一種克服弱散射的多天線碼本選擇調制方法技術

本發明專利技術提供了一種克服弱散射的多天線碼本選擇調制方法，該方法通過設計了新的碼本選取準則使多天線碼本預編碼與旋轉調制方案的結合獲得更大的分集增益。在本發明專利技術通過設計了更高階數的調制分集與空間交織器的設計方案，以獲得更大的分集增益。另外，為了獲得更大的空間分集增益，本發明專利技術設定了發射天線根數Ｎｔ等于旋轉調制維數Ｄ。這樣可以通過空間交織技術將Ｄ維旋轉后的各維信號均勻分散到各個天線上，使得各維信號經過不同的衰落，實現空間分集增益利用理想信道估計的信道值對發射端的數據做預編碼處理。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種數字通信系統中的調制方法，特別是一種適用于弱散射強相關的 信道條件下，通過新的碼本選取準則使多天線碼本預編碼與旋轉調制方案的結合，使得信 道編碼增益與時間分集、空間分集和調制分集有效結合聯合優化的調制方法，是一種高效、 高頻譜利用率的基于碼本預編碼的MIMO系統下的調制方法，屬于通信

技術介紹
隨著蜂窩移動通信，因特網和多媒體業務的發展，世界范圍內無線通信的容量需 求在迅速增長，另一方面，可利用的無線頻譜是有限的。如果通信頻譜的利用率沒有得到 顯著提高，就不能滿足通信容量的需要。在單天線鏈路系統中，采用先進的信道編碼(如 Turbo碼和低密度校驗碼)，可以接近香農信道容量，通過增加發射端和接收端的天線數 量，可以進一步顯著提高頻譜利用率。多輸入多輸出MIMO(Multiple-Input Multiple-Out-put)系統，該技術最早是由 Marconi于1908年提出的，它利用多天線來抑制信道衰落。根據收發兩端天線數量，相對于 普通的單輸入單輸出SISO(Single-Input Single-Output)系統，ΜΙΜΟ的信道容量隨著天 線數量的增大而線性增大。也就是說可以利用MIMO信道成倍地提高無線信道容量，在不增 加帶寬和天線發送功率的情況下，頻譜利用率可以成倍地提高。預編碼技術是LTE (Long Term Evolution，長期演進)里下行MIMO空間復用中的 一項重要技術，空間復用本身可以成倍的提高系統的譜效率，但屬于干擾受限系統，所以需 要在發射端采用預編碼技術來降低天線間，用戶間的干擾，從而進一步提高用戶和系統的 吞吐量。常用的預編碼技術分為兩類，一類是非碼本預編碼，一類是基本碼本預編碼方式。在非碼本的預編碼方式中，預編碼矩陣在發射端獲得。發射端利用預測的信道狀 態信息，進行預編碼矩陣的計算，常見的有奇異值分解，均勻信道分集等。基于碼本的預編 碼系統，在閉環系統中預編碼矩陣在接收端獲得。接收端利用預測信道狀態信息，在預定的 碼本中進行預編碼矩陣的選擇，并將選定的預編碼矩陣的序號反饋給發射端；在開環TDD 系統中，可以利用信道的的互異性，發射端根據上行導頻獲得下行信道的估計信道響應，進 而選擇用于下行通信的預編碼碼本。在衰落信道中，分集顯得尤為重要。在最佳分集情況下，錯誤概率會隨著平均信噪 比的增加呈指數下降。比特交織編碼調制技術(BICM)是目前被3GPP和3GPP LTE采用的 在衰落信道里比特交織編碼調制技術。在BICM情況下，雖然比特交織調制增大了編碼調制 的時間分集度，然而由于沒有用到調制分集，因此其抗衰落抗干擾的性能有限。如何解決這 個問題。成為業界人士比較關注的熱點。
技術實現思路
本專利技術的專利技術目的在于解決現有技術中存在的問題，提供一種高效、高頻譜利用 率的基于碼本預編碼的MIMO系統下的調制方法，該方法適用于弱散射強相關的信道條件下，通過新的碼本選取準則使多天線碼本預編碼與旋轉調制方案的結合，將信道編碼增益 與時間分集、空間分集和調制分集有效結合聯合優化，從而減低傳輸差錯率，提高傳輸可靠 性。