空時信道優(yōu)化mimo無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端及處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及通信技術(shù)。本發(fā)明是要顯著提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率、系統(tǒng)容量及頻譜效率，提供了一種空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端及處理方法，其技術(shù)方案可概括為：空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，包括多路信號發(fā)射端、多個虛擬信道向量模塊、反饋信息接收端及空時優(yōu)化模塊，每一個虛擬信道向量模塊對應(yīng)至少一個信號輸入端，每一個信號輸入端僅對應(yīng)一個虛擬信道向量模塊，每一個虛擬信道向量模塊的輸出端僅與一路信號發(fā)射端一一對應(yīng)連接，反饋信息接收端與空時優(yōu)化模塊連接，空時優(yōu)化模塊與每一個虛擬信道向量模塊連接，空時優(yōu)化模塊與每一個信號輸入端連接。本發(fā)明的有益效果是，提高數(shù)據(jù)傳輸率，適用于MIMO系統(tǒng)。
【專利說明】
空時信道優(yōu)化MI MO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及通信技術(shù)，特別設(shè)及MIMO無線傳輸技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] MIMO(多輸入多輸出）技術(shù)利用發(fā)射端與接收端的多天線的不同空間位置所形成 的無線信道并行傳輸多路數(shù)據(jù)流，能明顯提高無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率及系統(tǒng)容量，是 現(xiàn)代無線通信技術(shù)的一個重要的發(fā)展方向，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 現(xiàn)有MIMO系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖參見圖1，其發(fā)射端具有Nt路輸入基帶數(shù)據(jù)流xi(t)，X2 (t)，...，?W及NT根發(fā)射天線(NT=l，2，…），Xm(t)G{±リ（m=l，2，...，化）；每路數(shù)據(jù)流 xm(t)經(jīng)射頻調(diào)制后，變?yōu)楦哳l信號，再進(jìn)行放大后由相應(yīng)的天線Ant.m(m=l，2,…，Nt)發(fā)射 出去;接收端配置Lr根接收天線(Lr= 1，2，…），每根天線的射頻信號經(jīng)放大及解調(diào)器后得到 基帶信號;信號檢測及處理模塊對來自不同天線的Lr路基帶信號進(jìn)行優(yōu)化合并、檢測、判決 等處理，最后得到化路輸出數(shù)據(jù)流yi(t)，y2(t)，. . .，.VwT(〇，ym(t)G (±l}(m=l，2,...， 化），ym(t)是發(fā)射端輸入數(shù)據(jù)流Xm(t)的估計值％的，即乂 "的=4貨。通常情況下，Lr>化。
[0004] 設(shè)him表示第1根接收天線到第m根發(fā)射天線之間的空間無線信道，則第1根接收天 線上的信號為：
[00 化]
輝=1，2，...，4)
[0006] 其中，ni(t)為第1根接收天線的高斯白噪聲。為了檢測出某路數(shù)據(jù)流xi(t)，可在接 收端采用最大信噪比合并方法，則其計算公式為：
[0007]
(,' = 1. 2,
[OOW 設(shè)Qd(.)為判決函數(shù)，Qd( .) G {± U。貝賄：[0012]
[000引在接收端可估計出信道him,然后據(jù)此將各個接收天線的信號合并得到判決變量， 即： \
[0009] /
[0010]
[001：3]運(yùn)里，ReU表示取實(shí)數(shù)操作。疋〇〇幻成|2代表有用信號分量； /與1
[0014]
J代表來自其它數(shù)據(jù)流的干擾及各接收天線 的噪聲，只要將運(yùn)些干擾及噪聲控制在一定的范圍內(nèi)，接收端就可W正確地檢測出各個發(fā) 送的數(shù)據(jù)流。
[0015] 在現(xiàn)有MIMO系統(tǒng)中，發(fā)射端在同一頻段采用多天線同時傳輸多路信號或數(shù)據(jù)流， 可W提高數(shù)據(jù)傳輸率，或增加系統(tǒng)容量。一個NXN(N根發(fā)射天線及N根接收天線)MIMO系統(tǒng) 最多能提高數(shù)據(jù)傳輸率N倍，或增加系統(tǒng)容量N倍。而數(shù)據(jù)傳輸率提高得越多或系統(tǒng)容量增 加得越多，天線的數(shù)量就會增加越多。但在實(shí)際應(yīng)用中，天線數(shù)量的增加往往又受到成本、 空間尺度等因素的制約，因而限制系統(tǒng)性能的提高程度，即相對于額外天線數(shù)量的增加、元 器件及成本的投入，所獲得的數(shù)據(jù)傳輸率、系統(tǒng)容量或性能的提升十分有限，并不理想，運(yùn) 是現(xiàn)有技術(shù)方案存在的一個缺點(diǎn)。另外，無線信道間往往存在著的相關(guān)性，信道的相關(guān)性會 明顯削弱MIMO系統(tǒng)的性能，使其潛在優(yōu)勢難W發(fā)揮，運(yùn)是現(xiàn)有技術(shù)方案的另一個缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的是要顯著提高M(jìn)IMO系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率、系統(tǒng)容量及頻譜效率，并優(yōu) 化傳輸信道，提高系統(tǒng)性能，提供一種空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端及處理方法。
[0017] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā) 射端，包括多路信號發(fā)射端，每一路信號發(fā)射端包括一個調(diào)制濾波放大模塊及一根發(fā)射天 線，其特征在于，還包括多個虛擬信道向量模塊、反饋信息接收端及空時優(yōu)化模塊，每一個 虛擬信道向量模塊對應(yīng)至少一個信號輸入端，每一個信號輸入端僅對應(yīng)一個虛擬信道向量 模塊，每一個虛擬信道向量模塊的輸出端僅與一路信號發(fā)射端一一對應(yīng)連接，所述反饋信 息接收端與空時優(yōu)化模塊連接，空時優(yōu)化模塊與每一個虛擬信道向量模塊連接，空時優(yōu)化 模塊與每一個信號輸入端連接；
[0018] 所述虛擬信道向量模塊用于根據(jù)設(shè)置的復(fù)加權(quán)值對與其連接的每一個信號輸入 端輸入的基帶信號進(jìn)行復(fù)加權(quán)操作，并將所有復(fù)加權(quán)后的基帶信號進(jìn)行合并后傳輸給對應(yīng) 的信號發(fā)射端；
[0019] 所述反饋信息接收端用于接收由系統(tǒng)接收端發(fā)送來的反饋信息，并傳輸給空時優(yōu) 化模塊；
[0020] 所述空時優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬 信道向量模塊中各復(fù)加權(quán)值，并對其進(jìn)行設(shè)置。
