具有未知符号相关的发送侧减损的大规模MIMO系统的符号检测的制作方法

具有未知符号相关的发送侧减损的大规模mimo系统的符号检测
技术领域
1.本公开涉及用于在支持多用户多输入多输出(mimo)方案的通信系统中处理减损(impairment)的设备、系统和方法，并且更具体地，涉及在具有未知符号相关发送侧减损的通信系统中自适应地处理减损和符号检测的设备、系统和方法。


背景技术：

2.大规模多输入多输出(mimo)是满足当今对下一代无线通信系统的增加的吞吐量和更好的服务质量的日益增长的需求的有前途的技术。这些大规模mimo系统在基站(bs)处配备有大量天线，该基站同时服务于共享相同时频时隙的数量小得多的单天线用户。


技术实现要素：

3.技术问题
4.然而，由于某些设计和硬件实现被配置为满足当今日益增长的通信技术需求，这些大规模mimo系统带来了严重影响当今通信系统的挑战。例如，这些通信系统的布置方式使得硬件成本和功耗过高，因为bs处的天线数量很大，并且通常与高分辨率模数转换器(adc)一起使用。另外，这些系统的发送减损对大规模mimo系统造成了许多挑战，这些挑战对于当今的通信系统来说仍有待解决。实际上，传统的通信收发器受到诸如功率放大器的非线性、i/q不平衡、由于非理想振荡器引起的相位漂移以及载波频率偏移的硬件减损的影响，这可能严重影响当今的通信系统。
5.物理收发器实现方式由许多不同的硬件装置(例如，放大器、转换器、混频器、滤波器和振荡器)组成，并且每个组件具有使信号失真的减损量。这些硬件缺陷或减损是不可避免的，并且这些减损的严重性通常基于有意的工程决策被设计到通信系统中。较大的失真被故意引入(设计到系统中)以降低硬件成本和/或功耗。详细地对每个组件的非理想行为进行建模，这导致了限制当今无线通信系统的信号的吞吐量和质量的收发器减损。结果，这些大规模mimo系统最终无法提供增加的吞吐量和更好的服务质量。
6.因此，需要开发能够自适应地处理具有未知的符号相关的发送侧减损等的通信系统中的减损的设备、系统和方法。
7.技术方案
8.本公开涉及用于自适应地处理在具有未知符号相关的发送侧减损的支持多用户多输入多输出(mimo)方案的通信系统中的减损的设备、系统和方法。
9.本公开解决了现实世界通信收发器中的一些问题，这些问题受到诸如由有源装置的非线性特性生成的非线性减损或由无源装置生成的非线性化减损的减损的影响。具体地，在包括将分层信号模型设计为未知模型参数的本公开的一些实施方式中完全考虑符号相关扰动。因此，本公开的一些方面提供了用于在支持多用户mimo方案的通信系统中使用用于具有符号相关发送侧减损的大规模mimo系统的低复杂度符号检测的变分贝叶斯推断
方法来处理减损的设备、系统和方法。其中，本公开的所开发的变分贝叶斯符号检测器被配置为以迭代方式学习未知扰动。
10.本公开的实施方式包括一种用于处理在无线网络中接收的扰动量的设备，该扰动量包括来自无线网络的(一个或多个)发送信号的非线性效应。该设备具有基站(bs)，其具有被配置用于数据发送的至少一个天线或天线阵列。bs被配置用于与无线网络中的用户设备(ue)进行无线通信，并且被配置为在bs和ue之间建立链路以提供多个发送数据流和上行链路数据流。处理电路可以被配置为实现接收器侧解码器。其中，接收器侧解码器中的接收器侧解码器可以被配置为提供受扰动量扰动的未知符号的可远程配置的恢复。恢复在接收器侧，并且扰动在发送器侧，使得接收器在bs处用于上行链路发送或在ue处用于下行链路发送。此外，处理电路可以通过对发送符号施加分层信号模型来提供用于符号相关发送侧扰动的符号检测的接收器侧解码。其中，由接收器侧解码器提供的解码可以用于恢复受扰动量扰动的未知符号并识别符号相关扰动，以减少ue或bs的解码处理成本的量。
11.为了更好地理解本公开的实施方式如何处理包括在无线通信系统中生成的扰动量的减损，需要解释减损是如何生成的以及什么是减损/扰动？例如，当信号沿包括具有非线性发送特性的装置的信号路径发送时，可能在无线通信系统中生成包括扰动量的减损。这些减损在频率上不同于生成它们的一个或多个信号，并且对其它信号造成干扰。诸如有源和无源互调减损之类的非线性减损的生成是现今的无线通信系统，特别是蜂窝无线系统的问题。非线性系统通常可以由有源组件组成，这意指这些组件必须利用不是输入信号的外部电源偏置(即，有源组件必须被“接通”)。例如，在蜂窝基站中，通过非限制性示例，这种非线性行为可以归因于有源组件(例如，功率放大器的非线性、i/q不平衡、由于非理想振荡器引起的相位漂移和载波频率偏移)。其中，有源组件的非线性可以在发送器(即，功率放大器)中和/或在接收器(例如，低噪声放大器(lna)或频率转换器)中。其它非线性减损可以由无源装置或无源互调(pim)源和/或无源谐波(ph)源生成。pim源可能在许多地方发生，一些示例可以在无线电设备的滤波器、连接器、从无线电到天线的线缆组件中、在多路复用器中(如果多个无线电设备被多路复用到同一线缆或天线上)、则在天线中、或者在天线外部的环境中。
12.符号相关的扰动：来自发送器处的硬件的上述非线性行为可以是符号相关的。也就是说，如果发送符号不同，则非线性效应不同，这主要是由于功率放大器处的不同激活行为、i/q不平衡和天线馈送电路。
13.非线性干扰在多个频率处生成干扰。当一些所生成的干扰落入基站的指派的接收信道中时，干扰可能是有问题的。干扰使接收器变得不敏感，从而降低接收器的性能。与非线性干扰相关联的问题之一是当干扰耦合到接收器中并且干扰与针对接收器的指派的频率信道交叠时。干扰将使接收器中的接收信号的质量劣化，从而使性能劣化。此外，接收器可能经历成功消息传递的吞吐量降低，这导致更低的信道利用率和更高的链路拥塞。另一个问题可能是由于当发送器侧扰动严重时更高的误码率(ber)而引起的差的服务质量。
14.这些问题的一些原因可能是，随着附加频带变得可用，可用的射频频谱已经随着时间稳定地扩展。此外，用于由各种蜂窝系统使用的可用频谱内的上行链路和下行链路频带的分配模式已经变得更加复杂。在这种情况下，即，在作为非限制性示例的蜂窝无线电基站中，从在基站处接收信号的上行链路频带内的一个或更多个下行链路频带中的发送载波
生成非线性减损。
15.如上所述，当今通信系统中所生成的减损的增加的至少一个原因可能是由于设计和硬件实现，以便于跟上通信行业不断增加的技术需求。来自这些设计的一些其它负面影响是增加硬件成本和功耗随着bts处的天线数量的增加以及高分辨率模数转换器(adc)的使用的增加而变得过高。
16.本公开的一些实施方式将由于发送侧减损引起的减损或扰动建模为独立的加性失真，并且更明确地，通过截断高斯分布进行建模。高斯分布的假设是由于沿着发送信道的所有硬件(例如，功率放大器、转换器、混频器、滤波器、振荡器等)减损的聚合效应。此外，截断高斯分布中的截断仅仅意味着硬件减损的影响是有限的并且不能任意大。为了开发低复杂度符号检测算法，分层高斯混合先验模型还被施加到受扰动的发送符号以实现有限字母表性质(finite alphabet nature)。分层截断高斯混合先验模型利用广义近似消息传递(gamp)和变分贝叶斯推断的原理来开发因式分解或解耦的迭代检测算法。要克服的至少一个挑战或问题是，为了更新确定性超参数(即，截断高斯混合模型的均值)需要计算后验分布上的归一化因子的对数的期望，这在闭合形式的表达式中很难推导出来。确定性超参数是控制关于扰动的先验知识的模型参数。例如，从过去的观察，来自某些发送器或装置的信号比其它发送器或装置具有更大的扰动。结果，可以分配不同的超参数以反映这种差异。在运行我们的算法时，确定性超参数需要被更新，因为先验知识已经通过组合来自接收器处的当前观察到的信号的新信息而被重新加权。
17.为了解决更新确定性超参数的问题，通过将小扰动添加到恢复符号，使得该扰动导致观察信号与恢复信号之间的均方误差最小化，将近似的闭合形式更新规则引入到分层截断高斯混合先验模型。闭合形式更新规则由最小平方解提供。一旦扰动被优化，受扰动的符号边界就被更新并且将用于下一次迭代。
18.其中，截断高斯混合模型的性能已通过使用具有二进制相移键控(bpsk)星座的蒙特卡罗模拟进行数值评估。
19.实验
20.在开发本公开的一些实施方式期间，在支持多用户mimo方案的通信系统中测试了各种干扰消除方案。然而，测试的结果证明这样的干扰消除方案需要高处理复杂度，并且是低效的，因为即使干扰信号没有影响期望信号的检测，也必须总是执行干扰消除操作。还认识到，如上所述，由于总是需要干扰消除操作，这些干扰消除方案需要大量的处理计算和功耗。所了解的一些方面在于，对于支持多用户mimo方案和/或大规模mimo方案的通信系统，需要用于消除干扰的不同且新的方案，以导致处理复杂度降低、计算处理时间/成本降低和更低功耗，以便于满足当今通信行业的持续增长的通信技术需求。
