專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用時(shí)域預(yù)編碼器的lte系統(tǒng)及預(yù)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，尤其是關(guān)于3GPP LTE系統(tǒng)的帶寬效率的問(wèn)題。
背景技術(shù)：
3GPP的LTE (Long Term Evolution,長(zhǎng)期演進(jìn))項(xiàng)目是3G的演進(jìn)，采用了 OFDM和 MIMO等新技術(shù)，改進(jìn)并增強(qiáng)了包括WCDMA和TD-SCDMA等3G的空中接入技術(shù)，在20MHz頻譜 帶寬下能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率，改善了小區(qū)邊緣用戶(hù)的性能，提高 小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。對(duì)于移動(dòng)通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其所使用的無(wú)線(xiàn)信道通常都是多徑時(shí)變衰落信道，無(wú)線(xiàn) 多徑信道會(huì)使通過(guò)它的信號(hào)出現(xiàn)多徑時(shí)延，這種多徑時(shí)延如果擴(kuò)展到下一個(gè)符號(hào)，就會(huì)造 成符號(hào)間串?dāng)_ISI，嚴(yán)重影響數(shù)字信號(hào)的傳輸質(zhì)量。目前，在基于OFDM的新一代移動(dòng)通信系 統(tǒng)(如LTE系統(tǒng))中，其解決辦法是在輸入端通過(guò)插入保護(hù)間隔，即循環(huán)前綴(CP)。這樣， 既可有效降低符號(hào)間的干擾，又可將線(xiàn)性卷積轉(zhuǎn)換為循環(huán)卷積，簡(jiǎn)化了信道的卷積運(yùn)算，在 接收端可以使用簡(jiǎn)單的單抽頭(I-Tap)均衡。在使用循環(huán)前綴的OFDM系統(tǒng)(CP-OFDM)中，包含了 IDFT、加循環(huán)前綴CP和串并轉(zhuǎn) 換三個(gè)過(guò)程，眾所周知，移動(dòng)通信中的無(wú)線(xiàn)信道是時(shí)變信道，在OFDM系統(tǒng)輸入端插入循環(huán)前綴 (CP)來(lái)有效降低符號(hào)間的干擾ISI和信道間干擾ICI是通常的做法，同時(shí)還可以將線(xiàn)性卷 積轉(zhuǎn)換為循環(huán)卷積。但是，CP的長(zhǎng)度一般都要大于無(wú)線(xiàn)信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這就意味著引 入了 L個(gè)時(shí)域的抽樣，帶寬效率就下降為(N) / (N+L)，當(dāng)L較大時(shí)，帶寬效率的下降很明顯， 比如采用長(zhǎng)CP的LTE系統(tǒng)帶寬效率僅為80%。為了解決上述使用了 CP的OFDM系統(tǒng)的帶寬效率的問(wèn)題，本發(fā)明為OFDM系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一種新的預(yù)編碼，利用該預(yù)編碼取代CP，可以將線(xiàn)性卷積轉(zhuǎn)變成循環(huán)卷積的目的，在接收端 僅僅需要一個(gè)簡(jiǎn)單的一階(Ι-tap)均衡器，就可以完全的消除ICI和ISI。這樣，不需要發(fā) 送CP信號(hào)，消除了冗余，帶寬效率大大提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有OFDM無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)在抑制符號(hào)間串?dāng)_ 時(shí)，需要傳輸較長(zhǎng)的循環(huán)前綴(CP)，造成降低帶寬效率的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種利用時(shí)域預(yù)編碼器 提高帶寬效率的LTE系統(tǒng)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，在OFDM系統(tǒng)發(fā)送端增加預(yù)編碼模塊，將 線(xiàn)性卷積轉(zhuǎn)變成循環(huán)卷積，在接收端僅僅需要一個(gè)簡(jiǎn)單的一階(Ι-tap)均衡器，就可以完 全的消除ICI和ISI。這樣，不需要發(fā)送CP信號(hào)，消除了冗余，帶寬效率大大提高。具體包 括，利用TD-LTE系統(tǒng)發(fā)送端已知信道信息，構(gòu)建發(fā)送端調(diào)制矩陣，根據(jù)記憶特性和符號(hào)反 饋，設(shè)計(jì)TDP預(yù)編碼模塊。在TD-LTE鏈路中增加TDP預(yù)編碼模塊，消除ICI和ISI，極大地 改進(jìn)了 TD-LTE系統(tǒng)的帶寬利用效率。