[0021 ]具體的，所述虛擬信道向量模塊包括與信號輸入端數(shù)量相對應(yīng)的復(fù)加權(quán)模塊及一 個加法器，每一個復(fù)加權(quán)模塊的輸入端都分別與一個信號輸入端一一對應(yīng)連接，每一個復(fù) 加權(quán)模塊的輸出端都分別與加法器的一個輸入端一一對應(yīng)連接，每一個加法器的輸出端作 為該虛擬信道向量模塊的輸出端與一個信號發(fā)射端一一對應(yīng)連接，空時優(yōu)化模塊分別與每 一個復(fù)加權(quán)模塊連接。
[0022] 進(jìn)一步的，所述每一個信號輸入端輸入的基帶信號都不相同；或者一些信號輸入 端輸入的基帶信號相同，另一些信號輸入端輸入的基帶信號不同。
[0023] 具體的，所述每個虛擬信道向量模塊所對應(yīng)的信號輸入端的數(shù)量可W相同，也可 W不同。
[0024] 再進(jìn)一步的，所述反饋信息中包含信道識別及系統(tǒng)狀態(tài)信息。
[0025] 具體的，所述信道識別及系統(tǒng)狀態(tài)信息包括信噪比、誤碼率、誤差值及信道估計 值。
[0026] 空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的處理方法，應(yīng)用于上述空時信道優(yōu)化 MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，其特征在于，包括W下步驟：
[0027] A、信號輸入端接收到輸入的基帶信號，將該基帶信號傳送給其對應(yīng)的虛擬信道向 量模塊；
[0028] B、每一個虛擬信道向量模塊根據(jù)設(shè)置的復(fù)加權(quán)值對與其連接的每一個信號輸入 端輸入的基帶信號進(jìn)行復(fù)加權(quán)操作，并將所有復(fù)加權(quán)后的基帶信號進(jìn)行合并后傳輸給對應(yīng) 的信號發(fā)射端進(jìn)行發(fā)送；
[0029] C、反饋信息接收端實(shí)時接收由系統(tǒng)接收端發(fā)送來的反饋信息，并傳輸給空時優(yōu)化 模塊，空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬信道向量模塊 中各復(fù)加權(quán)值，并對其進(jìn)行設(shè)置，回到步驟B。
[0030] 具體的，步驟B中，第m個虛擬信道向量模塊所輸出的信號為
[0031]
[0032] 其中，向量Wm表示第m個虛擬信道向量，包括Nm個虛擬信道Wmn,表示為：
2,…，/V/')，Wmn表示每個基帶輸入信號Xmn(t)所對應(yīng)的虛擬 信道，具體為：W胃，Xmn(t)為復(fù)數(shù)信號，Nt為發(fā)射天線數(shù)量，也為輸入信號向量的
數(shù)量，Nm指代第m個虛擬信道向量模塊所對應(yīng)的信號輸入端的數(shù)量，n=l，2,……，Nm，Xmn(t) 是指第111個虛擬信道向量模塊中第11個信號輸入庶^*盆入6句^強(qiáng)^*盆入/吉旦^量義。(*)是指第111 個虛擬信道向量模塊的輸入信號向量，表示為
[0033] 進(jìn)一步的，步驟C中，所述空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信懇米用空時優(yōu)化算法 計算出各虛擬信道向量模塊中各復(fù)加權(quán)值的方法為：
[0034] 空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬信道向量 模塊中各復(fù)加權(quán)值，其計算公式為
[0035] 其中I|3復(fù)加權(quán)向量巧也稱為系統(tǒng)虛擬信
道向量，表示為： I，向量Wm表示第m個虛擬信道向量，包括Nm個 虛擬信道Wmn，表； （"?=1，2,…，A；V)，Wmn表不每個基帶輸入信號 Xmn(t)所對應(yīng)的虛擬信道，具體為:W,,"，=A，,，^KNt為發(fā)射天線數(shù)量，也為輸入信號向量的 數(shù)量，Nm指代第m個虛擬信道向量模塊所對應(yīng)的信號輸入端的數(shù)量，n=l，2,……，Nm，Xmn(t) 是指第m個虛擬信道向量模塊中第n個信號輸入端輸入的基帶輸入信號；
[0036] 是對應(yīng)于矩陣R的最大特征值的特征向量，且Il樂=1，
[0037] ；
[00；3 引
[0039] 其中，Rij = E[Xi(t)Xj(t)H]是一個NiXNj 輸入相關(guān)矩陣，i = l，2，...，NtJ = I，2，...， 化；
[0040] 向量Xm(t)是指第m個虛擬信道向量模塊的輸入信號向量，其包括Nm個基帶輸入信號
Xmn( t )(n = 0,l,...,Nm), Xmn( t )為夏數(shù) f曰虧，賽 ！-'1, .2, 斯，);所有輸入信號向量組成系統(tǒng)發(fā)射信號向j ,
[0041] Au = E比1?]是一個標(biāo)量，系統(tǒng)的空間無線信道矩陣表示為
[0042]
[0043] H可W簡化表示為
him表示第1根 接收天線到第m根發(fā)射天線之間的空間無線信道，1 = 1，2，…，Lr，Lr為接收天線數(shù)量。
[0044] 具體的，步驟C中，所述空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計 算出各虛擬信道向量模塊中各復(fù)加權(quán)值的方法可W為采用粒子群算法捜索全局最優(yōu)系統(tǒng) 虛擬信道向量，其中，
[0045] 設(shè)發(fā)射天線數(shù)量為化，也為輸入信號向量的數(shù)量，接收天線數(shù)量為Lr, W為系統(tǒng)虛擬 信道向量，表示為：W= w/w/ ，運(yùn)里，向量Wm表示第m個虛擬信道向量，包括Nm 個虛擬信道Wmn，表示為：W。, =L%i, …，佩^」，如=1，2, .... . iVr)，Wmn表示每個基帶輸入 信號Xmn(t)所對應(yīng)的虛擬信道，具體為:W&。=為y6"。,Nm指代第m個虛擬信道向量模塊所對 應(yīng)的信號輸入端的數(shù)量，n = l，2,……，Nm，Xmn(t)是指第m個虛擬信道向量模塊中第n個信號 輸入端輸入的基帶輸入信號，向量X"(t)是指第m個虛擬信道向量模塊的輸入信號向量，其 包括Nm個基帶輸入信號Xmn(t) (n = 0,1，…，Nm)，Xmn(t)為復(fù)數(shù)信號，表示為
[0046] 設(shè)粒子個數(shù)為Se,并將空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的每個系統(tǒng)虛擬信 道向量作為一個粒子的位置；
[0047] 在第k次迭代時刻，第S個粒子位置，即第S個系統(tǒng)虛擬信道向量表示為
(尸1，2,…，Se;,m=1，2,…，斯)是第S個粒子位置中的第m個虛擬信道向量；
[004引在第k次迭代時刻，第S個粒子的移動速度表示為：
[0049]
其中，
1，…，訴)是虛擬信道向量W^f腳的相應(yīng)移動速度；
[0050] 4
(s=l,,2，...，馬)表示在第k次迭代時 刻，第S個粒子迄今為止捜索到的個體最優(yōu)位置，其中，P!:' (A) = k!;/(A )，姑(A')，? ??，觀。(《')了，(~=1， 2, ...，iVr)是第S個粒子個體最優(yōu)位置中的第m個虛擬信道向量；
[0化1] 令
表示在第k次迭代時刻，整個粒子群迄今為止 捜索到的全局最優(yōu)位置，其中：
全 局最優(yōu)位置中的第m個虛擬信道向量；