21.根据本公开的实施方式，用于处理在无线网络中接收到的扰动量的设备，该扰动量包括来自无线网络的至少一个发送信号的非线性效应。该设备包括至少一个基站(bs)，其具有至少一个被配置用于数据发送的天线。bs可以被配置用于与无线网络中的用户设备(ue)进行无线通信。bs还可以被配置为在bs和ue之间建立链路以提供多个发送数据流和上行链路数据流。处理电路可以被配置为实现接收器侧解码器。其中接收器侧解码器中的至少一个接收器侧解码器可配置为提供受扰动量扰动的未知符号的远程可配置的恢复。其中，恢复是在接收器侧，并且扰动是在发送器侧，使得接收器在bs处用于上行链路发送或者
在ue处用于下行链路发送。处理电路可以通过对发送符号施加分层信号模型来提供用于符号相关发送侧扰动的符号检测的接收器侧解码。其中由接收器侧解码器提供的解码用于恢复受扰动量扰动的未知符号并识别符号相关扰动，以减少ue或bs的解码处理成本的量。
22.根据本公开的另一实施方式，一种用于处理在无线网络中接收到的扰动量的系统，所述扰动量包括来自无线网络的至少一个发送信号的非线性效应。其中，至少一个基站(bs)包括被配置用于数据发送的至少一个天线。使得bs被配置用于与无线网络中的用户设备(ue)进行无线通信，并且bs被配置为在bs和ue之间建立链路以提供多个发送数据流和上行链路数据流。该系统包括被配置为实现接收器侧解码器的处理电路。其中，接收器侧解码器中的至少一个接收器侧解码器可被配置为提供对受扰动量扰动的未知符号的远程可配置的恢复，其中，恢复在接收器侧，并且扰动在发送器侧。这样，接收器在bs处用于上行链路发送或者在ue处用于下行链路发送的。通过对发送符号施加分层信号模型来提供用于符号相关发送侧扰动的符号检测的接收器侧解码。其中，由接收器侧解码器提供的解码用于恢复受扰动量扰动的未知符号并识别符号相关扰动，以减少ue或bs的解码处理成本的量。控制元件与处理电路进行通信以基于受扰动量扰动的未知符号的恢复来实现动作。
23.根据本公开的另一实施方式，一种用于处理在无线网络中接收到的扰动量的方法，该扰动量包括来自无线网络的至少一个发送信号的非线性效应。该方法包括实现接收器侧解码器，使得接收器侧解码器中的至少一个接收器侧解码器可配置用于提供受扰动量扰动的未知符号的可配置恢复。其中，恢复是在接收器侧的，而扰动是在发送器侧的，使得接收器在基站(bs)处用于上行链路发送或者在用户设备(ue)处用于下行链路发送。通过对发送符号施加分层信号模型来提供用于符号相关发送侧扰动的符号检测的接收器侧解码。其中由接收器侧解码器提供的解码用于恢复受扰动量扰动的未知符号并且识别符号相关扰动，以减少ue或bs的解码处理成本的量，其中，处理电路被用于实现该方法。
24.将参照附图进一步解释当前公开的实施方式。附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明当前公开的实施方式的原理上。
附图说明
25.[图1a]
[0026]
图1a是例示根据本公开的实施方式的系统的流程图；
[0027]
[图1b]
[0028]
图1b是例示根据本公开的实施方式的通信系统的示意图；
[0029]
[图1c]
[0030]
图1c是例示根据本公开的实施方式的通过利用分层截断高斯混合模型进行符号检测来在接收器处同时检测符号以及对来自接收信号的符号相关扰动进行估计的工作流的示意图；
[0031]
[图1d]
[0032]
图1d是例示根据本公开的实施方式的图1c的框150的计算解耦似然函数的步骤的示意图；
[0033]
[图1e]
[0034]
图1e是例示根据本公开的实施方式的图1c的框160的更新有效发送符号的后验的
步骤的示意图；
[0035]
[图1f]
[0036]
图1f是例示根据本公开的实施方式的图1c的框170的更新精度变量的后验的步骤的示意图；
[0037]
[图1g]
[0038]
图1g是例示根据本公开的实施方式的图1c的框180的更新标签变量的后验的步骤的示意图；
[0039]
[图1h]
[0040]
图1h是例示根据本公开的实施方式的图1c的框190的更新模型参数(噪声方差和扰动边界)的步骤的示意图；
[0041]
[图2a]
[0042]
图2a是例示根据本公开的实施方式的用于具有发送侧减损的大规模mimo系统的符号检测模块和接收信号y的信号模型的示意图；
[0043]
[图2b]
[0044]
图2b是例示根据本公开的实施方式的通信网络的一些有源干扰的示意图；
[0045]
[图2c]
[0046]
图2c是例示根据本公开的实施方式的通信网络的一些无源干扰的示意图；
[0047]
[图3]
[0048]
图3是例示根据本公开的实施方式的由于bpsk调制上的发送侧减损而引起的对发送符号的符号相关扰动的示例的曲线图，其中，u1＝0.1并且u2＝0.2；
[0049]
[图4a]
[0050]
图4a是例示根据本公开的实施方式的当u1＝-0.1，u2＝-0.5并且π＝0.5时，对于具有先验精度α1＝50和α2＝50的有效发送的符号xn∈[v2＝-1.5，v1＝0.9]的截断高斯混合先验p(xn)的曲线图；
[0051]
[图4b]
[0052]
图4b是例示根据本公开的实施方式的当u1＝-0.1，u2＝-0.5并且π＝0.5时，对于具有先验精度α1＝1000和α2＝1000的有效发送的符号xn∈[v2＝-1.5，v1＝0.9]的截断高斯混合先验p(xn)的曲线图；
[0053]
[图5]
[0054]
图5是例示根据本公开的实施方式的具有包括未知系数和超先验参数上的噪声和先验分布的符号相关减损的大规模mimo系统的信号模型的图形表示的示意图；
[0055]
[图6]
[0056]
图6是例示根据本公开的实施方式的当snr＝20db时来自现有和提议方法的以圆圈表示有效发送符号以及估计符号的曲线图，其中u1＝0.5、u2＝0.7；
[0057]
[图7a]
[0058]
图7a是例示根据本公开的实施方式的在作为snr的函数的归一化mse的方面的性能比较的曲线图；
[0059]
[图7b]
[0060]
图7b是例示根据本公开的实施方式的在作为snr的函数的ber的方面的性能比较
的曲线图；
[0061]
[图8]
[0062]
图8是根据本公开的一些实施方式的多用户mimo通信系统中的信号发送设备800的框图；
[0063]
[图9]
[0064]
图9是根据本公开的实施方式的多用户mimo通信系统中的信号接收设备900的框图；
[0065]
[图10a]
[0066]
图10a是例示根据本公开的实施方式的可以用于实现方法和系统的一些技术的计算设备的示意图；以及
[0067]
[图10b]
[0068]
图10b是例示根据本公开的实施方式的可以用于实现方法和系统的一些技术的移动计算设备的示意图。
具体实施方式
[0069]
虽然上述附图阐述了目前公开的实施方式，但是也可以设想其它实施方式，如讨论中所述。本公开通过代表而非限制的方式来呈现说明性实施方式。本领域技术人员可以设计出许多其它修改和实施方式，这些修改和实施方式落入本公开实施方式的原理的范围和精神内。
[0070]
图1a是例示根据本公开的实施方式的系统的流程图。例如，该系统用于处理在无线网络中接收的扰动量(perturbation quantity)，其中扰动量包括来自无线网络的至少一个发送信号的非线性效应。具有至少一个天线的基站(bs)被配置用于数据发送，使得bs被配置用于与无线网络中的用户设备(ue)进行无线通信。此外，bs可以被配置为在bs和ue之间建立链路，以提供多个发送数据流和上行链路数据流。
[0071]
图1a的步骤115包括用户设备的从无线网络(例如，基站)接收所发送的信号的接收器，所发送的信号包括具有非线性效应的扰动量。
[0072]
图1a的步骤120包括处理电路，其被配置为实现接收器侧解码器，其中接收器侧解码器中的至少一个接收器侧解码器可配置为。
[0073]
图1a的步骤125包括提供受扰动量扰动的未知符号的远程可配置恢复，其中恢复在接收器侧并且扰动在发送器侧，使得接收器针对bs处的上行链路发送或针对ue处的下行链路发送。
[0074]
图1a的步骤130包括通过对发送符号施加分层信号模型来提供针对符号相关的发送侧扰动的符号检测的接收器侧解码，并且其中由接收器侧解码器提供的解码用于恢复受扰动量扰动的未知符号并识别符号相关的扰动，以减少ue或bs的解码处理成本的量。
[0075]
可选步骤135(图1a中未示出)可以包括与处理电路进行通信的控制元件以基于受扰动量扰动的未知符号的恢复和/或所识别的符号相关扰动来实现动作。控制元件可以是处理操作、支持和网络任务的管理系统的网络控制的一部分。其中，控制元件可以被配置为从用于处理无线网络中的干扰的另一装置收集信息，和/或被配置为诊断和解决无线网络内的问题。此外，控制元件可以被配置为将性能指标与其它无线电接入网络相关联，这取决
于控制元件可以提供特定任务的用户所指示的特定应用。
