專利名稱：基于許用碼字格點搜索的垂直分層空時碼球形解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于無線通信技術(shù)領(lǐng)域的解碼方法，具體是一種基于許用碼字格點搜索的垂直分層空時碼球形解碼方法。
背景技術(shù)：
當前隨著移動用戶的增多以及人們對移動通信業(yè)務(wù)的追求已從單純的語音業(yè)務(wù)擴展到多媒體業(yè)務(wù)，頻譜資源顯得日趨緊張。當前移動通信系統(tǒng)研究的熱點之一是提高系統(tǒng)容量，因此追求盡可能高的頻譜利用率已成為一個充滿挑戰(zhàn)的問題。這種挑戰(zhàn)使得人們努力開發(fā)高效的編碼、調(diào)制以及信號處理技術(shù)來提高無線頻率的效率。而近年來提出的多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)就是能夠有效提高無線頻譜利用率最重要的方案之一。與傳統(tǒng)的單發(fā)射、單接收天線系統(tǒng)不同，MIMO系統(tǒng)使用多根發(fā)射天線、多根接收天線，在系統(tǒng)容量、頻譜效率、發(fā)射機和接收機的設(shè)計上都有很大的差別為了提高信源信息傳輸?shù)目煽啃?，首先將信源信息?jīng)過能夠提供糾錯能力的信道編碼，再經(jīng)過空時編碼，然后由多個天線同時發(fā)送或按一定的時間順序發(fā)送出去。在接收端，由多個天線同時接收或按一定的時間順序接收，依次進行空時解碼、信道譯碼，從而得到發(fā)送端傳送的信息。
最近幾年，對空時碼中的一個重要分支——垂直-貝爾實驗室分層空時碼(V-BLAST)的研究已經(jīng)有很多。然而，傳統(tǒng)的V-BLAST解碼算法，如線性迫零、串行干擾消除、并行干擾消除等方法，性能上與最大似然譯碼方法相比較還有相當大的距離。球形解碼方法是一種優(yōu)化的深度優(yōu)先搜索方法，其性能接近最大似然譯碼的性能，能大大地提高V-BLAST的解碼性能，但運算量也比較大。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Chan，A.M.等人在《IEEE InternationalConference on Communications》(IEEE國際通信會議)，2002，Volume1，28April-2 May 2002 Pages460-464上發(fā)表的“A new reduced-complexity spheredecoder for multiple antenna systems”(一種用于多天線系統(tǒng)的新的減小復(fù)雜性的球形解碼器)中，提出一種用排序的方法來降低球形解碼復(fù)雜性的方法，在每維搜索過程中對搜索范圍內(nèi)的格點進行排序，優(yōu)先搜索當前維中那些最有可能是最優(yōu)的格點，因此有可能較快找到最優(yōu)格點。但搜索過程未考慮由信道編碼所產(chǎn)生的格點間的距離，搜索是在編碼后形成的碼字空間進行，需要搜索的空間范圍較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，針對上述球形解碼方法沒有考慮信道編碼關(guān)系的不足，提出一種基于許用碼字格點搜索的垂直分層空時碼(V-BLAST)球形解碼方法，使其球形解碼過程中只對許用碼字形成的有效格點進行搜索，并且直接輸出信道譯碼后的碼字，即可以同時進行球形解碼和信道譯碼。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明一方面利用信道編碼結(jié)構(gòu)引入的冗余而產(chǎn)生的碼間距離，減少球形解碼搜索的空間，搜索空間可從原來的2n(n為碼字長度)，縮小為2k(k為碼字中的信息位長度，k＜n)，對于糾錯目的而加入冗余校驗的信道編碼均適用，包括但不限于線性分組碼、乘積碼、卷積碼、Turbo碼等，可以是系統(tǒng)碼，也可以是非系統(tǒng)碼。另一方面，利用球形解碼的搜索同時完成信道譯碼，搜索在許用碼字格點上進行，輸出的碼字是合法碼字，因此無需再進行信道譯碼。球形解碼和信道譯碼一次完成。
所述的k為碼字中的信息位長度，對于系統(tǒng)碼k位信息是n長碼字的組成部分，對于非系統(tǒng)碼指定n位中的k位，n為碼字長度，在M個天線上以b比特/符號的調(diào)制方式同時發(fā)送M*b比特，一般情況n＝M*b(若n≠M*b，則以n和M*b的最小公倍數(shù)為處理周期)。