[0化2]令參考信號在每個數(shù)據(jù)帖中占用一個時隙，用
表示參考信號向量，其中XRm(t)是對應(yīng)于輸入信號向量xm(t)的第m個參考信號向量，將參考 信號向量在wW(k)作用條件下的估計值表示為其相應(yīng)的誤差表示為…W， 同理，在w(s>化)作用條件下的誤碼率邸R表示為氣、,、,"、；
[0053] 因此，采用粒子群算法捜索全局最優(yōu)系統(tǒng)虛擬信道向量的具體步驟如下：
[0054] 步驟1、在空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，根據(jù)實(shí)際通信環(huán)境設(shè)置常數(shù)： (31，。2刀^2,61，62,4,8也，￥。1。，￥。3。其中，(31和。2是學(xué)習(xí)因子，其使粒子具有自我總結(jié)和向 群體中優(yōu)秀個體學(xué)習(xí)的能力，從而向自己的歷史最優(yōu)點(diǎn)W及群體內(nèi)歷史最優(yōu)點(diǎn)靠近;ri和n 是[0，1]之間的隨機(jī)數(shù);El與E2是根據(jù)實(shí)際通信環(huán)境設(shè)置的較小的常數(shù);A是初始慣性權(quán)重;B 是慣性權(quán)重的更新系數(shù);Gt是虛擬信道增益約束常數(shù);Vmin和Vmax分別是粒子移動的最小速 度和最大速度，對粒子的速度范圍進(jìn)行限制；
[0055] 步驟2、在空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，設(shè)置k = 0,隨機(jī)初始化每個粒 子的位置和移動速度，分別得i
]
知=1，2,…，馬)，采用得到的每一個W^(O),分時 隙發(fā)送一個參考信號序列XR(t)，一共Se個不同時隙，每個時隙采用一個不同的位置向量 (0)(s = 1，2，...，Se);
[0056] 步驟3、在系統(tǒng)接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即 的護(hù)1，2，...，然后用不同的位置向量W^(O)計算誤差：
[0057]
或者計算j
[005引將其作為反饋信號，發(fā)送每一個劇空時信道優(yōu)化MIMO無線傳 輸系統(tǒng)發(fā)射端；
[0059] 步驟4、在空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端設(shè)置最佳個體位置:P^(O)=W W(〇)(s = l，2,…，Se),在所有反饋信號中找出最小反饋信號值，設(shè)相應(yīng)于最小反饋信號值 的粒子位置是W^(O)，則最佳全局位置為b(0) =W^(O);
[0060] 步驟5、在空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端更新慣性權(quán)重:a = B化+1)+A，對 每一個粒子，計算其速度及位置向量如下：
[006。 v(s)(k+l)=av(s)化）+cm[p(s)(k)-w(s)化）]+c 化 2[b(k)-w(s)化）]
[0062] wb)(k+l)=w(s)(k)+v(s)化+1)
[006；3]其中，S=I，2,…，Se,向量yW化+1)中每一個元素值的范圍為[Vmin ,Vmax]，另外，限 制發(fā)射功莖，
[0064
[0065] 然后，在不同的時隙發(fā)送參考信號到系統(tǒng)接收端，一共Se個時隙，每一個時隙采用 不同的位置向量W(S)化+1)(S = I，2，。'，Se);
[0066] 步驟6、在系統(tǒng)接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即 *?>、，。心1>(〇護(hù)1，2，...，式），然后，用不同的位置向量巧^化+1)計算誤差：
[0067]
或者計算8E巧、、'…化+1)知=1，2，..,.，&)，
[00側(cè)然后將其作為反饋信號，發(fā)送每一個esV'>(A-_+i)或度(尸1，2,…，&域 空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端；
[0069] 步驟7、在空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端根據(jù)反饋信號進(jìn)行最佳個體位 置更新，如果e比咕或者及邸W…如巧靴護(hù)1，義.'.，馬），則pW (k+1 )=w(s)(k+l);否則，Pb)(k+1) =P(S)A);
[0070] 步驟8、在空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端根據(jù)反饋信號進(jìn)行最佳全局位 置更新，在所有反饋信號中找出最小反饋信號值，設(shè)相應(yīng)于最小反饋信號值的粒子位置是W (g)(k+l)，如果6*盧腫>《e?b(/域者SEKwW(W) ，貝撮佳全局位置為b(k+l)=w W化+1);否則，則最佳全局位置為Kk+l)=Kk);
[OOW 步驟9、如果即,b(k+i)如或者邸化(k+i)如，操作停止，開始正式發(fā)送數(shù)據(jù)；否則，k一 k +1，回到步驟5。
[0072]本發(fā)明的有益效果是，在本發(fā)明方案中，通過上述空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng) 發(fā)射端及處理方法，可大幅度增加 MIMO無線通信系統(tǒng)中每根發(fā)射天線的傳輸信道數(shù)量，由此 增加每根天線傳輸?shù)男盘柣驍?shù)據(jù)流路數(shù)，因而可W在不增加天線數(shù)量的情況下顯著提高M(jìn)IMO 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率、系統(tǒng)容量及頻譜效率。在傳輸相同數(shù)據(jù)流時，本發(fā)明MIMO系統(tǒng)與現(xiàn)有MIMO 系統(tǒng)相比，所需天線數(shù)量更少，從而可W減少發(fā)射天線數(shù)量，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，降低系統(tǒng)成本， 且根據(jù)反饋信息進(jìn)行動態(tài)虛擬信道調(diào)整，明顯降低接收誤碼率，提高信號傳輸?shù)目煽啃浴?br>【附圖說明】
[0073] 圖1是現(xiàn)有MIMO無線通信系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0074] 圖2是本發(fā)明空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的系統(tǒng)框圖。