本專利技術的專利技術目的是通過下述技術方案予以實現的，其特征在于該方法包括以下幾個 操作步驟(1)系統通過發送導頻信號獲得系統下行信道的等效信道響應，根據該等效信道 響應選取預編碼矩陣，并使發射端獲得預編碼矩陣檢索；(2)發射端根據每根天線上的編碼碼率R和碼長N的要求，確定每根天線上的信息 比特長度K，并對其做編碼調制處理；再依照設定的旋轉角度對調制后符號的同相分量和 正交分量進行D維旋轉調制處理，然后對旋轉調制后的數據塊符號進行存儲；(3)對其全部Nt根發射天線上的I、Q路信號分別做空間分層交織處理；(4)發射端根據步驟(1)中所得到的預編碼矩陣檢索來選擇預編碼矩陣，對空間 分層交織處理后的符號塊矢量進行預編碼操作，并對其做存儲處理；(5)接收端收到數據后，根據步驟(1)中的等效信道響應對接收端的數據做預解 碼處理；(6)接收端先對Nr根接收天線上預解碼后的數據做空間I、Q路分別做空間分層 解交織處理，再對每根天線上的數據做旋轉解調和譯碼運算，得到所需的數據比特信息。所述步驟(3)還包括所述發射天線根數Nt與旋轉調制維數D相等。所述步驟(1)進一步包括下述操作步驟(Ila)發射端發射導頻信號，接收端根據接收到的導頻信號得到信道響應H，并根 據碼本集合V得到等效信道響應Hv ；(12a)根據等效信道響應Hv計算檢測系數矩陣 W = i(//vf (Hv) + σ\ 丁1 (Hvf從而得到接收端第m根天線匪SE處理后信號LJ，rm = Vx + am2X2 + …+ + Kl^ + KinI + …辦·其中，χ 為信號矢量，χ = j、···、1，η為零均值高斯隨機變量，方差為σ 2，a· G A，A = WhHV, A是Nt*Nt維矩陣，bmn e B，B = WH，B是Nt*Nr維矩陣，所述Nt為發射天線的根數，Nr為接收天線的根數；(13a)根據(12a)中得到的接收端第m根天線匪SE處理后的信 號rm，計算得到接收端每個子載波信號在第m根天線上的信號干擾噪聲比■Rm = ΓΤ-T^——Λ——Σ 丨丨、Il2 + Σ H Il2 卜-2i^rnV iJ .(14a)根據每個子載波位置的信干比SINRim, SINRiffl表示的 是第m根天線上選擇第i個碼本時對應的信干比，計算預編碼矩陣v，ν = axgmaxsum、SINRn,SINRi2,.SINRin) ζ· = 1,2,3... χ 表示碼本序列號；(15a)根據預編碼矩陣ν生成碼本檢索，并返回給發射端。7所述步驟(3)進一步包括下述操作步驟(31)發射端對全部Nt根發送天線上的I路符號進行空間分層交織處理按 照設定規則對每個時刻的全部Nt根發送天線上旋轉調制后的信號符號位置進行重 新排列，其重排規則是假設空間分層交織處理前的t時刻第i根天線上的I路旋轉 調制符號為乂，空間分層交織處理后的t時刻第k根天線上的空間交織符號為Af，則 χ,1； = x/t,k = (i+ 2t+ [2t/Nt})modNt-,自然數i和k都是發送天線序號，其取值范圍都 是[1，Nt]，時刻t的取值范圍是1，2，...，G，G是每根發射天線上發送的總符號數丄」代 表向下取整，mod代表取余操作；(32)發射端對全部Nt根發送天線上的Q路符號進行空間分層交織處理按 照設定規則對每個時刻的全部Nt根發送天線上Q路旋轉調制后的信號符號位置進行 重新排列，其重排規則是假設空間分層交織處理前的t時刻第i根天線上的I路旋轉 調制符號為氣丨，空間分層交織處理后的t時刻第k根天線上的空間交織符號為xef，則 xQkt =xQ't,k^(i + 2t + l2t/Nt] +1)modNt ；式中，自然數i和k都是發送天線序號，其取值范 圍都是[1，Nt]，時刻t的取值范圍是1，2，...，G，G是每根發送天線上發送的總符號數， L」代表向下取整，mod代表取余操作；(33)將交織后的信號重新組合得到信號(巧f，xef)，自然數i和k都是發送天線序 號，其取值范圍都是[1，Nt]，時刻t的取值范圍是1，2，...