專利名稱：多輸入多輸出系統(tǒng)中信息的預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種移動通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種多輸入多輸出系統(tǒng)中信息的預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
新一代的移動通信系統(tǒng)中廣泛采用了 MIMO(Multi-Input Multi-Output，多輸入 多輸出)技術(shù)。而預(yù)處理技術(shù)則是實現(xiàn)閉環(huán)多輸入多輸出，提高系統(tǒng)性能的一個必要環(huán) 節(jié)。假設(shè)多輸入多輸出系統(tǒng)中有Nt根發(fā)射天線和Nk根接收天線，發(fā)射端每次發(fā)射K流數(shù)據(jù) (K ^ Nt)，則發(fā)射數(shù)據(jù)χ需要先和一個預(yù)處理矩陣W相乘來映射到Nt根發(fā)射天線上，然后再 發(fā)射出去。預(yù)處理矩陣W需要根據(jù)系統(tǒng)的信道信息來設(shè)計從而提高系統(tǒng)性能。在頻分雙工系統(tǒng)中，由于信道不具有互易性，所以預(yù)處理矩陣W—般由接收端確 定，并反饋給發(fā)射端。但是在實際系統(tǒng)中，反饋精確的預(yù)處理矩陣W需要占用大量的上行反 饋信道資源。為了降低反饋開銷，3GPP (3rd Generation Partnership Project，第三代合 作伙伴計劃)下的LTE (Long Time Evolution，長期演進)協(xié)議中采用了基于碼本的反饋方 案。在基于碼本的預(yù)處理方式中，接收端利用估計出的信道信息，在預(yù)定的預(yù)處理碼本中進 行預(yù)處理矩陣的選擇，并將選定的矩陣的序號反饋給發(fā)射端。發(fā)射端根據(jù)接收端反饋的序 號再從碼本中確定預(yù)處理矩陣。如何從碼本中選出一個合適的預(yù)處理矩陣是提升多輸入多 輸出系統(tǒng)性能的一個關(guān)鍵問題。經(jīng)過對現(xiàn)有文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，發(fā)表在“IEEE TRANSACTION ON INFORMATION THER0TY” 上名稱為 “Limited Feedback Unitary Precoding for Spatial Multiplexing Systems(空分復(fù)用系統(tǒng)中的有限反饋合并預(yù)編碼)”的論文及中國專利申請?zhí)枮?200810116917. 2，名稱為多輸入多輸出系統(tǒng)中選取預(yù)編碼矩陣的方法、設(shè)備和系統(tǒng)“的文 獻中給出了幾種方法第一種方法選擇預(yù)處理矩陣的準(zhǔn)則是最大化等效信道的最小奇異值 的方法。其中，等效信道HefT為實際信道H和預(yù)處理矩陣W的乘積。第二種方法的準(zhǔn)則是 最小化譯碼信號和發(fā)送信號的均方誤差。第三種方法的準(zhǔn)則是最大化等效信道的容量。第 四種方法的準(zhǔn)則是從碼本中選擇和理想預(yù)處理矩陣歐式距離最小的預(yù)處理矩陣。由于這四 種方法均沒有直接針對系統(tǒng)的譯碼特性來優(yōu)化，因此他們的譯碼性能均不是非常理想。除 此之外，前三種方法在預(yù)處理矩陣為酉矩陣時是不起作用的，因此，在使用的時候有一定的 局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種多輸入多輸出系統(tǒng) 中信息的預(yù)處理方法。本發(fā)明直接采用系統(tǒng)的誤符號率作為選擇預(yù)處理矩陣的準(zhǔn)則，使得 系統(tǒng)的誤符號率得以進一步下降，而且在任何情況下都可以使用，沒有局限性。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，包括以下步驟步驟一，接收端對接收到的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進行信道估計處理，得到當(dāng)前時刻每個子載波處的信道信息，每個信道信息是一個NkXNt的復(fù)數(shù)矩陣H，其中NT是發(fā)射天線的數(shù)目，Nk 是接收天線的數(shù)目。所述的信道估計處理是首先在導(dǎo)頻子載波處采用最小二乘法(Least Square, LS)求出信道估計值，然后在頻域采用線性最小均方誤差(Linear Minimum Mean Square Error,LMMSE)算法內(nèi)插出數(shù)據(jù)子載波處的信道估計值，最后在時域采用線性內(nèi)插得到所有 數(shù)據(jù)子載波處的信道估計值。步驟二，根據(jù)信道信息矩陣H的秩1的大小，確定發(fā)送數(shù)據(jù)的層數(shù)K，K < 1。步驟三，從現(xiàn)有的通信標(biāo)準(zhǔn)中選擇任意一個預(yù)處理矩陣碼本，從該碼本中選出一 個行數(shù)為Nt、列數(shù)為K的預(yù)處理矩陣F，將信道信息矩陣H和該預(yù)處理矩陣F相乘得到等效
