[發(fā)明專利]一種相關信道下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)非相干編碼的檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210071631.7
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114389655B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 李雙志;孫小航;楊振鋒;李益兵;郭新;王寧;郝萬明
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;南京恒電電子有限公司
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0456;H04B7/06;H04B7/08;H04L1/06
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

1.一種相關信道下大規(guī)模MIMO系統(tǒng)非相干編碼的檢測方法，其特征在于，其步驟如下：

S1：在相關信道大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，提取信道相關矩陣的特征空間和特征值，并利用特征空間對接收信號進行濾波，構造基于黎曼距離最小化準則的非相干檢測器；

在步驟S1中，相關信道大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，發(fā)射端有K根天線，接收端有M根天線，M＞＞K；發(fā)射端天線與接收端天線之間信道為其中，R_r是接收端M×M的信道相關矩陣，R_t為發(fā)送端K×K的相關矩陣，H_iid是M×K的獨立同分布的瑞利衰落信道矩陣，H_iid的元素服從均值為0方差為1的復高斯分布；其中vec{·}是矩陣列矢量依次堆疊操作符，H的相關矩陣可寫為

令發(fā)射端的相關矩陣R_t＝I_K，信道相干時間為T，將信道相干時間分成K個時隙，在K個時隙內完成一組數據的發(fā)送；則基于黎曼距離最小化準則的非相干檢測器為：

其中，表示X的估計值，為發(fā)送端的數據編碼矩陣，為接收端的接收信號，Y＝HX+N，為復高斯噪聲矩陣，其元素為獨立同分布元素表示X的星座集，表示濾波后的接收信號，表示的共軛轉置，表示Σ_r的逆，為復高斯噪聲矩陣的方差；

S2：分析步驟S1中的非相干檢測器的誤差性能，基于最小距離最大化準則構造空時調制星座集的設計準則；

在步驟S2中，基于李群的空時編碼矩陣設計需滿足det{X}＝1；

通過參數化編碼方法來構造X，具體如下：

其中，0≤α,β,φ,γ,δ2π，λ1；

為確保X^HX的唯一可辨識性，X進一步參數化為：

其中，λ0，φ∈[0,2π]；

S3：在矩陣流形上，設計基于李群的參數化空時調制星座集；

在步驟S3中，建立基于李群的參數化空時調制星座集：

其中，表示滿足該優(yōu)化問題X的最優(yōu)星座集，X_i表示χ中的星座點，X_j表示χ中的星座點；

S4：基于步驟S2的優(yōu)化準則和步驟S3設計的空時調制星座集，確定最優(yōu)的離散星座集結構；

步驟S4包括以下步驟：

目標函數的表達式為：

目標函數的最小值在θ_i＝θ_j,φ_i≠φ_j和θ_i≠θ_j,φ_i＝φ_j時取得最小值，特別地，當θ_i＝θ_j＝θ_c,φ_i≠φ_j時，可得：

當θ_i≠θ_j,φ_i＝φ_j時，可得：

從式(6)可以得出其中，|Φ|表示數據集Φ的基數；

令其中，θ₀＝θ'₀；Θ可以重新組織為：

同時最大化式(6)和式(7)兩者之間最小值，需要滿足以下等式：

式(8)可以進一步簡化為：

標記

可得Ξ(θ_i,θ_j,φ_i,φ_j)≤cos²(θ_i-θ_j)1，等號是在φ_i＝φ_j的時候取得；

令可得：

對式(10)進行求導，得出是關于P的的單調遞增函數，當P取得最大值時，目標函數值最大，此即為最優(yōu)功率值；

即最優(yōu)λ應滿足以下等式：

其中，P2；

利用基于優(yōu)化準則和空時調制星座集，可以得出最優(yōu)的其中其中θ₀滿足式(9)，λ滿足式(11)；

S5：基于最優(yōu)的離散星座集結構，利用離線窮盡搜索算法確定各調制參數的子星座集的最優(yōu)基數；

步驟S5包括以下步驟：

由于其中，|Θ|、|Φ|均為2的整數次冪；標記

對于給定的為確定最優(yōu)的|Φ|和|Θ|，需首先分三類情況確定J的值：

A)由式(6)可以得出

B)|Φ|＝1,|Θ|＝|χ|：由式(7)可以得出

C)|Φ|≠1,|Θ|≠1：由式(7)和式(9)可以得出，其中θ₀由式(9)決定；

綜合上述三種情況，可以看出J值的大小是變量|Θ|和|Φ|的函數，因此J＝J(|Θ|,|Φ|)；基于上述分析，可建立關于|Θ|和|Φ|的優(yōu)化問題：

式(12)可通過窮盡搜索算法求解；表1給出了不同下的最優(yōu)的子星座基數；

表1.子星座最優(yōu)基數

S6：利用空時調制星座集的結構，簡化非相干檢測器的檢測算法，降低信號處理的復雜度；

步驟S6包括以下步驟：

在式(1)中，由于僅與接收信號有關，tr{X^HX}恒等于

因此，非相干檢測器可等效地轉換為：

由于式(13)中的非相干檢測器等效轉換為標記矩陣可進一步簡化為

其中，τ滿足

由等式(a)可得

由等式(b)可得