组合输入信号MIMO无线通信接收端及其信号检测方法技术

本发明专利技术涉及通信技术。本发明专利技术解决了现有组合输入信号MIMO无线通信系统中当发射信号路数很多时，检测复杂度太高而无法实施的缺点，提供了一种组合输入信号MIMO无线通信接收端及其信号检测方法，其技术方案可概括为：组合输入信号MIMO无线通信接收端，其参考信号输入端与系统状态信息处理模块连接，多根接收天线与线性检测模块连接，线性检测模块分别与各最大似然检测模块连接，各最大似然检测模块分别与各对应的系统输出端连接，系统状态信息处理模块分别与各最大似然检测模块、线性检测模块及各系统输出端连接。本发明专利技术的有益效果是，复杂度较低，适用于组合输入信号MIMO无线通信系统。

Combinatorial input signal MIMO wireless communication receiver and signal detection method

The invention relates to communication technology. \u672c\u53d1\u660e\u89e3\u51b3\u4e86\u73b0\u6709\u7ec4\u5408\u8f93\u5165\u4fe1\u53f7MIMO\u65e0\u7ebf\u901a\u4fe1\u7cfb\u7edf\u4e2d\u5f53\u53d1\u5c04\u4fe1\u53f7\u8def\u6570\u5f88\u591a\u65f6\uff0c\u68c0\u6d4b\u590d\u6742\u5ea6\u592a\u9ad8\u800c\u65e0\u6cd5\u5b9e\u65bd\u7684\u7f3a\u70b9\uff0c\u63d0\u4f9b\u4e86\u4e00\u79cd\u7ec4\u5408\u8f93\u5165\u4fe1\u53f7MIMO\u65e0\u7ebf\u901a\u4fe1\u63a5\u6536\u7aef\u53ca\u5176\u4fe1\u53f7\u68c0\u6d4b\u65b9\u6cd5\uff0c\u5176\u6280\u672f\u65b9\u6848\u53ef\u6982\u62ec\u4e3a\uff1a\u7ec4\u5408\u8f93\u5165\u4fe1\u53f7MIMO\u65e0\u7ebf\u901a\u4fe1\u63a5\u6536\u7aef\uff0c\u5176\u53c2\u8003\u4fe1\u53f7\u8f93\u5165\u7aef\u4e0e\u7cfb\u7edf\u72b6\u6001\u4fe1\u606f\u5904\u7406\u6a21\u5757\u8fde\u63a5\uff0c\u591a\u6839\u63a5\u6536\u5929\u7ebf\u4e0e\u7ebf\u6027\u68c0\u6d4b\u6a21\u5757\u8fde\u63a5\uff0c\u7ebf\u6027\u68c0\u6d4b\u6a21\u5757\u5206\u522b\u4e0e\u5404\u6700\u5927\u4f3c\u7136\u68c0\u6d4b\u6a21\u5757\u8fde\u63a5\uff0c\u5404\u6700\u5927\u4f3c\u7136\u68c0\u6d4b\u6a21\u5757\u5206\u522b\u4e0e\u5404\u5bf9\u5e94\u7684\u7cfb\u7edf\u8f93\u51fa\u7aef\u8fde\u63a5\uff0c\u7cfb\u7edf\u72b6\u6001\u4fe1\u606f\u5904\u7406\u6a21\u5757\u5206\u522b\u4e0e\u5404\u6700\u5927\u4f3c\u7136\u68c0\u6d4b\u6a21\u5757\u3001\u7ebf\u6027\u68c0\u6d4b\u6a21\u5757\u53ca\u5404\u7cfb\u7edf\u8f93\u51fa\u7aef\u8fde\u63a5\u3002 The beneficial effect of the invention is that the complexity is low, and is suitable for the combined input signal MIMO wireless communication system.

