算難度。
在E.Bigliei、g.Taricco和A.Tulino所著的“DecodingSpace-Time Codes With BLAST Architectures”(發(fā)表于2002年10月的IEEE Transactions on Signal Processing，第50卷，第10期，第2547-2552頁)和G.Ginis和J.M.Cioffi所著的“On theRelation Between V-BLAST and the GDFE”(發(fā)表于2001年9月的IEEE Communications Letters，第5卷，第9期，第364-366頁)中，通過一對前向和后向阻塞過濾器描述了V-Blast體系結(jié)構(gòu)，對后向過濾器結(jié)構(gòu)有某些約束。圖12顯示了所產(chǎn)生的方框圖。
圖12所示的序列估計器包括前向過濾器1201，該前向過濾器1201具有若干個對應(yīng)于若干個接收天線的輸入端，以及若干個連接到減法器1203的輸出端。減法器1203具有若干個輸出端1205和若干個另外的輸入端1207。換句話說，過濾器1201是前面提及的前向過濾器。減法器1203的若干個輸出端1205連接到用于執(zhí)行硬確定的量化器1209。量化器具有若干個對應(yīng)于若干個發(fā)射天線的(或若干個信道輸入端)的輸出端1211。若干個輸出端1211被反饋到后向過濾器1213、該后向過濾器1213具有若干個對應(yīng)于若干個接收天線的輸出端。后向過濾器1213的若干個輸出端連接到減法器1203的若干個另外的輸入端1207。
發(fā)射序列的估計是通過量化器1209的若干個輸出端1211提供的。由量化器1209檢測到的估計被后向過濾器1213進行過濾，從由前向過濾器1201所提供的已過濾的值中減去已過濾的檢測到的估計，以便減少符號間干擾。因此，圖12所示的結(jié)構(gòu)可以被視為確定-反饋均衡器(DFE)結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于圖11的結(jié)構(gòu)。
反饋過濾器BH必須是單位下(或上)三角形，以便不從已經(jīng)檢測到的信號中減去BH-1的輸出端。這是因果關(guān)系約束，這是正確地描述連續(xù)的干擾消除過程所必需的。關(guān)于這一點，單位下(上)三角形矩陣是沿著主對角線具有一(“1”)值的下(上)三角形矩陣。
然而，上文所討論的方法卻存在缺點沒有考慮到檢測排序。換句話說，圖12所示的方法假設(shè)檢測排序已經(jīng)是最佳，但并不是在所有情況下都是這樣。雖然與圖12所示的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的檢測方案相對于圖11的估計方案復(fù)雜性降低，但是，在非最佳確定排序的情況下，即，在輸入序列值沒有以這樣的方式重新排序以便確定排序是最佳的情況下，它會導(dǎo)致估計誤差增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供以較低的復(fù)雜性和最佳的檢測排序估計發(fā)射序列的有效概念。
此目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于提供發(fā)射序列的估計的設(shè)備或通過根據(jù)權(quán)利要求28所述的用于提供發(fā)射序列的估計的方法或通過根據(jù)權(quán)利要求29所述的計算機程序來實現(xiàn)的。
本發(fā)明基于這樣的結(jié)論當(dāng)為了優(yōu)化估計方案，而顯式包括置換信息時，可以獲得有效的估計方案，或者換句話說，有效的檢測方案，所述置換信息表示一組值中的值的重新排序以便能夠取得最佳檢測排序。
根據(jù)本發(fā)明，置換信息是由有關(guān)與發(fā)射序列的估計關(guān)聯(lián)的估計誤差的信息派生而來的，其中，發(fā)射序列的估計是從發(fā)射序列的接收到的版本(即，接收序列)獲取的。由于用于對要檢測的值進行置換(即，重新排序)的置換信息是從有關(guān)估計誤差的信息派生而來的，因此，可以執(zhí)行最佳置換，導(dǎo)致產(chǎn)生最佳檢測排序。例如，有關(guān)估計誤差的信息包括與發(fā)射序列的估計的每一個值關(guān)聯(lián)的均方誤差。如上文所提及的，當(dāng)與要檢測的隨后的值關(guān)聯(lián)的估計誤差處于升序時，即，第一誤差值小于在第一誤差值之后的第二誤差值，獲得了最佳檢測排序。因此，置換信息可以直接從誤差信息派生而來，以便在檢測之前重新排序要待排序的值，以便取得所需的最佳檢測排序。
與圖12的實施例不同，圖2顯示了包括置換的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。當(dāng)(只作為示例)通過顯式使用由置換矩陣203和205表示的置換信息同時計算和優(yōu)化前向過濾器201的系數(shù)和后向過濾器207的系數(shù)，以便可以同時實現(xiàn)降低復(fù)雜性并取得最佳檢測排序，即估計誤差降低時，可以同時減少估計誤差和降低復(fù)雜性。仍參考圖2的實施例，只作為示例，聯(lián)合地優(yōu)化前向和后向過濾器以及最佳檢測排序。例如，顯式包括了由置換信息(可以是置換矩陣)表示的排序，用于前饋過濾器和包括圖2所示的后向過濾器的干擾消除器的優(yōu)化公式化。
一般而言，本發(fā)明提供了在多個輸入端多個輸出端情況下從接收序列估計發(fā)射序列的概念。根據(jù)本發(fā)明，接收序列由處理器進行處理，以便獲得置換的過濾序列。例如，本發(fā)明的處理器同時執(zhí)行過濾和置換操作。優(yōu)選情況下，過濾任務(wù)是使用信道信息執(zhí)行的，而置換任務(wù)是使用置換信息執(zhí)行的。因此，處理器不是傳統(tǒng)意義上的過濾器，因為執(zhí)行了由置換信息和過濾確定的值重新排序。
為了獲得置換信息，本發(fā)明提供了用于提供有關(guān)與發(fā)射序列的估計關(guān)聯(lián)估計誤差的信息的裝置。估計誤差(可以被表示為包括與發(fā)射序列的估計的值關(guān)聯(lián)的多個估計誤差值的矢量)，舉例來說可以從基于上文所提及的正交原理的解決方案中獲取，其中，在最小均方誤差意義上對維納最佳化方程進行求解(只作為示例)。在此情況下，估計誤差取決于例如發(fā)射信號功率、噪聲功率、以及例如由描述MIMO信道的信道矩陣表示的通信信道。因此，可以事先確定估計誤差，而無需知道發(fā)射序列的估計，原因如下。對于一個給定通信系統(tǒng)，通常先驗地知道發(fā)射信號功率。例如，噪聲功率可以在接收器上根據(jù)接收序列的協(xié)方差(始終可以估計到)來確定。有關(guān)通信信道的信息，例如，上文所提及的信道矩陣通常在接收器上由信道估計器來進行估計。例如，信道估計器根據(jù)出于信道估計目的從發(fā)射點發(fā)射到接收點的引導(dǎo)序列來提供信道矩陣的估計。