信道矩陣Hrff。步驟四，根據(jù)接收端均衡器的均衡矩陣和等效信道信息，得到每層數(shù)據(jù)的等效信 噪比。所述的等效信噪比，是指 <formula>formula see original document page 5</formula>
i(He/He// +^ir1He/,最小均方誤差均衡器
L 」1 (HeffiiHeff)-1Heffli^ 迫零均衡器SNRk是第k層數(shù)據(jù)的等效信噪比，G表示均衡矩陣，δ η2表示接收數(shù)據(jù)中白噪聲的 功率，δ s2為信號功率，gk為均衡矩陣G的第k行，hk為等效信道信息矩陣Hrff的第k列，() kk表示矩陣的第k行、第k列的元素，I是單位矩陣。步驟五，根據(jù)發(fā)送端的調(diào)制方式和每層數(shù)據(jù)的等效信噪比，得到每層數(shù)據(jù)的誤符 號率，所有層數(shù)據(jù)的誤符號率之和就是該預(yù)處理矩陣的權(quán)重。所述的誤符號率，是指
了 7)論，二進制相位調(diào)制
SERk = Γ，I2
1- 1-2(1--^=)^= I e^dt，似元正交幅度調(diào)制
、9其中SERK是第k層數(shù)據(jù)的誤符號率，SNRk是第k層數(shù)據(jù)的等效信噪比，M是正交 幅度調(diào)制的元數(shù)。步驟六，從預(yù)處理矩陣碼本中選擇其余的每一個行數(shù)為Nt、列數(shù)為K的預(yù)處理矩 陣，重復(fù)步驟三到步驟五，分別得到每一個預(yù)處理矩陣的權(quán)重。步驟七，選出權(quán)重最小的預(yù)處理矩陣，將其在碼本中的索引反饋給發(fā)射端，發(fā)射端 在下一次發(fā)射過程中使用選中預(yù)處理矩陣對發(fā)送數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并完成發(fā)射過程。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是直接采用誤符號率準(zhǔn)則來選擇預(yù)處理矩陣，具有更低的系統(tǒng)的誤符號率，提高了系統(tǒng)的性能；而且本發(fā)明在任何情況下都可以適 用，克服了現(xiàn)有技術(shù)在預(yù)處理矩陣為酉矩陣時不能發(fā)揮作用的缺點。


圖1是預(yù)處理矩陣為酉矩陣時實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)方法的誤符號率性能比較示意圖；圖2是預(yù)處理矩陣為酉矩陣時實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)方法的誤比特率性能比較 示意圖；圖3是預(yù)處理矩陣為非酉矩陣時實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)方法的誤符號率性能比 較示意圖；圖4是預(yù)處理矩陣為非酉矩陣時實施例方法和現(xiàn)有技術(shù)方法的誤比特率性能比 較示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的方法進一步描述本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提 下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述 的實施例。
