[发明专利]一种基于宽度优先搜索的多天线系统并行检测方法

说明书

技术领域

本发明属于数字通信中的并行检测方法技术领域，具体涉及多天线系统中基于宽度优先搜索的并行检测方法。 

背景技术

以多天线系统（MIMO）为主要特征的第四代移动通信系统在提高系统的数据速率的同时，随着天线数目的增长和调制阶数的增大，其检测算法的复杂度也呈指数增长。宽度优先球形译码算法（Breadth-First Sphere Decoding）借鉴了经典球形译码算法中的搜索树模型，同时以一种单向的方式逐层向前搜索，并在该过程中按照某种准则去除部分支路，由于其结构简单，适于硬件实现，因而得到广泛应用。 

《国际电子电气工程师协会-通信领域选刊》（IEEE Journal on Selected Areas in Communications，VOL.24，No.3，pp.491-503，2006）介绍了一种易于实现的宽度优先球形译码算法——列表最优（Kbest）算法，该算法每次选出当前计算的部分欧式距离最小的前K条路径，同时去除其它子节点下的支路，这种方法特点是数据流动规整，不存在回溯操作，适合于硬件并行化实现。 

然而在列表最优（Kbest）算法的搜索树中，由于层与层之间是前后依赖的，即后面层的计算依赖于前面层的结果，否则无法计算出该层的代价值，因此算法在层与层之间是严格串行的。为了进一步提高算法的执行效率，需要设法消除层与层之间的相关性，提高计算的并行度，减少计算周期，提高数据吞吐速率。 

发明内容

本发明提出一种基于宽度优先搜索的多天线系统（MIMO）并行检测方法，以提高算法的并行度，从而减少指令周期数，加快算法运行速度，提高译码的吞吐率。 

本发明基于宽度优先搜索的多天线系统并行检测方法，其特征在于处理系统由预处理模块A1、树搜索模块A2、以及输出模块A3按如下配置连接组成：系统的输入接入预处理模块A1，预处理模块A1的输出端与树搜索模块A2的输入端相连接，树搜索模块A2的输出端与输出模块A3的输入端相连接，输出模块A3的输出端为系统输出； 

其中预处理模块A1的结构为：系统的一个复数接收信号矢量y_c输入接入到复实转换单元B1的输入端，系统的另一个复数信道矩阵H_c输入接入到复实转换单元B2的输入端；复实转换单元B2的实数信道矩阵H输出接入到正交上三角分解单元B4的输入端；复实转换单元B1的实数接收信号矢量输出和正交上三角分解单元B4的一个正交矩阵Q输出作为矩阵相乘单元B3的输入；矩阵相乘单元B3的实数矢量y输出和正交上三角分解单元B4的另一个上三角矩阵R输出为预处理模块A1的两个输出； 

所述树搜索模块A2的结构为：预处理模块A1的一个实数矢量y输出接入到偶数层 代价值计算单元C1的输入端和奇数层代价值计算单元C2的输入端，预处理模块A2的另一个上三角矩阵R输出接入到偶数层代价值计算单元C1的输入端和奇数层代价值计算单元C2的输入端；偶数层代价值计算单元C1的输出端和奇数层代价值计算单元C2的输出端接入到求和单元C3的输入端；求和单元C3的输出端接入到排序单元C4的输入端；排序单元C4的两个输出端接入到偶数层代价值计算单元C1的输入端和奇数层代价值计算单元C2的输入端，另一个输出端作为树搜索模块A2的输出； 

所述输出模块A3的结构为：树搜索模块A2的输出作为实复转换单元D1的输入，实复转换单元D1的输出作为输出模块A4的输出； 

并行检测操作按如下步骤进行：首先将多天线系统复数检测模型转换成实数检测模型，即：将复数接收信号矢量和复数发送信号矢量的每个元素的实部和虚部交替安排，即按照“实部-虚部-实部-虚部”的顺序排列；对复数信道矩阵变换之后的实数信道矩阵进行正交上三角分解之后分别得到正交矩阵和上三角矩阵，利用奇数层代价值的计算不依赖于其前一层的结果这一性质，对相邻的奇数层和偶数层进行同时计算：对等价出的搜索树模型的每两层分别计算其代价值，然后将对应在同一条路径上的两节点的代价值相加求和得到当前层子节点的代价值；并且在计算偶数层代价值的时候采用子树复用的方法减小其运算量，即利用搜索树的偶数层与奇数层在计算的时候相互独立的性质，在计算奇数层在偶数层扩展出的log2(M)*log2(M)个子节点的代价值时，只计算前log2(M)个，然后复制log2(M)次，其中的M为调制阶数。