[0075] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0076] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0077] 本發(fā)明的空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的系統(tǒng)框圖如圖2。本發(fā)明的空 時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，包括多路信號發(fā)射端，每一路信號發(fā)射端包括一個 調(diào)制濾波放大模塊及一根發(fā)射天線，還包括多個虛擬信道向量模塊、反饋信息接收端及空 時優(yōu)化模塊，每一個虛擬信道向量模塊對應(yīng)至少一個信號輸入端，每一個信號輸入端僅對 應(yīng)一個虛擬信道向量模塊，每一個虛擬信道向量模塊的輸出端僅與一路信號發(fā)射端一一對 應(yīng)連接，所述反饋信息接收端與空時優(yōu)化模塊連接，空時優(yōu)化模塊與每一個虛擬信道向量 模塊連接，空時優(yōu)化模塊與每一個信號輸入端連接，其中，虛擬信道向量模塊用于根據(jù)設(shè)置 的復(fù)加權(quán)值對與其連接的每一個信號輸入端輸入的基帶信號進(jìn)行復(fù)加權(quán)操作，并將所有復(fù) 加權(quán)后的基帶信號進(jìn)行合并后傳輸給對應(yīng)的信號發(fā)射端;反饋信息接收端用于接收由系統(tǒng) 接收端發(fā)送來的反饋信息，并傳輸給空時優(yōu)化模塊;空時優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的反饋 信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬信道向量模塊中各復(fù)加權(quán)值，并對其進(jìn)行設(shè)置。
[0078] 本發(fā)明的空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的處理方法，應(yīng)用于上述空時信 道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，首先信號輸入端接收到輸入的基帶信號，將該基帶信號 傳送給其對應(yīng)的虛擬信道向量模塊，每一個虛擬信道向量模塊根據(jù)設(shè)置的復(fù)加權(quán)值對與其 連接的每一個信號輸入端輸入的基帶信號進(jìn)行復(fù)加權(quán)操作，并將所有復(fù)加權(quán)后的基帶信號 進(jìn)行合并后傳輸給對應(yīng)的信號發(fā)射端進(jìn)行發(fā)送，反饋信息接收端實(shí)時接收由系統(tǒng)接收端發(fā) 送來的反饋信息，并傳輸給空時優(yōu)化模塊，空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信息采用空時 優(yōu)化算法計算出各虛擬信道向量模塊中各復(fù)加權(quán)值，并對其進(jìn)行設(shè)置。
[0079] 實(shí)施例
[0080] 本發(fā)明實(shí)施例的空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的系統(tǒng)框圖如圖2所示， 包括多路信號發(fā)射端，每一路信號發(fā)射端包括一個調(diào)制濾波放大模塊及一根發(fā)射天線，還 包括多個虛擬信道向量模塊、反饋信息接收端及空時優(yōu)化模塊，每一個虛擬信道向量模塊 對應(yīng)至少一個信號輸入端，每一個信號輸入端僅對應(yīng)一個虛擬信道向量模塊，每一個虛擬 信道向量模塊的輸出端僅與一路信號發(fā)射端一一對應(yīng)連接，所述反饋信息接收端與空時優(yōu) 化模塊連接，空時優(yōu)化模塊與每一個虛擬信道向量模塊連接，空時優(yōu)化模塊與每一個信號 輸入端連接，其中，虛擬信道向量模塊用于根據(jù)設(shè)置的復(fù)加權(quán)值對與其連接的每一個信號 輸入端輸入的基帶信號進(jìn)行復(fù)加權(quán)操作，并將所有復(fù)加權(quán)后的基帶信號進(jìn)行合并后傳輸給 對應(yīng)的信號發(fā)射端;反饋信息接收端用于接收由系統(tǒng)接收端發(fā)送來的反饋信息，并傳輸給 空時優(yōu)化模塊;空時優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬 信道向量模塊中各復(fù)加權(quán)值，并對其進(jìn)行設(shè)置。
[0081 ]本例中，虛擬信道向量模塊包括與信號輸入端數(shù)量相對應(yīng)的復(fù)加權(quán)模塊及一個加 法器，每一個復(fù)加權(quán)模塊的輸入端都分別與一個信號輸入端一一對應(yīng)連接，每一個復(fù)加權(quán) 模塊的輸出端都分別與加法器的一個輸入端一一對應(yīng)連接，每一個加法器的輸出端作為該 虛擬信道向量模塊的輸出端與一個信號發(fā)射端一一對應(yīng)連接，空時優(yōu)化模塊分別與每一個 復(fù)加權(quán)模塊連接。
[0082] 每一個信號輸入端輸入的基帶信號都可W不相同或者一些相同而一些不同，當(dāng)然也 可W全部相同，且每個虛擬信道向量模塊所對應(yīng)的信號輸入端的數(shù)量也可W不同或者相同， 而反饋信息中包含信道識別及系統(tǒng)狀態(tài)信息，如信噪比、誤碼率、誤差值及信道估計值等。
[0083] 本例中，由該空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端組成的空時信道優(yōu)化MIMO無 線傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖3所示，包括其對應(yīng)的系統(tǒng)接收端，系統(tǒng)接收端中包括多根接收 天線、對應(yīng)的解調(diào)濾波放大模塊、對應(yīng)的信號檢測及處理模塊W及信道辨識及系統(tǒng)狀態(tài)信 息采集模塊、反饋信息發(fā)送端，而信道辨識及系統(tǒng)狀態(tài)信息采集模塊和反饋信息發(fā)送端為 現(xiàn)有某些接收端中所具有的部分，此處不再詳述。
[0084] 使用時，其處理方法如下：
[0085] A、信號輸入端接收到輸入的基帶信號，將該基帶信號傳送給其對應(yīng)的虛擬信道向 量模塊；
[0086] B、每一個虛擬信道向量模塊根據(jù)設(shè)置的復(fù)加權(quán)值對與其連接的每一個信號輸入 端輸入的基帶信號進(jìn)行復(fù)加權(quán)操作，并將所有復(fù)加權(quán)后的基帶信號進(jìn)行合并后傳輸給對應(yīng) 的信號發(fā)射端進(jìn)行發(fā)送；
[0087] C、反饋信息接收端實(shí)時接收由系統(tǒng)接收端發(fā)送來的反饋信息，并傳輸給空時優(yōu)化 模塊，空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬信道向量模塊 中各復(fù)加權(quán)值，并對其進(jìn)行設(shè)置，回到步驟B。
[0088] 本步驟中，空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬 信道向量模塊中各復(fù)加權(quán)值的具體方法及其原理如下：
[0089] 設(shè)空時信道優(yōu)化MIMO無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端（W下簡稱發(fā)射端)具有Nt根發(fā)射天線， 其對應(yīng)的接收端具有Lr根接收天線，一般地，，則發(fā)射端有化個輸入信號向量，每個輸 入信號向量包括多個基帶輸入信號，設(shè)第m個輸入信號向量為
(W= 1, 2, ..，AV)，即向量Xm( t)包括Nm個基帶輸入信號X皿(t) (n = 0,1,…,Nm)，X皿(t)為復(fù)數(shù)信號。
[0090] 系統(tǒng)發(fā)射端所有Nt個輸入信號向量組成系統(tǒng)發(fā)射信號向量咖=[W沖x:(巾…(叫'， 每個基帶輸入信號Xmn(t)經(jīng)過一個對應(yīng)的虛擬信道W胃。用Wm表示第m個虛擬信道 向量，]!
