[發明專利]一種低復雜度最小距離收發信端編譯碼構建方法

有效

• 申請號: 201410090543.7
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103856298B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 許小東;陳志勇
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 汪祥虬

技術領域

本發明屬于多輸入多輸出(MIMO)寬帶無線和移動通信物理層收發信號傳輸和處理技術領域，具體涉及在發射端實現基于最小距離最大化準則的線性預編碼，而在接收端實現相應的低復雜度最大似然檢測的高數據速率MIMO無線通信系統的收發信端編譯碼構建方法。

背景技術

為了滿足不斷增長的數據傳輸速率需求，在多輸入多輸出(MIMO)寬帶無線和移動通信系統中，目標接收機通常采用非線性最大似然檢測譯碼方案恢復信源數據。相比于線性接收機，最大似然接收機已經被證明是適合先驗等概信源的誤碼率性能最佳接收機。而且，由于完整的信道狀態信息(CSI)可以通過多種途徑被發射機獲取，因此線性預編碼技術同樣引起業界廣泛關注并被付諸實施。該項技術可進一步提升MIMO系統吞吐率，提高傳輸鏈路可靠性。據此，研究解決基于發送功率約束的最小距離預編碼及最大似然接收聯合優化問題極具理論價值和現實意義。《國際電氣與電子工程師協會-信號處理匯刊》(IEEE Transactions on Signal Processing,vol.52,no.3,pp.617–627,Mar.2004)所公開的“適合MIMO空分復用系統的最優最小距離預編碼方法”(Optimal minimum distance-based precoder for MIMO spatial multiplexing systems)一文中首次利用參數化模型提出一種基于數值窮盡搜索的預編碼方法，可獲得適合雙流數據傳輸的復值預編碼矩陣。然而，這種方法受搜索空間規模和最大似然檢測復雜度約束，只能適用于采用低階調制的低維MIMO系統中。鑒于優化問題的復雜性，隨著MIMO系統所采用的調制階數和傳輸數據流數目的提升，不論是發射端的最小距離預編碼設計復雜度，還是接收端的最大似然檢測復雜度都將呈現指數級增長，從而導致現有方法和裝置無法有效在這類高維數據傳輸系統中實施，亟需發展實時性較高的低復雜度最小距離收發信端編譯碼構建方法，以滿足TD-LTE-Advanced等新一代寬帶無線和移動通信系統的需求。

發明內容

本發明的目的是提出一種低復雜度最小距離收發信端編譯碼構建方法，將最大化接收信號空間中相鄰點之間的最小距離作為優化準則，聯合實現在高傳輸速率驅動下的低復雜度發射端預編碼和接收端最大似然譯碼，從而有效降低MIMO點對點無線通信系統的誤碼率，增強傳輸可靠性。

本發明低復雜度最小距離收發信端編譯碼構建方法，設發射端配置M根發射天線，接收端配置N根接收天線，每一符號持續周期的多輸入多輸出數據塊長為a比特，采用正交相移鍵控(QPSK)產生信源數據流s，發送信號功率為P且N×M維信道矩陣H在發射端已知；其特征在于具體操作步驟為：

第一步：發射端依據數據流計算式b＝a/2計算獲得正交相移鍵控數據流數b，然后按照模2運算式b＝2q+r計算獲得正交相移鍵控數據流數目b的模2商q及模2余數r；初始化預編碼生成矩陣其中矩陣符號“G_x,y”表示對應于傳輸x路正交相移鍵控數據流的秩y預編碼生成矩陣；

第二步：發射端根據信道矩陣H的奇異值分解式計算獲得信道矩陣H的左奇異矩陣U，信道矩陣H的奇異值對角陣Λ，以及信道矩陣H的右奇異矩陣V，其中上標符號表示矩陣共軛轉置操作；

第三步：發射端根據信道矩陣H的奇異值對角陣Λ主對角線所包含的非零奇異值λ_k,k＝1,2,…,K，確定信道矩陣H的秩K，并根據奇異值比較式k＝1,2,…,K，計算獲得使得該式成立的最大奇異值索引號c；

第四步：發射端根據正交相移鍵控數據流數目b的模2余數r的具體數值構造預編碼生成矩陣W，本步細分為兩個具體操作子步驟：

第一子步驟：若正交相移鍵控數據流數目b的模2余數r等于0，則當信道矩陣H的秩K滿足第一類秩約束關系式K≥b-c時，依第一類預編碼生成矩陣構造式構造獲得預編碼生成矩陣W，其中符號“I_z”表示z×z維單位矩陣，符號和則分別表示克羅內克乘積和矩陣直和運算；而當信道矩陣H的秩K滿足第二類秩約束關系式q≤K＜b-c時，則依第二類預編碼生成矩陣構造式構造獲得預編碼生成矩陣W；再則，當信道矩陣H的秩K滿足第三類秩約束關系式K＜q時，則依第三類預編碼生成矩陣構造式構造獲得預編碼生成矩陣W；