基于K-Best算法的MIMO信号检测方法及检测器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于K-Best算法的MIMO信号检测方法及检测器，该方法包括如下步骤：按照用户指定的天线数和调制方式配置检测层数；获取信道传递矩阵H经QR分解后的上三角矩阵R及酉矩阵的共轭转置矩阵与接收向量y的乘积；将第p=M层的所有星座点和p=M-1层的FC路径并行展开，用交织方式产生两组候选路径并行处理；采用并行方式对候选路径按需展开找出p层的K条幸存路径和K-2条丢弃路径；对各检测层的幸存路径处理获得幸存路径输出，并对丢弃路径进行重用进行处理；对K条幸存路径和K-2条丢弃路径进行对数似然处理，本发明可解决传统检测装置吞吐率低下，灵活性差、检测性能差以及硬件结构不易实现等问题。
【专利说明】基于K-Best算法的MIMO信号检测方法及检测器
【技术领域】
[0001]本发明涉及MMO通信【技术领域】，特别是涉及一种基于K-Best算法的MMO信号检测方法及检测器。
【背景技术】
[0002]多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, ΜΙΜΟ)技术能够在不增加功率、时间和频谱带宽的代价下，大幅地提高无线通信系统的容量以及可靠性。其中，MIMO技术的空间多路复用模式能够使得系统的传输速率随着天线数目呈现线性增长[I]。MMO技术的这一巨大理论突破引起了学术界和工业界的巨大兴取，也产生了许多研究成果。MMO技术也被越来越多的新一代无线通信标准所采用。
[0003]虽然MMO技术有以上的巨大优势，也被如此广泛应用于各个标准。但是实现MMO检测技术的运算复杂度也远远超过了硬件电路的发展。如何选择一种性能优异、计算复杂度适中，并且能方便高效地被超大规模集成电路实现的MMO检测算法成为急需解决的问题。
[0004]MMO检测算法被普遍分为最大似然检测算法、树搜索检测算法、连续干扰消除检测算法和线性检测算法。MMO接收端信号检测虽然可以通过最大似然检测算法得到，但其运算复杂度随着天线的数目和调制级数的增长而呈指数的增长，目前不可能用集成电路实现。根据遍历树的顺序和剪枝的方法，树搜索检测算法分为三类:深度优先搜索球形译码(Sphere Decoding, SD)算法；广度优先算法；度量优先(Metric-first)算法。Κ-Best检测算法是广度优先算法的代表。
[0005]K-Best检测算法原理是全展开每层的候选星座点路径，并将其排序。将每层度量值最小的K条路径选为当前层的K-Best路径。算法的检测性能和检测复杂度也可以通过K值的调整达到平衡。如果系统指标对于检测性能更为严格，可以通过扩大K值实现。同理，若希望得到更低的运算复杂度和更高的吞吐速率，就需要较小的K值用于检测。K-Best检测算法虽然没有像球形译码算法那样达到最优检测。但因为其算法特点中没有树搜索的回溯，可以方便地用于VLSI中的流水线处理。
[0006]根据对现有文献的调查，Z.Guo和P.Nilsson2006年在IEEE Journal上发表的一篇“Algorithm and Implementation of the K-Best Sphere Decoding for MIMODetection”中提出一种支持4X4天线，16QAM调制的软输出检测器结构，检测器性能虽然得到明显改进，但复杂度依然很高，而且无法扩展应用于64QAM调制系统。
[0007]S.Z.Chen 和 T.Zhang 在 2OO7 年 IEEE transaction 上发表的 “Relaxed K-BestMIMO Signal Detector Design and VLSI Implementation” 一文中基于传统 K-Best 软判决检测算法，设计了应用于4X4天线，64QAM调制的软输出检测器。由于传统检测算法复杂度很高，不适合在硬件上实现，虽然采用分布式排序方法在一定程度上降低了复杂度，但检测器的吞吐率和性能还是受到限制。