[0076]
本公开的实施方式提供了独特的方面，作为非限制性示例，可以将由于硬件减损引起的符号相关的发送器侧符号扰动建模为具有先验知识(prior knowledge)的随机参数，并且通过经由组合先验知识和当前观测同时学习符号和发送器侧扰动来在接收器侧恢复真实符号。
[0077]
其中，图1b是例示根据本公开的实施方式的通信系统的示意图。通信系统100b可以包括位于至少一个基站收发器站或基站13a、13b以及至少一个交换站15的范围内的无线装置11a-11n。基站13a、13b和移动交换中心15与无线装置11a-11n进行无线通信。在操作中，这些无线装置11a-11n可以与基站13a、13b无线地进行数据通信，其中这些基站13a、13b可以连接到与通信网络17的硬线连接(即互联网线缆线路或一些其它硬件连接)。例如，可以在无线装置11a-11n与基站13a、13b之间进行通信(即，在两个方向上进行通信)的数据可以包括数据(即，语音数据或其它数据)，使得可以将数据传送到通信网络。无线装置11a-11n和基站13a、13b之间的通信类型可以是包括窄带信道(即，消息的带宽没有显著超过信道的相干带宽的信道)或宽带信道(即，当消息带宽显著超过信道的相干带宽时)的不同类型的格式。
[0078]
基站13a、13b的各方面可以利用与无线装置11a-11n进行通信的窄带基站或宽带数字基站。无线装置11a-11n和基站13a、13b可以被配置为利用波束成形和波束成形发送，并且利用多输入多输出(mimo)方法，该方法使用多个发送和接收天线以利用多径传播来倍增无线电链路的容量。mimo方法是包括ieee 802.11n(wi-fi)、ieee 802.11ac(wi-fi)、hspa (3g)、wimax(4g)和长期演进(4glte)的无线通信标准的元素。mimo还可以应用于3线安装的电力线通信作为itu g.hn标准和homeplug av2规范的一部分。
[0079]
仍然参照图1b，本公开的一些实施方式可以利用大规模mimo技术，其中终端的数量远小于基站(移动站)天线的数量。在散射环境中，可以使用诸如最大比率发送(mrt)、最大比率组合(mrc)或迫零(zf)(即，其中信道状态信息可以是可用的)的简单的波束成形策略来利用大规模mimo系统的全部优点。
[0080]
移动交换中心15可以用于协调基站13a、13b的事件，使得无线装置11a-11n可以维持与基站13a、13b或与位于其它地方的一些其它基站(未示出)的通信。例如，移动交换中心15可以帮助协调基站13a、13b和另一基站(未示出)之间的到无线装置11a-11n的通信，因为无线装置11a-11n可能在由基站13a、13b覆盖的不同区域之间漫游。
[0081]
图1c是例示根据本公开的实施方式的通过利用分层截断高斯混合模型进行符号检测来在接收器处同时检测符号以及对来自接收信号的符号相关扰动进行估计的一些步骤的示意图。从天线149接收的信号被反馈到符号检测模块中。首先，在框150中利用作为框190的输出的模型参数的更新值来计算解耦的基于发送信道的似然函数(transmit-channel-based likelihood function)。然后，在框160中，更新有效发送的符号的后验(posterior)，有效发送的符号的后验被分布为截断高斯分布。框170更新分布为伽马分布的每个符号的精度变量的后验。框180更新分布为伯努利分布的每个符号的标签变量的后验。框190使关于包括噪声方差(noise variance)和扰动的发送符号的未知确定性参数的成本函数最大化以更新这些模型参数。然后以多次迭代重复上述过程。在迭代结束时，其输出检测到的符号191和符号相关扰动193。
[0082]
变分贝叶斯符号检测
[0083]
根据上述分层信号模型，我们对隐藏随机变量{x，c，α1，α2}的后验分布利用变分贝叶斯推断，并更新未知模型参数(即，确定性扰动参数{v1，v2}和噪声方差β-1
)的规则。
[0084]
图1d是根据本公开的实施方式的图1c的框150的计算解耦似然函数的一些步骤的示意图。步骤151通过利用输入和设置来初始化计算过程。步骤152通过使用信道矩阵元素和初始化值来更新所有m个接收器天线的参数和步骤153计算每个天线处的等效无噪声接收信号的后验均值和方差。步骤154计算作为高斯分布在每个天线处的解耦的似然函数的平均值和方差。
[0085]
解耦的基于发送信道的似然函数
[0086]
y的基于接收器信道的似然函数由下式给出
[0087][0088]
其中，每个接收信道处的测量ym包括由于混合信道矩阵h而从所有有效发送的符号的贡献。为了推导后验分布，有必要将基于接收器信道的似然函数因式分解为基于解耦的发送信道的似然函数。这可以通过使用gamp框架来完成，gamp框架将似然函数近似为近似边际似然度的乘积。
[0089][0090]
结果，基于接收器信道的似然函数在发送信道意义中近似解耦(相对于发送天线索引n)。针对每个发送信道，我们具有带有均值和方差的等效高斯边缘似然度。均值和方差的详细推导可以在附录中找到。值得注意的是，(16)的这种解耦过程已经用在mimo-ofdm系统的大规模mimo符号检测和峰均功率比率降低中。
[0091]
为了得到(16)的近似似然函数，我们需要计算近似均值和方差这可以通过使用gamp算法从均值方差和噪声方差β-1
的输入来获得。特别地，为了计算解耦似然度和无噪声测量的后验似然度我们遵循以下步骤：
[0092]
·
初始化m＝1，
…
，nr；
[0093]
·
步骤1：针对所有m＝1，
…
，nr：
[0094]
[0095]
其中，h
mn
是h的第(m，n)个元素。
[0096]
·
步骤2：针对所有m＝1，
…
，nr，
[0097]
计算dm相对于的后验均值和方差，即，
[0098][0099][0100]
并且更新
[0101][0102]
·
步骤3：针对所有n＝1，
…
，n
t
，
[0103]
计算解耦似然函数的均值和方差
[0104][0105]
图1e是例示根据本公开的实施方式的图1c的框160的更新有效发送符号的后验的一些步骤的示意图。后验是具有由式(19)计算的均值和由式(20)计算的方差的截断高斯分布。注意，均值和方差是来自框150的每个天线处的上述解耦似然函数的均值和方差的函数。它们也是来自框170的精度变量和来自框180的标签变量的后验均值的函数。截断边界来自框190中的更新的模型参数。
[0106]
有效发送的符号x的后验：
[0107]
我们首先从有效发送的符号向量x的后验分布的推导开始。利用(10)和(16)并且通过仅保持与xn相关的项，我们具有
[0108][0109]
其中，v1＝v b并且v2＝-v b。这意味着x的后验分布可以被因式分解为独立的截断高斯分布，
[0110][0111]
其中，后验均值和方差被给出为
[0112][0113][0114]
其中，归一化因子
[0115][0116]
图1f是例示根据本公开的实施方式的图1c的框170的更新精度变量的后验的一些步骤的示意图。后验是具有两个参数a和b的伽马分布。参数a1和a2是来自框180的标签变量的后验均值的函数。参数b1和b2是来自框180的标签变量的后验均值、来自框160的有效发送的符号的后验动量和来自框190的经更新的截断边界的函数。
[0117]
精度变量{α1，α2}的后验：
[0118]
利用(13)和(16)并且通过仅保持与α
n1
相关的项，我们具有
[0119][0120]
其中我们已经使用经更新的值来替换lnη
n1
并且使其与α
n1
的后验分布不相关。结果，α1的后验分布可以被因式分解为非独立伽马分布，即
[0121][0122]
其中
[0123][0124][0125]
类似地，α2的后验分布可以被因式分解为非独立伽马分布，即
[0126]
[0127]
其中
[0128][0129][0130]
图1g是例示根据本公开的实施方式的图1c的框180的更新标签变量的后验的一些步骤的示意图。后验是具有参数的伯努利分布。该参数是来自框160的有效发送符号的后验量、来自框170的精度变量的后验量以及来自框190的经更新的截断边界的函数。
[0131]
标签变量c的后验：
[0132]
对于隐藏变量的最后一类，二进制标签变量c∈{0，1}，其后验分布可以被推断为
[0133][0134]
其中，l
n1
＝lnπ 0.5《lnα
n1
》-《lnη
n1
》-0.5《α
n1
》《(x
n-v1)2》并且l
n2
＝ln(1-π) 0.5〈lnα
n2
〉-〈lnη
n2
〉-0.5〈α
n2
〉〈xn-v2〉2〉。后验量〈lnη
n1
〉和〈lnη
n2
〉的计算是相当复杂的，并且可以由来自先前迭代的更新值和代替。结果，c具有带有参数的独立的后验伯努利分布，
[0135][0136]
