[發明專利]空時分組編碼MIMO系統中的兩階段預編碼方法

有效

• 申請號: 201310513352.2
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103607262B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 居美艷;李岳衡;譚國平;李旭杰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H04L1/06
• 分類號: H04L1/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 李玉平

技術領域

本發明涉及一種空時分組編碼MIMO系統中基于最大容量、最小成對錯誤概率、迫零準則和最小均方誤差準則的預編碼設計方法，屬于通信技術領域。

背景技術

隨著移動通信系統以及Internet的飛速發展，未來移動通信系統的設計目標不僅要求通信速率的提高，還要求實現更大的系統容量和更好的通信質量，同時如何降低手機終端的接收復雜度，使其在全球范圍內更好地實現無縫漫游及為用戶提供包括語音、數據和圖像等的多媒體業務也是我們追求的目標。如何實現這個目標已成為世界通信和信息科學學術界研究的熱點。為了在有限的頻譜資源上提高傳輸速率，MIMO技術已成為一種重要的物理層傳輸技術，主要包括空間復用和空間分集兩種形式。正交空時分組編碼是一種典型的空間分集形式，它能有效地抵抗無線信道的衰落。發射端在獲得信道狀態信息的情況下，MIMO系統利用信道狀態信息對發送信號進行預處理，能夠提高系統的性能。MIMO系統的預編碼技術主要是為了抵抗信道衰落造成的干擾，提高頻帶利用率，減少多用戶的干擾以及適應信道傳輸等，同時預編碼技術還可以用于預均衡。

預編碼技術可以有效地利用信道信息，將其和空時編碼相結合，可以充分發揮兩者的優勢，因此成為了一個重要的研究方向。

對于空時編碼MIMO系統中的預編碼設計問題，在已有的研究中，主要側重基于空時編碼的基礎上進行預編碼的設計以提高系統性能，或者是將預編碼矩陣和空時編碼的設計相結合構建出新的空時編碼矩陣，此時的空時編碼矩陣可能不再正交。如何以簡單的預編碼設計來改善系統性能并簡化某側設備的復雜度，正是本發明的出發點。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種空時分組編碼MIMO系統中的兩階段預編碼方法，針對2根發送天線和1根接收天線的MIMO系統，設計了兩階段的預編碼方案，一次預編碼在空時編碼之前進行，一次預編碼在空時編碼之后進行，其目的各不相同。空時編碼之后的預編碼設計是為了提高系統的性能（容量或誤符號率），空時編碼之前的預編碼設計是為了進行預均衡以降低接收端的復雜度。此兩階段預編碼設計與其它方案相比，更充分利用了信道信息，實現簡單，提高了系統性能，減少了接收復雜度。

技術方案：一種空時分組編碼MIMO系統中的兩階段預編碼方法，包括如下步驟：

（1）對空時分組編碼后的信號，根據預編碼設計準則進行設計，即進行第一階段預編碼矩陣設計；

（2）根據第一階段預編碼矩陣的設計結果，結合空時編碼過程，對空時分組編碼之前的信號進行預均衡，即第二階段預編碼設計；

（3）接收端進行常量處理和共軛處理，恢復發送信號。

所述的步驟（1）包括：

系統定義預編碼矩陣，并根據設計準則——最小成對錯誤概率或最大系統容量，建立優化問題表達式，同時考慮發送功率約束條件，然后求解出最優預編碼矩陣。

所述的步驟（2）包括：

A、把步驟（1）的預編碼設計結果代入系統發送傳輸過程中，建立新的傳輸過程表達式；

B、根據空時分組編碼的正交性對系統傳輸過程表達式進行一定的轉換；

C、根據新建立的表達式，設定第二階段預編碼設計準則——迫零準則或最小均方誤差準則，結合發送功率約束條件，建立優化問題表達式，并求解。

所述的步驟（3）包括：

發送端采用設計好的預編碼矩陣進行發送后，接收端只需要做簡單常量處理和共軛處理，并判定接收信號，即可恢復發送信號。

所述第一階段預編碼矩陣設計是為提高MIMO系統性能，第二階段預編碼矩陣設計是進行預均衡，降低接收端的復雜度。第一階段的預編碼設計位于空時編碼之后，第二階段預編碼設計位于空時編碼之前。

本發明中，步驟（1）包括

所述的預編碼矩陣設計包含三個部分，分別為整形部分、波束成型部分和功率分配部分。

即其中，所述的為輸入整形部分，為波束成型部分，為功率分配部分。

步驟A包括：

把步驟（1）中求解出的預編碼矩陣F₁代入接收信號的表達式，此時F₁當作已知量，隱含的未知量僅為需要設計的第二階段預編碼矩陣F₂。

所述的步驟B包括：

根據空時分組編碼的正交性，對接收信號的某個元素取共軛，對表達式進行轉換，以建立關于預編碼矩陣F₂的顯性表達式。

所述的步驟C包括：