[发明专利]基于信道分析的动态MIMO检测算法与检测器结构

说明书

技术领域

本发明属于高速无线通信集成电路技术领域，具体涉及一种应用于多输入多输出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）无线通信系统中的动态信号检测算法与检测器结构。

背景技术

随着频谱资源的日趋紧张，为了满足人们对高速数据传输率的需求，MIMO技术被广泛应用于新型无线通信系统中（如IEEE802.11n、IEEE802.16e/m）。MIMO技术的引入，虽然带来了高速数据传输的益处，但是它也使得系统接收机变得非常复杂，这对集成电路小面积、低功耗的设计和实现更形成巨大的挑战。MIMO信号检测器是接收机中最为复杂的模块之一，对MIMO信号检测器的优化设计可以大大降低接收机的复杂度，因此以较低复杂度、较小的硬件开销和功耗实现高速、高质量的信号检测器是近年来的研究热点。

MIMO检测器的优化可以分为两个层次：一是对MIMO检测算法的设计优化；二是对MIMO检测器硬件实现的设计优化。

近年来对MIMO检测算法的研究取得了较大的成果，常用的MIMO检测算法包括迫零算法、最小均方误差算法、线性干扰抵消算法、K-Best算法、球形译码算法、最大似然算法。各检测算法在计算复杂度和检测误码率上各有不同，其中最大似然算法复杂度最高，检测无码率最小，而迫零算法复杂度最低，检测误码率最高。

对于MIMO检测器的电路设计，研究的重点在于结合实际检测算法提出合理的硬件框架，使得硬件设计能够利用流水线结构提高工作的时钟频率，且设计出的芯片面积最小。

从当前的研究现状可以看到， K-Best算法及其改进型算法以接近最大似然算法的高检测性能、固定复杂度以及单向搜索的特性，被广泛应用于基于并行流水线结构的高速超大规模集成电路（VLSI）实现中。为了进一步降低K-Best算法的硬件实现复杂度，不少研究者对K-Best算法进行改进，包括在K-Best算法中利用Schnorr-Euchner搜索策略、通过分组方式或预删除技术减少每层扩展的子节点数目等。然而这些都只针对信号检测本身进行简化和改进，忽略了信道信息对MIMO信号检测性能的影响，从而引入大量的冗余计算。为此，本发明在MIMO信号检测时利用信道信息简化算法，并设计出动态MIMO检测器结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高速数据传输的低复杂度、低功耗的MIMO检测算法与检测器结构。

本发明利用接收机中信道估计的信息，对MIMO信号检测中的K-Best算法进行简化。K-Best检测算法基于分层检测的原理，在每一层信号检测时，保留累积欧式距离最小的K个节点传递到下一层，直到所有层检测完毕，再选择最终欧式距离最小的路径作为检测结果输出。K-Best算法中如果每层保留的节点数K越小，那么正确路径被删除的概率就越大，相应地，如果每层保留的节点数K越大，那么检测正确的概率越高，但是需要存储的节点越多，需要扩展计算的节点也越多，检测器的实现就越复杂。

本发明提出的根据信道信息进行节点扩展的MIMO检测算法，是在MIMO中根据各层的信道增益选择每层所需扩展的子节点数，信道增益大，则扩展节点数少，信道增益小，则扩展节点数多。 

具体步骤为：

第一步，标记1~(2N-1)层中信道增益最大的n层；

第二步，检测j=2N层，扩展所有节点并计算欧式距离；

第三步，检测第j-1层：如果本层有标记，则每个父节点只扩展1个子节点，否则每个父节点扩展所有可能的子节点，然后每层最多保留累积欧式距离最优的K个子节点；

第四步，如果本层不是最后一层，继续第三步，否则选择累积欧式距离最小的路径作为检测结果。

对K-Best的每一层检测进行分解，如果每一层检测都保留了正确节点，那么最终肯定能够选择到正确路径。基于此，K-Best检测的性能可分解为每层的检测性能的交集。通过分析，每一层的检测性能除了与K值有关以外，还与该层的信噪比成正相关。所谓每一层的信噪比，可以由MIMO信道分解后的R阵对角元素来代表。在R阵中，对角线元素的绝对值大小代表了各层的信道增益，信道增益越大，该层的等效接收信噪比越高，则该层保留正确节点的概率越高。理论上推导为：

在N根发射天线和N根接收天线组成的MIMO系统中，接收信号y={y_i, i=1,…,N}表示为：

                                    (1)