【技术实现步骤摘要】
组合输入信号MIMO无线通信接收端及其信号检测方法
本专利技术涉及通信技术，特别涉及无线通信系统的技术。
技术介绍
现有NOMA-MIMO(Non-OrthogonalMultipleAccess-MultipleInputMultipleOutput)系统采用功率复用方法提高系统容量和频谱效率，其特点是在发射端通过功率复用技术，对不同的用户分配不同的信号功率，在接收端通过串行干扰消除(SIC)区分不同用户的信号。SIC采用逐级消除干扰的策略，在接收信号中对用户逐个进行判决，先将一个用户产生的多址干扰从接收信号中减去，然后再对剩下的用户信号逐一进行判决及多址干扰消除，如此循环操作，直到消除所有的多址干扰。但是，SIC的这种工作方式要求每个用户的信号功率大小有足够的差别，以降低用户间信号干扰，且会造成额外的处理时延，且导致接收机复杂度高，特别是在用户数量增多或大规模MIMO系统情况下，这种方法由于高复杂度而难以实施。目前的MIMO系统，其发射端的每根发射天线可以输入多路信号，即组合信号，但当一个MIMO系统的发射信号路数超过接收天线数量时，常规的接收端线性检测算法例如MRC(最大信噪比合并)、ZF(迫零)及MMSE(最小均方差)将无法应用，一般只能采用ML(最大似然)检测，如专利号为“ZL201310223518.7”所记载的发射端及申请号为“201610257946.5”的专利申请所记载的优化方法。但ML的检测复杂度很高，在这种情况下，如果发射信号路数较少，检测是可行的，但如果发射信号路数很多时，例如大规模MIMO系统，大量的复杂运算会使检测每个符号的过程时间过长而无法实施。
技术实现思路
本专利技术的目的是要克服目前组合输入信号MIMO无线通信系统中当发射信号路数很多时，例如大规模MIMO系统，检测复杂度太高而无法实施的缺陷，提供一种组合输入信号MIMO无线通信接收端及其信号检测方法。本专利技术解决上述技术问题，采用的技术方案是，组合输入信号MIMO无线通信接收端，包括参考信号输入端、系统状态信息处理模块、多根接收天线及与发射端加载信号数量对应数量的系统输出端，所述参考信号输入端与系统状态信息处理模块连接，所述接收天线的数量大于等于发射端发射天线的数量，其特征在于，还包括线性检测模块及与发射端发射天线数量对应的最大似然检测模块，所述多根接收天线分别与线性检测模块的各输入端一一对应连接，所述线性检测模块的各输出端分别与各最大似然检测模块的输入端一一对应连接，各最大似然检测模块的各输出端分别与各系统输出端一一对应连接，所述系统状态信息处理模块分别与各最大似然检测模块、线性检测模块及各系统输出端连接，所述线性检测模块用于采用MRC或ZF或MMSE线性检测算法，根据接收天线接收到的信号向量检测并估计出每根发射天线发射的组合输入信号，并将其分别传输给对应的最大似然检测模块；所述最大似然检测模块用于采用ML检测算法，区分出输入的组合输入信号中的各路数据流，且分别输出；所述系统状态信息处理模块用于根据接收信号及参考信号估计出空间无线信道，并计算出输出信噪比、输出误码率及信号误差，将其作为反馈信息发送至发射端。具体的，设发射端的发射天线数量为M,接收天线数量为Z,H表示维度为Z×M的空间无线信道矩阵，H＝[h1h2…hM]，hk＝[h1k,h2k,…,hZk]T表示第k根发射天线对应Z根接收天线的无线信道向量；所述线性检测模块采用MRC线性检测算法时，设y为接收信号向量，为发射信号向量x的估计值，则接收优化矩阵为GMRC＝HH因此有其中，中的每个元素即为各组合输入信号的估计值。进一步的，设发射端的发射天线数量为M,接收天线数量为Z,H表示维度为Z×M的空间无线信道矩阵，H＝[h1h2…hM]，hk＝[h1k,h2k,…,hZk]T表示第k根发射天线对应Z根接收天线的无线信道向量；所述线性检测模块采用ZF线性检测算法时，设y为接收信号向量，为发射信号向量x的估计值，则接收优化矩阵为GZF＝(HHH)-1HH因此有其中，中的每个元素即为各组合输入信号的估计值。