為了計算取得最佳檢測排序并使復(fù)雜性降低所需要的置換信息，本發(fā)明進一步提供了用于優(yōu)選情況下只使用估計誤差來計算置換信息的裝置。例如，用于計算置換信息的裝置被用來計算可以與過濾矩陣結(jié)合的置換矩陣，以便由本發(fā)明的處理器所提供的置換的過濾序列值處于這樣的順序，以便取得最佳檢測排序，即，處于這樣的順序，以便與發(fā)射序列的估計的值關(guān)聯(lián)的估計誤差值以預(yù)先確定的順序排列，例如，按照前面所提及的升序排列。
由于由本發(fā)明的處理器所提供的置換的過濾序列事實上代表了發(fā)射序列的可能的估計，因此，可以提供簡單的硬決定檢測器，以便對發(fā)射序列的估計的值作出確定。
然而，上文所提及的所檢測的值可以進一步包括由通信信道所引起的另一個發(fā)射信號值的干擾。此干擾事實上包括在由處理器所提供的置換的過濾序列中。為了減少干擾并提供與上文所提及的發(fā)明方法相比具有更少的估計誤差的發(fā)射序列的估計，本發(fā)明進一步提供了干擾消除器，用于通過使用置換的過濾序列執(zhí)行減法運算來減少干擾，以提供發(fā)射序列的估計。具體來說，通過減法來降低干擾所需的所有操作數(shù)都是從置換的過濾序列派生而來的。例如，干擾消除器包括反饋回路，以便從置換的過濾序列中減去發(fā)射序列的估計或其加權(quán)的版本。
本發(fā)明的優(yōu)點是，與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，本發(fā)明的估計方案的復(fù)雜性降低，同時，估計誤差也減少，因為通過引入置換信息，可以獲得最佳檢測排序。
此外，當(dāng)允許次最佳檢測排序時，復(fù)雜性可以進一步降低。
然而，本發(fā)明的復(fù)雜性降低并沒有導(dǎo)致性能損壞，與依賴最佳檢測排序的現(xiàn)有技術(shù)方法相比，在大大地降低復(fù)雜性的情況下，可以取得相同性能。


下面將參考圖形詳細(xì)描述本發(fā)明的其他實施例，其中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的用于提供發(fā)射序列的估計的設(shè)備的方框圖；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的用于提供發(fā)射序列的估計的設(shè)備的方框圖；圖3顯示了對于圖2的實施例的情況的使用置換信息的聯(lián)合最佳化；圖4顯示了最佳檢測排序情況下本發(fā)明的方法；圖5顯示了次最佳檢測排序情況下本發(fā)明的方法；圖6a-6d顯示了置換信息和過濾參數(shù)的聯(lián)合確定；圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的用于提供發(fā)射序列的估計的本發(fā)明設(shè)備的方框圖；圖8顯示了本發(fā)明干擾消除器的實施例；
圖9a、9b顯示了本發(fā)明的方法的性能；圖10顯示了MIMO信道的系統(tǒng)模型；圖11顯示了V-Blast結(jié)構(gòu)；以及圖12顯示了塊DFE結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
圖1所示的設(shè)備包括具有NR個輸入端的處理器101，其中，NR是接收點的數(shù)量，每一個接收點都包括接收天線。處理器進一步包括第一輸入端103、第二輸入端105以及若干個輸出端。
處理器101的若干個輸出端連接到干擾消除器107，其中，干擾消除器107具有若干個輸出端，其中，干擾消除器107的若干個輸出端對應(yīng)于處理器101的若干個輸出端。
圖1的設(shè)備進一步包括用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置109。用于提供信息的裝置109具有連接到用于計算置換信息的裝置111的輸出端。用于計算的裝置111具有連接到處理器101的第二輸入端的輸出端。
如圖1所描述的，提供到處理器101的輸入端的接收序列包括NR個接收序列值，其中，每一個接收序列值都提供到處理器101的不同輸入端。此外，接收序列是可從NT個發(fā)射點發(fā)射到圖1中所描述的NR接收點的發(fā)射序列的版本。每一個接收點都包括接收天線和若干個模擬和數(shù)字處理裝置，例如，帶通濾波器，以及模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(圖1中沒有顯示該裝置)，以便提供接收序列。
具體來說，發(fā)射序列值可以由NT個發(fā)射點中的一個通過多個通信信道中的一個通信信道發(fā)射到NR個接收點中的一個接收點，其中，通信信道從發(fā)射點延伸到接收點。然而，接收點還接收可以由另一個發(fā)射點通過從另一個發(fā)射點延伸到接收點的另一個通信信道傳輸?shù)牧硪粋€發(fā)射序列值，從而發(fā)生了干擾。因此，接收序列包括發(fā)射序列值的干擾和信道影響。此外，接收序列還會被信道噪聲損壞。
如上文所描述的，處理器101用于處理接收序列，以便獲取置換的過濾序列，其中，處理器101被用來使用信道信息和置換信息對接收序列進行處理。信道信息是通過第一輸入端103提供的，置換信息由用于計算的裝置111進行計算，從而，使用有關(guān)與發(fā)射序列的估計關(guān)聯(lián)的估計誤差的信息。用于計算的裝置111用于計算置換信息，以便置換的過濾序列值處于這樣的順序，以便與由干擾消除器107提供的發(fā)射序列的估計的值關(guān)聯(lián)的估計誤差值以預(yù)先確定的順序排列，例如，按照升序或按照降序排列。
如前面所描述的，干擾消除器107接收由處理器101所提供的置換的過濾序列，并通過使用置換的過濾序列執(zhí)行減法運算，以通過若干個輸出端提供發(fā)射序列的估計，減少干擾。
根據(jù)本發(fā)明，有關(guān)估計誤差的信息可以以誤差矩陣(例如，誤差協(xié)方差矩陣)的元素的形式，作為有關(guān)估計誤差的信息提供，以便誤差矩陣的對角線包括估計誤差值。關(guān)于這一點，如上文所提及的，估計誤差值表示與發(fā)射序列的估計的值關(guān)聯(lián)的估計誤差，其中，每一個估計誤差值可以是均方誤差(MSE)或最小均方誤差(MMSE)值。因此，用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置109被用來根據(jù)置換的過濾序列和發(fā)射序列的估計之間的平均MSE的最小值計算誤差矩陣，以便估計誤差值是MSE值。如上文所提及的，可以計算有關(guān)估計誤差的信息，例如，誤差矩陣，而無需參考傳輸?shù)男蛄械墓烙?。此問題將在稍后解決。
下面將說明發(fā)明構(gòu)思。
具體來說，用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置109用于計算誤差矩陣，以便誤差矩陣包括發(fā)射序列協(xié)方差矩陣，其中，發(fā)射序列協(xié)方差矩陣包括發(fā)射序列功率，或包括噪聲功率的噪聲協(xié)方差矩陣或包括從發(fā)射點到接收點延伸的多個通信信道的信道脈沖響應(yīng)的信道矩陣。
下面將詳細(xì)描述發(fā)明構(gòu)思，為了清楚和一致性起見，圖12所示的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)將充當(dāng)派生本發(fā)明的優(yōu)化估計方案的起點。
