專利名稱：一種信號預(yù)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信系統(tǒng)的信號發(fā)送技術(shù)，特別涉及一種信號預(yù)編碼方法。
背景技術(shù)：
在移動通信系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)送各種信號，該信號經(jīng)過無線信道到達接收端后，可能發(fā)生了某種變化，接收端利用一定的算法將接收到的信號恢復(fù)為發(fā)送信號的過程，稱為信號檢測。
假定接收端接收到的信號為Y＝Hd+n(1)其中，A為信道矩陣，表示發(fā)送信號在傳輸過程中經(jīng)過的信道特性，d為發(fā)送信號，表示發(fā)送端的實際信息，n為信道噪聲。接收端進行信號檢測時，通常采用的方式為首先求得加權(quán)因子W，再根據(jù)Y＝Wd估計發(fā)送信號。
不同的信號檢測算法，其加權(quán)因子W的求解方法各不相同。迫零(ZF)算法和最小均方差線性塊均衡(MMSE)算法均是常用的信號檢測方法，尤其在多入多出(MIMO)系統(tǒng)中，如TD-SCDMA，ZF和MMSE得到了廣泛的應(yīng)用。
如果利用ZF算法對上述(1)式表示的接收信號進行檢測，則檢測過程中所需的加權(quán)因子為WZF=(HHRn-1H)-1HHRn-1---(2)]]>如果利用MMSE算法對上述(1)式表示的接收信號進行檢測，則檢測過程中所需的加權(quán)因子為WMMSE=(HHRn-1H+Rd-1)-1HHRn-1---(3)]]>
由(2)式和(3)可以看出，ZF和MMSE算法在求解加權(quán)因子時，都涉及到矩陣的求逆過程。為了研究的方便，這里假設(shè)噪聲n是高斯白噪聲，其協(xié)方差矩陣為單位陣，即Rn＝I以ZF算法中加權(quán)因子的求解方法為例，其加權(quán)因子可以簡化為WZF＝(HHH)-1HH(4)在某些情況下，(4)式中矩陣HHH的求逆可能發(fā)生奇異。
下面舉1個具體的例子進行說明。圖1為兩發(fā)兩收的MIMO系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，假設(shè)天線1、2在單位時間T內(nèi)的發(fā)送信號為d1，d2，在接收端以N倍的速率進行采樣，則接收信號為y11y12···y1Ny21y22···y2Nh11h21h11h21······h11h21h12h22h12h22······h12h22d1d2+n---(6)]]>式(6)可以簡化為Y＝Hd+n (7)為了說明的方便，這里假設(shè)h11，h12，h21，h22都是1，下面如沒特別說明，此假設(shè)成立，很顯然HHH，是一個奇異矩陣，無法進行求解，則無法求得加權(quán)因子，進而無法正確估計發(fā)送信號d，這樣就將嚴重的降低系統(tǒng)的性能。在MIMO系統(tǒng)中，當信道為高斯信道或信道各支路間相關(guān)性較強時，矩陣HHH發(fā)生奇異的可能性較大，嚴重的情況下，會導(dǎo)致MIMO系統(tǒng)無法正常檢測信號。
事實上，對于其它的信號檢測算法，在進行信號檢測的過程中，也可能涉及到某矩陣的求逆過程，如果該矩陣發(fā)生奇異，都會出現(xiàn)信號檢測性能下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種信號預(yù)編碼方法，提高MIMO系統(tǒng)在高斯信道或相關(guān)性較強的信道環(huán)境下的信號檢測性能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種信號預(yù)編碼方法，其特征在于，該方法包括a、對各個發(fā)射天線上的信號進行延遲；b、對各個延遲信號進行相位加權(quán)。
較佳地，步驟b中可以對各個延遲信號進行隨機相位加權(quán)。
較佳地，用于加權(quán)的隨機相位可以為 αl，l＝1，2，…，L和βm，m＝1，2，…，M是隨機變化的相位加權(quán)值，W為DFT變換中的基頻分量，且有W=e-j2πL,]]>L為可以處理的最大時延數(shù)。
較佳地，在所述步驟b前可以進一步包括對信道特性進行估計，并根據(jù)估計的信道矩陣，確定步驟b中用于加權(quán)的相位。