，G，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種克服弱散射的多天線碼本選擇調制方法，其特征在于：該方法包括以下幾個操作步驟：（１）系統通過發送導頻信號獲得系統下行信道的等效信道響應，根據該等效信道響應選取預編碼矩陣，并使發射端獲得預編碼矩陣檢索；（２）發射端根據每根天線上的編碼碼率Ｒ和碼長Ｎ的要求，確定每根天線上的信息比特長度Ｋ，并對其做編碼調制處理；再依照設定的旋轉角度對調制后符號的同相分量和正交分量進行Ｄ維旋轉調制處理，然后對旋轉調制后的數據塊符號進行存儲；（３）對其全部Ｎｔ根發射天線上的Ｉ、Ｑ路信號分別做空間分層交織處理；（４）發射端根據步驟（１）中所得到的預編碼矩陣檢索來選擇預編碼矩陣，對空間分層交織處理后的符號塊矢量進行預編碼操作，并對其做存儲處理；（５）接收端收到數據后，根據步驟（１）中的等效信道響應對接收端的數據做預解碼處理；（６）接收端先對Ｎｒ根接收天線上預解碼后的數據做空間Ｉ、Ｑ路分別做空間分層解交織處理，再對每根天線上的數據做旋轉解調和譯碼運算，得到所需的數據比特信息。

【技術特征摘要】
一種克服弱散射的多天線碼本選擇調制方法，其特征在于該方法包括以下幾個操作步驟(1)系統通過發送導頻信號獲得系統下行信道的等效信道響應，根據該等效信道響應選取預編碼矩陣，并使發射端獲得預編碼矩陣檢索；(2)發射端根據每根天線上的編碼碼率R和碼長N的要求，確定每根天線上的信息比特長度K，并對其做編碼調制處理；再依照設定的旋轉角度對調制后符號的同相分量和正交分量進行D維旋轉調制處理，然后對旋轉調制后的數據塊符號進行存儲；(3)對其全部Nt根發射天線上的I、Q路信號分別做空間分層交織處理；(4)發射端根據步驟(1)中所得到的預編碼矩陣檢索來選擇預編碼矩陣，對空間分層交織處理后的符號塊矢量進行預編碼操作，并對其做存儲處理；(5)接收端收到數據后，根據步驟(1)中的等效信道響應對接收端的數據做預解碼處理；(6)接收端先對Nr根接收天線上預解碼后的數據做空間I、Q路分別做空間分層解交織處理，再對每根天線上的數據做旋轉解調和譯碼運算，得到所需的數據比特信息。2.如權利要求1所述的多天線碼本選擇調制方法，其特征在于所述步驟(3)還包括 所述發射天線根數Nt與旋轉調制維數D相等。3.如權利要求1所述的多天線碼本選擇調制方法，其特征在于所述步驟(1)進一步 包括下述操作步驟(Ila)發射端發射導頻信號，接收端根據接收到的導頻信號得到信道響應H，并根據碼 本集合V得到等效信道響應Hv ；(12a)根據等效信道響應Hv計算檢測系數矩陣4.如權利要求1所述的多天線碼本選擇調制方法，其特征在于所述步驟(1)進一步SINR包括下述操作步驟(lib)接收端發射上行導頻探測信號信號，從而在發射端獲得上行信道估計響應H*，然 后根據信道互異性獲得下行信道估計響應H，并根據碼本集合V得到等效信道響應Hv ； (12b)根據等效信道響應Hv計算檢測系數矩陣5.如權利要求1所述的多天線碼本選擇調制方法，其特征在于所述步驟(3)進一步 包括下述操作步驟(31)發射端對全部Nt根發送天線上的I路符號進行空間分層交織處理按照 設定規則對每個時刻的全部Nt根發送天線上旋轉調制后的信號符號位置進行重新 排列，其重排規則是假設空間分層交織處理前的t時刻第i根天線上的I路旋轉 調制符號為<，空間分層交織處理后的t時刻第k根天線上的空間交織符號為<，則6.如權利要求5所述的多天線碼本選擇調制方法，其特征在于所述步驟(33)還包括 所述發射天線根數Nt與旋轉調制維數D相等。7.如權利要求1所述的多天線碼本選擇調制方法，其特征在于所述步驟(2)進一步 包括下述操作步驟(21)根據公式K= NXR計算出每根天線上的比特數；(22)對每根天線上的K比特信息進行編碼調制；(23)對調制符號進行D維旋轉調制處理設旋轉矩陣為冊，旋轉調制之后的信號向量 X = (X1, X2,…，Xe)，滿足X = UXRM ；其中，X是旋轉調制后的信號向量，包含G個信號，U 是旋轉前的信號向量；(24)分別對旋轉調制后的各個符號塊矢量進行存儲。8.如權利要求1所述的多天線碼本選擇調制方法，其特征在于所述步驟(4)進一步 包括下述操作內容(41)假設步驟(3)空間分層交織處理后的全部Nt根發送天線上的符號塊矢量為X= I...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳湛擊，張力嶺，王文博，
申請(專利權)人：北京郵電大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]