[发明专利]一种球解码方法及球解码器

说明书

技术领域

本发明涉及数字信息处理技术领域，特别涉及一种适用于欠定多天线系统的球解码方法及球解码器。 

背景技术

多天线技术(Multiple-input multiple-output，MIMO)在富散射环境中能够显著提高信道容量与频谱效率，提出之后得到了学术界的广泛研究，并引起工业界的普遍关注。 

欠定多天线(Under-determined MIMO，UD-MIMO)系统是指发射端天线数多于接收端天线数的MIMO系统。在一些常用码率下，这种MIMO系统能够通过增加天线的个数，降低所用的调制阶数，从而以较低的能耗代价传输相同的数据率。此外由于天线数的增加，还能够获取一定的分集增益。 

对于有N根发射天线，M根接收天线的多天线系统，其信道模型为： 

y＝Hx+n    (1) 

其中，向量为发送向量；为接收向量；为噪声向量，一般假设其元素为服从均值为0，方差为σ²；信道矩阵。接收端检测器的任务，就是在已知接收向量y、信道矩阵H以及噪声的统计参数σ2的条件下，得到发送向量的估计

对于欠定多天线系统来说，其信道矩阵H的秩要小于发送信号的个数N，因此一些在非欠定多天线系统中非常有效的检测算法不适用于欠定多天线系统。对于欠定多天线系统来说，最优的检测算法仍为最大似然(Maximum Likelihood，ML)算法，但ML算法需要遍历全部可能的发送向量，具有指数阶的复杂度，因此在实际中无法使用。球解 码(Sphere Decoding，SD)算法是一类次优的检测算法，该算法通过矩阵分解，并利用矩阵分解所得到的上三角矩阵，将距离计算转化为了树搜索过程。该算法利用如下公式： 

x^=argminx∈SN×1||U(x-x~)||2---(2)]]>

其中，集合S^Nx1为全部可能的发送向量的集合；为发送信号的初始估计，被用作搜索的中心；上三角矩阵U通过信道的Gram矩阵G的乔里奇分解得到，即：G＝H^HH＝U^HU。 

利用矩阵U的上三角特性，式(2)可以通过树搜索过程得到。该树结构具体如下：树结构的每一层对应于一根发射天线，共有N层；树结构中的每个节点有Q个子节点，其中Q为所用调制阶数；根节点在第N层，叶子节点为第1层。从根节点到叶子节点的每条路径都对应着一个可能的发送向量，共有Q^N个可能的路径。 

SD算法将搜索范围限定于一个高维球中，该高维球半径为预先设定的R，即搜索满足下式的全部可能的发送向量： 

||U(x-x~)||2<R2---(3)]]>