与在(11)中cn的先验分布相比，后验分布不再相同，因为参数现在取决于指数n。
[0137]
后验量的计算
[0138]
为了更新上述后验分布，我们需要计算以下后验量：
[0139][0140][0141][0142][0143][0144]
其中，φ(x)是x值处的标准正态概率密度函数，并且是双伽玛函数。
[0145]
图1h是例示根据本公开的实施方式的图1c的框190的更新模型参数(噪声方差和扰动边界)的一些步骤的示意图。框191更新噪声方差估计。框193更新两个扰动边界。
[0146]
更新确定性模型参数：
[0147]
在下文中，我们获得三个确定性参数的更新规则θ＝{β，v1，v2}。一般规则是为了使关于未知参数的q函数最大化，
[0148][0149]
其中，获得q函数作为完整似然函数(y，x，α1，α2，c)相对于所有隐藏变量{x，α1，α2，c}的后验分布的对数的期望。
[0150]
首先，β的对应q函数可以被表示为
[0151][0152]
其中，ym＝dm υm并且dm是无噪声测量d＝hx的第m个元素，其后验分布p(dm|y；β)可以在附录的步骤2中找到。换句话说，等效变量d可以概括来自隐藏变量{x，α1，α2，c}的全部贡献。然后，直接示出
[0153][0154]
其产生
[0155][0156]
其中，期望接管dm的后验分布。
[0157]
接下来，为了更新两个未知的边界值{v1，v2}，{v1，v2}对应的q函数很难找到闭合形式的表达式。另选地，我们考虑最小二乘更新过程。具体地，我们使以下成本函数最小化
[0158][0159]
其中，1是全一向量并且hn＝h(n)＝1如或hn＝-1如其中表示在第k次迭代时未知间隔的估计中间点。可以看出，通过找到最优调整{δb，δv}，更新{v1，v2}的规则被转换为中间点凸和到边界的当前估计的边距v的更新。更确切地说，(33)利用x的当前估计(即，)、平均值δb及其到两个边界的边距δv的调整来使数据拟合误差最小化。{δb，δv}的确切解给出为
[0160][0161]
其中，q＝a[1，h]。最后，两个边界{v1，v2}可以更新为
[0162][0163][0164]
发送侧干扰/推断/互调
[0165]
图2a是例示根据本公开的实施方式的用于具有发送侧减损的大规模mimo系统的接收信号y和符号检测模块的信号模型的示意图。例如，图2a示出了具有每个天线发送有效发送的符号x(n
t
)2030的n
t
个发送天线和具有接收信号z(nr)2040的nr个接收天线的大规模mimo的系统模型。每个天线处的接收信号被附加接收器噪声v(nr)2050污染。来自所有nr个接收天线的噪声接收信号2060用于符号检测模块输出检测符号191。针对每个有效发送的符号，它由未扰动的符号s(n
t
)2010和符号相关扰动e(n
t
)2020组成。信道矩阵160是nr
×
nt矩阵，每个元素指示一个发送天线和一个接收天线之间的信道状态。
[0166]
仍然参照图2a，考虑具有n
t
个发送天线和nr个接收天线的大规模mimo系统。发送符号从有限星座集(例如psk或qam)中取值。在不丢失一般性的情况下，我们假设假设表示在标称发送向量并且表示信道增益矩阵，假设其条目是独立的并且相同分布的(i.i.d.)高斯，其具有零均值和单位方差。
[0167]
所接收的向量
[0168]
由下式给出
[0169]
y＝hx v＝h(s e) v，
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0170]
其中，x是由于发送减损而引起的扰动发送向量，e是发送扰动向量，并且v是具有零均值和未知方差β-1
的高斯分布噪声(即，)。此外，标称发送符号sn∈{-1，1}遵循伯努利分布。
[0171][0172]
其中，π＝0.5。此外，发送硬件减损引入了符号相关的排序向量e。
[0173][0174]
其中，u1和u2是未知但确定性的变量。
[0175]
感兴趣的问题是，在给定接收向量y的情况下，通过考虑s的二进制性质以及在未知符号相关的发送减损e的情况下检测真正的发送符号s。
[0176]
有源干扰
[0177]
图2b是根据本公开的一些实施方式的通信网络中的有源干扰的示意图。如上所述，有源互调发生在有源电子系统中，其中系统内或来自外部源的两个或更多个信号组合并产生其频率倍数和乘积。例如，这可以在有源装置包含在发送器的输出级、内联放大器的任意部分或接收器的输入级中时发生。图2b示出了存在有源干扰的无线通信系统200b(也可以称为蜂窝无线网络)的示例。用户装置211a-211n可以是被配置为与基站223a、223b进行通信的手机装置或任意无线用户装置。基站223a、223b可以与交换中心215以及射频远拉头(rrh)217进行通信。上述装置中的每一个(即，用户装置211a-211n，基站223a、223b和rrh)分别包括诸如发送器、功率放大器、接收器等的组件，其中每个组件或组件的组合可以产生有源互调。
[0178]
有源互调可能对上述任意装置的之间的通信的信号产生负面影响，导致无线通信系统中的组件中的一个或全部的性能劣化。例如，可能受到有源互调影响的一些信号可以是下行链路信号(即，从基站223a(即，基站调制解调器单元)发送的第一下行链路信号s1以及从基站213b(即，基站调制解调器单元)发送的第二下行链路信号s2)，其被发送到射频远
拉头(rrh)单元217。下行链路信号以及上行链路信号可以包括诸如通用公共无线电接口(cpri)或开放基站架构联盟(obsai)数据链路的数据链路上的样本流。数据链路可以承载上行链路和下行链路cpri数据流。上行链路和下行链路数据流可以各自承载表示许多上行链路和下行链路信号的数据。例如，图2b中所示的信号s1和s2可以是下行链路数据流中承载的许多下行链路信号的子集，并且从无线单元218发送的接收上行链路信号s3可以是上行链路数据流中承载的许多上行链路信号的子集。作为非限制性示例，基站213a、213b可以被安装在地面上的机柜中。射频远拉头217可以包括上变频器和下变频器单元，并且可以安装在在地理上靠近基站213a、213b并且在rrh 217的天线或天线212旁边的塔上。
[0179]
可以由共享相同天线的系统内的多个信号源产生互调的一些源可以导致互调，例如在lte频带中使用的双工器共享公共天线以进行发送和接收。电路板中紧密行进的信号线可能导致串扰和互调。处理多个频率的发送天线的不匹配可以引起与其它频带混合的信号的反射并且导致互调。此外，电路中的故障电子组件和低质量组件可能引入互调。此外，针对多个应用的无线发送装置的数量的增加也可能导致更高水平的不期望出现的信号失真。这样，更高水平的失真导致任何无线通信装置的中断。对于功率放大器，随着当今无线通信需求的增加，有源互调可能是一个重要问题。
[0180]
无源干扰
[0181]
图2c是例示根据本公开的一些实施方式的通信网络中的无源干扰的示意图。图2c示出了图2b的组件，并且示出了对通信系统200c(也可以称为蜂窝无线网络)中的接收信号的无源干扰的示例。
[0182]
例如，下行链路信号s1、s2分别从基站223a、223b发送到射频远拉头(rrh)单元217，作为数据链路上的样本流。数据链路可以承载上行链路和下行链路数据流。上行链路和下行链路数据流各自承载表示许多上行链路和下行链路信号的数据(并且信号s1、s2可以是在下行链路数据流中承载的许多下行链路信号的子集)，并且从无线单元218发送的接收上行链路信号s3可以是在上行链路数据流中承载的许多上行链路信号的子集。信号s1、s2可以上变频到射频并且分别以频率f1，205和f2，207发送。此外，第三信号s3可以以频率f3，209发送(即，2f
1-f2＝f3)。图2c示出了信号s1、s2撞击在诸如无源互调(pim)219的非线性干扰源上，例如，在金属部件之间具有氧化物层或包括铁磁材料的金属部件。由于pim 219的源的非线性响应，可能生成第一信号和第二信号s1、s2的互调干扰。
[0183]
另外，还可以生成第一信号s1和第二信号s2中的每一个的无源谐波干扰。例如，在频率f1下的第一信号s1和在频率f2下第二信号s2可以产生在频率2f
1-f2和2f
2-f1处的三阶干扰，以及在频率3f
1-2f2和3f
2-2f1下的其它阶干扰。另外，第一信号s1和第二信号s2中的每一个的谐波干扰可以以相应信号频率的整数倍生成。注意，互调和谐波干扰可以占用比生成互调和谐波干扰的信号更宽的频率范围，并且可能存在多于一个的接收信号落在由互调和谐波干扰占用的频谱内。在图2c中，可以看出，第一信号s1和第二信号s2的互调干扰i3在2f
1-f2下从pim源219发送209。互调干扰i3可以至少部分地落在f3下的接收上行链路信道内，并且表现为对从与基站进行通信的无线单元218以射频发送203的接收信号s3的干扰。接收信号s3和表现为对接收信号的干扰的互调干扰i3可以在rrh 217中下变频，并在数据链路上发送到基站213a、213b。
