Mimo-ofdm系統(tǒng)下行信息數(shù)據(jù)的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MIMO-OFDM系統(tǒng)下行信息數(shù)據(jù)的處理方法，主要解決傳統(tǒng)下行信息數(shù)據(jù)的處理方法不能獲得最優(yōu)誤碼率性能的問題。其處理過程為：(1)對(duì)子載波進(jìn)行分組，并構(gòu)造每組子載波對(duì)應(yīng)的發(fā)送和接收信號(hào)矢量及信道矩陣；(2)對(duì)每組子載波對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行歸一化和擾動(dòng)；(3)對(duì)歸一化和擾動(dòng)后信號(hào)矢量進(jìn)行多流干擾抑制并進(jìn)行發(fā)射功率控制；(4)對(duì)每組子載波對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)矢量進(jìn)行增益補(bǔ)償和求模運(yùn)算；(5)對(duì)求模運(yùn)算后得到的歸一化調(diào)制信號(hào)矢量估計(jì)值進(jìn)行反歸一化；(6)對(duì)反歸一化后的正交振幅調(diào)制信號(hào)矢量的估計(jì)值進(jìn)行解調(diào)。本發(fā)明具有誤碼率低，復(fù)雜度可調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，用于MIMO-OFDM通信系統(tǒng)的收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)。
【專利說明】MIMO-OFDM系統(tǒng)下行信息數(shù)據(jù)的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種數(shù)據(jù)處理方法，可用于MMO-OFDM系統(tǒng)下行鏈路中發(fā)射端信息和接收端信息數(shù)據(jù)的處理。
【背景技術(shù)】
[0002]多輸入多輸出-正交頻分復(fù)用MMO-OFDM技術(shù)已經(jīng)被第四代4G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)所采用，其具有頻譜利用率高、信號(hào)傳輸穩(wěn)定、傳輸速率快等優(yōu)良性能，并且被認(rèn)為是未來移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，采用該技術(shù)的通信系統(tǒng)被統(tǒng)稱為MIM0-0FDM系統(tǒng)。MIM0-0FDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是下行信息數(shù)據(jù)的處理技術(shù)，通過在發(fā)射端對(duì)發(fā)送的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并在接收端對(duì)接收到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，實(shí)現(xiàn)MMO-OFDM系統(tǒng)下行數(shù)據(jù)流的分集與復(fù)用，提高系統(tǒng)的傳輸速率和可靠性。
[0003]矢量擾動(dòng)VP是一種性能最優(yōu)越的MMO系統(tǒng)下行信息數(shù)據(jù)處理技術(shù)之一，2005年首次由B.M.Hochwald, C.B.Peel和A.L.Swindlehurst提出，并證明其性能接近香農(nóng)限。該技術(shù)獲得2006年IEEE通信學(xué)會(huì)St印hen 0.Rice獎(jiǎng)項(xiàng)，隨后很多研究人員都開始了對(duì)這種新型下行信息數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究。到目前為止，已經(jīng)有很多種改進(jìn)的矢量擾動(dòng)方法被提出，并應(yīng)用在MMO系統(tǒng)的下行信道上，但是還沒有研究者發(fā)表過應(yīng)用于MMO-OFDM系統(tǒng)下行信道上的矢量擾動(dòng)處理方法。這是因?yàn)镸MO-OFDM系統(tǒng)可以等價(jià)地分解為N個(gè)正交平坦衰落的MMO系統(tǒng)，其中N為OFDM子載波個(gè)數(shù)，這樣一來MMO-OFDM系統(tǒng)的下行信息數(shù)據(jù)處理通常被認(rèn)為僅僅是MMO系統(tǒng)下行信息數(shù)據(jù)處理在每個(gè)子載波上相同的重復(fù)。在無載波間干擾的條件下，對(duì)于傳統(tǒng)下行信息數(shù)據(jù)處理方法，例如:迫零ZF、最小均方誤差麗SE、Tomlinson-Harashima,上述結(jié)論是成立的,然而對(duì)于矢量擾動(dòng)預(yù)處理,這個(gè)結(jié)論不再成立。因而，簡(jiǎn)單地將矢量擾動(dòng)處理方法擴(kuò)展到MMO-OFDM系統(tǒng)的每個(gè)子載波上不能使系統(tǒng)的誤碼率獲得最優(yōu)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于改進(jìn)上述已有技術(shù)的不足，提供一種MMO-OFDM系統(tǒng)下行信息數(shù)據(jù)的處理方法，以提高系統(tǒng)的誤碼率性能。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路是:構(gòu)造MMO-OFDM系統(tǒng)的空域和頻域聯(lián)合信道矩陣，用其偽逆矩陣對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行多流干擾抑制，并且對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行擾動(dòng)，以最大化系統(tǒng)的發(fā)射功率效率，其具體技術(shù)步驟如下:
