[發明專利]一種相關信道下大規模MIMO系統非相干編碼的檢測方法

有效

• 申請號: 202210071631.7
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114389655B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（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: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

本發明提出了一種相關信道下大規模MIMO系統非相干編碼的檢測方法，其步驟為：首先，在相關信道大規模MIMO系統中，利用信道相關矩陣構造基于黎曼距離最小化準則的非相干檢測器；并根據非相干檢測器的誤差性能構造空時調制星座集的設計準則；其次，在矩陣流形上，設計基于李群的參數化空時調制星座集；再基于優化準則和空時調制星座集，確定最優的離散星座集結構；然后，基于最優的離散星座集結構，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基數；最后，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。本發明解決了非相干檢測器在大天線數時的誤差地板效應，改善了MIMO系統的誤差性能。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，特別是指一種相關信道下大規模MIMO系統非相干編碼的檢測方法。

背景技術

受移動物聯網業務的多樣化以及相應數據流量增長的驅動，未來無線通信將對無線網絡的容量、時延、可靠性與可擴展性提出巨大挑戰。國際電信聯盟在2015年發布的白皮書中指出，第五代移動通信(5G)不僅要面向增強移動寬帶場景(eMBB)，還需面向機器類通信的兩大技術場景，即大規模機器類通信與超可靠低時延通信(URLLC)。其中，URLLC旨在對時延和可靠性具有嚴格要求的關鍵任務提供無線通信服務。目前，隨著5G技術在eMBB場景的普及，世界多個國家均在大力推進面向URLLC的物聯網無線連接技術的研究。作為3GPPRelease 17的主要目標，URLLC的研究仍處于起步階段。

基于上述背景，設計能夠兼顧低時延與超高可靠性的無線傳輸方案對于實現URLLC具有重要的研究意義。大規模多輸入多輸出(MIMO)在基站側使用有幾十乃至數百根天線的天線陣列，利用極高的陣列增益，在提升系統誤差性能的同時，能夠減少數據包錯誤重傳次數，降低系統的整體時延。因此，大規模MIMO系統被廣泛認為是URLLC可靠性的使能技術方案之一。由于對超低時延的嚴格要求，URLLC在物理層具有短包傳輸的特征。這意味著，在一個資源塊內可能沒有足夠多的時隙用于執行信道估計或反饋信道狀態信息(CSI)給接收機，這將嚴重限制大規模MIMO系統實現超高可靠性。這主要是因為，CSI是大規模MIMO系統可靠性所必需的。因此，瞬時CSI的獲取是大規模MIMO系統確保無線傳輸可靠性的瓶頸問題。非相干大規模多天線系統不需要瞬時CSI進行調制解調的特性，能夠有效地提高系統容量、降低系統延時和適應快變信道環境。因此，非相干空時調制方案有望能夠解決大規模MIMO系統在短包傳輸時CSI獲取的難題。

在瑞利信道模型下，信道相互獨立。隨著基站端天線數的增加，接收端可以利用無線信道的硬化特性或者信道的有利傳播特性，構造非相干檢測器。然而，在相關信道模型下，信道不再相互獨立，信道的硬化特性和有利傳播條件將不存在。此時，如何構造大規模MIMO系統的非相干檢測器與相應的空時調制方案將面臨挑戰。

發明內容

針對上述背景技術中存在的不足，本發明提出了一種相關信道下大規模MIMO系統非相干編碼的檢測方法，利用無線信道的相關矩陣信息，能夠避免大規模MIMO系統的相關信道估計操作，解決了基于黎曼距離準則的非相干檢測器在大天線數時的誤差地板效應，且能夠執行快速的信號編譯碼算法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種相關信道下大規模MIMO系統非相干編碼的檢測方法，其步驟如下：

S1：在相關信道大規模MIMO系統中，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；

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；

S3：在矩陣流形上，設計基于李群的參數化空時調制星座集；

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