[0184]
图3是例示根据本公开的实施方式的由于bpsk调制上的发送侧减损而引起的对发
送符号的符号相关扰动的示例的曲线图，其中u1＝-0.1并且u2＝-0.2。以圆圈示出了36个发送天线上的未扰动的qpsk符号2010。由于符号相关扰动，有效发送的符号2030以正方形示出。可以看出， 1的符号具有扰动u1＝-0.1，而-1的符号具有扰动u2＝-0.2。
[0185]
图4a是例示根据本公开的实施方式的当u1＝-0.1，u2＝-0.5并且π＝0.5时，对于具有不同先验精度α1＝50和α2＝50的有效发送的符号xn∈[v2＝-1.5，v1＝0.9]，截断高斯混合先验p(xn)410的曲线图。
[0186]
图4b是例示根据本公开的实施方式的当u1＝-0.1，u2＝-0.5并且π＝0.5时，具有不同先验精度α1＝1000和α2＝1000的有效发送的符号xn∈[v2＝-1.5，v1＝0.9]的截断高斯混合先验p(xn)430的曲线图。
[0187]
图5是例示根据本公开的实施方式的具有符号相关减损的大规模mimo系统的信号模型的图形表示的示意图。例如，接收器侧的测量y 501是由框510中的圆圈表示的可观察随机变量。框520示出了圆圈503、507、509、511，其表示包括有效发送的符号x 503、标称符号c 507和减损引起的扰动α
1 509和α
2 511的精度参数的隐藏随机变量。正方形表示包括扰动边界v1 523、v2 525和噪声方差β-1 527的未知确定性模型参数。此外，菱形517、519表示预定超参数(即，标称符号π＝0.5的先验概率)和超优先级参数ζ1＝ζ2＝10-5
(即，其中菱形被表示为ζ1 519和ζ2 517)。
[0188]
分层信号模型
[0189]
应注意，x的元素取二进制值{v2＝-1 u2，v1＝1 u1}中的任一者。为了探索该二进制性质，我们在x的元素上强加独立的截断高斯混合先验分布，
[0190][0191]
其中，cn∈{0，1}是针对第n个元素xn的二进制标签变量，并且和是具有v＝1 (u
1-u2)/2 andφ(
·
)的表示标准正态分布的累积分布函数的归一化因子。
[0192]
另外，二进制标签向量c＝[c1，
…
，cn]
t
遵循i.i.d.。
[0193]
具有参数π的伯努利分布
[0194][0195]
对于(10)和(11)，xn的先验分布由下式给出
[0196][0197]
其中，xn∈[v2，v1]。图4a示出了当符号相关扰动以不同的先验精度α1和α2给出为u1＝-0.1并且u2＝-0.5(导致[v2,v1]＝[-1.5,0.9])时的截断高斯混合先验p(x)。如图4b所
示，较大的先验精度(α1和α2)将xn的先验分布推向其边界，因此它在一些未知间隔上更好地捕获xn的二进制性质。
[0198]
此外，我们将扰动精度(α1和α2)处理为i.i.d.随机变量并将伽马分布指定为这些精度变量的超先验。
[0199][0200]
其中，α1＝[α
11
，
…
，α
n1
]
t
，α2＝[α
12
，
…
，α
n2
]
t
，以及
[0201][0202]
其中，关于允许精度任意大的α1和α2的非信息化超先验ζ1＝ζ2＝10-6
，并且因此xn的后验条目可以被推向两个边界(回看图4a和图4b中的α1和α2的影响)。整体上，可以在图5中所示的图形表示中描述分层截断高斯混合模型，其中隐藏随机变量被给出为{x，c，α1，α2}，未知模型参数包括两个未知边界参数{v1，v2}和噪声方差β-1
，并且预定超参数包括π＝0.5的先验符号概率和超先验参数ζ1＝ζ2＝10-5
。
[0203]
图6是例示根据本公开的实施方式的当snr＝20db时使用各种方法的恢复发送符号∈[-0.3，1.5]的曲线，其中，u1＝0.5，u2＝0.7。例如，图6示出了当snr＝20db时针对所有考虑的方法的恢复的发送信号xn的说明性示例。其表明，具有失配边界的框式lasso(boxed-lasso)方法给出的xn的估计比所提出的估计的波动更大。
[0204]
610的子曲线示出在预先指定的边界小于真实边界时框式lasso算法的结果。630的子曲线示出在预先指定的边界高于真实边界时框式lasso算法的结果。650的子曲线示出在预先指定的边界与真实边界相同时框式lasso算法的结果。670的子曲线示出了在不知道边界的情况下提出的算法的结果。
[0205]
数值结果
[0206]
在本节中，提供数值结果以评估提议的符号检测器。具体地，我们考虑采用利用bpsk调制的n＝m＝32个发送和接收天线的mimo系统。符号相关的扰动是u1＝0.5和u2＝0.7，这导致了[v2，v1]＝[-0.3，1.5]。信道矩阵被生成为具有零均值和单位方差的高斯矩阵。snr是基于每个接收天线定义的，即，snr＝||ax||2/(mσ2)。我们将所提出的符号检测器与具有1)欠松弛边界[-1，1]、2)过松弛边界[-2，2]、以及3)已知边界[-0.3，1.5]的(8)的框式lasso方法进行比较，其预期为所有方法提供性能基准。
[0207]
图7a是例示根据本公开的实施方式的上述四种算法的作为snr的函数的归一化mse方面的性能比较的曲线图。例如，图7a示出了在snr从10db变化到30db时针对所有考虑方法的误码率(ber)。清楚的是，具有已知边界的框式lasso方法提供最佳性能，而具有失配边界的框式lasso方法给出更差的性能。所提出的vbi方法给出比具有欠松弛边界或过松弛边界的框式lasso更好的性能。
[0208]
图7b是例示根据本公开的实施方式的上述四种算法的作为snr的函数的归一化mse方面的性能比较的曲线图。例如，图7b示出了所有考虑方法的归一化
[0209]
因此，本公开的各方面示出了针对经受符号相关的发送侧减损的大规模mimo系统
的变分贝叶斯符号检测。具体地，将截断高斯混合先验分布施加到扰动的发送符号以捕获二进制性质。利用分层信号模型，获得所有隐藏变量(例如，有效发送的符号)的后验分布以及未知模型参数(例如，未知减损引起的扰动参数)的闭合形式更新公式。
[0210]
图8是根据本公开的一些实施方式的多用户mimo通信系统中的信号发送设备800的框图。信号发送设备800可以包括发送器811、控制器813、接收器815和存储单元817。其中，控制器813可以控制信号发送设备800的整体操作。例如，控制器813可以控制信号发送设备800以执行向至少一个用户设备发送信号。
[0211]
发送器811在控制器813的控制下将各种信号、消息等发送到诸如用户设备等的信号接收设备。由发送器811发送的各种信号、消息等可以包括包含非线性效应的扰动量。
[0212]
接收器815在控制器813的控制下从诸如用户设备等的信号接收设备接收各种信号、消息等。
[0213]
存储单元817存储信号发送设备800的操作所需的各种数据、与操作相关的信息等。存储单元817可以存储在接收器815中接收的各种信号、消息等。
[0214]
虽然发送器811、控制器813、接收器815和存储单元817被描述为单独的处理器，但是应当理解，这仅仅是为了便于描述。换句话说，发送器811、控制器813、接收器815和存储单元817中的两个或更多个可以被合并到单个处理器中。
[0215]
参照图8描述根据本公开的实施方式的多用户mimo通信系统中的信号发送设备800的内部结构，并且参照图9描述根据本公开的实施方式的多用户mimo通信系统中的信号接收设备的内部结构。
[0216]
图9是根据本公开的实施方式的多用户mimo通信系统中的信号接收设备900的框图。信号接收设备900可以是用户设备，并且包括发送器911、控制器913、接收器915和存储单元917。
[0217]
控制器913可以控制信号接收设备900的整体操作。其中，控制器913控制信号接收设备900以执行根据本公开的实施方式的未知符号的恢复(即，受扰动量扰动的未知符号的恢复相关的操作)并识别符号相关扰动。
[0218]
发送器911在控制器913的控制下将各种信号、消息等发送到信号发送设备等。
[0219]
接收器915在控制器913的控制下从诸如基站等的信号发送设备接收各种信号、消息等。
[0220]
存储单元917存储信号接收设备900的操作所需的各种数据、与未知符号的恢复相关的操作相关的信息等。存储单元917存储通过接收器915接收的各种信号、消息等。
[0221]
虽然发送器911、控制器913、接收器915和存储单元917被描述为单独的处理器，但是应当理解，这仅仅是为了便于描述。换句话说，发送器911、控制器913、接收器915和存储单元917中的两个或更多个可以被合并到单个处理器中。
[0222]
