專利名稱：基于信道分析的動態(tài)mimo檢測算法與檢測器結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高速無線通信集成電路技術領域，具體涉及一種應用于多輸入多輸出 (ΜΙΜΟ,Multiple Input Multiple Output)無線通信系統(tǒng)中的動態(tài)信號檢測算法與檢測器結構。
背景技術：
隨著頻譜資源的日趨緊張，為了滿足人們對高速數(shù)據(jù)傳輸率的需求，MIMO技術被 廣泛應用于新型無線通信系統(tǒng)中(如IEEE802. lln、IEEE802. 16e/m)。ΜΙΜΟ技術的引入，雖 然帶來了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊嫣?，但是它也使得系統(tǒng)接收機變得非常復雜，這對集成電路小 面積、低功耗的設計和實現(xiàn)更形成巨大的挑戰(zhàn)。MIMO信號檢測器是接收機中最為復雜的 模塊之一，對MIMO信號檢測器的優(yōu)化設計可以大大降低接收機的復雜度，因此以較低復雜 度、較小的硬件開銷和功耗實現(xiàn)高速、高質(zhì)量的信號檢測器是近年來的研究熱點。MIMO檢測器的優(yōu)化可以分為兩個層次一是對MIMO檢測算法的設計優(yōu)化；二是對 MIMO檢測器硬件實現(xiàn)的設計優(yōu)化。近年來對MIMO檢測算法的研究取得了較大的成果，常用的MIMO檢測算法包括迫 零算法、最小均方誤差算法、線性干擾抵消算法、K-Best算法、球形譯碼算法、最大似然算 法。各檢測算法在計算復雜度和檢測誤碼率上各有不同，其中最大似然算法復雜度最高，檢 測無碼率最小，而迫零算法復雜度最低，檢測誤碼率最高。對于MIMO檢測器的電路設計，研究的重點在于結合實際檢測算法提出合理的硬 件框架，使得硬件設計能夠利用流水線結構提高工作的時鐘頻率，且設計出的芯片面積最 小。從當前的研究現(xiàn)狀可以看到，K-Best算法及其改進型算法以接近最大似然算法 的高檢測性能、固定復雜度以及單向搜索的特性，被廣泛應用于基于并行流水線結構的高 速超大規(guī)模集成電路(VLSI)實現(xiàn)中。為了進一步降低K-Best算法的硬件實現(xiàn)復雜度，不 少研究者對K-Best算法進行改進，包括在K-Best算法中利用Schnorr-Euchner搜索策略、 通過分組方式或預刪除技術減少每層擴展的子節(jié)點數(shù)目等。然而這些都只針對信號檢測本 身進行簡化和改進，忽略了信道信息對MIMO信號檢測性能的影響，從而引入大量的冗余計 算。為此，本發(fā)明在MIMO信號檢測時利用信道信息簡化算法，并設計出動態(tài)MIMO檢測器結 構。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡蛷碗s度、低功耗的MIMO檢測算 法與檢測器結構。本發(fā)明利用接收機中信道估計的信息，對MIMO信號檢測中的K-Best算法進行簡 化。K-Best檢測算法基于分層檢測的原理，在每一層信號檢測時，保留累積歐式距離最小的 K個節(jié)點傳遞到下一層，直到所有層檢測完畢，再選擇最終歐式距離最小的路徑作為檢測結果輸出。K-Best算法中如果每層保留的節(jié)點數(shù)K越小，那么正確路徑被刪除的概率就越大， 相應地，如果每層保留的節(jié)點數(shù)K越大，那么檢測正確的概率越高，但是需要存儲的節(jié)點越 多，需要擴展計算的節(jié)點也越多，檢測器的實現(xiàn)就越復雜。本發(fā)明提出的根據(jù)信道信息進行節(jié)點擴展的MIMO檢測算法，是在MIMO中根據(jù)各 層的信道增益選擇每層所需擴展的子節(jié)點數(shù)，信道增益大，則擴展節(jié)點數(shù)少，信道增益小， 則擴展節(jié)點數(shù)多。