具体的，设发射端的发射天线数量为M,接收天线数量为Z,H表示维度为Z×M的空间无线信道矩阵，H＝[h1h2…hM]，hk＝[h1k,h2k,…,hZk]T表示第k根发射天线对应Z根接收天线的无线信道向量；所述线性检测模块采用MMSE线性检测算法时，系统状态信息处理模块还计算噪声功率，设为噪声功率，y为接收信号向量，为发射信号向量x的估计值，则接收优化矩阵为因此有其中，中的每个元素即为各组合输入信号的估计值，IM是一个M×M单位矩阵。再进一步的，所述最大似然检测模块用于采用ML检测算法，区分出输入的组合输入信号中的各路数据流，且分别输出是指：第k个最大似然检测模块从接收端获取对应虚拟信道向量wk的信息，其中，k＝1,2，……，M；M为发射端发射天线的数量，设该最大似然检测模块需计算第k个输入信号向量sk的估计值则具体优化计算方法如下：其中，J表示QAM(幅相调制)信号的星座集，表示输入信号向量sm的所有可能的Lk维复数候选信号向量集，Lk是指发射端第k根发射天线对应的发射端加载信号的数量。组合输入信号MIMO无线通信接收端的信号检测方法，应用于上述组合输入信号MIMO无线通信接收端，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、各接收天线接收到接收信号，形成接收信号向量，将其输入线性检测模块；步骤2、线性检测模块采用MRC或ZF或MMSE线性检测算法，根据接收信号向量检测并估计出每根发射天线发射的组合输入信号，并将其分别传输给对应的最大似然检测模块；步骤3、最大似然检测模块采用ML检测算法，区分出输入的组合输入信号中的各路数据流，且分别输出。具体的，设发射端的发射天线数量为M,接收天线数量为Z,H表示维度为Z×M的空间无线信道矩阵，H＝[h1h2…hM]，hk＝[h1k,h2k,…,hZk]T表示第k根发射天线对应Z根接收天线的无线信道向量；步骤2中，所述线性检测模块采用MRC线性检测算法时，设y为接收信号向量，为发射信号向量x的估计值，则接收优化矩阵为GMRC＝HH因此有其中，中的每个元素即为各组合输入信号的估计值。具体的，设发射端的发射天线数量为M,接收天线数量为Z,H表示维度为Z×M的空间无线信道矩阵，H＝[h1h2…hM]，hk＝[h1k,h2k,…,hZk]T表示第k根发射天线对应Z根接收天线的无线信道向量；步骤2中，所述线性检测模块采用ZF线性检测算法时，设y为接收信号向量，为发射信号向量x的估计值，则接收优化矩阵为GZF＝(HHH)-1HH因此有其中，中的每个元素即为各组合输入信号的估计值。具体的，设发射端的发射天线数量为M,接收天线数量为Z,H表示维度为Z×M的空间无线信道矩阵，H＝[h1h2…hM]，hk＝[h1k,h2k,…,hZk]T表示第k根发射天线对应Z根接收天线的无线信道向量；步骤2中，所述线性检测模块采用MMSE线性检测算法时，系统状态信息处理模块还计算噪声功率，设为噪声功率，y为接收信号向量，为发射信号向量x的估计值，则接收优化矩阵为因此有其中，中的每个元素即为各组合输入信号的估计值，IM是一个M×M单位矩阵。再进一步的，步骤3中，所述最大似然检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
组合输入信号MIMO无线通信接收端，包括参考信号输入端、系统状态信息处理模块、多根接收天线及与发射端加载信号数量对应数量的系统输出端，所述参考信号输入端与系统状态信息处理模块连接，所述接收天线的数量大于等于发射端发射天线的数量，其特征在于，还包括线性检测模块及与发射端发射天线数量对应的最大似然检测模块，所述多根接收天线分别与线性检测模块的各输入端一一对应连接，所述线性检测模块的各输出端分别与各最大似然检测模块的输入端一一对应连接，各最大似然检测模块的各输出端分别与各系统输出端一一对应连接，所述系统状态信息处理模块分别与各最大似然检测模块、线性检测模块及各系统输出端连接，所述线性检测模块用于采用MRC或ZF或MMSE线性检测算法，根据接收天线接收到的信号向量检测并估计出每根发射天线发射的组合输入信号，并将其分别传输给对应的最大似然检测模块；所述最大似然检测模块用于采用ML检测算法，区分出输入的组合输入信号中的各路数据流,且分别输出；所述系统状态信息处理模块用于根据接收信号及参考信号估计出空间无线信道，并计算出输出信噪比、输出误码率及信号误差，将其作为反馈信息发送至发射端。