在增加反饋信道后，該預(yù)編碼模塊也可以應(yīng)用到FDD-LTE系統(tǒng)提高帶寬效率。一種利用時(shí)域預(yù)編碼器提高帶寬效率的LTE系統(tǒng)，資源要素映射模塊將發(fā)送端數(shù) 據(jù)X(k)映射到資源塊的每個(gè)資源要素中，逆變換模塊對(duì)映射數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉逆變換， 得到時(shí)域信號(hào)x(k)，預(yù)編碼模塊對(duì)x(k)進(jìn)行時(shí)域預(yù)編碼，生成預(yù)編碼信號(hào)q(k)，并/串轉(zhuǎn) 換模塊對(duì)信號(hào)q(k)作并/串轉(zhuǎn)換，獲得串行數(shù)據(jù)流，通過(guò)信道發(fā)送到接收端，接收端收到數(shù) 據(jù)為r(k)作串/并轉(zhuǎn)換，一階均衡器對(duì)接收到的并行數(shù)據(jù)流y(k)進(jìn)行一階均衡得到均衡 信號(hào)Y (k)，傅立葉變換器對(duì)均衡信號(hào)Y (k)作離散傅立葉變換恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。所述預(yù)編碼模塊q(k)包括線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元Mt與延遲單元，減法器將時(shí)域信 號(hào)x(k)與由同一個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生的時(shí)域預(yù)編碼信號(hào)q(k)通過(guò)延遲單元所得到的信號(hào)q(k-l) 相減，通過(guò)線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元Mt進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)Mt*(x(k)-q(k-l))，將此調(diào)制 信號(hào)與時(shí)域信號(hào)x(k)送入加法器相結(jié)合，得到預(yù)編碼信號(hào)q(k)。對(duì)于單天線(xiàn)系統(tǒng)，所 述線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元Mt具體為，根據(jù)信道沖擊響應(yīng)CIR的向量h = [h(0)，h(l)，...， h (L) ]τ，建立信道沖擊響應(yīng)的向量矩陣為Ch和Ct，根據(jù)向量矩陣Ch和Ct構(gòu)建調(diào)制矩 陣
。對(duì)于多天線(xiàn)系統(tǒng)，信道系數(shù)矩陣為H = [hn，h12 ;h21，h22]， 根據(jù)信道系數(shù)矩陣分解向量矩陣Ch u和Ct—…根據(jù)Ch u和Ct u構(gòu)建調(diào)制矩陣Mt」j為 TDP 預(yù)編碼模塊滿(mǎn)足 其中，x_j(k)表示發(fā)送天線(xiàn)j上的信號(hào)。本發(fā)明還提出LTE系統(tǒng)中利用時(shí)域預(yù)編碼器提高帶寬效率的方法，具體包括，資 源要素映射模塊將發(fā)送端數(shù)據(jù)X(k)映射到資源塊的每個(gè)資源要素中，逆變換模塊對(duì)映射 數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉逆變換，得到時(shí)域信號(hào)X(k)，預(yù)編碼模塊對(duì)x(k)進(jìn)行時(shí)域預(yù)編碼，生 成預(yù)編碼信號(hào)q (k)，并/串轉(zhuǎn)換模塊對(duì)信號(hào)q (k)作并/串轉(zhuǎn)換，獲得串行數(shù)據(jù)流，通過(guò)信道 發(fā)送到接收端，接收端收到數(shù)據(jù)為r(k)作串/并轉(zhuǎn)換，一階均衡器對(duì)接收到的并行數(shù)據(jù)流 y(k)進(jìn)行一階均衡得到均衡信號(hào)Y (k)，傅立葉變換器對(duì)均衡信號(hào)Y (k)作離散傅立葉變換 恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。一種TDP預(yù)編碼模塊，q(k)包括線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元Mt、延遲單元、減法器、加法器， 將時(shí)域信號(hào)X(k)與由同一個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生的時(shí)域預(yù)編碼信號(hào)q(k)通過(guò)延遲單元所得到的信號(hào) q (k-1)相減，通過(guò)線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元Mt進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)Mt* (x (k) -q (k_l))，將此調(diào) 制信號(hào)與時(shí)域信號(hào)x(k)送入加法器相結(jié)合，得到預(yù)編碼信號(hào)。