以下對本發(fā)明方法作進一步的說明，具體實現(xiàn)步驟如下(1)將待解碼的n長碼字分成信息位長度的k位和校驗位長度的n-k位，對于系統(tǒng)碼k位信息是n長碼字的組成部分，調(diào)整k個信息比特位于n長碼字的n-k+1至n位置；對于非系統(tǒng)碼指定n位中的k位，并調(diào)整至n長碼字的n-k+1至n位置；(2)將現(xiàn)有球形解碼方法中依次確定第n維至第1維方向上的搜索范圍，以及依次選定第n維至第1維方向上的格點坐標取值，改為依次確定第n維至第n-k+1維方向上的搜索范圍，以及依次選定第n維至第n-k+1維方向上的格點坐標取值；(3)根據(jù)以上選定的n-k+1至n維格點坐標取值，按發(fā)送端的信道編碼規(guī)則確定位于1至n-k位置的n-k個校驗比特位的格點坐標取值；(4)按現(xiàn)有球形解碼方法計算n維格點坐標取值所確定的格點和接收信號點之間的距離C’；(5)按現(xiàn)有球形解碼方法對C’與當前搜索半徑C進行比較，并按大于等于“≥”和小于“＜”兩種情況分別處理；(6)搜索得到n維格點坐標取值所確定的格點和接收信號點之間的最小距離C，對于系統(tǒng)碼，搜索得到的最終結(jié)果C所對應(yīng)的n維格點坐標取值中的n-k+1至n部分即為信道譯碼輸出；對于非系統(tǒng)碼，n維格點坐標取值中的n-k+1至n部分還需按編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換后得到信道譯碼輸出。
在步驟(5)中，若C’小于C，則用C’的值更新C，重新確定搜索球半徑C，重復(fù)進行第(2)步至第(4)步；若C’大于等于C，則在n至n-k+1維在相應(yīng)維數(shù)的搜索范圍內(nèi)對未搜索過的格點坐標取值，產(chǎn)生新的格點坐標，并計算該格點坐標和接收信號點之間的距離C’，直到無法找到小于C的C’。
本發(fā)明利用信道編碼結(jié)構(gòu)引入的冗余而產(chǎn)生的碼間距離，減少球形解碼搜索的空間，考慮到許用碼字格點及其在信道編碼糾錯能力范圍內(nèi)的近鄰碼字格點經(jīng)過信道譯碼后都將得到該許用碼字，因此本發(fā)明僅對信道編碼中許用碼字形成的格點進行搜索，搜索空間可從原來的2n(n為碼字長度)縮小為許用碼字格點形成的2k(k為碼字中的信息位長度，k＜n)，避免對許用碼字在信道編碼糾錯能力范圍內(nèi)的近鄰碼字的搜索，由于搜索的范圍僅為原方法的1/(2n-k)，搜索空間的縮小從而大幅度降低球形解碼的復(fù)雜度。另一方面，利用球形解碼的搜索同時完成信道譯碼，因為搜索是在許用碼字格點上進行的，其輸出的碼字必然是合法碼字，因此無需再進行信道譯碼。球形解碼和信道譯碼一次完成。
具體實施例方式
實施例1以4發(fā)射天線、4接收天線的16QAM調(diào)制V-BLAST空時編碼傳輸系統(tǒng)為例說明具體的實現(xiàn)方法，16QAM調(diào)制每符號的傳輸比特數(shù)為4比特(bits)，4發(fā)射天線同時工作，則同一時刻發(fā)送的比特數(shù)為16比特，采用1/2碼率信道編碼，則同時發(fā)送的16比特中，8比特為信源信息位，另8比特為信道編碼產(chǎn)生的校驗位。
通常的球形解碼是在16比特所形成的空間中搜索，搜索空間的格點總數(shù)為65536個格點，需要從中找出距離接收信號點最近的格點作為輸出，輸出的格點解調(diào)后得到的16比特位再經(jīng)過信道譯碼得到8比特的信息位。
本發(fā)明是用球形解碼在8比特信源信息形成的空間中搜索，搜索空間的格點總數(shù)為256個格點，對搜索過程中給定的8比特信源信息按信道編碼規(guī)則形成8比特校驗位，信源信息與接收信號點對應(yīng)的距離和校驗比特與接收信號點對應(yīng)的距離相加得到總距離，找出總距離離接收信號點最近的格點作為輸出，該輸出的8比特信源信息部分作為最終的信道譯碼輸出。由于考慮了碼字間距離，搜索空間由原來的65536個格點減少為256個格點，帶來計算量的大幅度降低，同時還省去了信道譯碼環(huán)節(jié)，性能仍然保持了球形解碼方法性能接近最大似然譯碼的特點。
實施例2以8發(fā)射天線、8接收天線的64QAM調(diào)制V-BLAST空時編碼傳輸系統(tǒng)為例說明具體的實現(xiàn)方法，64QAM調(diào)制每符號的傳輸比特數(shù)為6比特(bits)，8發(fā)射天線同時工作，則同一時刻發(fā)送的比特數(shù)為48比特，采用1/3碼率信道編碼，則同時發(fā)送的48比特中，16比特為信源信息位，另32比特為信道編碼產(chǎn)生的校驗位。