實施例本實施例中多輸入多輸出頻分雙工系統(tǒng)中有4根發(fā)射天線(Nt = 4)，4根接收天 線(Nk = 4)，發(fā)送端的調(diào)制方式是四元正交幅度調(diào)制，接收端是最小均方誤差均衡器，具體 的預(yù)處理步驟如下步驟一，接收端根據(jù)現(xiàn)有的信道估計方法獲得當(dāng)前時刻每個子載波處的信道信 息，每個信道信息是一個4X4的復(fù)數(shù)矩陣。所述的信道估計方法是發(fā)送端在特定的時頻點上發(fā)送導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，接收端首先根據(jù) 接收到的信號得到導(dǎo)頻點處的信道信息，然后根據(jù)信道估計準(zhǔn)則估計出其他所有子載波的 fn道fe息ο步驟二，根據(jù)信道信息矩陣H的秩1的大小，確定發(fā)送數(shù)據(jù)的層數(shù)K，K < 1。本實施例中信道信息矩陣H的秩1為4，為了體現(xiàn)本發(fā)明在預(yù)處理矩陣為酉矩陣下 也能適用的特性，本實施例選擇的發(fā)送數(shù)據(jù)X的層數(shù)K = 4。步驟三，從現(xiàn)有的通信標(biāo)準(zhǔn)中選擇任意一個預(yù)處理矩陣碼本，從該碼本中選出一 個行數(shù)為4、列數(shù)為4的預(yù)處理矩陣F，將信道信息矩陣H和該預(yù)處理矩陣F相乘得到等效
信道矩陣Hrff。本實施例選用LTE (Long Time Evolution，長期演進)標(biāo)準(zhǔn)中采用的線性預(yù)編碼矩 陣碼本，該碼本中行數(shù)為4，列數(shù)為4的預(yù)處理矩陣共有16個，且均為酉矩陣。步驟四，根據(jù)接收端均衡器的均衡矩陣和等效信道信息，得到每層數(shù)據(jù)的等效信 噪比。所述的等效信噪比，是指
<formula>formula see original document page 7</formula>其中SNRk是第k層數(shù)據(jù)的等效信噪比，G表示均衡矩陣，δ η2表示接收數(shù)據(jù)中白 噪聲的功率，δ s2為信號功率，gk為均衡矩陣G的第k行，hk為等效信道信息矩陣Hrff的第 k列，Okk表示矩陣的第k行、第k列的元素。本實施例中是最小均方誤差均衡器，因此G = (HrffHHrfZSn2Ir1Hrf/,其中1是單 位矩陣。步驟五，根據(jù)發(fā)送端的調(diào)制方式和每層數(shù)據(jù)的等效信噪比，得到每層數(shù)據(jù)的誤符 號率，所有層數(shù)據(jù)的誤符號率之和就是該預(yù)處理矩陣的權(quán)重。本實施例中發(fā)送端的調(diào)制方式四元正交幅度調(diào)制，故<formula>formula see original document page 7</formula>其中SERK是第k層數(shù)據(jù)的誤符號率，SNRk是第k層數(shù)據(jù)的等效信噪比。步驟六，從預(yù)處理矩陣碼本中選擇其余的15個行數(shù)為4、列數(shù)為4的預(yù)處理矩陣， 重復(fù)步驟三到步驟五，分別得到每一個預(yù)處理矩陣的權(quán)重。步驟七，選出權(quán)重最小的預(yù)處理矩陣，將其在碼本中的索引反饋給發(fā)射端，發(fā)射端 在下一次發(fā)射過程中使用選中預(yù)處理矩陣對發(fā)送數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并完成發(fā)射過程。在與本實施例相同的條件(預(yù)處理矩陣為酉矩陣)下，分別采用本實施例方法、背 景技術(shù)中現(xiàn)有的四種方法和隨機選取的預(yù)處理矩陣方法得到的誤符號率比較示意圖如圖1 所示，得到的誤比特率比較示意圖如圖2所示。由圖1和圖2可見，現(xiàn)有技術(shù)的四種方法和 隨機選取預(yù)處理矩陣的方法得到的誤符號率和誤比特率性能相當(dāng)，而本實施例方法的誤符 號率和誤比特率的性能明顯提高，因此本實施例方法的譯碼性能最好。當(dāng)預(yù)處理矩陣不是酉矩陣的情況下，在相同的條件下分別采用本實施例方法(此 時的數(shù)據(jù)層數(shù)是2)、背景技術(shù)中現(xiàn)有的四種方法和隨機選取的預(yù)處理矩陣方法得到的誤符 號率比較示意圖如圖3所示，得到的誤比特率比較示意圖如圖4所示。由圖3和圖4可見， 在預(yù)處理矩陣為非酉矩陣的情況下，本實施例方法的誤符號率和誤比特率的性能還是比現(xiàn) 有技術(shù)的前三種方法優(yōu)越，與隨機選取預(yù)處理矩陣的方法相比則本實施例方法的優(yōu)越性更 加明顯。
權(quán)利要求