在增加反饋信道后，該預(yù)編碼也可以應(yīng)用到FDD-LTE系統(tǒng)改善帶寬效率。使用了 TDP預(yù)編碼模塊的OFDM系統(tǒng)，可以將線(xiàn)性卷積轉(zhuǎn)變成循環(huán)卷積，本發(fā)明為 OFDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種新的預(yù)編碼，利用該預(yù)編碼取代CP，可以將線(xiàn)性卷積轉(zhuǎn)變成循環(huán)卷積的 目的，通過(guò)在TD-LTE鏈路中增加TDP預(yù)編碼模 塊，消除ICI和ISI，在接收端僅僅需要一個(gè) 簡(jiǎn)單的一階(Ι-tap)均衡器，就可以完全的消除ICI和ISI。這樣，不需要發(fā)送CP信號(hào)，消 除了冗余，帶寬效率大大提高。


圖1攜帶CP的OFDM系統(tǒng)模型(CP-0FDM)
圖2采用TDP模塊的Precoded-OFDM系統(tǒng)模型圖3TDP預(yù)編碼模塊圖 42X2MIM0 信道圖5TD-LTE鏈路中增加TDP預(yù)編碼模塊示意圖
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步具體說(shuō)明。如圖1所示攜帶CP的OFDM系統(tǒng)模型(CP-OFDM)。假設(shè)是經(jīng)資源單元映射之后生成的、準(zhǔn)備在k時(shí)刻進(jìn)行傳輸?shù)念l域符號(hào)，經(jīng)過(guò)IFFT之后，其長(zhǎng)度變?yōu)镹，對(duì)應(yīng)的時(shí)域符 號(hào)被定義為 其中，F(xiàn)是NX N的DFT矩陣，且有，F(xiàn)h = F—1代表IDFT變換。對(duì)于使用互惠原則的TDD系統(tǒng)信道沖擊響應(yīng)系數(shù)(CIR)在發(fā)送端已知，CIR代表 的是信號(hào)經(jīng)過(guò)信道時(shí)所產(chǎn)生的衰落，體現(xiàn)的是信道對(duì)信號(hào)所產(chǎn)生的作用。假設(shè)CIR長(zhǎng)度為1^+1，且N > L+l。IDFT之后，在每個(gè)符號(hào)前面添加CP，CP是該符 號(hào)最后L個(gè)抽樣的重復(fù)。若h = [h (0)，h (1)，. . .，h (L) ]τ是CIR的向量，根據(jù)CIR的向量 定義兩個(gè)NXN的矩陣Ch和Ct為 攜帶CP的符號(hào)在信道中進(jìn)行傳輸，接收到的信號(hào)在前L個(gè)抽樣信號(hào)被取締以后， 可以被表示成 這里，n(k)是高斯白噪聲，且Cp = Ct+Ch。Cp是一個(gè)NXN的循環(huán)矩陣，這意味著信 號(hào)與信道進(jìn)行的是循環(huán)卷積而不是線(xiàn)性卷積。當(dāng)在接收端執(zhí)行了 DFT操作之后，得到的頻 域符號(hào)是 可以得至IJ:
(6)其中，玄是S = diag(H(l)，H (2)，· · ·，H (N))的共軛對(duì)稱(chēng)擴(kuò)展，H (1)，H (2)，…， H(N)代表在子載波頻率上估計(jì)的信道頻率響應(yīng)。將(6)代進(jìn)(5)，在無(wú)噪聲的情況下
(7)在接收端僅需要一個(gè)簡(jiǎn)單的一階(Ι-tap)均衡器，就可以完全消除ICI，而且只要 相鄰的OFDM符號(hào)之間的循環(huán)前綴CP的長(zhǎng)度大于等于信道沖擊響應(yīng)的長(zhǎng)度，就可以完全克 月艮ISI。由于本系統(tǒng)中沒(méi)有CP，接收端在k時(shí)刻接收到的信號(hào)為
(8)這樣，信號(hào)與信道實(shí)際進(jìn)行的是線(xiàn)性卷積，線(xiàn)性卷積將會(huì)在接收到的信號(hào)中產(chǎn)生 ICI和ISI，且難以消除。為了消除信號(hào)中產(chǎn)生的ICI和ISI，并將線(xiàn)性卷積轉(zhuǎn)變成循環(huán)卷 積，OFDM系統(tǒng)(簡(jiǎn)記為Precoded-OFDM，即NCP-0FDM)中采用時(shí)域預(yù)編碼。對(duì)經(jīng)過(guò)頻-時(shí)轉(zhuǎn)換之后的信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼處理，即在OFDM系統(tǒng)的IDFT模塊之后 和串并變換之前設(shè)置預(yù)編碼模塊(簡(jiǎn)記為T(mén)DP)，屬于時(shí)域的預(yù)編碼。如圖2所示為采用TDP 模塊的Precoded-OFDM系統(tǒng)模型。