具體步驟為第一步，標記H2N-1)層中信道增益最大的η層； 第二步，檢測j=2N層，擴展所有節(jié)點并計算歐式距離；第三步，檢測第j_l層如果本層有標記，則每個父節(jié)點只擴展1個子節(jié)點，否則每個父 節(jié)點擴展所有可能的子節(jié)點，然后每層最多保留累積歐式距離最優(yōu)的K個子節(jié)點；第四步，如果本層不是最后一層，繼續(xù)第三步，否則選擇累積歐式距離最小的路徑作為 檢測結果。對K-Best的每一層檢測進行分解，如果每一層檢測都保留了正確節(jié)點，那么最終 肯定能夠選擇到正確路徑?；诖?，K-Best檢測的性能可分解為每層的檢測性能的交集。 通過分析，每一層的檢測性能除了與K值有關以外，還與該層的信噪比成正相關。所謂每一 層的信噪比，可以由MIMO信道分解后的R陣對角元素來代表。在R陣中，對角線元素的絕 對值大小代表了各層的信道增益，信道增益越大，該層的等效接收信噪比越高，則該層保留 正確節(jié)點的概率越高。理論上推導為在N根發(fā)射天線和N根接收天線組成的MIMO系統(tǒng)中，接收信號y={yi，i=l,-,N}表 示為
權利要求
1.一種根據(jù)信道信息進行節(jié)點擴展的MIMO檢測算法，其特征在于在MIMO中根據(jù)各 層的信道增益選擇每層所需擴展的子節(jié)點數(shù)，信道增益大，則擴展節(jié)點數(shù)少，信道增益小， 則擴展節(jié)點數(shù)多。
2.根據(jù)權利要求1所述的MIMO檢測算法，其特征在于具體步驟為第一步，標記H2N-1)層中信道增益最大的η層；第二步，檢測j=2N層，擴展所有節(jié)點并計算歐式距離；第三步，檢測第j_l層如果本層有標記，則每個父節(jié)點只擴展1個子節(jié)點，否則每個父 節(jié)點擴展所有可能的子節(jié)點，然后每層最多保留累積歐式距離最優(yōu)的K個子節(jié)點；第四步，如果本層不是最后一層，繼續(xù)步驟三，否則選擇累積歐式距離最小的路徑作為 檢測結果。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的檢測算法設計的動態(tài)MIMO檢測器，其特征在于采用 動態(tài)流水線的結構，根據(jù)信道增益信息動態(tài)選擇每層的節(jié)點擴展模塊，從而構成MIMO檢測ο
4.根據(jù)權利要求3所述的動態(tài)MIMO檢測器，其特征在于對于簡化的層擴展一個節(jié) 點，對于不簡化的層擴展所有節(jié)點；采用流水線的結構對每一層進行檢測，以達到高速數(shù)據(jù) 傳輸?shù)囊螅唤邮招盘杫在減去所有已檢測層的信號干擾后，由動態(tài)可重構模塊根據(jù)信道 信息R決定需要擴展的節(jié)點數(shù)，并選擇相應的節(jié)點擴展模塊進行檢測，檢測結果也通過動 態(tài)可重構模塊傳送給下一檢測層進行干擾抵消；當信號通過整個流水線以后，則檢測完所 有的層，通過排序模塊對累積歐式距離進行排序，最終檢測出信號輸出。
全文摘要
本發(fā)明屬于高速無線通信集成電路技術領域，具體為一種應用于MIMO無線通信系統(tǒng)中的動態(tài)信號檢測算法與檢測器結構。該檢測算法在MIMO中根據(jù)各層的信道增益選擇每層所需擴展的子節(jié)點數(shù)，信道增益大，則擴展節(jié)點數(shù)少，信道增益小，則擴展節(jié)點數(shù)多。根據(jù)MIMO系統(tǒng)中各層的信道增益選擇每層所需擴展的子節(jié)點數(shù)，并用動態(tài)流水線的結構進行實現(xiàn)。它相比于傳統(tǒng)的MIMO檢測算法K-Best可節(jié)省30%～50%的節(jié)點擴展，硬件實現(xiàn)面積和功耗得到優(yōu)化，更適用于移動無線通信。
文檔編號H04L1/06GK102055566SQ20111002342
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權日2011年1月21日
發(fā)明者任俊彥, 劉亮, 葉凡, 曾云綺, 李凱, 李寧, 李巍, 聶彧, 許俊 申請人:復旦大學