[发明专利]基于功率约束的连续梯度搜索垂直分层空时码检测方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及空时信号检测技术领域的基于功率约束的连续梯度搜索垂直分层空时码检测方法。本发明可用于多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统中对垂直分层空时码进行检测。

背景技术

在无线信道中使用多输入多输出MIMO系统可以显著提高通信容量。垂直分层空时码(Vertical Bell Labs layered Space-Time，VBLAST)为MIMO空间复用技术的典型应用。

现有的MIMO检测算法主要分为两类：非线性检测算法和线性检测算法。非线性检测算法主要有最大似然(Maximum Likelihood，ML)、球域检测、树搜索和最大似然搜索等；线性检测算法主要是迫零检测(Zero Forcing，ZF)/最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)。相对线性检测算法，非线性检测算法具有优良的性能，但计算复杂度很高，在实际的多用户通信环境中难以应用。目前的多用户MIMO系统中采用的MIMO检测算法为线性检测，其中，MMSE线性检测算法性能优于ZF线性检测算法，但需要进行噪声估计，从而加大了系统开销，增加了计算复杂度。

西安电子科技大学申请的专利“基于逼近最大似然性能的低复杂度垂直分层空时码检测方法”(专利申请号200910022286.2，公开号CN 101540659A)。该专利申请主要是提出了一种在多输入多输出(MIMO)系统中对垂直分层空时码进行检测的方法，其步骤是：(1)选取小于发射天线数目M的遍历天线数目d，按照该遍历天线数目找出信道矩阵中均方误差MSE最大的d列向量，并对剩余M-d列向量进行信噪比排序；(2)在信噪比排序的基础上，对d列向量对应的所有候选d维码元符号进行遍历，得到每一个候选d维码元符号对应的M-d维码元符号，并将对应的M-d维码元符号与d维码元符号合并，得到对应的M维码元符号；(3)将所有M维码元符号作为候选集，进行最大似然检测，得到最终检测结果。该方法的不足之处在于：该方法具有非线性的复杂度，并且在高信噪比的情况下，其检测性能不能随信噪比的提高而提高。

文献[1 Wolniansky P W，Foschini G J，and Golden G D，and R.A.Valenzuela.V-BLAST：An architecture for realizing very high data rates over the rich-scattering wireless channel.(In Proc.IEEE ISSSE，September，1998.295-300)]中提出的迫零检测算法属于线性检测算法，结合排序判决反馈ZF-DFE方法，从信噪比最大的层开始检测，在检测下一层信号时减去前面几层信号的干扰。由于该方法计算复杂度低，在实际MIMO检测中得到了广泛的应用。但是该方法在工程实践中进行MIMO检测时，存在的不足是：由于星座映射而导致离散信号的最优性能损失，从而降低了系统的误比特率。

文献[2 D.Guo，Y.Wu，S.Shamai(Shitz)and S.Verd：Estimation in Gaussian Noise：Propertier of the minimue mean_square error.(IEEE Trans.Inf.Theory，vol.57，no.4，pp.2371-23852011)]中提出的最小均方误差(MMSE)方法，根据最小均方准则对信号进行检测。由于该方法检测性能优于ZF方法，在实际MIMO检测中也得到了广泛的应用。但是该方法在工程实践中进行MIMO检测时，存在的不足是：由于需要进行噪声估计，从而增大了系统开销和计算复杂度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，针对多用户MIMO系统，提供一种基于功率约束的连续似然梯度搜索方法，相比ZF线性检测性能更优；相比MMSE线性检测，性能接近，但它省略了信噪比检测环节，减少了系统开销，提高了传输效率，有更低的实现复杂度。

为实现上述目的，本发明实现的具体思路是：根据通信接收端接收到的信号信息和信道信息，得到接收信号向量和信道矩阵。设置初值信号和门限。计算出功率约束值。对信道矩阵进行奇异值分解，结合功率约束值计算出拉格朗日乘子，进而得到拉格朗日函数。应用牛顿迭代法对对接收到的码元信号进行最大似然搜索，硬判决之后最终输出得到的检测信号。

本发明具体实现步骤如下：