發(fā)送端數(shù)據(jù)X(k)經(jīng)過(guò)資源要素映射模塊將數(shù)據(jù)映射到資源塊的每個(gè)資源要素中 (導(dǎo)頻符號(hào)所占據(jù)的資源要素除外)，將映射數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)快速離散傅里葉逆變換IDFT，得到時(shí) 域信號(hào)x(k)，預(yù)編碼模塊對(duì)x(k)進(jìn)行時(shí)域預(yù)編碼，生成預(yù)編碼信號(hào)q(k)，并/串轉(zhuǎn)換模塊 對(duì)信號(hào)q(k)作并/串轉(zhuǎn)換，即可把資源塊中經(jīng)預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)變成一列串行的數(shù)據(jù)流，數(shù) 據(jù)流經(jīng)過(guò)信道，增加噪聲η (k)，接收端收到數(shù)據(jù)為r (k)。串/并轉(zhuǎn)換模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)作串/并轉(zhuǎn)換。將串行數(shù)據(jù)流r (k)變成并行數(shù) 據(jù)流y(k)，一階均衡器對(duì)接收到的并行數(shù)據(jù)流y(k)進(jìn)行一階均衡得到均衡信號(hào)Y (k)，離散 傅立葉變換器對(duì)均衡信號(hào)Y(k)作離散傅立葉變換DFT即可恢復(fù)出原來(lái)的數(shù)據(jù)。對(duì)于單天線(xiàn)系統(tǒng)，假設(shè)發(fā)送端已知TD-LTE的TDD系統(tǒng)的信道，獲取信道沖擊響應(yīng) CIR的向量為h = [h(0)，h⑴，...，h(L)]T，調(diào)用公式(2)和(3)獲得信道沖擊響應(yīng)系數(shù) CIR的向量矩陣為Ch和Ct。基于最大限度抵消信道引入的ISI和ICI的原則，根據(jù)CIR的 向量矩陣Ch和Ct構(gòu)建如下所示調(diào)制矩陣Mt,
(9)該Mt是NXN矩陣，*表示Ct的Moore-Penrose偽逆，上標(biāo)H為矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。如圖3所示為本發(fā)明所述構(gòu)建TDP預(yù)編碼模塊的方式之一，基于最簡(jiǎn)化的原則，該 TDP預(yù)編碼模塊包括一個(gè)線(xiàn)性矩陣調(diào)制Mt單元和延遲單元，由線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元與延遲單 元并聯(lián)構(gòu)成。通過(guò)快速離散傅里葉逆變換IDFT產(chǎn)生的時(shí)域信號(hào)x(k)，該時(shí)域信號(hào)x(k)與由其 同一個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生的時(shí)域預(yù)編碼信號(hào)q(k)通過(guò)延遲單元所得到的信號(hào)q(k-l)相減，然后將 相減所得信號(hào)通過(guò)線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元Mt進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)Mt* (x (k) -q (k-1))，將此 調(diào)制信號(hào)與原來(lái)IDFT所產(chǎn)生的時(shí)域信號(hào)x(k)送入加法器相結(jié)合，即可得到通過(guò)時(shí)域預(yù)編 碼器TDP所生成的信號(hào)q(k)，即
(10)其中，x(k)是發(fā)送端的信號(hào)，Mt為發(fā)送調(diào)制矩陣，q(k_l)，q(k)均為經(jīng)過(guò)時(shí)域預(yù)編碼之后生成的兩個(gè)相鄰時(shí)刻的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)時(shí)域預(yù)編碼器TDP的信號(hào)q(k)經(jīng)過(guò)信道傳輸?shù)浇邮斩撕螅琍recodechOFDM系 統(tǒng)接收端的接收信號(hào)為
(11)其中，n(k)為信道產(chǎn)生的高斯白噪聲。將式(9)和(10)代進(jìn)(11)式，可以得到
12) 從上式可知，將已經(jīng)進(jìn)行了時(shí)域預(yù)編碼的信號(hào) q
通過(guò)信道進(jìn)行傳輸，此時(shí) 信道信號(hào)為
道對(duì)信號(hào)的作用是線(xiàn)性卷積。但是，使用時(shí)域預(yù)編碼以后，線(xiàn)性卷積轉(zhuǎn)變成了循環(huán)卷積，即 y(k) =Cp*x(k)+n(k)，因?yàn)镃p = Ct+Ch是一個(gè)NXN的循環(huán)矩陣，由式⑵和式(3)相加可 以得知。這意味著用TDP模塊取代CP模塊后，完全消除了信號(hào)中產(chǎn)生的ICI和ISI，在接收 端只需要使用一個(gè)簡(jiǎn)單的一階均衡(I-Tap)就可以將原信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。由于在該時(shí)域預(yù)編 碼方案中沒(méi)有使用CP，所以系統(tǒng)中沒(méi)有任何冗余，也就沒(méi)有任何的帶寬損失，從而改進(jìn)了帶 寬利用效率?？