[0008]D.Patel, V.Smolyakov 等人于 2010 年在 IEEE ISCAS 上发表的 “VLSIImplementation of a WiMAX/LTE Compliant Low-Complexity High-ThroughputSoft-output K-Best MIMO Detector”中设计了 4X4天线,64QAM调制的软输出检测器。它采用一系列近似与简化方法大大降低了检测器复杂度，然而它的配置是固定的，不具备本发明灵活进行天线以及调制方式配置的特点，而且其检测性能也不高。
【发明内容】
[0009]为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于K-Best算法的MMO信号检测方法及检测器，其可以解决传统检测装置吞吐率低下，灵活性差、检测性能差以及硬件结构不易实现等问题。
[0010]为达上述及其它目的，本发明提出一种基于K-Best算法的MMO信号检测方法，包括如下步骤:
[0011]步骤一，按照用户指定的天线数和调制方式配置检测层数；
[0012]步骤二，从MMO检测预处理装置获取信道传递矩阵H经QR分解后的上三角矩阵
R及酉矩阵q的共轭转置矩阵与接收向量I的乘积
【权利要求】
1.一种基于K-Best算法的MIMO信号检测方法，包括如下步骤: 步骤一，按照用户指定的天线数和调制方式配置检测层数； 步骤二，从MMO检测预处理装置获取信道传递矩阵H经QR分解后的上三角矩阵R及酉矩阵Q1的共轭转置矩阵与接收向量I的乘积
2.如权利要求1所述的基于K-Best算法的MIMO信号检测方法，其特征在于，在步骤四中，候选路径按需展开按照以下方式进行: 对每个父节点只展开其最好的子节点，K个父节点一共产生K个最好子节点； 将该K个最好子节点进行排序，挑出累积PED最小的最好子节点，取出并将其替换为其父节点的次好子节点放进队列重复上述的排序过程，直到最后得到K个最优节点。
3.如权利要求2所述的基于K-Best算法的MIMO信号检测方法，其特征在于:最好子节点由上三角矩阵R矩阵和接收向量
4.如权利要求2所述的基于K-Best算法的MIMO信号检测方法，其特征在于:次好子节点的产生方法采用“之”字形搜索法。
5.如权利要求2所述的基于K-Best算法的MMO信号检测方法，其特征在于，在步骤五中，对于检测层幸存路径的处理如下:如果当前第P层不是叶子层的上一层，即P不等于2，那么采用按需访问子节点的方式并行找出2组候选路径中的各K/2条幸存路径，如果检测到P=2层，则直接将候选路径的FC路径作为最终检测的幸存路径用于输出。
6.如权利要求2所述的基于K-Best算法的MIMO信号检测方法，其特征在于，丢弃路径由以下过程产生: 在每一检测层排序选出K条幸存路径的过程中一共访问了 K+K-1=2K-1个节点，其中最后挑选出K个节点，其余K-1个节点为丢弃节点。
7.如权利要求6所述的基于K-Best算法的MIMO信号检测方法，其特征在于:在步骤六中，对每一层的Κ-2条丢弃路径直接进行迫零扩展至叶子节点，然后利用这Κ-2条完整路径的PED更新软信息值。
8.如权利要求6所述的基于K-Best算法的MIMO信号检测方法，其特征在于该信号检测方法适用于 1Χ1、1Χ2、1Χ3、1Χ4、2Χ2、2Χ3、2Χ4、3Χ3、3Χ4、4Χ4 天线配置，BPSK、QPSK, 16-QAM和64-QAM调制的可配置多模检测器。
9.一种基于K-Best算法的MMO信号检测器，至少包括: KPE模块，负责选择每一检测层获得最优K个节点，其按照用户指定的天线数和调制方式来配置检测层数，将输入数据分为2批并行处理，每一批检测路径以Κ/2取代原来的K值；DPE模块，负责对该KPE模块于每一检测层获得的丢弃路径重用； LLR模块，根据不同天线配置，将该KPE模块和该DPE模块的检测输出选通到LLR模块中进行软信息计算； 控制模块，通过接收天线配置控制信号和调制方式控制信号来控制不同子模块的工作或停止。
10.如权利要求9所述的一种基于K-Best算法的MIMO信号检测器，其特征在于:该控制模块也产生选通信号，根据不同天线配置，将不同KPEn_n+l模块和DPE_Ln模块的检测输出选通到该LLR模块中进行软 信息计算。
【文档编号】H04B7/08GK103532609SQ201310465151
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】李健行, 贺光辉 申请人:上海交通大学