基于改進(jìn)qrd-m算法的廣義空間調(diào)制信號(hào)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于改進(jìn)QRD-M算法的廣義空間調(diào)制信號(hào)檢 測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output ,ΜΙΜΟ)技術(shù)無需增加帶 寬和天線發(fā)送功率，不但可有效地提高信道容量，而且還能降低誤碼率，因此，傳統(tǒng)MMO技 術(shù)作為第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)物理層的關(guān)鍵技術(shù)之一，被國(guó)內(nèi)外各標(biāo)準(zhǔn)組織所接受。然而，隨 著技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)MMO技術(shù)遇到了諸如天線間同步、接收端天線間干擾以及需要大量射 頻單元等問題。為此，MeslehR等人在提出了空間調(diào)制(Spatial Modulation,SM)的概念。盡 管SM技術(shù)能有效地避免上述傳統(tǒng)MBTO技術(shù)所固有的問題。然而，由于SM技術(shù)在每個(gè)時(shí)隙僅 有一根天線被激活并被用于數(shù)據(jù)傳輸。因此，SM技術(shù)的頻譜效率和傳輸率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng) 的M頂0技術(shù)。
[0003] 針對(duì)SM技術(shù)的低頻譜效率和低傳輸率問題，DiR M等人提出了GSM的思想，即在每 個(gè)時(shí)隙，多根天線同時(shí)被激活以用于數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)激活天線上所傳輸數(shù)據(jù)的不同，GSM技 術(shù)有單流和多流之分。而多流GSM技術(shù)的多根激活天線上，可用于并行傳輸獨(dú)立的符號(hào)，即 實(shí)現(xiàn)了 SM技術(shù)和空間復(fù)用技術(shù)的有效結(jié)合，其頻譜效率和傳輸率得到明顯提升。方案中的 GSM技術(shù)指多流GSM技術(shù)。
[0004] 在已有MM)信號(hào)檢測(cè)算法中，傳統(tǒng)的基于QR分解(QRDecomposition，QRD)的M分支 搜索(QRD-M)算法能夠以較低的復(fù)雜度取得近似ML算法的檢測(cè)性能，同時(shí)，QRD-M算法在檢 測(cè)過程中，采用并行M分支搜索結(jié)構(gòu)，非常適于硬件設(shè)計(jì)，因此，QRD-M檢測(cè)算法一經(jīng)提出，就 廣受關(guān)注。在GSM系統(tǒng)中，如果直接將傳統(tǒng)的QRD-M算法應(yīng)用于GSM信號(hào)檢測(cè)，由于非激活天 線的存在，QRD-M算法在各層進(jìn)行M分支搜索時(shí)，其搜索的有限字符集合Ω〇= Ω U 0。其具體 過程如下所示：
[0005] 以 s = ]7表不可能發(fā)送?目號(hào)矢量，其中 e.%，i = 1，2，· · ·，Nt。假如 第η層為當(dāng)前搜索層，令
表示第η+1層（即上一層）的第m個(gè)保留分支，其 中m = 1，2，L，表示第n+1層保留的分支數(shù);令>表示與該保留分支相對(duì)應(yīng)的 累積分支度量。在此基礎(chǔ)上，則對(duì)于當(dāng)前搜索層（即第η層），與分支/C1相對(duì)應(yīng)的第k個(gè)候選 預(yù)留分支
>與之對(duì)應(yīng)的累積分支度量
表示分支度量。在上 述定義基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)QRD-M算法從第Nt+1層開始，以寬度優(yōu)先的順序遍歷樹。在樹遍歷過程 中，每層最多只保留具有累積分支度量最小的M個(gè)分支，沿著這些保留分支將樹擴(kuò)展至下一 層，計(jì)算所有候選預(yù)留分支的累積度量值并對(duì)其進(jìn)行排序，保留具有最小度量的M條分支及 其度量。重復(fù)上述過程直到第1層，輸出累積分支度量最小的路徑作為檢測(cè)結(jié)果。
[0006] 由此可見，傳統(tǒng)的QRD-M算法直接應(yīng)用于GSM信號(hào)檢測(cè)中，必須在非GSM的無效發(fā)送 信號(hào)矢量上進(jìn)行M分支搜索，不僅徒增加計(jì)算復(fù)雜度，同時(shí)，還因候選發(fā)送信號(hào)矢量間的最 小歐式距離減小而導(dǎo)致檢測(cè)性能與ML檢測(cè)算法存在較大的差距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于改進(jìn)QRD-M算法的廣義空間調(diào)制信號(hào) 檢測(cè)方法，相比傳統(tǒng)QRD-M算法，該方法不但能夠降低了 GSM信號(hào)檢測(cè)的復(fù)雜度，同時(shí)還可獲 得近似ML的檢測(cè)性能。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種基于改進(jìn)QRD-M算法的廣義空間 調(diào)制信號(hào)檢測(cè)方法，該方法借助QRD，將GSM信號(hào)的ML檢測(cè)等價(jià)為一倒置樹結(jié)構(gòu)的搜索過程； 進(jìn)而在對(duì)該樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行M分支搜索時(shí)，結(jié)合GSM信號(hào)的特點(diǎn)，通過裁剪與冗余天線組合相對(duì) 應(yīng)的分支及與激活天線數(shù)目不匹配的分支，以提高各層保留分支的有效性。