如上文所說明的，與圖12所示的方法不同，本發(fā)明在優(yōu)化公式化中顯式包括檢測排序。
圖2顯示了用于MMSE塊確定反饋均衡器的子序列推導(dǎo)的系統(tǒng)模型，并考慮了由置換矩陣P表示的確定排序，其中，置換矩陣表示了置換信息。
圖2的設(shè)備包括對應(yīng)于上文所討論的處理器101的過濾器201。過濾器201具有若干個用于接收“接收序列”y的輸入端，以及多個連接到減法器1203的輸出端。減法器1203的多個輸出端連接到用于置換的裝置203。用于置換的裝置203具有多個輸出端，連接到(只作為示例)決定器1209。決定器1209的多個輸出端通過另一個用于置換的裝置205和用于加權(quán)的裝置207被反饋到減法器，其中，裝置207可以執(zhí)行過濾操作，如參考圖12的實施例所說明的。
如上文所提及的，圖2所示的設(shè)備顯式利用由置換矩陣P給出的置換信息。如圖2所描述的，另一個用于置換的裝置205將置換矩陣P應(yīng)用到發(fā)射序列的估計中。與之相反，置換裝置203應(yīng)用矩陣P的轉(zhuǎn)置來進行置換，即，重新排序由減法器1203所提供的一組值中的值。
關(guān)于這一點，置換矩陣P是其行重新排序了的單位矩陣，其中，下列關(guān)系成立PPT＝PTP＝1下面，將確定本發(fā)明的過濾器201的系數(shù)、由用于加權(quán)的裝置207所使用系數(shù)以及置換矩陣P的系數(shù)。
如上文所提及的，P用于表達檢測排序。根據(jù)本發(fā)明，估計的信號 被優(yōu)化，可以被表達為x^p=FHy-(BH-1)Px^,]]>其中，下標(biāo)p聲明，變量由置換矩陣P置換。 的所需信號是信道輸入x，但它已被置換。因此，誤差矢量讀作∈p=Px-x^p=BHPx-FHy.]]>根據(jù)正交原理，即，E[∈pyH]＝0可以被視為是前饋過濾器的過濾器201的系數(shù)，可以用反饋過濾器表達為FH=BHPΦxyΦyy-1]]>
其中，協(xié)方差矩陣被定義為Φxy＝E[xyH]＝ΦxxHHΦyy＝E[yyH]＝HΦxxHH+Φnn根據(jù)上述等式，誤差矩陣，在此情況下，是具有順序的誤差協(xié)方差矩陣，被表達為Φ∈∈,p=E[∈p∈pH]=BHPΦ∈∈PTB]]>對角線項Φ∈∈，p表示排序的數(shù)據(jù)流的MSE。
由于Φ∈∈是對稱的，假設(shè)它還是正定的，則存在置換矩陣Po，單位下三角形矩陣L，以及對角矩陣D，它們具有下列關(guān)系PoΦ∈∈PoT=LDLH]]>值得注意的是，上述等式作為關(guān)鍵方程聲明，表示本發(fā)明的置換信息的置換矩陣Po，一般是可以利用對稱置換，從對Φ∈∈的Cholesky因式分解而派生出來。1996年約翰霍普金大學(xué)出版社出版的G.H.Golub和C.F.V.Loan所著的“Matrix computations”第3版中描述了Choleskv因式分解。
利用上述等式，具有順序的誤差協(xié)方差矩陣可以被改寫為Φ∈∈,p=BHPPoTLDLHPoPTB]]>根據(jù)本發(fā)明，檢測排序和反饋過濾器的系數(shù)(即，本發(fā)明的用于加權(quán)的裝置207所使用的系數(shù))的下列選擇，P＝Pound BH＝L-1，導(dǎo)致白色的誤差協(xié)方差矩陣，Φ∈∈,p=D=diag(d1,...,dNT)]]>對角線項d1...，dNT是排序的數(shù)據(jù)流的MSE。
可以反復(fù)對用于確定置換矩陣的系數(shù)的關(guān)鍵方程進行求解。
在圖3中，概括了上文所描述的發(fā)明構(gòu)思。本發(fā)明的目的是聯(lián)合地優(yōu)化FH、BH和P。為了確定包括置換信息P的誤差協(xié)方差矩陣，考慮關(guān)鍵方程。關(guān)鍵方程的最優(yōu)解，即，上文所提及的檢測排序和反饋過濾器的選擇，導(dǎo)致本發(fā)明的最佳檢測排序，并使復(fù)雜性降低。為了確定Po和L，對位于關(guān)鍵方程的左側(cè)的矩陣進行因式分解，以便獲取數(shù)據(jù)流的MSE。根據(jù)本發(fā)明，執(zhí)行因式分解，以便在每次對關(guān)鍵方程進行迭代時都能求出最小di。
在圖3中，顯式描述了迭代方向。如上所述，可以反復(fù)對關(guān)鍵方程進行求解，以便在若干個迭代步驟之后獲得對角矩陣D。為了獲得對角矩陣D，本發(fā)明進一步提供了稍后將討論的因式分解方案。
根據(jù)上述公式，按如下方式計算前饋過濾器201的系數(shù)FH=DLHPoHHΦnn-1]]>為了獲得置換的過濾序列，通過與信道匹配的噪聲解相關(guān)器過濾接收信號，根據(jù)本發(fā)明的最佳檢測排序，置換信號。此外，執(zhí)行在前向上的通過LH的加權(quán)處理，其中，LH是上三角形。然后，通過真值對角矩陣D來控制增益。在反饋部分，在適當(dāng)?shù)呐判蛑?，?zhí)行反方向上的干擾消除，其中，L-1-1是嚴(yán)格的下三角形。
根據(jù)本發(fā)明，用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置109被用來根據(jù)下列公式計算誤差協(xié)方差矩陣Φ∈∈Φ∈∈=(Φxx-1+HHΦnn-1H)-1]]>其中，Φxx-1表示發(fā)射序列協(xié)方差矩陣的逆矩陣，Φnn-1表示噪聲協(xié)方差矩陣的逆矩陣，H表示信道矩陣，其中，(·)H表示共軛和換位。
為了求出最優(yōu)解，用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置109被用來執(zhí)行出現(xiàn)在上述公式中的矩陣求逆。然而，對于每個接收序列，只進行一次此矩陣求逆。如果發(fā)射序列可以被視為是不相關(guān)的過程，那么，發(fā)射序列協(xié)方差矩陣是對角矩陣。在此情況下，計算發(fā)射序列協(xié)方差矩陣的逆矩陣從計算角度來看不是那么太昂貴。相同的考慮也適用于噪聲協(xié)方差矩陣的逆矩陣。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置109被用來根據(jù)預(yù)先計算的誤差協(xié)方差矩陣或根據(jù)其逆矩陣以及根據(jù)有關(guān)信道矩陣或有關(guān)發(fā)射序列協(xié)方差矩陣或有關(guān)信道噪聲協(xié)方差矩陣的更新信息，反復(fù)計算誤差協(xié)方差矩陣或其逆矩陣。因此，誤差協(xié)方差矩陣將用于當(dāng)前接收序列，是前面的接收序列的預(yù)先計算出的誤差協(xié)方差矩陣的更新。
如上文所說明的，本發(fā)明的用于計算置換信息的裝置111被用來基于上文所說明的關(guān)鍵方程來計算置換矩陣Po作為置換信息，即PoΦ∈∈PoT=LDLH]]>或被用來基于下列公式計算置換信息PoΦ∈∈-1PoT=LDLH]]>其中，Φ∈∈-1表示誤差協(xié)方差矩陣(誤差矩陣)的逆矩陣作為有關(guān)估計誤差的信息，L表示包括對角線中的那些元素的下三角形矩陣，D表示包括預(yù)先確定的順序的估計誤差值的對角矩陣，如上文所描述的。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)逆誤差矩陣被用作有關(guān)估計誤差的信息時，也可以獲得置換信息。在此情況下，可以省略上文所提及的矩陣求逆，以便可以更進一步地降低復(fù)雜性。由于此方法不同于使用誤差矩陣作為信道信息的上文所描述的最佳檢測排序方法，因此，它在下面將被稱為“次最佳方法”。下面將詳細(xì)地討論此問題。