較佳地，可以在由信道矩陣構(gòu)成的等效信道矩陣滿足H~HH~=I]]>時，確定所述步驟b中用于加權(quán)的相位，其中， 為等效信道矩陣，(·)H表示求矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，I為單位矩陣。
較佳地，其特征在于，所述進行延遲為延遲一個或多個抽樣時間。
較佳地，在步驟a中，可以根據(jù)信道窗長，確定對各個發(fā)射天線上信號延遲的時間。
較佳地，所述確定對各個發(fā)射天線上信號延遲的時間可以為對所有發(fā)射天線上的信號，延遲相同的時間，且所述相同的時間小于或等于信道窗長；或者，對不同發(fā)射天線上的信號，延遲不同的時間，且延遲的最長時間小于或等于信道窗長。
由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明中，對于各個發(fā)射天線上的信號，首先進行延遲，然后對各個延遲信號進行相位加權(quán)，經(jīng)過上述處理后再進行發(fā)送。應(yīng)用上述預(yù)編碼過程處理后的信號到達接收端后，對其進行原始信號的檢測時，需要消除加權(quán)的相位和延遲的時間，等效于對信道矩陣進行了改造。這樣，在后續(xù)的檢測過程中，對于依照原本的信道矩陣會出現(xiàn)奇異的求逆矩陣，這時將不再奇異，因此大大提高系統(tǒng)的信號檢測性能。尤其使MIMO系統(tǒng)在高斯信道或相關(guān)性較強的信道下，大大降低了信號檢測過程中出現(xiàn)求逆矩陣發(fā)生奇異的機率，改善了MIMO系統(tǒng)的工作性能。


圖1為兩發(fā)兩收MIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明一種信號預(yù)編碼方法的總體流程圖。
圖3為本發(fā)明實施例的一種信號預(yù)編碼方法的具體流程圖。
圖4為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的信號檢測仿真比較圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)手段和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進一步詳細說明。
本發(fā)明的基本思想是對于各個發(fā)射天線上的信號，首先延遲一定的時間，然后對各個延遲信號的相位進行加權(quán)，經(jīng)過上述處理后再進行發(fā)送。
圖2為本發(fā)明一種信號預(yù)編碼方法的總體流程圖。如圖2所示，該方法包括步驟201，將各個發(fā)射天線上的信號進行延遲。
步驟202，對各個延遲信號進行相位加權(quán)。
應(yīng)用上述方法將發(fā)送信號d進行信號預(yù)編碼，得到在發(fā)射天線上發(fā)送的信號d~=Td,]]>這樣在接收端，接收信號就可寫成Y=HTd+n=H~d+n,]]>如能適當?shù)倪x取預(yù)編碼矩陣T，將使矩陣 發(fā)生奇異的可能性極小。這種方式也等效于將信道矩陣進行了改造，改造后的等效信道矩陣可以表示為H~=Σl=1LHldiag(θl)---(8)]]>其中，L為可以處理的最大時延數(shù)，Hl為第l徑所對應(yīng)的信道矩陣，θl為隨機相位矢量，diag(·)表示對角矩陣。
上式中，αl，l＝1，2，…，L和βm，m＝1，2，…，M是隨機變化的相位加權(quán)值，W為DFT變換中的基頻分量，且有W=e-j2πL.]]>通過上述方式也即得到了預(yù)編碼矩陣T。
當然也可使用別的方法來求得隨機相位，此方法不唯一，其目的是使等效信道矩陣盡量滿足H~HH~=I]]>的條件。
在上述步驟202中，對延遲信號進行相位加權(quán)時，可以采用兩種方式一、對于有反饋鏈路的信道，在已知特定信道特性的情況下，可以根據(jù)信道特性，計算對應(yīng)的延遲信號加權(quán)時利用的相位，從而得到預(yù)編碼矩陣T。
二、在未知特定信道特性的情況下，可以直接將延遲信號加權(quán)時利用的相位隨機化，從而得到預(yù)編碼矩陣T。
下面以圖1所示的MIMO系統(tǒng)為例，結(jié)合本發(fā)明的具體實施例，說明在上述兩種相位加權(quán)情況下，本發(fā)明的信號預(yù)編碼方法的具體實施方式
。
實施例本實施例中，假定圖1所示的MIMO系統(tǒng)進一步為TD-SCDMA系統(tǒng)，其上行和下行業(yè)務(wù)信道是對稱的，因此可以獲取信道矩陣。
本實施例繼續(xù)采用式(6)所示的接收信號模型，并且將其簡化為