图10a是根据本公开的实施方式的可以用于实现方法和系统的一些技术的计算设备1000a的非限制性示例的示意图。计算设备或装置1000a表示诸如膝上型计算机、台式计算机、工作站、个人数字助理、服务器、平板服务器、大型机和其它适当的计算机的各种形式的数字计算机。
[0223]
计算装置1000a可以包括均连接到总线1050的电源1008、处理器1009、存储器1010、存储装置1011。此外，高速接口1012、低速接口1013、高速扩展端口1014和低速连接端
口1015可以连接到总线1050。此外，低速扩展端口1016与总线1050连接。根据具体应用，通过非限制性示例，设想了可以安装在公共主板上的各种组件配置。此外，输入接口1017可以经由总线1050连接到外部接收器1006和输出接口1018。接收器1019可以经由总线1050连接到外部发送器1007和发送器1020。连接到总线1050的还有外部存储器1004、外部传感器1203、机器1002和环境1001。此外，一个或更多个外部输入/输出装置1005可以连接到总线1050。网络接口控制器(nic)1021可以适用于通过总线1050连接到网络1022，其中，数据或其它数据等可以在计算机装置1000a外部的第三方显示装置、第三方成像装置和/或第三方打印装置上呈现。
[0224]
预期存储器1010可以存储可以由计算机装置1000a执行的指令、历史数据以及可以由本公开的方法和系统利用的任何数据。存储器1010可以包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存存储器或任何其它合适的存储器系统。存储器1010可以是一个或多个易失性存储器单元和/或一个或多个非易失性存储器单元。存储器1010还可以是诸如磁盘或光盘的另一形式的计算机可读介质。
[0225]
仍然参照图10a，存储装置1011可以适用于存储由计算机装置1000a使用的补充数据和/或软件模块。例如，如上面关于本公开所提及的，存储装置1011可以存储历史数据和其它相关数据。附加地或另选地，存储装置1011可以存储与上面关于本公开内容提到的数据类似的历史数据。存储装置1011可以包括硬盘驱动器、光盘驱动器、拇指驱动器、驱动器阵列或其任意组合。此外，存储装置1011可以包含计算机可读介质，例如，软盘装置、硬盘装置、光盘装置或磁带装置，闪存存储器或其它类似的固态存储器装置，或包括存储区域网络或其它配置中的装置的装置阵列。指令可以被存储在信息载体中。当由一个或更多个处理装置(例如，处理器1009)执行时，指令执行诸如上述方法的一个或更多个方法。
[0226]
系统可以可选地通过总线1050链接到显示接口或用户接口(hmi)1023，其适用于将系统连接到显示装置1025和键盘1024，其中，显示装置1025可以尤其包括计算机监视器、相机、电视、投影仪或移动装置等。
[0227]
仍然参照图10a，计算机装置1000a可以包括适用于打印机接口(未示出)的用户输入接口1017，该用户输入接口1017也可以通过总线1050连接并且适用于连接到打印装置(未示出)，其中打印装置可以尤其包括液体喷墨打印机、固体墨水打印机、大规模商业打印机、热敏打印机、uv打印机或染料升华打印机等。
[0228]
高速接口1012管理计算装置1000a的带宽密集型操作，而低速接口1013管理较低带宽密集型操作。这种功能分配仅仅是示例。在一些实现方式中，高速接口1012可以联接到存储器1010、用户接口(hmi)1023，并且联接到键盘1024和显示器1025(例如，通过图形处理器或加速器)，并且联接到高速扩展端口1014，高速扩展端口1014可以经由总线1050接受各种扩展卡(未示出)。在该实现方式中，低速接口1013经由总线1050联接到存储装置1011和低速扩展端口1015。可以包括各种通信端口(例如，usb、蓝牙、以太网、无线以太网)的低速扩展端口1015可以例如通过网络适配器联接到一个或更多个输入/输出装置1005以及其它装置、键盘1024、指点装置(未示出)、扫描仪(未示出)或诸如交换机或路由器的联网装置。
[0229]
参照图10a，计算装置1000a可以以多种不同的形式实现，如图中所示。例如，它可以被实现为标准服务器1026，或者在一组这样的服务器中多次实现。另外，它可以在诸如膝上型计算机1027的个人计算机中实现。它还可以被实现为机架服务器系统1028的一部分。
另选地，计算装置1000a的组件可以与诸如移动计算装置1000b的移动装置(未显示)内的其它组件结合。每个这样的装置可以包含计算装置1000a和移动计算装置1000b中的一个或更多个，并且整个系统可以由彼此通信的多个计算装置组成。
[0230]
图10b是例示根据本公开的实施方式的可以用于实现方法和系统的一些技术的移动计算设备的示意图。移动计算装置1000b包括连接处理器1061、存储器1062、输入/输出装置1063、通信接口1064以及其它组件的总线1095。总线1095还可以连接到诸如微驱动器或其它装置的存储装置1065以提供附加存储装置。
[0231]
参照图10b，处理器1061可以执行移动计算装置1000b内的指令，包括存储在存储器1062中的指令。处理器1061可以被实现为包括单独的和多个模拟和数字处理器的芯片的芯片组。处理器1061可以提供例如移动计算装置1000b的其它组件的协调，例如，用户接口的控制、由移动计算装置1000b运行的应用以及由移动计算装置1000b进行的无线通信。根据具体应用，作为非限制性示例1099，设想可以安装在公共主板1099上的各种组件配置。
[0232]
处理器1061可以通过联接到显示器1068的控制接口1066和显示接口1067与用户通信。显示器1068可以是例如tft(薄膜晶体管液晶显示器)显示器或oled(有机发光二极管)显示器或其它适当的显示技术。显示接口756可以包括用于驱动显示器1068向用户呈现图形和其它信息的合适的电路系统。控制接口1066可以接收来自用户的命令并且对它们进行转换以便提交至处理器1061。另外，外部接口1069可以提供与处理器1061的通信，以便于实现移动计算装置1000b与其它装置的近区域通信。外部接口1069可以例如在一些实现方式中提供用有线通信或在其它实现方式中提供无线通信，并且也可以使用多种接口。
[0233]
参照图10b，存储器1062在移动计算装置1000b内存储信息。可以将存储器1062实现为一个或者更多个计算机可读介质或媒介、一个或者多个易失性存储器单元、或者一个或者多个非易失性存储器单元。还可以提供扩展存储器1070并将其通过扩展接口1069连接到移动计算装置1099，扩展接口1069可以包括例如simm(单列直插式内存储器模块)卡接口。扩展存储器1070可以向移动计算装置1099提供额外存储空间，或还可以存储移动计算装置1099的应用或其它信息。具体地，扩展存储器1070可以包括执行或者完成补充过程的指令，并且还可以包括安全信息。因此，例如，扩展存储器1070可以被提供为移动计算装置1099的安全模块，并且可以利用允许移动计算装置1000b的安全使用的指令进行编程。此外，可以经由simm卡提供安全应用以及附加信息，例如，以不可破解的方式将识别信息放置在simm卡上。
[0234]
如下所讨论的，存储器1062可以包括例如闪存存储器和/或nvram存储器(非易失性随机存取存储器)。在一些实施方式中，指令被存储在信息载体中，该指令在由一个或更多个处理装置(例如，处理器1000b)执行时执行一种或更多种方法(例如，上述那些方法)。指令还可以由一个或更多个存储装置存储，诸如一个或多个计算机或机器可读介质(例如，存储器1062、扩展存储器1070或处理器1062上的存储器)。在一些实现方式中，可以例如通过收发器1071或外部接口1069在传播的信号中接收指令。
[0235]
图10b的移动计算设备或装置1000b旨在表示诸如个人数字助理、蜂窝电话、智能电话和其它类似的计算装置的各种形式的移动装置。移动计算装置1000b可以通过通信接口1064进行无线通信，通信接口1064在必要时可以包括数字信号处理电路。通信接口1064可以在诸如gsm语音呼叫(全球移动通信系统)、sms(短消息服务)、ems(增强型消息服务)或
mms消息(多媒体消息服务)、cdma(码分多址)、tdma(时分多址)、pdc(个人数字蜂窝)、wcdma(宽带码分多址)、cdma2000或gprs(通用分组无线电服务)等的各种模式或协议下提供通信。例如，这样的通信可以使用射频通过收发器1071发生。另外，短程通信可以例如通过使用蓝牙、wifi或者其它这种收发器(未示出)而发生。另外，gps(全球定位系统)接收器模块1073可以向移动计算装置1000b提供附加的导航和位置相关无线数据，该数据可以由在移动计算装置1000b上运行的应用适当地使用。
[0236]