[0009] 具體來說，本發(fā)明所述的基于改進(jìn)QRD-M算法的廣義空間調(diào)制信號(hào)檢測(cè)方法包括 以下步驟:步驟一:將GSM信號(hào)的ML檢測(cè)等價(jià)為一倒置樹結(jié)構(gòu)的搜索過程;步驟二:在對(duì)樹結(jié) 構(gòu)每一層進(jìn)行M分支搜索前，結(jié)合GSM信號(hào)的特性，裁剪與冗余天線組合相對(duì)應(yīng)的分支及與 激活天線數(shù)目不匹配的分支;步驟三:對(duì)每層保留下來的分支進(jìn)行M分支搜索。
[0010] 進(jìn)一步，步驟一中具體包括：當(dāng)采用ML算法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要遍歷尋找滿足下式的
其中Ξ表示由所有容許傳輸符號(hào)矢量所形成的集合，該集合中共計(jì)有 夂|0~個(gè)矢量（I Ω I表示調(diào)制集合Ω的勢(shì)）；本方法首先對(duì)信道矩陣H進(jìn)行QRD，即H = QR，其 中Q為Nr X Nt維酉陣，R為Nt X Nt維上三角陣。在信道模型兩邊同時(shí)左乘Qh，得到：
>因此，GSM信號(hào)的ML檢測(cè)可表示為：
[0012] 由于矩陣R具有上三角特性，因此，上式的ML檢測(cè)可等價(jià)為對(duì)一 Nt+1層倒置樹結(jié)構(gòu) 進(jìn)行搜索，從中尋找使得累積分支度量值最小的路徑。
[0013] 進(jìn)一步，步驟二具體包括:在GSM系統(tǒng)中，由于非激活天線的存在，QRD-M算法在各 層進(jìn)行M分支搜索時(shí)，其搜索的有限字符集合Ω〇= Ω U0。假如第η層為當(dāng)前搜索層，所提方 案對(duì)上一層保留分支完全擴(kuò)展到當(dāng)前層的所有益" =汾"+1|ββ|個(gè)分支中的無效分支進(jìn)行裁 剪，使得第η層的實(shí)際候選預(yù)留分支數(shù)為成，具體裁剪過程如下：
[0014] 1)當(dāng)11<隊(duì)-仏，找到包含激活天線數(shù)目大于仏+1的分支，刪除對(duì)應(yīng)分支及從完全擴(kuò) 展的個(gè)分支中將其減去，得到剩余的個(gè)候選預(yù)留分支，令;
[0015] 2)當(dāng)η < Nt-NA+1，找到激活天線組合屬于冗余激活天線組合的分支，刪除對(duì)應(yīng)分支 及從過程1)中剩余的個(gè)分支中將其減去，得到剩余的個(gè)候選預(yù)留分支，令;
[0016] 3)當(dāng)η ^ Να，找到非激活天線數(shù)目大于Nt-NA+1的分支，刪除對(duì)應(yīng)分支及從過程2)中 剩余的個(gè)分支中將其減去，得到剩余的我<個(gè)候選預(yù)留分支，令士" =分" D
[0017]進(jìn)一步，步驟三具體包括：
[0018] 1)計(jì)算步驟二剩余的所有候選預(yù)留分支的累積分支度量值，保留累積分支度量值 最小的M個(gè)分支及其度量值；
[0019] 2)判斷當(dāng)前搜索層是否為最底層，即如果η矣1，則令n = n-l，同時(shí)返回到步驟二； 如果n = l，輸出累積分支度量值最小的分支作為檢測(cè)結(jié)果輸出。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述的改進(jìn)QRD-M檢測(cè)方法能夠利用GSM信號(hào)本身 的特點(diǎn)，通過裁剪與冗余天線組合相對(duì)應(yīng)的分支及與激活天線數(shù)目不匹配的分支，將M分支 搜索是的分支限定在GSM后有效的發(fā)送信號(hào)矢量中，不僅降低了系統(tǒng)的檢測(cè)復(fù)雜度，同時(shí)有 效提尚系統(tǒng)性能。
【附圖說明】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0022] 圖1為本發(fā)明所述的檢測(cè)方案的系統(tǒng)模型框圖；
[0023]圖2為本發(fā)明所述的檢測(cè)方案的中樹結(jié)構(gòu)的舉例；
[0024]圖3為本發(fā)明所述的檢測(cè)方案的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0026]根據(jù)GSM的特點(diǎn)，共存在K 個(gè)有效GSM發(fā)送信號(hào)矢量，而傳統(tǒng)QRD-M算法當(dāng)執(zhí)行 到第n=l層時(shí)，存在個(gè)候選預(yù)留分支，即有I^f -個(gè)屬于非GSM的無效發(fā)送信號(hào) 矢量。經(jīng)過分析，這:|i3〇|Ai -氧|12|& ?個(gè)非GSM的無效發(fā)送信號(hào)矢量包括兩部分：（一)激活天線 數(shù)匹配（即.其中I I · I |〇表示0范數(shù)運(yùn)算符），但由冗余天線組合所形成的無效發(fā)送 0； 信號(hào)矢量，共計(jì)|β|?個(gè)，其中K表示冗余天線組合數(shù)；（二)激活天線數(shù)不匹配 (即；的無效發(fā)送信號(hào)矢量，共計(jì)|ββ|??4Υ<個(gè)。 〇
[0027] 下面以Nt = 4，NA=2的GSM系統(tǒng)為例來進(jìn)行說明。如果以集合Caii表示符合Nt = 4和 Na= 2的(文=6種可能天線組合，如下所示：
[0029]其中元素 m(I < i < 6)為一列矢量，表示一種可能天線組合;m中"Γ表示對(duì)應(yīng)位置 的天線被激活，而"〇"則表示對(duì)應(yīng)位置天線未被激活。GSM從Call中僅選擇了
個(gè)元素構(gòu)成有效激活天線子集CCSM。假設(shè)有效的激活天線子集Ccsm由Call中元素 ai，a2，a3，a4 所構(gòu)成，即：