[发明专利]基于M-精英进化算法的垂直分层空时信号检测方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及垂直分层空时V-BLAST信号检测 方法，该方法可用于第四代移动通信的信号检测。

背景技术

为了提高系统容量，第四代的无线宽带移动通信系统将会采用多输入 多输出MIMO技术，即在基站端放置多个天线，在移动台也放置多个天线， 基站和移动台之间形成MIMO通信链路。MIMO技术已经成为无线通信领域 的关键技术之一。随着使用天线数目的增加，MIMO技术实现的复杂度大 幅度增高，从而限制了天线的使用数目，不能充分发挥MIMO技术的优势。 目前，如何在保证一定的系统性能的基础上降低MIMO技术的算法复杂度 和实现复杂度，成为业界面对的巨大挑战。

在MIMO系统的研究中，贝尔实验室垂直分层空时V-BLAST系统因能有 效提高频谱效率且易于实现而备受关注，进而V-BLAST检测方法也成为了 研究热点。图1给出了V-BLAST系统的原理框图。信号源比特流经串并 变换成为T路子比特流，每一路子比特流映射为调制符号并由其对应的 发射机发射出去。发射机以相同的符号速率发射符号，并且其间是符号同 步的。接收端是由R个天线组成，每根天线都会接收来自T个发射天线 的信号。假设信道为平坦的准静态瑞利衰落信道，即在每一帧L个符号 的时间内，信道保持不变。在帧与帧之间，信道是变化的。信道矩阵记为 H＝(h_ij)_R×T，其元素h_ij，i＝1，2，…，R，j＝1，2，…，T为复矩阵元素，表示第j根 发射天线到第i根接收天线的信道转移特性，在散射非常丰富的传播环境 中，h_ij可以认为服从相互独立的复高斯分布。假设接收端可以通过训练 序列来精确地估计信道。则接收端接收到信号的等效基带形式可以表示为 r＝Hs+n，其中，s为T×1维的发送数据信号；r为相应的R×1维接收信 号；n为加性高斯白噪声矢量，满足E(nn^H)＝N₀I，I为单位矩阵。V-BLAST 检测方法所要解决的问题就是如何从接收信号中检测出发送的信号。

传统的V-BLAST检测方法主要包括最大似然检测方法ML，单纯迫零 法ZF，最小均方误差法MMSE，连续干扰抵消方法SIC，以及改进的排序 连续干扰抵消方法OSIC，该OSIC方法根据采用准则的不同又可分为 ZF-OSIC方法和MMSE-OSIC方法，ZF-OSIC方法也叫Golden方法。

ML检测方法就是对发送信号s所有可能的解进行遍历搜索，使估计 信号满足该方法在检测性能上是最优的，但由于要 遍历解空间，其计算复杂度随着天线数及调制阶数的增加呈指数级增长， 对于要求高实时性的通信系统而言很难实用。

ZF和MMSE方法属于线性检测方法，其实质是基于信道矩阵求逆的方 法，性能损失较大，且为了使信道矩阵求逆有唯一解，就必须要求接收天 线的数目大于或等于发送天线的数目。SIC方法可以看作是线性检测方法 的改进，是在线性检测方法的基础上增加了判决反馈的过程。SIC方法首 先从接收向量中检测出某一天线发送数据的对应分量，再从接收向量中消 去其影响，然后继续依次检测剩余的分量。每个分量被检测出后，又被用 于消除其对剩下信号的影响。SIC存在错误传播的问题。OSIC是对SIC 的进一步改进，为了降低错误传播的影响，而采用一种排序的连续干扰抵 消检测方法，即每次检测错误概率最小的信号，然后进行干扰抵消。其复 杂度较ML有显著下降，但由于需要多次求伪逆，OSIC方法的复杂度还是 很高，约为o(T⁴)，其中T是指发射天线的数目。

从以上各种传统检测方法的介绍可以看到，检测性能好的方法其计算 复杂度高，而计算复杂度低的方法其性能损失又比较大。如何在计算复杂 度和检测性能之间取得好的折衷仍然是研究的热点，而将人工智能技术应 用于V-BLAST检测，则有望在两者间取得一种较好的折衷方案。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术检测性能与运算复杂度难以兼顾的 矛盾，提出一种基于M-精英进化算法的V-BLAST信号检测方法，以提高 检测性能，并降低运算复杂度。