(W=l,2,....... A'Y)，向量Wm包括Nm個虛擬信道Wmn。在發(fā)射 端，Nt個虛擬信道向量Wm與Nt個輸入信號向量Xm(t)--對應(yīng)，可W用一個系統(tǒng)虛擬信道向 量來表示，目[
,
[0091] 在接收端，第1根接收天線收到來自所有Nt根發(fā)射天線的信號。令him表示第1根接 收天線到第m根發(fā)射天線之間的空間無線信道。信號Xmn(t)從第m根發(fā)射天線到第1根接收天 線經(jīng)過了兩個傳輸路徑，即虛擬信道Wmn和空間無線信道him,運(yùn)兩個信道級聯(lián)構(gòu)成整體傳輸 信道，稱協(xié)同空分信道。因此，第m根發(fā)射天線所發(fā)送的信號為
[0092]
[0093]
[0094] {/=1,2, trt-x
[OOM]式中，qi(t)是第I根接收天線的高斯白噪聲。系統(tǒng)的空間無線信道矩陣表示為
[0096]
[0097] H可W簡化表示夫
曼 ...........
. ^ 、接收端的接收信號向量，則
[009引
[0099] 式中，q(i') = [%(/)，知|')，…，"（of是接收端的噪聲向量。
[0100] 在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)協(xié)同巧分信道矩陣表示為
[0101]
[010^ 式中，gm = hmWmH是一個LRXNm矩陣，表示第m根發(fā)射天線對應(yīng)的協(xié)同空分信道。因 此，接收信號向量可進(jìn)一步表示為
[0103]
[0104] 通過調(diào)整與優(yōu)化虛擬信道Wmn,即可調(diào)整與優(yōu)化協(xié)同空分信道Wmnnil"(m=l，2,…， Nt ; n = 1，2，…，Nm; 1 = 1，2，…，Lr)，使系統(tǒng)整體傳輸信道合理布局，最有利于接收端的信號 檢測及系統(tǒng)傳輸性能的優(yōu)化。
[0105] 在系統(tǒng)接收端，信噪比為
[0106]
[0107]運(yùn)里，扣=E[(gx(t))H(gx(t))]是接收端的接收信號功率，〇2 = E[q(t)Hq(t)]是接 收端的噪聲功率。將PR = E[(gx(t))H(gx(t))]展開得
[010 引
[0109] 式中，、j = E比1?]是一個標(biāo)量，Rij = E[Xi(t)Xj(t)H]是一個NiXNj輸入相關(guān)矩陣， (n't 、f 'Nt \ (i = l，2,…，NT;j = l，2,…，Nt),鳩一個Sx X 2X，信號傳輸矩陣， V W=I J \m=X J
[0110]
[0111] 在系統(tǒng)接收端，我們希望最大化信噪比riR，但由于接收端噪聲功率O2視為一個常 數(shù)，所W，最大化接收信號功率Pr等效于最大化信噪比％，因此，本例的優(yōu)化準(zhǔn)則如下：
[0112]
[0113] 運(yùn)里，G是一個常數(shù)。在發(fā)射信號功率為一定的條件下，通過調(diào)整虛擬信道，上述優(yōu) 化機(jī)制使傳輸?shù)浇邮斩说男盘柟β首畲蟆Ｆ鋬?yōu)化解為：
[0114]
[0115] 式中，胃是對應(yīng)于矩陣R的最大特征值的特征向量，」
DPt即為欲得 到的復(fù)加權(quán)向量W的最優(yōu)值。
[0116] 對于QPSK信號，如果已知接收信噪比%，則接收誤碼率(B邸)為
燈'
[0117]
[011引式中，Q(.)是一個函數(shù)，定義^
因此，對于QPSK信號，采 用優(yōu)化解^/石承1113、時接收誤碼率處610為
[0119]
[0120] 式中，PRmax是接收信號功率的最大值。
[0121] 雖努'
是供了一個優(yōu)化閉合解，但在有的情況下其效果不一定很 理想。另一個方案是采用粒子群算法捜索全局最優(yōu)解。
[0122]在此，設(shè)粒子群體規(guī)模為Se,即粒子個數(shù)為Se,并把發(fā)射端的每個潛在的系統(tǒng)虛擬 信道向量作為一個粒子的位置。在第k次迭代時刻，第S個粒子位置，即第S個系統(tǒng)虛擬信道 向量表示3
。
[012；3]式中：
私=1,. 2,…，馬；.明:=1，2,...，,巧T)是 第S個粒子位置中的第m個虛擬信道向量。在第k次迭代時刻，第S個粒子的移動速度表示為
,式中，
1，…，Wr)是虛擬信道向量的相應(yīng)移動速度。令
(,=1, 2, ...。表示在第k次迭代時刻，第S個粒子 迄今為止捜索到的個體最優(yōu)位置，式中：
如=1，2, Wr)是第S個粒子個體最優(yōu)位置中的第m個虛擬信道向量。令b(A') =化化f b2(Af…bv，.(A'f；r 表示在第k次迭代時刻，整個粒子群迄今為止捜索到的全局最優(yōu)位置，式中，
，（/M=I, 2,..，，馬-)是全局最優(yōu)位置中的第m個虛擬信道 向量。在運(yùn)個方法中，采用參考信號將有助于捜索。參考信號在每個數(shù)據(jù)帖中占用一個時 隙，用
良示參考信號向量，式中，XRm( t )是對應(yīng)于輸 入信號向量Xm(t)的第m個參考信號向量。在優(yōu)化過程中，首先要檢測或估計參考信號，然后 將檢測或估計結(jié)果與實(shí)際參考信號進(jìn)行對比，產(chǎn)生誤差，將誤差作為反饋信息發(fā)送到發(fā)射 端。在檢測參考信號向量XR(t)時，信號向量估計值會受虛擬信道向量化)的影響，因此， 將參考信號向量在(k)條件下的估計值表示為i心，其相應(yīng)的誤差表示為 Cg.w…W。類似地，在w(s>化)條件下的誤碼率邸R表示為
[0124]因此，采用粒子群算法捜索全局最優(yōu)系統(tǒng)虛擬信道向量的具體步驟如下：
[012引步驟1、在系統(tǒng)發(fā)射端根據(jù)實(shí)際通信環(huán)境設(shè)置常數(shù):ci，C2，:ri，r2，ei,e2，A，B，GT，Vmin， 其中，Cl和C2是學(xué)習(xí)因子，其使粒子具有自我總結(jié)和向群體中優(yōu)秀個體學(xué)習(xí)的能力，從而向自 己的歷史最優(yōu)點(diǎn)W及群體內(nèi)歷史最優(yōu)點(diǎn)靠近;ri和n是[oa]之間的隨機(jī)數(shù);El與E2是根據(jù)實(shí) 際通信環(huán)境設(shè)置的較小的常數(shù);A是初始慣性權(quán)重;B是慣性權(quán)重的更新系數(shù);Gt是虛擬信道增 益約束常數(shù);Vmin和Vmax分別是粒子移動的最小速度和最大速度，對粒子的速度范圍進(jìn)行限制。