所提出的使用誤差協(xié)方差矩陣的基于矩陣因式分解的最佳順序方法，導(dǎo)致計算前面提及的矩陣求逆，以便確定誤差協(xié)方差矩陣。通過前面所提及的Cholesky方法來進行因式分解。為了避免此矩陣求逆，矩陣因式分解，具有對稱置換的Cholesky因式分解Φ∈∈-1=Φxx-1+HHΦnn-1H,]]>即Po′Φ∈∈-1Po′T=RHD′R]]>其中，R是單位上三角形。上述公式對應(yīng)于前面所提及的公式PoΦ∈∈-1PoT=LDLH,]]>其中，R表示LH，D′表示D，Po′表示Po。這里應(yīng)該指出的是，通過對上述公式進行因式分解所獲得的矩陣R可能不同于在最佳檢測排序情況下計算出的矩陣LH。
如果假設(shè)圖2所示的用于加權(quán)的裝置207所使用的反饋過濾器BH是單位上三角形而不是單位下三角形，那么，以與上文所描述的類似的方式的，可以按如下方式求出最佳反饋和檢測排序BH＝R und P＝Po′本發(fā)明的用于執(zhí)行處理的前饋過濾器是FH=D′-1RH,-1Po′HHΦnn-1]]>
具體來說，上述公式確定了由本發(fā)明的處理器101執(zhí)行的處理方案，以便為次最佳情況提供置換的過濾序列。
利用R和P的上述選擇，具有排序的誤差協(xié)方差矩陣(誤差矩陣)讀作Φ∈∈,p=D′-1=diag(d1′-1,...,dNT′-1)]]>再者，上述公式中的對角線項表示數(shù)據(jù)流的MSE。例如，具有對稱置換的Cholesky因式分解的迭代算法確定了從d1′開始的對角線項。然而，反饋過濾器的上三角形結(jié)構(gòu)建議從最后一個檢測有序數(shù)據(jù)流。因此，優(yōu)化的方向被顛倒。與最佳情況(最小化最差的MSE(首先檢測數(shù)據(jù)流))相反，本發(fā)明的次最佳情況最大化了最好的MSE(最后檢測的數(shù)據(jù)流)，因為最后一個數(shù)據(jù)流不會導(dǎo)致誤差傳播到其他。因此，雖然此方法需要少得多的計算，但是，它不會導(dǎo)致最佳檢測排序。然而，可以通過幺正變換，執(zhí)行額外的重新排序，以便以較低的額外的計算成本進一步改進性能。
圖4概述了最佳情況本發(fā)明的方法。首先，計算誤差協(xié)方差矩陣。在下一步驟中，利用對稱置換執(zhí)行Cholesky因式分解。在下一步驟中，計算L的逆矩陣。在圖4中，此算法具有計算難度，但也如圖4所顯示的，沒有原來復(fù)雜性那么大。
圖5顯示了最佳情況和次最佳情況本發(fā)明方法之間的差別。使用誤差矩陣的逆矩陣來代替誤差矩陣，以便對于包括誤差協(xié)方差矩陣的逆矩陣的矩陣執(zhí)行具有對稱置換的Cholesky因式分解。在下一步驟中，計算矩陣L的逆矩陣。
用于計算置換信息的裝置111可以用于計算置換矩陣Po，以便對角矩陣D包括按升序或降序作為預(yù)先確定的順序的估計誤差值，如上文所提及的。下面將解決此問題。
1996年約翰霍普金大學(xué)出版社出版的G.H.Golub和C.F.V.Loan所著的“Matrix Computations”第3版中描述了用于執(zhí)行矩陣因式分解的迭代算法。該文所說明的算法求出了每一次迭代時的最大對角線項，從d1開始，以及對應(yīng)的必需的置換。此最大對角線項的選擇旨在確保數(shù)字穩(wěn)定性，以便計算半正定的系統(tǒng)的因式分解。然而，本發(fā)明的方法與之相反。由于在本發(fā)明的系統(tǒng)中所使用的矩陣D的對角線項是排序的數(shù)據(jù)流的MSE，因此，本發(fā)明的選擇是相反的。具體來說，在每一次迭代時，選擇了對應(yīng)于最小MSE的最小對角線項。
圖6a、6b、6c以及6d顯示了本發(fā)明的矩陣因式分解方法。
圖6a顯示了利用最佳情況的檢測排序的塊DFE過濾器的計算。首先，確定誤差協(xié)方差矩陣，如附圖標(biāo)記601所描述的。在附圖標(biāo)記602表示的下一步驟中，設(shè)置了置換矩陣和矩陣D的初始值。在下一步驟中，執(zhí)行NT次迭代。在603表示的迭代的開始，搜索誤差協(xié)方差矩陣中的最小對角線項。在下一個步驟604中，在單位矩陣中第i行和第q行交換。在下一個步驟中，更新置換矩陣，如附圖標(biāo)記605表示的行中所表示的。在由附圖標(biāo)記606表示的下一步驟中，更新誤差協(xié)方差矩陣。在下一個步驟607中，從更新的誤差協(xié)方差矩陣的第i對角線項中獲取矩陣D的第i對角線項。在下一個步驟608中，再次通過除以矩陣D的第i對角線項，更新已經(jīng)更新過的誤差協(xié)方差矩陣。在下一個步驟609中，計算新的誤差協(xié)方差矩陣，其中，新的誤差協(xié)方差矩陣充當(dāng)進一步的迭代步驟中的實際誤差協(xié)方差矩陣。在NT次迭代之后，獲得矩陣L，作為誤差協(xié)方差矩陣的下三角形部分，由610表示。在下一步驟611中，計算過濾器的系數(shù)。
圖6b顯示了根據(jù)本發(fā)明的最佳情況的塊DFE檢測，其中，檢測是通過NT次迭代執(zhí)行的(只作為示例)。在第一次迭代步驟612中，在置換矩陣中搜索第i項(該項等于1)，獲得表示該項的位置的索引q。在下一步驟613中，通過應(yīng)用于包括發(fā)射序列的估計的一組值的硬確定來獲得第q個估計。關(guān)于這一點，Q表示確定運算。
在下一步驟614中，執(zhí)行上文所提及的干擾消除減法運算。
圖6c顯示了利用次最佳情況的檢測排序的塊DFE過濾器的計算，其中，為了簡明起見，只顯示了與圖6a的實施例的差別。首先，計算誤差協(xié)方差矩陣的逆矩陣。然后，由誤差協(xié)方差矩陣的逆矩陣替代其所有表現(xiàn)形式。在步驟13中，計算矩陣R作為誤差協(xié)方差矩陣的逆矩陣的上三角形部分。在步驟14中，計算過濾器的系數(shù)和用于加權(quán)的裝置的系數(shù)。
圖6d顯示了利用次最佳情況的檢測排序的塊DFE過濾器的計算，其中，為了簡明起見，只描述了與圖6b的實施例的差別。具體來說，從NT開始，以1結(jié)束，向上計數(shù)迭代變量i。
如上文所描述的，通過執(zhí)行Cholesky因式分解，可以反復(fù)地確定置換信息。然而，根據(jù)本發(fā)明，為了獲得置換矩陣，可以執(zhí)行任何矩陣因式分解。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，用于計算置換信息的裝置111被用來根據(jù)矩陣的因式分解(可以是Cholesky因式分解)計算置換矩陣，以便D包括按升序作為預(yù)先確定的順序的估計誤差值。具體來說，在此情況下，用于計算置換信息的裝置111包括最小搜索器，用于搜索待因式分解的矩陣中的最小對角線項，還包括用于對矩陣進行重新排序以提供重新排序的矩陣，以使得重新排序的矩陣中的第一對角線項是最小對角線項的裝置，還包括用于對重新排序的矩陣進行因式分解的裝置。