【技术特征摘要】
1.组合输入信号MIMO无线通信接收端，包括参考信号输入端、系统状态信息处理模块、多根接收天线及与发射端加载信号数量对应数量的系统输出端，所述参考信号输入端与系统状态信息处理模块连接，所述接收天线的数量大于等于发射端发射天线的数量，其特征在于，还包括线性检测模块及与发射端发射天线数量对应的最大似然检测模块，所述多根接收天线分别与线性检测模块的各输入端一一对应连接，所述线性检测模块的各输出端分别与各最大似然检测模块的输入端一一对应连接，各最大似然检测模块的各输出端分别与各系统输出端一一对应连接，所述系统状态信息处理模块分别与各最大似然检测模块、线性检测模块及各系统输出端连接，所述线性检测模块用于采用MRC或ZF或MMSE线性检测算法，根据接收天线接收到的信号向量检测并估计出每根发射天线发射的组合输入信号，并将其分别传输给对应的最大似然检测模块；所述最大似然检测模块用于采用ML检测算法，区分出输入的组合输入信号中的各路数据流,且分别输出；所述系统状态信息处理模块用于根据接收信号及参考信号估计出空间无线信道，并计算出输出信噪比、输出误码率及信号误差，将其作为反馈信息发送至发射端。2.如权利要求1所述的组合输入信号MIMO无线通信接收端，其特征在于，设发射端的发射天线数量为M,接收天线数量为Z,H表示维度为Z×M的空间无线信道矩阵，H＝[h1h2…hM]，hk＝[h1k,h2k,…,hZk]T表示第k根发射天线对应Z根接收天线的无线信道向量；所述线性检测模块采用MRC线性检测算法时，设y为接收信号向量，为发射信号向量x的估计值，则接收优化矩阵为GMRC＝HH因此有其中，中的每个元素即为各组合输入信号的估计值。3.如权利要求1所述的组合输入信号MIMO无线通信接收端，其特征在于，设发射端的发射天线数量为M,接收天线数量为Z,H表示维度为Z×M的空间无线信道矩阵，H＝[h1h2…hM]，hk＝[h1k,h2k,…,hZk]T表示第k根发射天线对应Z根接收天线的无线信道向量；所述线性检测模块采用ZF线性检测算法时，设y为接收信号向量，为发射信号向量x的估计值，则接收优化矩阵为GZF＝(HHH)-1HH因此有其中，中的每个元素即为各组合输入信号的估计值。4.如权利要求1所述的组合输入信号MIMO无线通信接收端，其特征在于，设发射端的发射天线数量为M,接收天线数量为Z,H表示维度为Z×M的空间无线信道矩阵，H＝[h1h2…hM]，hk＝[h1k,h2k,…,hZk]T表示第k根发射天线对应Z根接收天线的无线信道向量；所述线性检测模块采用MMSE线性检测算法时，系统状态信息处理模块还计算噪声功率，设为噪声功率，y为接收信号向量，为发射信号向量x的估计值，则接收优化矩阵为因此有其中，中的每个元素即为各组合输入信号的估计值，IM是一个M×M单位矩阵。5.如权利要求2-4任一项所述的组合输入信号MIMO无线通信接收端，其特征在于，所述最大似然检测模块采用ML检测算法，区分出输入的组合输入信号中的各路数据流，且分别输出是指：第k个最大似然检测模块从接收端获取对应虚拟信道向量wk的信息，其中，k＝1,2，……，M；M为发射端发射天线的数量，设该最大似然检测模块需计算第k个输入信号向量sk的估计值则有：

【专利技术属性】
技术研发人员：周渊平，杨贵德，夏文龙，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51