刹捎镁€(xiàn)性預(yù)編碼和非線(xiàn)性預(yù)編碼對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼處理，如采用線(xiàn)性預(yù)編 碼中的迫零預(yù)均衡(TxZF)和最小均方誤差預(yù)均衡(TxMMSE)迫零預(yù)均衡在ZF情況下，其相應(yīng)的發(fā)射為X = Fe，且有F= β H—1。在接收端得 至= c + οβ根據(jù)式(3. 4)，滿(mǎn)足發(fā)射功率約束。即^ =該β值在接收機(jī)端通過(guò)自動(dòng)增益控制機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于某些比較惡劣的H，β值 可以選擇的非常小，這等效于較低的SNR。最小均方誤差預(yù)均衡(TxMMSE)確定調(diào)制矩陣時(shí)采用了最小均方誤差(MMSE)準(zhǔn)則，發(fā)送濾波器滿(mǎn)足一定的功率 約束條件 匪SE預(yù)均衡相對(duì)于ZF預(yù)均衡，可以減少發(fā)送功率。非線(xiàn)性預(yù)編碼可采用THP預(yù)編碼和網(wǎng)格預(yù)編碼(Trellis預(yù)編碼)。THP預(yù)編碼是針對(duì)嚴(yán)重線(xiàn)性失真的SISO信道中的符號(hào)間干擾(ISI)的均衡問(wèn)題的 一種預(yù)編碼方法。在信號(hào)進(jìn)行傳輸前對(duì)其進(jìn)行均衡。但是TH預(yù)編碼需要發(fā)送端知道信道 特性。網(wǎng)格預(yù)編碼在均衡器輸出端對(duì)噪聲進(jìn)行白化，該模式結(jié)合了編碼，預(yù)編碼，編碼整形 和網(wǎng)格圖形，但網(wǎng)格預(yù)編碼技術(shù)同樣不太適合頻率選擇性衰落信道。
為了適應(yīng)LTE系統(tǒng)，對(duì)于多天線(xiàn)系統(tǒng)，以下結(jié)合在MIMO信道對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)一 步說(shuō)明，該系統(tǒng)為MIMO-Precoded-OFDM系統(tǒng)。 對(duì)于通用的LTE系統(tǒng)，通常將TDP預(yù)編碼模塊置于快速離散傅里葉變換模塊(IDFT 模塊)之后，對(duì)IDFT之后產(chǎn)生的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行操作。由圖3可知，TDP預(yù)編碼模塊僅需要一個(gè)線(xiàn)性矩陣調(diào)制Mt單元和延遲單元。把在發(fā)送端已知的信道沖擊響應(yīng)系數(shù)CIR按照矩陣(2)和矩陣(3)進(jìn)行排列，再 根據(jù)式(9)構(gòu)建調(diào)制矩陣
;。對(duì)于通過(guò)調(diào)制矩陣未消除的由于信道 對(duì)信號(hào)進(jìn)行線(xiàn)性卷積所帶來(lái)的ISI和ICI，根據(jù)記憶特性和符號(hào)反饋，構(gòu)建時(shí)域預(yù)編碼TDP 模塊。然后，將已編碼信號(hào)通過(guò)信道，由于采用了時(shí)域預(yù)編碼算法，使得信道原進(jìn)行的線(xiàn)性 卷積轉(zhuǎn)換成了循環(huán)卷積，因?yàn)椴淮嬖谌魏蔚娜哂?，所以系統(tǒng)的帶寬效率沒(méi)有任何的損失。為描述簡(jiǎn)單，選擇如圖4所示的2X2MIM0信道為例進(jìn)一步說(shuō)明，HijG = 1，2代表 發(fā)送天線(xiàn)；i = 1，2代表接收天線(xiàn))表示的是一對(duì)收發(fā)天線(xiàn)之間的信道狀態(tài)。眾所周知，對(duì) 于2X2的MIMO信道，其信道系數(shù)矩陣可以表示為=H= [hn，h12;h21，h22]。每一個(gè)腳標(biāo)i j 表示是的發(fā)射天線(xiàn)j到接收天線(xiàn)i之間的信道狀態(tài)。因此，依據(jù)信道系數(shù)矩陣H，可以分解 出四個(gè)類(lèi)似的矩陣Ct _ii，Ct—12，Ct—21，Ct—22，Ch—n，Ch—12，Ch—21，Ch—22o 每一個(gè)矩陣Ch u和Ct ij(i =1,2 ；j = 1,2)都是根據(jù)式(2)和式(3)來(lái)進(jìn)行構(gòu)造的，矩陣Ch u和Ct u中的每一個(gè)元 素均取自信道系數(shù)矩陣H的對(duì)應(yīng)元素hijt)根據(jù)Ct ij構(gòu)建調(diào)制矩陣Mt ij如下