請再參看本發(fā)明的處理器111，可以通過組合上文所確定的矩陣來確定本發(fā)明過濾器的系數(shù)。由于本發(fā)明過濾器執(zhí)行過濾置換的操作，因此，此操作定義了要由本發(fā)明處理器執(zhí)行的處理規(guī)則。然而，處理規(guī)則可以通過只部分地應(yīng)用本發(fā)明的結(jié)果而產(chǎn)生。具體來說，本發(fā)明的處理器可以根據(jù)本發(fā)明的另一個方面用于過濾和置換接收序列，以便根據(jù)下列處理規(guī)則提供置換的過濾序列PoHH其中，H是用于過濾的信道矩陣，包括多個通信信道的信道脈沖響應(yīng)，包括信道信息，其中，Po是包括置換操作的置換矩陣。
此外，本發(fā)明的處理器101還可以用于執(zhí)行按如下方式定義的處理規(guī)則DLHPoHH其中，D是包括按升序或降序作為預(yù)先確定的順序的估計誤差值，其中，矩陣L是上文所提及的矩陣。
此外，本發(fā)明的處理器111可以進一步包括過濾器，用于使用由HH確定的過濾系數(shù)來過濾接收序列，以便提供過濾序列，置換器，用于使用由Po確定的置換系數(shù)對過濾序列進行置換，以提供置換的序列，用于使用由LH定義的加權(quán)系數(shù)對置換的序列進行加權(quán)處理以提供加權(quán)的序列的裝置，以及使用由D定義的加權(quán)系數(shù)對加權(quán)序列進行加權(quán)處理以提供置換的過濾序列的裝置。
此外，處理器111可以被用來使用噪聲信息根據(jù)如下定義的處理規(guī)則來過濾接收序列DLHPoHHΦnn-1]]>換句話說，本發(fā)明的處理器101是具有包括由上述公式確定的過濾系數(shù)的過濾器的過濾器。
然而，本發(fā)明的處理器101可以進一步包括噪聲過濾器(它是噪聲解相關(guān)過濾器)，用于過濾接收序列，以便作為接收序列提供過濾了噪聲的序列，其中，所述噪聲過濾器被用來使用由下列公式確定的過濾系數(shù)來過濾接收序列Φnn-1，該公式是噪聲協(xié)方差矩陣的逆矩陣。
此外，本發(fā)明的處理器101還可以進一步包括用于確定過濾系數(shù)的裝置，這是用于計算過濾系數(shù)的以上所述的表達式的裝置。
如上文所提及的，要去除的干擾是由多個通信信道對發(fā)射序列值的影響所造成的，以便可由接收點接收的接收序列值包括可通過通信信道從發(fā)射點發(fā)射到接收點的發(fā)射序列值，其中，發(fā)射序列值被可通過另一個通信信道從另一個發(fā)射點發(fā)射到接收點的另一個發(fā)射序列值干擾。
干擾消除器包括減法器，用于從置換的過濾序列(由用于減少干擾的本發(fā)明的處理器提供)中減去反饋序列，以提供減少了干擾的序列，以及決定器，用于從減少了干擾的序列中提供發(fā)射序列的估計，其中，所述決定器被用來從減少了干擾的序列中的值確定發(fā)射序列的估計中的估計值。此外，干擾消除器還可以包括反饋元件，用于對由決定器提供的發(fā)射序列的估計進行加權(quán)處理，以便提供用于減少干擾的減法器所需的反饋序列。
決定器可以進一步包括置換器(用于進行置換的裝置)，以便將由處理器執(zhí)行的置換操作考慮在內(nèi)。具體來說，所述用于進行置換的裝置被用來對減少了干擾的序列進行置換，以便使用置換操作提供置換的減少了干擾的序列。決定器可以進一步包括用于從置換的減少了干擾的序列值中檢測發(fā)射序列值以提供發(fā)射序列的估計的檢測器。
反饋元件可以包括另一個用于進行置換的裝置(另一個置換器)，以便使用置換信息對發(fā)射序列的估計(即，由估計構(gòu)成的值)進行置換(重新排序)，以便提供發(fā)射序列的置換的估計。反饋元件可以進一步包括用于對發(fā)射序列的置換的估計進行加權(quán)處理的裝置，以便提供反饋序列。
由決定器構(gòu)成的檢測器可以是硬決定檢測器，也可以是軟決定檢測器。優(yōu)選情況下，檢測器是硬決定檢測器。
圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的用于提供發(fā)射序列的估計的設(shè)備。
圖7所示的設(shè)備包括噪聲解相關(guān)過濾器707，該過濾器具有輸入端，用于在用于向過濾器709(被用來使用由HH表示的信道信息進行過濾)提供解相關(guān)的序列的輸出端接收“接收序列”。過濾器709具有連接到用于進行置換的裝置711的輸出端，其中，用于進行置換的裝置使用置換矩陣Po作為置換信息。用于進行置換的裝置711具有連接到用于進行加權(quán)處理的裝置713的輸出端，其中，用于進行加權(quán)處理的裝置713使用由矩陣LH定義的加權(quán)系數(shù)。用于進行加權(quán)處理的裝置713具有連接到另一個用于進行加權(quán)處理的裝置715的輸出端，其中，另一個用于進行加權(quán)處理的裝置715使用由矩陣D確定的加權(quán)系數(shù)。另一個用于進行加權(quán)處理的裝置715具有輸出端，用于提供置換的過濾序列。
值得注意的是，元件707、709、711、713以及715由本發(fā)明的處理器構(gòu)成。
圖7所示的設(shè)備進一步包括干擾消除器，其中包括減法器717，該減法器另外具有若干個輸入端，用于接收反饋序列，還具有若干個輸出端，連接到用于進行加權(quán)處理的裝置719。用于進行加權(quán)處理的裝置719被用來使用置換矩陣(該矩陣是相對于置換矩陣Po的轉(zhuǎn)置矩陣)對由減法器所提供的減少了干擾的序列進行加權(quán)處理。用于進行置換的裝置719連接到檢測器721，檢測器721具有輸出端，用于提供發(fā)射序列的估計。
值得注意的是，元件719和721由上文所提及的本發(fā)明的決定元件構(gòu)成。
干擾消除器進一步包括反饋回路，該反饋回路包括另一個用于進行置換的裝置722，而該裝置722又具有若干個輸入端，檢測器721的若干個輸出端與這些輸入端進行連接。用于進行置換的裝置722被用來使用由本發(fā)明的置換矩陣Po確定的置換系數(shù)來進行置換。用于進行置換的裝置722的若干個輸出端連接到用于進行加權(quán)處理的裝置723，該裝置723具有若干個輸出端，這些輸出端連接到減法器717的另外若干個輸入端，以便提供反饋序列。用于進行加權(quán)處理的裝置723被用來將由另一個用于進行置換的裝置722所提供的發(fā)射序列的置換的估計乘以由下列公式定義的矩陣L-1-1其中，L-1是上文所提及的矩陣L的逆矩陣。
為了獲得矩陣L的逆矩陣，用于提供發(fā)射序列的估計的設(shè)備可以進一步包括反演器，用于對矩陣L求逆，以便提供其逆矩陣。
圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的干擾消除器的圖。在圖8中，為了簡明起見，考慮了置換的過濾序列包括三個置換的序列值。然而，下列說明一般適合于任意數(shù)量的置換的過濾序列值。
圖8干擾消除器的包括具有輸入端和輸出端的第一檢測器801、具有輸入端和輸出端的第二檢測器803，以及具有輸入端和輸出端的第三檢測器805。一般而言，干擾消除器包括N個檢測器，其中，N在此情況下等于3。
第一檢測器801的輸出端連接到乘法器807，而乘法器807又具有另外的連接到減法器809的輸入端和輸出端。減法器809具有連接到第二檢測器803的輸入端的輸入端和輸出端。而延遲元件811的輸出端又連接到減法器809的輸入端，其中，延遲元件811具有輸入端。