[0126] 步驟2、在系統(tǒng)發(fā)射端設(shè)置k = 0,隨機(jī)初始化每個粒子的位置和移動速度，分別得到
2，...，馬)。采用得到的每一個W^(O),分時隙發(fā)送一個參考信號序列XR(t)，一共Se個不同 時隙，每個時隙采用一個不同的位置向量(0) (S = 1，2，…，Se)。
[0127] 步驟3、在系統(tǒng)接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號向量的估計值，即 的〇=1，2,…，而)。然后，用不同的位置向量W^(O)計算誤差：
[012 引
[0129] 或者計算SE義、…W (.s'=l，2, .??，馬）。然后，作為反饋信號，發(fā)送每一個 或到系統(tǒng)發(fā)射端(S = 1，2，…，Se)。
[0130] 步驟4、在系統(tǒng)發(fā)射端設(shè)置最佳個體位置:P^(O) =^^(0)(8 = 1,2,…，Se),在所 有反饋信號中找出最小反饋信號值，設(shè)相應(yīng)于最小反饋信號值的粒子位置是W^(O),則最 佳全局位置為b(0) =W^(O)。
[0131] 步驟5、在系統(tǒng)發(fā)射端更新慣性權(quán)重:a = B(k+l)+A。對每一個粒子，計算其速度及 位置向量如下：
[0132] v(s)(k+l)=avb)(k)+cm[pb)(k)-w(s)A)]+ur2[b(k)-w(s)A)]
[013；3] w(s)(k+l)=w(s)化)+V(S)化+1)
[0134] 其中，S=l，2,…，Se。向量化+1)中每一個元素值的范圍為[Vmin，Vmax]。另外，限 制發(fā)射功率：
[0135]
[0136] 然后，在不同的時隙發(fā)送參考信號到系統(tǒng)接收端，一共Se個時隙，每一個時隙采用 不同的位置向量 w(s)(k+l)(s = l，2，...，SE)。
[0137] 步驟6、在系統(tǒng)接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即 的護(hù)1，2，...，Sf)。然后，用不同的位置向量w(s>化+1)計算誤差：
[013引
或者計算度Ei?、、,,,"-+1,仁=1，2，...，5；')。 然后，作為反饋信號，發(fā)送每一個咸Cf氣a+i劇系統(tǒng)發(fā)射端(s = l，2,…，Se)。 [0139]步驟7、在系統(tǒng)發(fā)射端根據(jù)反饋信號進(jìn)行最佳個體位置更新。如果 或者
權(quán)=1，.2，…，& ),則P(S) (k+1) =W(S) (k+1);如果
〇=1，2,…，-、），則P(S)(k+i) =P(S)化)。 t行最佳全局位置更新。在所有反饋信號中找 信號值的粒子位置是w(g>(k+l)，如果 W最佳全局位置為b(k+l)=wW(k+l);如果 >1最佳全局位置為Kk+1) =Kk)。
[0141] 步驟9、如果eR,b(k+i)<ei或者BERb(k+i)<E2,操作停止，開始正式發(fā)送數(shù)據(jù)；如果 飾,b(kU食Ei或者邸Rb(k+1食E2，k一k+1，回到步驟5。
[0142]在上述步驟3、6中，當(dāng)采用QPSK信號時，如果接收信噪比已經(jīng)得到，則可利用
直接計算邸R。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，包括多路信號發(fā)射端，每一路信號發(fā)射端 包括一個調(diào)制濾波放大模塊及一根發(fā)射天線，其特征在于，還包括多個虛擬信道向量模塊、 反饋信息接收端及空時優(yōu)化模塊，每一個虛擬信道向量模塊對應(yīng)至少一個信號輸入端，每 一個信號輸入端僅對應(yīng)一個虛擬信道向量模塊，每一個虛擬信道向量模塊的輸出端僅與一 路信號發(fā)射端一一對應(yīng)連接，所述反饋信息接收端與空時優(yōu)化模塊連接，空時優(yōu)化模塊與 每一個虛擬信道向量模塊連接，空時優(yōu)化模塊與每一個信號輸入端連接； 所述虛擬信道向量模塊用于根據(jù)設(shè)置的復(fù)加權(quán)值對與其連接的每一個信號輸入端輸 入的基帶信號進(jìn)行復(fù)加權(quán)操作，并將所有復(fù)加權(quán)后的基帶信號進(jìn)行合并后傳輸給對應(yīng)的信 號發(fā)射端； 所述反饋信息接收端用于接收由系統(tǒng)接收端發(fā)送來的反饋信息，并傳輸給空時優(yōu)化模 塊； 所述空時優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬信道 向量模塊中各復(fù)加權(quán)值，并對其進(jìn)行設(shè)置。2. 如權(quán)利要求1所述的空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，其特征在于，所述虛擬 信道向量模塊包括與信號輸入端數(shù)量相對應(yīng)的復(fù)加權(quán)模塊及一個加法器，每一個復(fù)加權(quán)模 塊的輸入端都分別與一個信號輸入端 對應(yīng)連接，每一個復(fù)加權(quán)模塊的輸出端都分別與 加法器的一個輸入端一一對應(yīng)連接，每一個加法器的輸出端作為該虛擬信道向量模塊的輸 出端與一個信號發(fā)射端一一對應(yīng)連接，空時優(yōu)化模塊分別與每一個復(fù)加權(quán)模塊連接。3. 如權(quán)利要求1所述的空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，其特征在于，所述每一 個信號輸入端輸入的基帶信號都不相同。4. 如權(quán)利要求1所述的空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，其特征在于，所述每個 虛擬信道向量模塊所對應(yīng)的信號輸入端的數(shù)量不同。5. 如權(quán)利要求1所述的空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，其特征在于，所述反饋 信息中包含信道識別及系統(tǒng)狀態(tài)信息。