(13)對(duì)應(yīng)的TDP預(yù)編碼模塊滿(mǎn)足 其中，x_j(k) (j = 1,2)表示的是發(fā)送天線(xiàn)j上的信號(hào)。TDP預(yù)編碼模塊根據(jù)公式(14)對(duì)發(fā)送天線(xiàn)j到接收天線(xiàn)i的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，生成 預(yù)編碼信號(hào)q—u(k)。每一根接收天線(xiàn)接收到的都是來(lái)自?xún)筛l(fā)送天線(xiàn)的數(shù)據(jù)，由式(11)知接收天線(xiàn)1 上的數(shù)據(jù)為 其中，q n(k_l)，q n(k)表示的是發(fā)射天線(xiàn)1到接收天線(xiàn)1上的已進(jìn)行了時(shí)域預(yù)編 碼的兩個(gè)相鄰時(shí)刻的信號(hào)，q12 (k-Ι)，q12 (k)表示的是發(fā)射天線(xiàn)2到接收天線(xiàn)1上的已進(jìn)行了時(shí)域預(yù)編碼的 兩個(gè)相鄰時(shí)刻的信號(hào)，n Jk)表示接收天線(xiàn)1的噪聲。代入(13)和(14)式中對(duì)應(yīng)的參數(shù) (16)其中， 對(duì)于MIMO-Precoded-OFDM系統(tǒng)，接收端的接收信號(hào)相當(dāng)于Precoded-OFDM系統(tǒng)進(jìn)行了垂直分層空時(shí)編碼，利用串行干擾反饋抵消方法，可以恢復(fù)出原信號(hào)x—iGO和x_2(k)。S卩，如式(16)所示，將接收天線(xiàn)上所接收到的信號(hào)
)通過(guò)一階均衡，分別乘以矩陣 Cp n 和 Cp 21 的 逆，即可得到接收天線(xiàn)1上的信號(hào)為 在無(wú)噪聲的情況下，接收天線(xiàn)1上的數(shù)據(jù)可以得到完全的恢復(fù)。接收天線(xiàn)2上的數(shù)據(jù)與接收天線(xiàn)1完全相同，這里不再贅述。我們通過(guò)性能及帶寬效率的仿真比較來(lái)分析實(shí)施效果。利用時(shí)域預(yù)編碼器的LTE系統(tǒng)構(gòu)建如圖5所示，發(fā)送端碼字首先經(jīng)過(guò)加擾模塊，將 碼字與特定的加擾序列相結(jié)合，產(chǎn)生新的加擾比特流，然后經(jīng)過(guò)調(diào)制模塊。LTE下行鏈路采 用的是QPSK調(diào)制。調(diào)制模塊輸入的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制已加擾比特的數(shù)字序列，QPSK調(diào)制把二 進(jìn)制數(shù)字序列中每?jī)蓚€(gè)比特分成一組，共有四種組合，即00，01，10，11，其中每一組稱(chēng)為雙 比特碼元。每次調(diào)制可傳輸2個(gè)信息比特，這些信息比特是通過(guò)載波的四種相位來(lái)傳遞的。 解調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到的載波信號(hào)的相位來(lái)判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特。調(diào)制完成 之后，經(jīng)過(guò)層映射，將奇數(shù)號(hào)的符號(hào)全部映射到第一層上，偶數(shù)號(hào)的符號(hào)全部映射到第二層 上。再經(jīng)過(guò)資源要素映射，將發(fā)送端數(shù)據(jù)X(k)映射到資源塊的每個(gè)資源要素中(導(dǎo)頻符號(hào) 所占據(jù)的資源要素除外)，然后經(jīng)過(guò)快速離散傅里葉逆變換IDFT得到時(shí)域信號(hào)x(k)，通過(guò) 對(duì)x(k)進(jìn)行時(shí)域預(yù)編碼，產(chǎn)生q(k)信號(hào)。在TD-LTE下行鏈路中新增加TDP預(yù)編碼模塊，同時(shí)去掉了增加循環(huán)前綴CP的功 能模塊，信道采用7徑信道模型，并且各徑幅度服從瑞利分布，信道帶寬為1.6MHz，系統(tǒng)中 采用128點(diǎn)FFT，循環(huán)前綴長(zhǎng)度7個(gè)采樣間隔，對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流采用QPSK調(diào)制方式。利用塊 狀導(dǎo)頻模式，且假設(shè)導(dǎo)頻幀的信道響應(yīng)已準(zhǔn)確估計(jì)，在時(shí)域采用線(xiàn)性插值方式進(jìn)行信道估 計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)的誤比特性能進(jìn)行比較。時(shí)域預(yù)編碼模塊的主要作用過(guò)程如下為了抵消信道做線(xiàn)性卷積引入的ISI和ICI，設(shè)計(jì)調(diào)制矩陣
，其中Ch和Ct如式(2)和式(3)所示，Mt是NXN矩陣，*表示Ct的 M00re-Penr0se偽逆，上標(biāo)H為矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。在此基礎(chǔ)上，引入記憶特性和符號(hào)反饋，設(shè) 計(jì)TDP預(yù)編碼模塊。其輸入輸出關(guān)系滿(mǎn)足