此外，第一檢測器801的輸出端還通過乘法器813連接到減法器815。減法器815具有連接到減法器817的輸入端的輸出端，減法器817具有連接到第三檢測器801的輸出端。減法器815還具有另一個輸入端，另一個延遲元件819的輸出端與該輸入端連接。另一個延遲元件819也具有輸入端。
第二檢測器803的輸出端通過另一個乘法器821連接到減法器817的另一個輸入端，而減法器817又具有連接到第三檢測器805的輸出端。
檢測器801、803和805被用來并行地檢測發(fā)射序列的估計的值。與上述實施例相反，干擾消除器不顯式執(zhí)行置換。相反，圖8所示的本發(fā)明的接線圖考慮了置換，結(jié)果，可以取得相同的效果。乘法器807、813和821被用來將發(fā)射序列的估計的相應(yīng)的值乘以加權(quán)矩陣L-1-1的系數(shù)，為了清楚起見，在圖8中也描述了加權(quán)矩陣L-1-1。
引入延遲元件811和819是為了將處理延遲考慮在內(nèi)，以便所產(chǎn)生的系統(tǒng)是有原因的。一般而言，圖8中所描述的乘法器由反饋元件構(gòu)成。對于要檢測的減少了干擾的N個值的情況，反饋元件可以包括(N2-N)/2個乘法器，用于將發(fā)射序列的估計的開頭N-1個值乘以加權(quán)系數(shù)，以便提供反饋序列，再提供到圖8所示的減法器。按如上所述的方式確定加權(quán)系數(shù)。
置換的過濾序列的第一個值被直接提供到檢測器801，因為置換的過濾序列被重新排序，以便提供最佳檢測排序。因此，發(fā)射序列的估計的第一個值與最小的MSE關(guān)聯(lián)。
如果反饋序列包括N個值，那么，減法器被用來從置換的過濾序列的最后N-1個值中減去反饋序列的N個值，以便提供要檢測的減少了干擾的序列。圖8中描述了此情況。反饋序列包括第一反饋序列值、第二反饋序列值和第三反饋序列值，其中，第一反饋序列值是通過將反饋序列的估計的第一值乘以第一加權(quán)系數(shù)而產(chǎn)生的，其中，第二反饋序列值是通過將發(fā)射序列的估計的第一值乘以第二加權(quán)系數(shù)而產(chǎn)生的，其中，第三反饋序列值是通過將發(fā)射序列的估計的第二值乘以第三加權(quán)系數(shù)而產(chǎn)生的。如圖8所描述的，減法器包括第一減法元件，用于從第二置換的過濾序列值(已延遲)中減去第一反饋序列值，以及第二和第三減法元件，用于從第三置換的過濾序列值(可能會延遲)減去第二反饋序列值和第三反饋序列值，如圖8所示。
圖9a和9b顯示了計算機性能模擬，其中，圖9a顯示了NT等于2以及NR等于2的比特誤碼率性能比較。圖9b顯示了NT等于8以及NR等于8的比特誤碼率(BER)性能比較。
在計算機模擬中，假設(shè)總輸入和噪聲為白色，即，Φxx=σx21]]>以及Φnn=σn21.]]>為進行性能評估，對于Eb/N0計算比特誤碼率(BER)，其中，Eb和N0分別是每個信息位的平均接收到的能量和單面的噪聲功率譜密度。信噪比(SNR)被定義為總的接收功率與總噪聲功率的比率，即，SNR=ΔE[||Hx||22]E[||n||22]=NTσx2σn2]]>那么，它與Eb/N0的關(guān)系為EbN0=SNRNRNTM=NRσx2Mσn2]]>其中，M是每個信道輸入的位數(shù)。
圖9a和9b所示的模擬結(jié)果是針對在發(fā)射器和接收器端都分別有2和8個天線的情況。從這些圖可以看出，所提出的最佳排序Cholesky方法的性能與最佳MMSE V-BLAST的性能一樣好。雖然次最佳排序Cholesky方法對于兩個天線執(zhí)行同樣好的最佳方法，對于8個天線和高SNR，每一種方法的性能下降都會增大，但當(dāng)與不排序的Cholesky方法相比時，仍可以看出由于排序而有一個優(yōu)點。對于低SNR，最佳方法和次最佳方法之間的性能差距變小，因此，復(fù)雜性進一步降低的次最佳方法在這樣的環(huán)境下可能是最佳選擇。
本發(fā)明的方案使得計算量顯著降低。最初提出的V-BLAST方案需要兩個計算出的矩陣(偽)求逆N次，其中，N是發(fā)射天線或數(shù)據(jù)流的數(shù)量。矩陣(偽)求逆的復(fù)雜性約為N3(執(zhí)行N次)，因此，V-BLAST的總復(fù)雜性約為N4，而本發(fā)明的方案的復(fù)雜性約為N3。
此外，本發(fā)明的估計方案比2003年12月D.Wubben等人所著的MMSE Extension of V-Blast based on sorted QRDecomposition，Proceedings IEEE Vehicular Technology Conference(VTC′2003-Fall)中所說明的已知最快的現(xiàn)有技術(shù)方案更快。在該文中，說明了分類的隊列請求分解(SQRD)和PSA算法。具體來說，所提出的Cholesky次最佳方案大約是次最佳SQRD的速度的兩倍，而對于兩個方案，性能相同(次最佳)。本發(fā)明的Cholesky最佳方案大約為上文所提及的文檔中所說明的最佳SQRD+PSA的速度的兩倍，而性能對于兩者是最佳(復(fù)雜性與MMSE V-BLAST相同)。此外，本發(fā)明的Cholesky最佳方法比次最佳SQRD更快。
當(dāng)與已知的SQRD和SQRD+PSA方法相比時，本發(fā)明的方案的復(fù)雜性是比較低的。
對于不相關(guān)的噪聲和NT＝NR的情況，已知SQRD和SQRD+PSA方案的復(fù)雜性是SQRD2NT2NR+2NT3(4NT3)SQRD+PSA2NT2NR+113NT3(173NT3)]]>與之相反，本發(fā)明的次最佳Cholesky方案和最佳cholesky方案的復(fù)雜性是次最佳Cholesky
2NT2NR+23NT3(53NT3)]]>最佳Cholesky2NT2NR+53NT3(83NT3)]]>對于相關(guān)噪聲，已知SQRD和SQRD+PSA方案的復(fù)雜性是SQRD2NT2NR+2NT3+23NR3+NTNR2(173NT3)]]>SQRD+PSA23NR3+NTNR2+2NT2NR+236NT3(152NT3)]]>與之相反，本發(fā)明的次最佳Cholesky方案和最佳cholesky方案的復(fù)雜性是次最佳Cholesky23NR3+NR2NT+12NT2NR+23NT3(176NT3)]]>最佳Cholesky23NR3+NR2NT+12NT2NR+53NT3(236NT3)]]>對于兩種情況，復(fù)雜性順序是本發(fā)明的Cholesky次最佳＜本發(fā)明的Cholesky最佳＜SQRD＜SQRD+PSA(最壞情況)本發(fā)明的Cholesky次最佳方案的性能對應(yīng)于SQRD方案的性能。相應(yīng)地，本發(fā)明的Cholesky最佳方案、SQRD+PSA方案、MMSE V-BLAST方案的性能相同，雖然本發(fā)明的Cholesky最佳方案的復(fù)雜性較低。
盡管計算量顯著降低，本發(fā)明的方案的性能與V-BLAST相同，如上文所提及的。計算機模擬沒有觀察到性能降低，因此，大容量的優(yōu)點仍然存在。根據(jù)本發(fā)明的所產(chǎn)生的接收器結(jié)構(gòu)更簡單，從而可以采用簡單和成本低的硬件實現(xiàn)方式。