y11y12y21y22=h11h21h11h21h12h22h12h22d1d2+n---(10)]]>對(10)式中的發(fā)送信號d1，d2進行預(yù)編碼，從而提高系統(tǒng)的信號檢測性能。
圖3為本發(fā)明實施例的一種信號預(yù)編碼方法的具體流程圖。如圖3所示，該方法包括步驟301，將各個發(fā)射天線上的信號進行延遲。
通常，信號進行延遲發(fā)送時，延遲的時間均以抽樣時間為單位，延遲一個或多個抽樣時間。對于不同的發(fā)射天線上的信號，可以延遲相同的時間發(fā)送，或者各自延遲不同的時間發(fā)送。
延遲時間的確定可以以信道窗長為依據(jù)，延遲的時間最好不要超過信道窗長，以免發(fā)生信號間干擾。具體地，當所有發(fā)射天線上的信號延遲相同的時間發(fā)送時，延遲的時間小于或等于信道窗長；當不同發(fā)射天線上的信號延遲不同的時間發(fā)送時，延遲的最長時間小于或等于信道窗長。
步驟302，對信道特性進行估計。
本實施例中，由于系統(tǒng)是TD-SCDMA，上下行的業(yè)務(wù)信道互相對稱，信道特性可以認為是相同的。發(fā)送端可以根據(jù)接收端發(fā)來的訓(xùn)練序列估計出接收端到發(fā)送端的信道特性，將估計出的該信道特性作為發(fā)送端到接收端的信道特性，形成信道矩陣H。
步驟303，根據(jù)步驟302得到的信道矩陣，確定用于加權(quán)的相位。
為了簡便，只考慮一個接收天線，這樣對于式(10)的接收信號，若發(fā)送信號經(jīng)加權(quán)后發(fā)送，則接收信號可以寫成y11y12=ejθ1h11ejθ2h21ejθ3h11ejθ4h21d1d2+n=ejθ1ejθ2ejθ3ejθ4·Hd1d2+n=H~d+n---(11)]]>其中，θi為加權(quán)的相位，H~=ejθ1ejθ2ejθ3ejθ4·H.]]>由于 為單位矩陣時系統(tǒng)的性能最佳，且不會發(fā)生奇異，因此在確定加權(quán)的相位θi時，優(yōu)選的方式為根據(jù)步驟302得到的信道矩陣H，計算當?shù)刃Ь仃?滿足H~HH~=1001]]>時，加權(quán)相位θi的值。
步驟304，利用步驟303中確定的加權(quán)的相位θi對延遲信號進行加權(quán)。
至此，本實施例中的信號預(yù)編碼方法流程結(jié)束。應(yīng)用上述方法處理后的發(fā)送信號，在到達接收端后，其等效的信道矩陣滿足條件 為單位矩陣。這樣，在利用ZF、MMSE算法計算加權(quán)因子時，求逆矩陣發(fā)生奇異的可能性就很小了，可以大大提高系統(tǒng)的信號檢測性能。
尤其對于相關(guān)性很強的信道，就信道本身而言，信道矩陣滿足HHH發(fā)生奇異的可能性較大。在此類系統(tǒng)中應(yīng)用本發(fā)明的方法，能夠顯著改善系統(tǒng)的信號檢測性能，使系統(tǒng)正常工作。對于多徑信道，上述方法也能很好地發(fā)揮作用。
在上述實施例中，步驟301對信號進行延遲的操作和步驟302對信道特性進行估計的操作是順序執(zhí)行的。在實際系統(tǒng)中，步驟301和302可以同時執(zhí)行或以任意順序執(zhí)行。
上述實施例中，對延遲信號進行的相位加權(quán)，是根據(jù)已知的信道特性進行的。在某些未知信道特性的條件下，從統(tǒng)計意義上講，將加權(quán)的相位隨機化，也可以使得等效矩陣滿足 為單位矩陣的條件。這時，在對延遲信號進行相位加權(quán)時，可以不需要執(zhí)行步驟302和303，直接執(zhí)行步驟304，對延遲信號進行隨機相位加權(quán)，具體計算θi時可以采用前述的式(8)和(9)所示的方式。
下面通過與現(xiàn)有技術(shù)的仿真對比說明本發(fā)明實施例中信號預(yù)編碼方法對系統(tǒng)檢測性能的改善效果。
在一個兩根發(fā)射天線、八根接收天線的MIMO系統(tǒng)中，分別利用本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的方法進行信號發(fā)送，再利用相同的MMSE算法對接收信號進行檢測。圖4為兩種情況下信號檢測后信噪比與誤塊率的關(guān)系圖。
其中，曲線401對應(yīng)的是現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)送信號，該信號自形成后未經(jīng)過處理直接在各個發(fā)射天線上進行發(fā)送；曲線402對應(yīng)的是本發(fā)明的發(fā)送信號，該信號是經(jīng)過圖3所示的方法進行信號預(yù)編碼后在各個發(fā)射天線上發(fā)送的，并且，相位加權(quán)采用的是隨機加權(quán)的方式。