一種多輸入多輸出系統(tǒng)中信息的預(yù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，接收端對接收到的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)進行信道估計處理，得到當(dāng)前時刻每個子載波處的信道信息，每個信道信息是一個NR×NT的復(fù)數(shù)矩陣H，其中NT是發(fā)射天線的數(shù)目，NR是接收天線的數(shù)目；步驟二，根據(jù)信道信息矩陣H的秩l的大小，確定發(fā)送數(shù)據(jù)的層數(shù)K，K≤l；步驟三，從現(xiàn)有的通信標(biāo)準(zhǔn)中選擇任意一個預(yù)處理矩陣碼本，從該碼本中選出一個行數(shù)為NT、列數(shù)為K的預(yù)處理矩陣F，將信道信息矩陣H和該預(yù)處理矩陣F相乘得到等效信道矩陣Heff；步驟四，根據(jù)接收端均衡器的均衡矩陣和等效信道信息，得到每層數(shù)據(jù)的等效信噪比；步驟五，根據(jù)發(fā)送端的調(diào)制方式和每層數(shù)據(jù)的等效信噪比，得到每層數(shù)據(jù)的誤符號率，所有層數(shù)據(jù)的誤符號率之和就是該預(yù)處理矩陣的權(quán)重；步驟六，從預(yù)處理矩陣碼本中選擇其余的每一個行數(shù)為NT、列數(shù)為K的預(yù)處理矩陣，重復(fù)步驟三到步驟五，分別得到每一個預(yù)處理矩陣的權(quán)重；步驟七，選出權(quán)重最小的預(yù)處理矩陣，將其在碼本中的索引反饋給發(fā)射端，發(fā)射端在下一次發(fā)射過程中使用選中預(yù)處理矩陣對發(fā)送數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，并完成發(fā)射過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出系統(tǒng)中信息的預(yù)處理方法，其特征是，步驟一 中所述的信道估計處理是首先在導(dǎo)頻子載波處采用最小二乘法求出信道估計值，然后在 頻域采用線性最小均方誤差算法內(nèi)插出數(shù)據(jù)子載波處的信道估計值，最后在時域采用線性 內(nèi)插得到所有數(shù)據(jù)子載波處的信道估計值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出系統(tǒng)中信息的預(yù)處理方法，其特征是，步驟四 中所述的等效信噪比，是指<formula>formula see original document page 2</formula>,最小均方誤差均衡器"中(HeZ1U1He/,迫零均衡器’SNRk是第k層數(shù)據(jù)的等效信噪比，G表示均衡矩陣，δ n2表示接收數(shù)據(jù)中白噪聲的功率， δ s2為信號功率，gk為均衡矩陣G的第k行，hk為等效信道信息矩陣Hrff的第k列，Okk表 示矩陣的第k行、第k列的元素，I是單位矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出系統(tǒng)中信息的預(yù)處理方法，其特征是，步驟五 中所述的誤符號率，是指了 7)論，二進制相位調(diào)制<formula>formula see original document page 2</formula>，似元正交幅度調(diào)制其中SERK是第k層數(shù) 據(jù)的誤符號率，SNRk是第k層數(shù)據(jù)的等效信噪比，M是正交幅度 調(diào)制的元數(shù)。
全文摘要
一種移動通信技術(shù)領(lǐng)域的多輸入多輸出系統(tǒng)中信息的預(yù)處理方法，包括以下步驟獲得當(dāng)前時刻每個子載波處的信道信息；確定發(fā)送數(shù)據(jù)的層數(shù)；選擇預(yù)處理矩陣碼本，得到信道信息矩陣和該預(yù)處理矩陣組成的等效信道矩陣；得到每層數(shù)據(jù)上的等效信噪比和誤符號率之和，并將誤符號率總和作為所選預(yù)處理矩陣的權(quán)重；對于所選碼本中其余的預(yù)處理矩陣，分別得到每個預(yù)處理矩陣的權(quán)重；選出權(quán)重最小的預(yù)處理矩陣，將其在碼本中的索引反饋給發(fā)射端，發(fā)射端在下一次發(fā)射過程中使用選中預(yù)處理矩陣對發(fā)送數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，完成發(fā)射過程。本發(fā)明具有更低的系統(tǒng)的誤符號率，而且在任何情況下都可以適用，克服了現(xiàn)有技術(shù)在預(yù)處理矩陣為酉矩陣時不能發(fā)揮作用的缺點。
文檔編號H04L25/02GK101826946SQ201010173739
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者伊海珂, 俞暉, 劉明潤, 徐友云, 陶梅霞 申請人:上海交通大學(xué)