取決于本發(fā)明的方法的某些實現(xiàn)要求，同樣可以以硬件或軟件來實現(xiàn)?？梢允褂脭?shù)字存儲介質(zhì)，特別是，在其上存儲了以電子方式可讀取的控制信號的磁盤或CD，來實現(xiàn)，這種數(shù)字存儲介質(zhì)可以與可編程計算機系統(tǒng)合作，從而可以執(zhí)行本發(fā)明的方法。因此，一般而言，本發(fā)明是在機器可讀取的載體上存儲了程序代碼的計算機程序產(chǎn)品，當(dāng)計算機程序產(chǎn)品在計算機上運行時，程序代碼用于執(zhí)行本發(fā)明的方法。因此，換句話說，本發(fā)明的方法是具有程序代碼的計算機程序，用于當(dāng)計算機程序在計算機上運行時執(zhí)行本發(fā)明的方法。
權(quán)利要求
1.從接收序列提供發(fā)射序列的估計的設(shè)備，發(fā)射序列包括NT個發(fā)射序列值，其中，發(fā)射序列值可由NT個發(fā)射點中的一個通過多個通信信道中的一個通信信道發(fā)射到NR個接收點中的一個接收點，其中，通信信道從發(fā)射點延伸到接收點，其中，接收序列包括發(fā)射序列值的干擾，該設(shè)備包括用于處理接收序列以獲取置換的過濾序列的處理器(101)，其中，處理器(101)被用來使用信道信息和置換信息對接收序列進行處理；用于提供有關(guān)與發(fā)射序列的估計關(guān)聯(lián)的估計誤差的信息的裝置(109)；用于使用估計誤差來計算置換信息的裝置(111)，其中，用于計算置換信息的裝置(111)用于計算置換信息，以便置換的過濾序列值處于這樣的順序，以便與發(fā)射序列的估計的值關(guān)聯(lián)的估計誤差值以預(yù)先確定的順序排列；干擾消除器(107)，用于使用置換的過濾序列減少干擾，以提供發(fā)射序列的估計。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置(109)用于計算誤差矩陣作為有關(guān)估計誤差的信息，以便誤差矩陣的對角線包括估計誤差值，其中，估計誤差值表示與發(fā)射序列的估計的值關(guān)聯(lián)的估計誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置(109)被用來根據(jù)置換的過濾序列和發(fā)射序列的估計之間的均方誤差的最小值計算誤差矩陣，以便估計誤差值是均方誤差值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其中，用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置(109)用于計算誤差矩陣，以便誤差矩陣包括發(fā)射序列協(xié)方差矩陣或噪聲協(xié)方差矩陣或信道矩陣，所述信道矩陣包括多個通信信道的信道脈沖響應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置(109)被用來根據(jù)下列公式計算誤差協(xié)方差矩陣ΦccΦcc=(Φkk-1+HHΦnn-1H)-1]]>其中，Φxx-1表示發(fā)射序列協(xié)方差矩陣的逆矩陣，Φnn-1表示噪聲協(xié)方差矩陣的逆矩陣，H表示信道矩陣，其中，(·)H表示共軛和換位。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的設(shè)備，用于提供有關(guān)估計誤差的信息的裝置(109)被用來根據(jù)預(yù)先計算的誤差協(xié)方差矩陣或根據(jù)其逆矩陣以及根據(jù)有關(guān)發(fā)射序列協(xié)方差矩陣或信道矩陣或噪聲協(xié)方差矩陣的信息的更新，反復(fù)計算誤差協(xié)方差矩陣或其逆矩陣。
7.根據(jù)前面的權(quán)利要求1到6中的任何一個權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，用于計算置換信息的裝置(111)被用來基于下列公式PoΦccPoT=LDLH]]>或基于下列公式PoΦcc-1PoT=LDLH]]>計算置換矩陣Po作為置換信息其中，Φcc-1表示誤差矩陣的逆矩陣作為有關(guān)估計誤差的信息，L表示包括對角線中的那些元素的下三角形矩陣，D表示包括預(yù)先確定的順序的估計誤差值的對角矩陣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，用于計算置換信息的裝置(111)用于計算置換矩陣Po，以便D包括按升序或降序作為預(yù)先確定的順序的估計誤差值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其中，用于計算置換信息的裝置(111)被用來根據(jù)矩陣的因式分解計算置換矩陣，以便D包括按升序作為預(yù)先確定的順序的估計誤差值，其中，用于計算置換信息的裝置(111)包括最小搜索器，用于搜索矩陣中的最小對角線項；用于對矩陣進行重新排序以提供重新排序的矩陣，以使得重新排序的矩陣中的第一對角線項是最小對角線項的裝置；以及用于對重新排序的矩陣進行因式分解的裝置。
10.根據(jù)前面的權(quán)利要求1到9中的任何一個權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，處理器(101)用于過濾和置換接收序列，以根據(jù)按如下方式定義的處理規(guī)則提供置換的過濾序列PoHH其中，H是用于過濾的信道矩陣，包括多個通信信道的信道脈沖響應(yīng)，包括信道信息，其中，(·)H表示換位和共軛，其中，Po是包括置換信息的置換矩陣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，處理器(101)被用來根據(jù)按如下方式定義的處理規(guī)則對接收序列進行過濾、置換和加權(quán)處理DLHPoHH其中，D是包括按升序或降序作為預(yù)先確定的順序的估計誤差值的對角矩陣，其中，L是包括對角線中的那些元素的下三角形矩陣。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，處理器(101)包括過濾器，用于使用由HH定義的過濾系數(shù)來過濾接收序列，以便提供過濾序列，置換器，用于使用由Po定義的置換系數(shù)對過濾序列進行置換，以提供置換的序列，用于使用由LH定義的加權(quán)系數(shù)對置換的序列進行加權(quán)處理以提供加權(quán)的序列的裝置，以及另一個使用由矩陣D定義的加權(quán)系數(shù)對加權(quán)序列進行加權(quán)處理以提供置換的過濾序列的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其中，處理器(101)用于使用噪聲信息根據(jù)按如下方式定義的處理規(guī)則對接收序列進行過濾DLHPoHHΦnn-1其中，Φnn-1表示噪聲協(xié)方差矩陣的逆矩陣。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，處理器(101)進一步包括用于過濾接收序列，以作為接收序列提供過濾了噪聲的序列的噪聲過濾器，所述噪聲過濾器被用來使用由噪聲協(xié)方差矩陣的逆矩陣定義的過濾系數(shù)來過濾接收序列。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，處理器(101)包括過濾器，該過濾器包括用于過濾接收序列以提供置換的過濾序列的過濾系數(shù)，以及用于確定過濾系數(shù)的裝置，所述用于確定過濾系數(shù)的裝置被用來根據(jù)下列表達式計算過濾系數(shù)DLHPoHHΦnn-1。