移动计算装置550也可以使用音频编解码器1072进行音频通信，音频编解码器1072可以从用户接收语言信息并将其转换成可用的数字信息。音频编解码器460可以同样地诸如通过扬声器(例如，在移动计算装置450的头戴式耳机中)为用户生成可听声音。这种声音可以包括来自语音电话呼叫的声音，可以包括所记录的声音(例如，语音消息、音乐文件等)，并且还可以包括由在移动计算装置1200b上操作的应用生成的声音。
[0237]
参照图10b，如图所示，移动计算装置1000b可以以多种不同的形式实现。例如，它可以被实现为蜂窝电话1074。它还可以实现为智能电话1075、个人数字助理或其它类似移动装置的部分。
[0238]
特征
[0239]
一种用于处理在无线网络中接收到的扰动量的系统，所述扰动量包括来自无线网络的至少一个发送信号的非线性效应。其中，至少一个基站(bs)包括被配置用于数据发送的至少一个天线。这样，bs被配置用于与无线网络中的用户设备(ue)进行无线通信，并且bs被配置为在bs和ue之间建立链路以提供多个发送数据流和上行链路数据流。该系统包括被配置为实现接收器侧解码器的处理电路。其中，接收器侧解码器中的至少一个接收器侧解码器可被配置为提供对受扰动量扰动的未知符号的远程可配置的恢复(remotely configurable recovery)，其中，恢复在接收器侧，并且扰动在发送器侧。这样，接收器是在bs处用于上行链路发送的或者是在ue处用于下行链路发送的。通过对发送符号施加分层信号模型提供用于符号相关发送侧扰动的符号检测的接收器侧解码。其中，由接收器侧解码器提供的解码用于恢复受扰动量扰动的未知符号并识别符号相关的扰动，以减少ue或bs的解码处理成本的量。控制元件与处理电路进行通信以基于受扰动量扰动的未知符号的恢复来实现动作。以下各方面旨在单独地或组合地创建基于以下列出的各方面的一个或更多个组合的一个或更多个实施方式。
[0240]
根据本公开的各方面，扰动量包括由有源装置的非线性特性生成的非线性减损、由无源装置生成的非线性减损、由有源装置中的谐波生成的非线性减损或由无源装置中的谐波生成的非线性减损中的一个或组合。此外，一个方面可以是，由有源装置的非线性特性生成的非线性减损包括功率放大器的非线性、同相和正交(i/q)不平衡、由于非理想振荡器引起的相位漂移或载波频率偏移中的一个或组合。另一方面可以是，由有源装置的非线性特性生成的非线性减损包括必须利用不是输入信号的外部电源偏置的有源装置以及被接通的有源装置。又一方面是由无源装置生成的非线性减损包括经受两个或更多个高功率频调的无线网络的线缆或天线中的一个或组合。
[0241]
另一方面可以是bs是基站收发站(bts)，并且至少一个天线是被配置用于波束成形和mimo发送的mimo天线阵列。或者，一方面可以是发送符号上的分层信号模型是低复杂度符号检测算法，其结合了分层截断高斯混合先验模型。其中可能的是，分层截断高斯混合
先验模型还被施加到扰动的发送符号以增强有限字母表性质，或者低复杂度符号检测算法使用变分贝叶斯推断的原理来开发因式分解或解耦的迭代检测算法。
[0242]
本公开的另一方面可以包括与处理电路进行通信以基于由受扰动量扰动的未知符号的恢复来实现动作的控制元件。
[0243]
本公开的另一方面可以进而实现分层信号模型，其包括经由解耦的gamp更新基于接收器信道的似然度；利用经更新的分布参数来更新作为截断高斯变量的有效发送符号的后验；利用经更新的分布参数来更新作为独立伽马(gamma)变量的精度变量的后验；利用经更新的分布参数来更新作为独立伯努利(bernoulli)变量的标签变量的后验；以及通过找到对经恢复的符号的优化扰动来更新模型参数(超参数)。
[0244]
定义
[0245]
有源装置-非线性系统通常由有源组件/装置组成，这意指组件必须是利用不是输入信号的外部电源偏置的(即，这些有源组件必须被“接通”)。
[0246]
无源装置可以表现出一定程度的非线性发送特性(例如，由于金属到金属接触处的氧化物层)，并且非线性特性可以随时间发展，作为组件的老化过程。此外，pim或ph可以由发送器与接收器之间的信号路径中的装置引起，该装置在收发器装置外部且可以在操作者的控制之外，例如，天线塔上的金属物体或诸如栅栏的穿过传播环境的信号路径中的其它物体；这被称为“生锈螺栓(rusty bolt)”效应。由于pim或ph引起的干扰可以降低接收器处的载波干扰比，这可以显著地减少小区的覆盖。传统上，作为蜂窝无线电网络中由pim或ph引起的可疑干扰问题的解决方案，现场工程师可以追踪pim或ph的来源，并且可以替换引起pim或ph的组件。然而，这是劳动密集型的，并且依赖于所识别的问题以便警告现场工程师。
[0247]
继续对无源装置进行说明，pim可以发生在可以包括经受两个或更多个高功率频调的天线、线缆等的无源装置中。pim产物可能是两个(或更多)高功率频调在装置非线性处(例如，不同金属的结或金属氧化物结，例如，松动的腐蚀连接器)混合的结果。信号幅度越高，非线性的影响越显著，并且发生的互调越显著——即使在初始检查时，系统将表现出是线性的并且不能生成互调。
[0248]
此外，非线性产物可以是包括检测到的干扰中的无源互调(pim)产物的测量功率的pim产物，其中，可以在上行链路数据流的mimo分支之间测量pim产物的相对功率。其中，如果一个mimo分支上的一个分支的pim产物的相对功率高于另一个mimo分支的pim产物的相对功率，则确定pim的可能原因是具有更高的pim产物的相对功率的分支上的设备的损坏。其中，如果一个分支上的pim产物的相对功率在mimo分支之间相似，则确定pim的可能原因在mimo分支外部。其中在多频带天线系统中的频带之间测量pim产物的相对功率。其中，可以包括如果一个频带上的pim产物的相对功率与在另一频带上的pim产物的相对功率类似，则确定pim的可能原因在天线内部或在外部环境中。其中，可能存在对pim源的延迟的计算，使得使用所计算的延迟可以用于识别pim的来源的位置。
[0249]
大规模mimo是一种技术，其中终端的数量远小于基站(移动站)天线的数量。在富散射环境(rich scattering environment)中，可以使用诸如最大比率发送(mrt)、最大比率组合(mrc)或迫零(zf)的简单波束成形策略来利用大规模mimo系统的全部优势。为了实现大规模mimo的这些有点，准确的csi应该是完全可用的。然而，在实践中，从受信道的相干
时间限制的正交导频序列来估计发送器和接收器之间的信道。最重要的是，在多小区设置中，若干共信道小区的导频序列的重用会引起导频污染。当存在导频污染时，大规模mimo的性能非常显著地劣化。为了减轻导频污染的影响，提出了从有限训练序列中进行简单导频分配和信道估计方法。
[0250]
互调(im)或互调失真(imd)是由系统中的非线性或时间变化引起的包含两个或更多个不同频率的信号的幅度调制。频率分量之间的互调将形成在以下频率处的附加分量：所述频率不仅在任一频率的谐波频率(整数倍)处(如同谐波失真)，而且在原始频率的和频和差频处以及在那些频率的倍数的和频和差频处。
[0251]
互调可以由所使用的信号处理(物理设备或事件算法)的非线性行为引起。这些非线性的理论结果可以通过生成特性的沃尔泰拉(volterra)级数来计算，或者更近似地通过泰勒级数(taylor)来计算。实际上，所有音频设备都具有一些非线性，因此它将表现出一定量的imd，然而但该一定量的imd可能低到人类无法察觉的程度。由于人类听觉系统的特性，当与谐波失真的相同量相比时，相同百分比的im d被感知为更麻烦。
[0252]
互调在无线电中通常也是不期望的，因为它产生不期望出现的杂散发射(spurious emissions)(通常是以边带(sideband)的形式)。对于无线电发送，这增加了所占用的带宽，导致相邻信道干扰，这可能降低音频清晰度或增加频谱使用。
[0253]
imd与谐波失真的区别仅在于刺激信号不同。相同的非线性系统将产生总谐波失真(具有单个正弦波输入)和imd(具有更复杂的频调)。例如，在音乐中，imd被有意地应用于电吉他，其使用过驱动的放大器或效果踏板以在正在乐器上演奏的频调的副谐波处产生新频调。
[0254]
在要了解非线性干扰是如何在多个频率处产生的，使用具有一阶(线性)和三阶(非线性)项的简单泰勒级数对非线性行为进行建模是很有用的。该模型是：
[0255]
y out(t)＝c 1 x in(t) c 3 x in 3(t)
[0256]
当输入信号由2个经调制的rf载波组成时，则输入信号可以表示为
[0257][0258]
该表达式中的第一rf载波具有由a1(t)表示的幅度调制、由表示的相位调制和f1的rf载波频率。
[0259]
输出信号具有以下8个频率分量：
[0260][0261]