通常的球形解碼是在48比特所形成的空間中搜索，搜索空間的格點總數(shù)為248個格點(約為2.81×1014)，需要從中找出距離接收信號點最近的格點作為輸出，輸出的格點解調(diào)后得到的48比特位再經(jīng)過信道譯碼得到16比特的信息位。
本發(fā)明是用球形解碼在16比特信源信息形成的空間中搜索，搜索空間的格點總數(shù)為65536個格點，對搜索過程中給定的16比特信源信息按信道編碼規(guī)則形成32比特校驗位，信源信息與接收信號點對應(yīng)的距離和校驗比特與接收信號點對應(yīng)的距離相加得到總距離，找出總距離離接收信號點最近的格點作為輸出，該輸出的16比特信源信息部分作為最終的信道譯碼輸出。由于考慮了碼字間距離，搜索空間由原來的2.81×1014個格點減少為65536個格點，帶來計算量的大幅度降低，同時還省去了信道譯碼環(huán)節(jié)，性能仍然保持了球形解碼方法性能接近最大似然譯碼的特點。
權(quán)利要求
1.一種基于許用碼字格點搜索的垂直分層空時碼球形解碼方法，其特征在于，一方面利用信道編碼結(jié)構(gòu)引入的冗余而產(chǎn)生的碼間距離，減少球形解碼搜索的空間，搜索空間從原來的2n縮小為2k，n為碼字長度，k為碼字中的信息位長度，k＜n，對于糾錯目的而加入冗余校驗的信道編碼均適用，另一方面，利用球形解碼的搜索同時完成信道譯碼，搜索在許用碼字格點上進行，輸出的碼字是合法碼字，因此省略信道譯碼，球形解碼和信道譯碼一次完成。
2.如權(quán)利要求1所述的基于許用碼字格點搜索的垂直分層空時碼球形解碼方法，其特征是，以下對其作進一步的限定，具體實現(xiàn)步驟如下(1)將待解碼的n長碼字分成信息位長度的k位和校驗位長度的n-k位，對于系統(tǒng)碼k位信息是n長碼字的組成部分，調(diào)整k個信息比特位于n長碼字的n-k+1至n位置；對于非系統(tǒng)碼指定n位中的k位，并調(diào)整至n長碼字的n-k+1至n位置；(2)將現(xiàn)有球形解碼方法中依次確定第n維至第1維方向上的搜索范圍，以及依次選定第n維至第1維方向上的格點坐標取值，改為依次確定第n維至第n-k+1維方向上的搜索范圍，以及依次選定第n維至第n-k+1維方向上的格點坐標取值；(3)根據(jù)以上選定的n-k+1至n維格點坐標取值，按發(fā)送端的信道編碼規(guī)則確定位于1至n-k位置的n-k個校驗比特位的格點坐標取值；(4)按現(xiàn)有球形解碼方法計算n維格點坐標取值所確定的格點和接收信號點之間的距離C’；(5)按現(xiàn)有球形解碼方法對C’與當前搜索半徑C進行比較，并按大于等于“≥”和小于“＜”兩種情況分別處理；(6)搜索得到n維格點坐標取值所確定的格點和接收信號點之間的最小距離C，對于系統(tǒng)碼，搜索得到的最終結(jié)果C所對應(yīng)的n維格點坐標取值中的n-k+1至n部分即為信道譯碼輸出；對于非系統(tǒng)碼，n維格點坐標取值中的n-k+1至n部分還需按編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換后得到信道譯碼輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的基于許用碼字格點搜索的垂直分層空時碼球形解碼方法，其特征是，所述的k為碼字中的信息位長度，對于系統(tǒng)碼k位信息是n長碼字的組成部分，對于非系統(tǒng)碼指定n位中的k位，n為碼字長度，在M個天線上以b比特/符號的調(diào)制方式同時發(fā)送M*b比特，n＝M*b若n≠M*b，則以n和M*b的最小公倍數(shù)為處理周期。
4.如權(quán)利要求2所述的基于許用碼字格點搜索的垂直分層空時碼球形解碼方法，其特征是，在步驟(5)中，若C’小于C，則用C’的值更新C，重新確定搜索球半徑C，重復(fù)進行第(2)步至第(4)步；若C’大于等于C，則在n至n-k+1維在相應(yīng)維數(shù)的搜索范圍內(nèi)對未搜索過的格點坐標取值，產(chǎn)生新的格點坐標，并計算該格點坐標和接收信號點之間的距離C’，直到新的C’都大于C。
全文摘要
一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的基于許用碼字格點搜索的垂直分層空時碼球形解碼方法，一方面利用信道編碼結(jié)構(gòu)引入的冗余而產(chǎn)生的碼間距離，減少球形解碼搜索的空間，搜索空間從原來的文檔編號H04L1/02GK1604516SQ20041006802
公開日2005年4月6日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者林東, 宋文濤, 劉興釗, 徐友云, 羅漢文 申請人:上海交通大學(xué)