對(duì)于改進(jìn)數(shù)據(jù)速率和/或信噪比，多輸入和多輸出(MIMO)是領(lǐng)先的方法之一。通過使用多個(gè)接收和發(fā)送天線，MIMO可利用無線信道的多樣性。對(duì)于任何給定的信道帶寬，這可用于提高信道的頻譜效率并改進(jìn)數(shù)據(jù)速率。

MIMO的規(guī)格取決于發(fā)送和接收天線的數(shù)量。在一個(gè)4×4 MIMO配置中，使用了四個(gè)發(fā)送天線和四個(gè)接收天線。這在同樣信道帶寬上實(shí)現(xiàn)了(在合適的條件下)高達(dá)四倍的數(shù)據(jù)傳輸。

一方面，簡(jiǎn)單的MIMO接收器基 于線性接收器算法，其易于實(shí)現(xiàn)但無法完全利用MIMO的好處。另一方面，使用迭代法，可以實(shí)現(xiàn)最佳的最大后驗(yàn)概率近似MIMO算法；然而，這會(huì)導(dǎo)致高延時(shí) 的不足。一種更加實(shí)用的非線性MIMO接收器的實(shí)施途徑是最大似然(Maximum Likelihood, ML)或最大似然檢測(cè)器(Maximum Likelihood Detector, MLD), 它在根本上是基于一個(gè)徹底的并列搜索。MLD在處理方面比傳統(tǒng)線性接收器要求更高，但對(duì)于相同的信道條件，可提供明顯更高的比特率。另外，對(duì)于具有天線相關(guān)性的信道，MLD更穩(wěn)健可靠。

使 用高階MIMO規(guī)格(超過兩個(gè)接收和兩個(gè)發(fā)送天線)可以導(dǎo)致顯著的頻譜效率改進(jìn)——但這也有其成本代價(jià)：隨著MIMO規(guī)格的增加，MLD接收器的計(jì)算復(fù)雜 性以指數(shù)方式增加。高階MIMO要求相當(dāng)大的處理能力——對(duì)于這一點(diǎn)，直接的MLD方法是不切實(shí)際的，必須使用次優(yōu)(suboptimal)MLD算法來 實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)備(User Equipment，UE)的實(shí)施。

次優(yōu)ML接收器

次優(yōu)ML接收器試圖以更有效的方法來掃描可能的傳送信號(hào)，從而減少整體復(fù)雜性并達(dá)到接近ML精度的結(jié)果。減少?gòu)?fù)雜性有助于根據(jù)大小和功率進(jìn)行更加實(shí)際的硬件實(shí)施。這還使硬件能夠保持由先進(jìn)通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的高吞吐量。

次優(yōu)ML方程式的解決可定義為一種樹形搜索，其中樹的每一個(gè)層級(jí)對(duì)應(yīng)于一個(gè)發(fā)送符號(hào)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的分支突出數(shù)匹配QAM或發(fā)送符號(hào)的調(diào)制。一個(gè)4×4 MIMO配置可由一個(gè)四層樹表示。假如調(diào)制為BPSK，每個(gè)節(jié)點(diǎn)將包含兩個(gè)分支。

一旦定義了樹的符號(hào)，可以部署樹遍歷算法，借用其它領(lǐng)域比如計(jì)算機(jī)科學(xué)。

關(guān)于此點(diǎn)，次優(yōu)ML接收器可劃分為兩個(gè)主要類型：

1. 橫向優(yōu)先搜索

2. 深度優(yōu)先搜索

橫向優(yōu)先搜索

橫 向優(yōu)先的一個(gè)例子就是K-best算法。該解碼器是一個(gè)固定復(fù)雜性解決方案，從樹根開始并上行，直至它達(dá)到樹的最后一層。在樹的每層上，對(duì)所有選擇的分支 進(jìn)行了評(píng)估并保留K留存節(jié)點(diǎn)，匹配最佳解決方案(代表了最接近接收信號(hào)的符號(hào))——因此得名“K-best”。K剩余樹葉然后就用于生成LLR結(jié)果。

該解碼器的優(yōu)點(diǎn)是：

* 單向流有助于硬件的簡(jiǎn)易流水線實(shí)施。

* 計(jì)算每層所需要的處理能力是恒定的，且直接與實(shí)施中所選的留存節(jié)點(diǎn)(K)的數(shù)量相關(guān)。

* 數(shù)據(jù)吞吐量是恒定的，其反過來簡(jiǎn)化了在系統(tǒng)中計(jì)劃的數(shù)據(jù)流

該解碼器的缺點(diǎn)包括：

* 需要大面積實(shí)施以便評(píng)估和分類所有選擇的層級(jí)節(jié)點(diǎn)。

* 精度要求越高，所需要的K值越高。

* 在最佳SNR條件中，數(shù)據(jù)吞吐量不會(huì)增加。

* 不能保證達(dá)到ML解決方案，因?yàn)樽罴呀鉀Q方案可能存在于沒有選擇的節(jié)點(diǎn)中。

下述圖表顯示了一個(gè)采用QPSK調(diào)制的MIMO 4×4 (4-層)樹。在此例子中，K為四。樹的每層將分為十六個(gè)節(jié)點(diǎn)。最好的四個(gè)將會(huì)是用于下一層的留存節(jié)點(diǎn)。

深度優(yōu)先搜索

深 度優(yōu)先的一個(gè)例子就是軟輸出球解碼(Soft-Output Sphere Decoder)算法。此解碼器是一種自適應(yīng)復(fù)雜性解決方案，從樹根開始并首先直接上升到樹葉——因此得名“深度優(yōu)先”。該樹的優(yōu)先解決方案確定了初始搜 索半徑或范圍。從那時(shí)起，解碼器在整個(gè)樹層中追溯并上升。對(duì)樹的每個(gè)超出搜索半徑的節(jié)點(diǎn)及其下面的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修整。每次找到一個(gè)更好的解決方案，相應(yīng)地 減少半徑范圍。以此方法，掃描并修整了符號(hào)樹，直至有效選項(xiàng)數(shù)量減少。余下的符號(hào)代表了ML解決方案。

此解碼器的優(yōu)點(diǎn)是：

* 可保證獲得ML解決方案，有助于結(jié)果精確度。

* 在高SNR條件下， 解碼器運(yùn)行更快，增加了數(shù)據(jù)吞吐量并降低了功耗。

* 相比同等的橫向優(yōu)先解決方案，可在更小區(qū)域內(nèi)實(shí)施。

圖3顯示了具有自適應(yīng)復(fù)雜性軟輸出球解碼器與固定復(fù)雜性K-best解碼器間的循環(huán)計(jì)數(shù)比較。因?yàn)镾NR增加，球解碼器將減少它的循環(huán)計(jì)數(shù)，而固定復(fù)雜性將保持不變，無論信道條件如何。