所有这些项当中，唯一的线性项是具有a1(t)或a2(t)作为它们唯一的幅度调制项的那些项。其余是非线性干扰项，并且如果它们中的任何一个耦合到在与非线性干扰项交叠的频率信道中操作的接收器中，则可能引起问题。真实非线性行为还可以表现出偶数阶非线性项，以及具有比3阶更高阶的项。上述式中的输入信号具有2个调制载波。然而，输入信号可以具有比2个频率更多的多个载波，并且还可以具有在相同频率的多个载波(后者的示例是mimo流)。载波不需要处于rf载波频率以引起非线性干扰。示例是在接收器中的模拟基带域中的模数转换器中生成失真的强信号。
[0262]
非线性失真是用于描述例如电子装置的“输入”和“输出”信号之间的非线性关系现象的术语(在诸如电子、音频和电信的领域)。非线性具有数个在一般情况下不期望出现的影响。例如，例如，当输入是频率为ω的正弦波时，a3项将导致在3w处产生额外的正弦波，如下所示。
[0263][0264]
在某些情况下，该杂散信号可以被滤除，因为“谐波”3w远在所使用的频率范围之外，但是在有线电视中，例如，三阶失真可能导致200mhz信号干扰600mhz处的常规信道。
[0265]
应用于不同频率的两个信号的叠加的非线性失真使得电路充当混频器，从而产生互调失真。
[0266]
iq失衡是直接转换接收器(也称为零中频(if)或零差接收器)的设计中的性能限制问题。由于处理同相(i)和正交(q)信号路径的接收器链的并行部分之间的失配而发生iq失衡。在电气工程中，具有角度调制的正弦波可以分解为两个幅度调制正弦波，或者从两个幅度调制正弦波合成，这两个幅度调制正弦波在相位上偏移四分之一周期(π/2弧度)。所有三个函数具有相同中心频率。调幅正弦波被称为同相正交分量。
[0267]
实施方式
[0268]
以下描述仅提供示例性实施方式，并且不旨在限制本公开的范围、适用性或配置。相反，示例性实施方式的以下描述将为本领域技术人员提供用于使得能够实现一个或更多个示例性实施方式的描述。设想了在不脱离如所附权利要求中阐述的所公开的主题的精神和范围的情况下可以在元件的功能和布置中进行的各种改变。
[0269]
在以下描述中给出特定细节以提供对实施方式的透彻理解。然而，本领域技术人员可以理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施方式。例如，所公开的主题中的系统、过程和其它元件可以以框图形式示出为组件以免在不必要的细节中模糊实施方式。在其它示例中，可以在没有不必要的细节的情况下示出公知的过程、结构和技术，以避免模糊实施方式。此外，各个附图中相同的附图标记和标号表示相同的元件。
[0270]
此外，各个实施方式可以被描述为被描绘为流程图、流图、数据流图、结构图或框图的过程。尽管流程图可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时执行。另外，可以重新排列操作的次序。当完成其操作时可以终止过程，但是也可以具有未在图中讨论或包括的附加步骤。此外，并非任何具体描述的过程中的所有操作都可以在所有实施方式中出现。过程可以对应于方法、函数、进程、子例程、子程序等。当过程对应于函数时，函数的终止可以对应于函数返回到调用函数或主函数。
[0271]
此外，所公开的主题的实施方式可以至少部分地手动或自动地实现。可以通过使用机器、硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任意组合来执行或至少辅助手动或自动实现。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在机器可读介质中。(一个或多个)处理器可以执行必要的任务。
[0272]
此外，本公开的实施方式和本说明书中描述的功能操作可以在(包括本说明书中公开的结构及其结构等效物的)数字电子电路、有形实现的计算机软件或固件、计算机硬件或它们中的一个或更多个的组合中实现。本公开的其它一些实施方式可以实现为一个或更多个计算机程序(即，编码在有形的非暂时性程序载体上以用于由数据处理设备执行或控制其操作的一个或更多个计算机程序指令的模块)。此外，可以在人工生成的传播信号(例如，机器生成的电信号、光信号或电磁信号)上对程序指令进行编码，所述人工生成的传播信号被生成以对信息进行编码以发送到合适的接收器设备用于通过数据处理设备执行。计算机存储介质可以是机器可读存储装置、机器可读存储基板、随机或串行存取存储器装置，或它们中的一个或更多个的组合。
[0273]
根据本公开的实施方式，术语“数据处理设备”可以涵盖用于处理数据的各种设备、装置和机器，例如包括可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。该设备可以包括专用逻辑电路(例如，fpga(现场可编程门阵列)或asic(专用集成电路))。除了硬件之外，该设备还可以包括创建针对所讨论的计算机程序的执行环境的代码(例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或更多个的组合的代码)。
[0274]
计算机程序(其也可以被称为或描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或代码)可以以包括编译语言或解释语言或者声明性或过程性语言的任何形式的编程语言编写，并且其可以以包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合于在计算环境中使用的其它单元的任何形式部署。计算机程序可以但不必与文件系统中的文件相对应。程序可以存储在保存其它程序或数据的文件(例如，存储在标记语言文档中的一个或更多个脚本)的一部分中、存储在专用于所讨论的程序的单个文件中或者存储在多协作文件(例如，存储一个或更多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可以被部署为在一个计算机上或在位于一个站点处或跨多个站点分布并通过通信网络互连的多个计算机上执行。适合于执行计算机程序的计算机包括例如可以基于通用微处理器或专用微处理器或两者，或者任何其它类型的中央处理单元。通常，中央处理单元将从只读存储器或随机存取
存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行或运行指令的中央处理单元和用于存储指令和数据的一个或更多个存储器装置。通常，计算机还将包括或者在操作上联接用于存储数据的一个或更多个大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，以从其接收数据和/或向其发送数据。然而，计算机不需要具有这样的装置。此外，计算机可以嵌入在另一装置中，例如，移动电话、个人数字助理(pda)、移动音频或视频播放器、游戏控制台、全球定位系统(gps)接收器或便携式存储装置(例如，通用串行总线(usb)闪存驱动器)，仅举几例。
[0275]
为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题的实施方式可以在具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或lcd(液晶显示器)监视器)以及用户可以通过其向计算机提供输入的键盘和指点装置(例如，鼠标或轨迹球)的计算机上实现。其它类型的装置也可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)；并且可以以任何形式接收来自用户的输入(包括声学、语音或触觉输入)。另外，计算机可以通过向用户使用的装置发送文档和从用户使用的装置接收文档来与用户进行交互；例如，通过响应从网络浏览器接收到的请求，将网页发送到用户客户端设备上的网络浏览器。
[0276]
本说明书中描述的主题的实施方式可以在计算系统中实现，该计算系统包括后端组件(例如，作为数据服务器)，或者包括中间件组件(例如，应用服务器)，或者包括前端组件(例如，具有用户可以通过其与本说明书中描述的主题的实现方式进行交互的图形用户接口或网页浏览器的客户端计算机)，或者一个或多个这样的后端、中间件或前端组件的任何组合。系统的组件可以通过任何形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“lan”)和广域网(“wan”)，例如因特网。
[0277]
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系借助于在相应计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序而产生。
[0278]
尽管已经参考特定优选实施方式描述了本公开，但是应当理解，可以在本公开的精神和范围内进行各种其它调整和修改。因此，所附权利要求的方面涵盖落入本公开的真实精神和范围内的所有这样的变化和修改。