6. 如權(quán)利要求1所述的空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，其特征在于，所述信道 識別及系統(tǒng)狀態(tài)信息包括信噪比、誤碼率、誤差值及信道估計值。7. 空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的處理方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1或2或3或4 或5或6所述的空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，其特征在于，包括W下步驟： Α、信號輸入端接收到輸入的基帶信號，將該基帶信號傳送給其對應(yīng)的虛擬信道向量模 塊； Β、每一個虛擬信道向量模塊根據(jù)設(shè)置的復(fù)加權(quán)值對與其連接的每一個信號輸入端輸 入的基帶信號進(jìn)行復(fù)加權(quán)操作，并將所有復(fù)加權(quán)后的基帶信號進(jìn)行合并后傳輸給對應(yīng)的信 號發(fā)射端進(jìn)行發(fā)送； C、反饋信息接收端實(shí)時接收由系統(tǒng)接收端發(fā)送來的反饋信息，并傳輸給空時優(yōu)化模 塊，空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬信道向量模塊中 各復(fù)加權(quán)值，并對其進(jìn)行設(shè)置，回到步驟Β。8. 如權(quán)利要求7所述的空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的處理方法，其特征在 于，步驟Β中，第m個虛擬信道向量模塊所輸出的信號為其中，向量Wm表示第m個虛擬信道向量泡括Nm個虛擬信道Wm，表示為:Ww三佩，1每.，...，， (m= 1，2，…，化)，WM康示每個基帶輸入信號?n( t )所對應(yīng)的虛擬信道，具體為:Μ',,,,, = ， Xmn(t)為復(fù)數(shù)信號，ΝΤ為發(fā)射天線數(shù)量，也為輸入信號向量的數(shù)量，Nm指代第m個虛擬信道向 量模塊所對應(yīng)的信號輸入端的數(shù)量，n=l，2,……，Nm，Xmn(t)是指第m個虛擬信道向量模塊 中第η個信號輸入端輸入的基帶輸入信號，向量Xm(t)是指第m個虛擬信道向量模塊的輸入 信號向量，表示為：=[5^紛而2媒…，而#了。9.如權(quán)利要求7所述的空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的處理方法，其特征在 于，步驟C中，所述空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬信 道向量模塊中各復(fù)加權(quán)值的方法為： 空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬信道向量模塊 中各復(fù)加權(quán)值，其計算公式為：其中，Wnpt即為欲得到的復(fù)加權(quán)向量W的最優(yōu)值，而復(fù)加權(quán)向量W也稱為系統(tǒng)虛擬信道向 量，表示為:W二w/ w/ .... Ww./ ，.運(yùn)里，向量Wm表示第m個虛擬信道向量，包括Nm個虛擬 信道Wmn，表示為:Wm= …，，(m= 1，2，…，Ντ)，Wmn表示每個基帶輸入信號Xmn( t) 所對應(yīng)的虛擬信道，具體為:w,。。=為,yA"i，Ντ為發(fā)射天線數(shù)量，也為輸入信號向量的數(shù)量， Nm指代第m個虛擬信道向量模塊所對應(yīng)的信號輸入端的數(shù)量，η=1，2,……，Nm，Xmn(t)是指 第m個虛擬信道向量模塊中第η個信號輸入端輸入的基帶輸入信號； V胃是對應(yīng)于矩陣R的最大特征值的特征向量，且I承f二1， R是一 4言號傳輸矩陣，是指：其中，Ru = E[xi(t)xj(t)H]是一個NiXNj 輸入相關(guān)矩陣，i = l，2,= 向量Xm(t)是指第m個虛擬信道向量模塊的輸入信號向量，其包括Nm個基帶輸入信號X"n (t) (η = 0，1，···，Nm)，Xmn( t )為復(fù)數(shù)信號，表示為：斯=[3,,腳相梯…，而,的了，(m= 1，2，…， 化）;所有輸入信號向量組成系統(tǒng)發(fā)射信號向量x(/) = [xi的T X;的T…Xwt的]7 ; 、J = E比1?]是一個標(biāo)量，系統(tǒng)的空間無線信道矩陣表示為Η可W簡化表示為H = [hi ??2…h(huán)wj，:其中hw=h,"，了血m表示第1根接收 天線到第m根發(fā)射天線之間的空間無線信道，1 = 1，2，-，，1^^，1^1^為接收天線數(shù)量。10.如權(quán)利要求7所述的空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的處理方法，其特征在 于，步驟C中，所述空時優(yōu)化模塊根據(jù)接收到的反饋信息采用空時優(yōu)化算法計算出各虛擬信 道向量模塊中各復(fù)加權(quán)值的方法為采用粒子群算法捜索全局最優(yōu)系統(tǒng)虛擬信道向量，其 中， 設(shè)發(fā)射天線數(shù)量為Ντ，也為輸入信號向量的數(shù)量，接收天線數(shù)量為Lr，w為系統(tǒng)虛擬信道 向量，表示為:W= w/' W:/ ...Ww/ 7 ,運(yùn)里，向量Wm表示第m個虛擬信道向量，包括Nm個虛 擬信道Wmn，表示為：化^^ ,(m=l ,2,......，Ντ)，Wmn表示每個基帶輸入信號 XM^(t)所對應(yīng)的虛擬信道，具體為:w"。二，Nm指代第m個虛擬信道向量模塊所對應(yīng)的信 號輸入端的數(shù)量，n=l，2,……，Nm，Xmn(t)是指第m個虛擬信道向量模塊中第η個信號輸入端 輸入的基帶輸入信號，向量Xm(t)是指第m個虛擬信道向量模塊的輸入信號向量，其包括Nm個 基帶輸入信號Xmn(t)(n = 0，l,…，Nm)，Xmn(t)為復(fù)數(shù)信號，表示為X。腳=兩,腳，也腳...,χ,Α;。