[0006](I)對(duì)子載波進(jìn)行分組:發(fā)送端將N個(gè)子載波分為M組，每個(gè)組中包含Q個(gè)頻率互不相同的子 載波，用集合I = {1,2,-,N}表示第I至第N個(gè)子載波集合，用集合Im = Innu, nm，2,…，nm，Q}表示第m組中第Iinu至第nm，Q個(gè)子載波的集合,用集合Im,={nm- ；1, nm, ；2)..., nm, ；Q}表示第m'組中第nm,」至第nm,個(gè)子載波的集合，則分組的結(jié)果用公式表示為 N = MQ, I1 U I2 U …U Im = I, Im uIm, = 0，
[0007]式中，0表示空集，M的取值范圍為I到N;[0008](2)構(gòu)造每組子載波對(duì)應(yīng)的發(fā)送和接收信號(hào)矢量及信道矩陣:
[0009](2a)將第m組子載波上的發(fā)送信號(hào)矢量
_ O] Xffl = [X (nm’ Jτ，X (nm’ 2)τ，…，X (nm’ J，…，X (nm’ Q)τ]τ，
[0011]其中，X(JInu)= [X1Oinu), X2(Iinu),…，χΒ(JInu)]τ 表示第 m 組的第 i 個(gè)子載波所對(duì)應(yīng)的B個(gè)發(fā)射天線上的信號(hào)矢量，i = 1，一,Q,上標(biāo)“T”表示矩陣轉(zhuǎn)置；
[0012](2b)將第m組子載波上的接收信號(hào)矢量表示為:
[0013]Y111= [YO'Y(rv2)T，…，Y(Iinu)，…，Y(rvQ)T]T，
[0014]其中，Y(Jinu) = Ey1Oinu), Y2Oinu),…，yKOinu)]τ表示第m組的第i個(gè)子載波所對(duì)應(yīng)的R個(gè)接收天線上的信號(hào)矢量，i = 1，…，Q ;
[0015](2c)將第m組子載波上的加性高斯白噪聲矢量表示為:
[0016]Z111= [Z(nm；1)T, Z(nm；2)T, — , Z(nm；i), — , Z(nm；Q)τ]τ,
[0017]其中，Z(Jinu) = [Z1Oinu), Z2Oinu),…，zKOinu)]τ表示第m組的第i個(gè)子載波所對(duì)應(yīng)的R個(gè)接收天線上的加性高斯白噪聲矢量，i = I, -,Q ；
[0018](2d)將第m組子載波對(duì)應(yīng)的信道矩陣表示為:
[0019]Hm = diag (H (nma), H(nm；2),..., H(nm；i),..., H(nm；Q)),
[0020]其中，H(Iinu)為第m組的第i個(gè)子載波上的MMO信道矩陣，i = 1，…，Q，diag (.)表示生成對(duì)角矩陣；
[0021](2e)根據(jù)每個(gè)載波上的接收信號(hào)等于發(fā)射信號(hào)與信道乘積加噪聲的模型，及(2a)、(2b)、(2c)、(2d)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到如下關(guān)系式:
[0022]Yffl = HmXm+Zm ；
[0023](3)對(duì)每組子載波對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行歸一化和擾動(dòng):
[0024](3a)對(duì)每組子載波對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行歸一化:
[0025]SAm= [A(nm；1)T,A(nm；2)T,…，A(Iinu)，…，A(nm，Q)T]T 為第 m組子載波上的正交振幅調(diào)制 QAM 信號(hào)矢量,其中 A(Jinu) = La1 (nm；i), a2 (nm；i),…，BkOinu),…，aB (nm，J ]τ 表示第 m 組的第i個(gè)子載波所對(duì)應(yīng)的B個(gè)發(fā)射天線上的QAM信號(hào)矢量，其中ak (Iinu)表示第m組的第i個(gè)子載波所對(duì)應(yīng)的第k個(gè)發(fā)射天線上的QAM調(diào)制符號(hào)；
[0026]設(shè)正交振幅調(diào)制QAM星座圖中包含μ 2個(gè)調(diào)制星座點(diǎn)，則ak (IInu)的實(shí)部和虛部的取值都包含在集合{±1，±3，...，±(μ-1)}中，為了使Bk(Iinu)的實(shí)部和虛部的絕對(duì)值小于等于0.5，發(fā)送端對(duì)Am信號(hào)矢量用2 μ進(jìn)行歸一化，得到歸一化后的調(diào)制信號(hào)矢量SmS:
[0027]Sm = Am/2 μ ；
[0028](3b)構(gòu)造歸一化后調(diào)制信號(hào)矢量Sni的擾動(dòng)矢量:
[0029]搜索QR維復(fù)整數(shù)域內(nèi)所有QRX I維矢量I' m的取值，選取使函數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種MIMO-OFDM系統(tǒng)下行信息數(shù)據(jù)的處理方法，包括如下步驟: (1)對(duì)子載波進(jìn)行分組:發(fā)送端將N個(gè)子載波分為M組，每個(gè)組中包含Q個(gè)頻率互不相同的子載波，用集合I = {1,2,-,N}表示第I至第N個(gè)子載波集合，用集合Im = Innu, nm，2,…，nm，Q}表示第m組中第IInu至第nm，Q個(gè)子載波的集合，用集合Im,={nm- ；1, nm, ；2)..., nm, ；Q}表示第m'組中第nm,」至第nm,個(gè)子載波的集合，則分組的結(jié)果用公式表示為 N = MQ, I1 U I2 U …U Im = I,Im Ulm, =0， 式中，0表示空集，M的取值范圍為I到N; (2)構(gòu)造每組子載波對(duì)應(yīng)的發(fā)送和接收信號(hào)矢量及信道矩陣: (2a)將第m組子載波上的發(fā)送信號(hào)矢量表示為:
Xm = [X (nffl, Dτ，X (nm’2)τ，…，X (nm’ J，…，X (nm’Q)T]T, 其中，X(Jinu) = [X1Oinu), X2Oinu),…，XBOvdiT表示第m組的第i個(gè)子載波所對(duì)應(yīng)的B個(gè)發(fā)射天線上的信號(hào)矢量，i = I,…，Q，上標(biāo)“T”表示矩陣轉(zhuǎn)置； (2b)將第m組子載波上的加性高斯白噪聲矢量表示為:
Zm = [Z(nm；1)T, Z(nm；2 )T,...,Z(Iinu), — , Z(nm；Q)τ]τ, 其中，Z(Jinu) = [Z1Oinu), Z2Oinu),...，表示第m組的第i個(gè)子載波所對(duì)應(yīng)的R個(gè)接收天線上的加性高斯白噪聲矢量，i = I, *.., Q ； (2c)將第m組子載波對(duì)應(yīng)的信道矩陣表示為:
Hm = (IiagOKnnu) ,HO^2),...,H(Iinu), — ,H(nm；Q)), 其中，Hfcnu)為第m組的第i個(gè)子載波上的MMO信道矩陣，i = 1，…，Q，diag (.)表示生成對(duì)角矩陣； (2d)將第m組子載波上的接收信號(hào)矢量表示為:
Ym = [Y (nffl,:)τ, Y (nm’2)τ，…，Y (nm’ J，…，Y (nm’Q)T]T, 其中，YOinu) = [yi(nm；i), y2(nm；i),…，yJrVi)]T表示第m組的第i個(gè)子載波所對(duì)應(yīng)的R個(gè)接收天線上的信號(hào)矢量，i = 1，…，Q ; (2e)根據(jù)每個(gè)載波上的接收信號(hào)等于發(fā)射信號(hào)與信道乘積加噪聲的模型，及(2a)、(2b)、(2c)、(2d)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到如下關(guān)系式:
Y = H X +7.丄111iiIiiji iInm , (3)對(duì)每組子載波對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行歸一化和擾動(dòng): (3a)對(duì)每組子載波對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行歸一化:
設(shè)Am = [A (nm, JT，A (nm, 2)τ，…，A (nm, J，…，A (nm, Q)T]T為第m組子載波上的正交振幅調(diào)制QAM 信號(hào)矢量,其中 A(Iinu) = La1 (nm；i), a2 (nm； ,...，ak (nm； ,...，aB (nm，)]T 表示第 m 組的第i個(gè)子載波所對(duì)應(yīng)的B個(gè)發(fā)射天線上的QAM信號(hào)矢量，其中ak (Iinu)表示第m組的第i個(gè)子載波所對(duì)應(yīng)的第k個(gè)發(fā)射天線上的QAM調(diào)制符號(hào)； 設(shè)正交振幅調(diào)制QAM星座圖中包含μ 2個(gè)調(diào)制星座點(diǎn)，則Bk(Iinu)的實(shí)部和虛部的取值都包含在集合{±1，±3，...，±(μ-1)}中，為了使Bk(Iinu)的實(shí)部和虛部的絕對(duì)值小于等于0.5，發(fā)送端對(duì)Am信號(hào)矢量用2 μ進(jìn)行歸一化，得到歸一化后的調(diào)制信號(hào)矢量Sm為:
Sm = Am/ 2 μ ； (3b)構(gòu)造歸一化后調(diào)制信號(hào)矢量Sm的擾動(dòng)矢量:搜索QR維復(fù)整數(shù)域內(nèi)所有QRX I維矢量I' m的取值，選取使函數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(5)所述的發(fā)送端對(duì)M組發(fā)送信號(hào)矢量進(jìn)行功率控制，按如下步驟進(jìn)行: (5a)計(jì)算M組發(fā)送信號(hào)矢量X1至Xm的總平均功率ε χ:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(6)所述的接收端對(duì)M組接收信號(hào)矢量Y1至Ym進(jìn)行增益補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后信號(hào)矢量文:

【文檔編號(hào)】H04L27/26GK103929396SQ201410193497
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】陳睿, 蔡雪蓮, 李長樂, 董全, 張陽, 李建東 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)