至此實(shí)現(xiàn)了對(duì) 信號(hào)x(k)進(jìn)行時(shí)域預(yù)編碼的目的。并/串轉(zhuǎn)換器，將資源塊中的數(shù)據(jù)變成一列串行的數(shù)據(jù)流。然后將這些數(shù)據(jù)流從 各自的天線(xiàn)上發(fā)射出去。在TD-LTE系統(tǒng)中使用正常長(zhǎng)度的CP(記為正常CP)和擴(kuò)展長(zhǎng)度的CP(記為擴(kuò)展 CP)，以及不使用CP而使用TDP預(yù)編碼的MIMO-Precoded-OFDM系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)帶寬效率進(jìn)行 比較。使用擴(kuò)展長(zhǎng)度CP的系統(tǒng)雖然可以獲得較好的誤碼性能，但是由于插入的保護(hù)抽樣信 號(hào)太多，帶寬效率相對(duì)于使用正常長(zhǎng)度CP的系統(tǒng)和使用TDP的系統(tǒng)相比而言，有較大的下 降，僅僅為80%。因?yàn)槠洳恍枰褂肅P，TDP系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)帶寬效率的最大化，使用正常長(zhǎng) 度CP的系統(tǒng)帶寬效率介于二者之間，但也有約10%的損失。
權(quán)利要求
一種利用時(shí)域預(yù)編碼器提高帶寬效率的LTE系統(tǒng)，其特征在于，資源要素映射模塊將發(fā)送端數(shù)據(jù)X(k)映射到資源塊的每個(gè)資源要素中，逆變換模塊對(duì)映射數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉逆變換，得到時(shí)域信號(hào)x(k)，預(yù)編碼模塊對(duì)x(k)進(jìn)行時(shí)域預(yù)編碼，生成預(yù)編碼信號(hào)q(k)，并/串轉(zhuǎn)換模塊對(duì)信號(hào)q(k)作并/串轉(zhuǎn)換，獲得串行數(shù)據(jù)流，通過(guò)信道發(fā)送到接收端，接收端收到數(shù)據(jù)為r(k)作串/并轉(zhuǎn)換，一階均衡器對(duì)接收到的并行數(shù)據(jù)流y(k)進(jìn)行一階均衡得到均衡信號(hào)Y(k)，傅立葉變換器對(duì)均衡信號(hào)Y(k)作離散傅立葉變換恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)FSA00000177269600011.tif
2.根據(jù)權(quán)利1所述的LTE系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)編碼模塊q(k)包括線(xiàn)性矩陣調(diào)制 單元Mt與延遲單元，減法器將時(shí)域信號(hào)x(k)與由同一個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生的時(shí)域預(yù)編碼信號(hào)q(k) 通過(guò)延遲單元所得到的信號(hào)q(k-l)相減，通過(guò)線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元Mt進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制信 號(hào)Mt* (x (k) -q (k-1))，將此調(diào)制信號(hào)與時(shí)域信號(hào)x (k)送入加法器相結(jié)合，得到預(yù)編碼信號(hào) q(k)。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的LTE系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)于單天線(xiàn)系統(tǒng)，所述線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元 Mt具體為，根據(jù)信道沖擊響應(yīng)CIR的向量h = [h (0)，h (1)，. . .，h (L) ]T，建立信道沖擊響應(yīng) 的向量矩陣為Ch和Ct，根據(jù)向量矩陣Ch和Ct構(gòu)建調(diào)制矩陣M, =cf{c,cfrch。
4.根據(jù)權(quán)利2所述的LTE系統(tǒng)，其特征在于，對(duì)于多天線(xiàn)系統(tǒng)，信道系數(shù)矩陣為H= [hn，h12 ；h21，h22]，根據(jù)信道系數(shù)矩陣分解向量矩陣Ch—u和Ct—u，根據(jù)Ch—u和Ct—u構(gòu)建調(diào)制 矩陣 Mt』為:MtJj，TDP預(yù)編碼模塊滿(mǎn)足q」」(k) = x_j (k) (x」(k) _q」」(k_l))，其中，X-j(k)表示發(fā)送天線(xiàn)j上的信號(hào)。