的， 設(shè)粒子個數(shù)為Se，并將空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端的每個系統(tǒng)虛擬信道向 量作為一個粒子的位置； 在第k次迭代時刻，第S個粒子位置，即第S個系統(tǒng)虛擬信道向量表示為(s = l，2，···，SE;m=l，2，···，化)是第S個粒子位置中的第m個虛擬信道向量； 在第k次迭代時刻，第S個粒子的移動速度表示為其中（m=0，l，···，Ντ)是虛擬信道向量w[；f巧)的相應(yīng) 移動速度； 令：S = 1，2，…，Se)表示在第k次迭代時刻，第 S個粒子迄今為止捜索到的個體最優(yōu)位置，其中，=[誠/批)，托別抑…，從心的)7，(m =1，2，…，Ντ)是第S個粒子個體最優(yōu)位置中的第m個虛擬信道向量； 令b化)=化腳'·:·· 表示在第k次迭代時刻，整個粒子群迄今為止捜索 至Ij的全局最優(yōu)位置，其中，?>"(Α)= 腳，6"。的)，巧）.，(m=l，2,…，Ντ)是全局最 優(yōu)位置中的第m個虛擬信道向量； 令參考信號在每個數(shù)據(jù)帖中占用一個時隙，用表示參考信號向量，其中XRm(t)是對應(yīng)于輸入信號向量Xm(t)的第m個參考信號向量，將參考 信號向量在w(s>化)作用條件下的估計值表示為的，其相應(yīng)的誤差表示為兮，，抑腳， 同理，在w(s>化)作用條件下的誤碼率B邸表示為義、 因此，采用粒子群算法捜索全局最優(yōu)系統(tǒng)虛擬信道向量的具體步驟如下： 步驟1、在空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，根據(jù)實(shí)際通信環(huán)境設(shè)置常數(shù):C1，C2， ri，Γ2，ε 1 , ε 2，A , Β，Gt，Vmin，Vmax，其中，C1和C2是學(xué)習(xí)因子，其使粒子具有自我總結(jié)和向群體中 優(yōu)秀個體學(xué)習(xí)的能力，從而向自己的歷史最優(yōu)點(diǎn)W及群體內(nèi)歷史最優(yōu)點(diǎn)靠近;ri和η是[0， 1]之間的隨機(jī)數(shù)；ει與62是根據(jù)實(shí)際通信環(huán)境設(shè)置的較小的常數(shù);A是初始慣性權(quán)重;Β是慣 性權(quán)重的更新系數(shù);Gt是虛擬信道增益約束常數(shù);Vmin和Vmax分別是粒子移動的最小速度和 最大速度，對粒子的速度范圍進(jìn)行限制； 步驟2、在空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端，設(shè)置k = 0,隨機(jī)初始化每個粒子的 位置和移動速度，分別得菌陽 v("(〇) =[畔>(〇f吟(〇)r…嗎佩叩(S二I，2,…，Se)，采用得到的每一個wWW，分時隙 發(fā)送一個參考信號序列XR(t)，一共Se個不同時隙，每個時隙采用一個不同的位置向量wW (0)(s = 1，2，...，Se); 步驟3、在系統(tǒng)接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即巾 =1，2,…，Se)，然后用不同的位置向量wW(〇)計算誤差：將其作為反饋信號，發(fā)送每一個03，^;，如)或^^氣心^到空時信道優(yōu)化的1〇無線傳輸系 統(tǒng)發(fā)射端； 步驟4、在空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端設(shè)置最佳個體位置:ρ^(〇)=*ω(〇) (s = 1，2，-|，Se)，在所有反饋信號中找出最小反饋信號值，設(shè)相應(yīng)于最小反饋信號值的粒 子位置是wW(〇)，則最佳全局位置為b(0) =wW(〇); 步驟5、在空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端更新慣性權(quán)重:α = Β化+1)+A，對每一 個粒子，計算其速度及位置向量如下： ￥(3)化+1)=日￥(3)化)+(；比1[口(3)化)-訊(3)化）]+(；化2[13(1〇-訊(3)化）] w(s)(k+l) =w(s)(k)+v(s)化+1) 其中，S = l，2,…，Se，向量vW化+1)中每一個元素值的范圍為[Vmin，Vmax]，另外，限制發(fā) 射功率：然后，在不同的時隙發(fā)送參考信號到系統(tǒng)接收端，一共Se個時隙，每一個時隙采用不同 的位置向量w(s)(k+l)(s = l，2，...，Se); 步驟6、在系統(tǒng)接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即(ο (s = l，2,…，Se)，然后，用不同的位置向量wW化+1)計算誤差：然后將其作為反饋信號，發(fā)送每一個如1咸氣，wa-+i; (S = 1，2，…，&巧腔時信 道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端； 步驟7、在空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端根據(jù)反饋信號進(jìn)行最佳個體位置更 新，如果6度、、…郵)|(?)或者巧如 1, < 巧尼苗。川(。（s = 1，2，…，Se)，則p(s)(k+1) =w(s)(k+ 1);否則，P(s)(k+l)=P(s)(k); 步驟8、在空時信道優(yōu)化ΜΙΜΟ無線傳輸系統(tǒng)發(fā)射端根據(jù)反饋信號進(jìn)行最佳全局位置更 新，在所有反饋信號中找出最小反饋信號值，設(shè)相應(yīng)于最小反饋信號值的粒子位置是wW化 + 1)，如果Crv"腫）<切,峭)或者叫A-+i><巧邸，貝撮佳全局位置為b(k+l)=w(g)(k+ 1);否則，則最佳全局位置為Kk+l) =Kk); 步驟9、如果eR,b(ku)<ei或者肥化(w)<e2,操作停止，開始正式發(fā)送數(shù)據(jù)；否則，k一 k+1， 回到步驟5。
【文檔編號】H04L1/06GK105978666SQ201610257946
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】周淵平, 楊貴德, 夏文龍
【申請人】四川大學(xué), 成都萬維環(huán)球通信技術(shù)有限公司