16.根據(jù)前面的權(quán)利要求1到15中的任何一個權(quán)利要求所述的設(shè)備，其中，干擾是由多個通信信道對發(fā)射序列值的影響所造成的，以便可由接收點接收的接收序列值包括可通過通信信道從發(fā)射點發(fā)射到接收點的發(fā)射序列值，發(fā)射序列值被可通過另一個通信信道從另一個發(fā)射點發(fā)射到接收點的另一個發(fā)射序列值干擾，其中，干擾消除器包括下列功能減法器，用于從置換的過濾序列中減去反饋序列，以便減少干擾，以提供減少了干擾的序列，決定器，用于從減少了干擾的序列中提供發(fā)射序列的估計，決定器用于從減少了干擾的序列中的值確定發(fā)射序列的估計中的估計值。反饋元件，用于對發(fā)射序列的估計進行加權(quán)處理，以便提供反饋序列。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，決定器包括用于進行置換的裝置，所述用于進行置換的裝置被用來對減少了干擾的序列進行置換，以便使用置換信息提供置換的減少了干擾的序列；以及用于從置換的減少了干擾的序列值中檢測發(fā)射序列值以提供發(fā)射序列的估計的檢測器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述用于進行置換的裝置被用來將減少了干擾的序列乘以矩陣，該矩陣是置換矩陣Po的轉(zhuǎn)置。
19.根據(jù)權(quán)利要求16到18所述的設(shè)備，其中，反饋元件包括用于使用置換信息對發(fā)射序列的估計進行置換以提供發(fā)射序列的置換的估計的另一個裝置，以及用于對發(fā)射序列的置換的估計進行加權(quán)處理以提供反饋序列的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，用于對發(fā)射序列的估計進行置換的裝置用于將發(fā)射序列的估計乘以置換矩陣Po，所述置換矩陣包括置換信息。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的設(shè)備，其中，用于對發(fā)射序列的置換的估計進行加權(quán)處理的裝置用于將發(fā)射序列的置換的估計乘以由下列公式定義的矩陣L-1-1其中，L-1是包括對角線中的那些元素的下三角形矩陣L的逆矩陣，其中，1表示單位矩陣。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，進一步包括反演器，用于對下三角形矩陣L求逆，以便提供其逆矩陣。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，干擾消除器用于通過使用置換的過濾序列執(zhí)行減法運算來減少干擾。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，減少了干擾的序列包括N個值，其中，決定器包括用于檢測發(fā)射序列的估計的N個值的N個檢測器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，反饋元件包括(N2-N)/2個乘法器，用于將發(fā)射序列的估計的開頭N-1個值乘以加權(quán)系數(shù)，以提供反饋序列，其中，加權(quán)系數(shù)是矩陣L-1-1的系數(shù)，其中，L-1是包括對角線中的那些元素的下三角形矩陣L的逆矩陣。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，反饋序列包括N個值，其中，減法器用于從置換的過濾序列的最后N-1個值中減去反饋序列的N個值，以提供減少了干擾的序列。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中，反饋序列包括第一反饋序列值、第二反饋序列值以及第三反饋序列值，其中，第一反饋序列值是通過將反饋序列的估計的第一值乘以第一加權(quán)系數(shù)而產(chǎn)生的，其中，第二反饋序列值是通過將發(fā)射序列的估計的第一值乘以第二加權(quán)系數(shù)而產(chǎn)生的，其中，第三反饋序列值是通過將發(fā)射序列的估計的第二值乘以第三加權(quán)系數(shù)而產(chǎn)生的，其中，減法器包括第一減法元件，用于從第二置換的過濾序列值中減去第一反饋序列值，以及第二和第三減法元件，用于從第三置換的過濾序列值減去第二反饋序列值和第三反饋序列值。
28.從接收序列提供發(fā)射序列的估計的方法，發(fā)射序列包括NT個發(fā)射序列值，其中，發(fā)射序列值可由NT個發(fā)射點中的一個通過多個通信信道中的一個通信信道發(fā)射到NR個接收點中的一個接收點，其中，通信信道從發(fā)射點延伸到接收點，其中，接收序列包括發(fā)射序列值的干擾，該方法包括下列步驟使用信道信息和置換信息對接收序列進行處理，以便獲取置換的過濾序列；提供有關(guān)與發(fā)射序列的估計關(guān)聯(lián)的估計誤差的信息；使用估計誤差來計算置換信息，以便置換的過濾序列值處于這樣的順序，以便與發(fā)射序列的估計的值關(guān)聯(lián)的估計誤差值以預(yù)先確定的順序排列；干擾消除，以便使用置換的過濾序列減少干擾，以提供發(fā)射序列的估計。
29.具有用于當(dāng)計算機程序在計算機上運行時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法的程序代碼的計算機程序。
全文摘要
從接收序列提供發(fā)射序列的估計的設(shè)備具有用于對接收序列進行處理以獲取置換的過濾序列的處理器(101)，其中，處理器(101)用于使用信道信息和置換信息對接收序列進行處理。該設(shè)備進一步包括用于提供有關(guān)與發(fā)射序列的估計關(guān)聯(lián)的估計誤差的信息的裝置(109)、用于使用估計誤差來計算置換信息的裝置(111)，其中，用于計算的裝置(111)用于計算置換信息，以便置換的過濾序列值處于這樣的順序，以便與發(fā)射序列的估計的值關(guān)聯(lián)的估計誤差值以預(yù)先確定的順序排列，干擾消除器(107)，用于通過使用置換的過濾序列執(zhí)行減法運算來減少干擾，以提供發(fā)射序列的估計。本發(fā)明的估計方案同時降低了復(fù)雜性，并減少了估計誤差。
文檔編號H04J99/00GK1943155SQ200480042126
公開日2007年4月4日 申請日期2004年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
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