5.LTE系統(tǒng)中利用時(shí)域預(yù)編碼器提高帶寬效率的方法，其特征在于，資源要素映射模 塊將發(fā)送端數(shù)據(jù)X(k)映射到資源塊的每個(gè)資源要素中，逆變換模塊對(duì)映射數(shù)據(jù)進(jìn)行離散 傅里葉逆變換，得到時(shí)域信號(hào)x (k)，預(yù)編碼模塊對(duì)x (k)進(jìn)行時(shí)域預(yù)編碼，生成預(yù)編碼信號(hào) q(k)，并/串轉(zhuǎn)換模塊對(duì)信號(hào)q(k)作并/串轉(zhuǎn)換，獲得串行數(shù)據(jù)流，通過(guò)信道發(fā)送到接收 端，接收端收到數(shù)據(jù)為r(k)作串/并轉(zhuǎn)換，一階均衡器對(duì)接收到的并行數(shù)據(jù)流y(k)進(jìn)行一 階均衡得到均衡信號(hào)Y(k)，傅立葉變換器對(duì)均衡信號(hào)Y(k)作離散傅立葉變換恢復(fù)出原始 數(shù)據(jù)f (幻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述預(yù)編碼模塊q(k)包括線(xiàn)性矩陣調(diào)制 單元Mt與延遲單元，減法器將時(shí)域信號(hào)x(k)與由同一個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生的時(shí)域預(yù)編碼信號(hào)q(k) 通過(guò)延遲單元所得到的信號(hào)q(k-l)相減，通過(guò)線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元Mt進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制信 號(hào)Mt* (x (k) -q (k-1))，將此調(diào)制信號(hào)與時(shí)域信號(hào)x (k)送入加法器相結(jié)合，得到預(yù)編碼信號(hào) q(k)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，對(duì)于單天線(xiàn)系統(tǒng)，所述線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元 Mt具體為，根據(jù)信道沖擊響應(yīng)CIR的向量h = [h (0)，h (1)，. . .，h (L) ]T，建立信道沖擊響應(yīng) 的向量矩陣為ch和ct，根據(jù)向量矩陣ch和ct構(gòu)建調(diào)制矩陣m, =c:ch=cf(c,cn~1ch。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，對(duì)于單天線(xiàn)系統(tǒng)，對(duì)于多天線(xiàn)系統(tǒng)，信 道系數(shù)矩陣為H = [hn，h12 ；h21，h22]，根據(jù)信道系數(shù)矩陣分解向量矩陣Ch—。_和Ct—u，根據(jù) Ch和Ct』構(gòu)建調(diào)制矩陣Mt』為踔』=C![v(C,HrCh u，預(yù)編碼模塊滿(mǎn)足q Jk)=2XdGO+MtaUjGO-q "(k-l))，其中，X_j(k)表示發(fā)送天線(xiàn)j上的信號(hào)。
9. 一種TDP預(yù)編碼模塊，其特征在于，所述預(yù)編碼模塊包括線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元Mt、延 遲單元、減法器、加法器，減法器將時(shí)域信號(hào)x(k)與由同一個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生的時(shí)域預(yù)編碼信號(hào) q(k)通過(guò)延遲單元所得到的信號(hào)q(k-l)相減，相減后的信號(hào)通過(guò)線(xiàn)性矩陣調(diào)制單元隊(duì)進(jìn) 行調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)Mt* (x (k) -q (k-1))，將此調(diào)制信號(hào)與時(shí)域信號(hào)x (k)送入加法器相結(jié) 合，得到預(yù)編碼信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種利用時(shí)域預(yù)編碼器(TDP)提高LTE系統(tǒng)帶寬效率的技術(shù)，涉及LTE無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，利用矩陣調(diào)制和時(shí)域預(yù)編碼技術(shù)。該預(yù)編碼器利用TD-LTE系統(tǒng)發(fā)送端已知信道信息的特點(diǎn)，根據(jù)信道信息構(gòu)造發(fā)送調(diào)制矩陣，在此基礎(chǔ)上引入記憶特性和符號(hào)反饋來(lái)設(shè)計(jì)TDP預(yù)編碼模塊。在TD-LTE鏈路中增加TDP預(yù)編碼模塊后，在系統(tǒng)中不需要發(fā)送CP，由于不需要發(fā)送CP信號(hào)，消除了冗余，帶寬效率就大大提高。在增加反饋信道后，該預(yù)編碼也可以應(yīng)用到FDD-LTE系統(tǒng)改善帶寬效率。
文檔編號(hào)H04L27/26GK101867553SQ201010203790
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者李季, 謝顯中 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)