由圖4可以看出，按照現(xiàn)有技術(shù)的方法發(fā)送信號后，系統(tǒng)在進行信號檢測時，無法正確檢測出信號，而應(yīng)用本發(fā)明的方法對信號進行預(yù)編碼后，系統(tǒng)在進行信號檢測時，可以正常工作，對信號進行檢測，并且隨信噪比的提高，性能提高越大。
由上述實施例以及仿真結(jié)果可以看出，本發(fā)明中，對于各個發(fā)射天線上的信號，首先延遲一定的時間，然后對各個延遲信號的相位進行加權(quán)，經(jīng)過上述處理后再進行發(fā)送。應(yīng)用上述預(yù)編碼過程處理后的信號到達接收端后，對其進行原始信號的檢測時，需要消除加權(quán)的相位和延遲的時間，等效于對信道矩陣進行了改造。這樣，在后續(xù)的檢測過程中，對于依照原本的信道矩陣會出現(xiàn)奇異的求逆矩陣，這時將不再奇異，因此大大提高系統(tǒng)的信號檢測性能。尤其使MIMO系統(tǒng)在高斯信道或相關(guān)性較強的信道下，大大降低了信號檢測過程中出現(xiàn)求逆矩陣發(fā)生奇異的機率，改善了MIMO系統(tǒng)的工作性能。
以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種信號預(yù)編碼方法，其特征在于，該方法包括a、對各個發(fā)射天線上的信號進行延遲；b、對各個延遲信號進行相位加權(quán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b中對各個延遲信號進行隨機相位加權(quán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，用于加權(quán)的隨機相位為 α1，l＝1，2，..，L和βm，m＝1，2，..，M是隨機變化的相位加權(quán)值，W為DFT變換中的基頻分量，且有W=e-j2πL,]]>L為可以處理的最大時延數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟b前進一步包括對信道特性進行估計，并根據(jù)估計的信道矩陣，確定步驟b中用于加權(quán)的相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在由信道矩陣構(gòu)成的等效信道矩陣滿足H~HH~=I]]>時，確定所述步驟b中用于加權(quán)的相位，其中， 為等效信道矩陣，(·)H表示求矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，I為單位矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任意一項所述的方法，其特征在于，所述進行延遲為延遲一個或多個抽樣時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟a中，根據(jù)信道窗長，確定對各個發(fā)射天線上信號延遲的時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述確定對各個發(fā)射天線上信號延遲的時間為對所有發(fā)射天線上的信號，延遲相同的時間，且所述相同的時間小于或等于信道窗長；或者，對不同發(fā)射天線上的信號，延遲不同的時間，且延遲的最長時間小于或等于信道窗長。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種信號預(yù)編碼方法，其特征在于，該方法包括將各個發(fā)射天線上的信號進行延遲；對各個延遲信號進行相位加權(quán)。應(yīng)用上述預(yù)編碼過程處理后的信號到達接收端后，對其進行原始信號的檢測時，需要消除加權(quán)的相位和延遲的時間，等效于對信道矩陣進行了改造。這樣，在后續(xù)的檢測過程中，對于依照原本的信道矩陣會出現(xiàn)奇異的求逆矩陣，這時將不再奇異，因此大大提高系統(tǒng)的信號檢測性能。
文檔編號H04L1/06GK1968070SQ20061014524
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者程型清 申請人:普天信息技術(shù)研究院