[發明專利]一種有限塊長度內聯合角度旋轉的符號級預編碼方法

有效

• 申請號: 202210364007.6
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114726698B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 方舒;陳權;何志強;王子豪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L27/34;H04B7/0452
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

1.一種有限塊長度內聯合角度旋轉的符號級預編碼方法，其特征在于，定義發送天線數為N_t，接收端有N_r個單天線用戶，并且L長傳輸塊的時間小于信道相干時間，采用傳輸塊內的平均信道作為信道響應則塊內ZF預編碼矩陣為W＝H^H(HH^H)^-1，(·)^H表示共軛轉置，數據符號矢量為其中坐標k表示符號時間尺度；其特征在于，所述符號級預編碼方法，每次執行是以傳輸塊為單位進行的，直到所有傳輸塊均完成發送，并且基于構造好的Kerdock碼本，其具體的構造方法為：

構造正交矩陣組成的MUB，MUB是指兩個及以上滿足以下性質的標準正交基的集合：

其中是N_s階Hadamard矩陣，其定義如下

而生成對角矩陣D_n依賴下列步驟得到：構造有限域其中，有限域的階N_B＝log₂N_s，令α為有限域的基本元素，則有限域中所有的其它元素都可以用αⁿ的方式來獲得；的乘法表由其本原線性表示，通過乘法表得到N_B個N_B階方陣即

隨后用B構建二進制對稱矩陣P_n，mod_x表示求取關于x的余數；

其中，是n＝0，1，…，N_s-1的二進制元素；

定義從2進制到4進制整數空間的映射T_P(v)，每次根據不同n值所對應的二進制向量空間的元素進行計算，根據P_n得到

P_l，m表示P第l行第m列元素，是上的N_s維行向量，最終得到生成矩陣

j是虛數單位，diag表示由向量擴展得到對角陣；

得到MUB中的所有S_n后，由其構造Kerdock碼本即

具體的符號級預編碼方法的步驟包括：

S1、根據傳輸塊內所有數據符號s[k]，k＝1，…，L確定傳輸塊內各流旋轉角度，得到角度旋轉矩陣Θ，具體步驟為：

S11、取碼本第m列得到角度矩陣

S12、根據功率最小化原則選取最優碼本：

則最優碼本對應的角度旋轉矩陣為Θ＝T_m；

S2、將角度旋轉矩陣與ZF預編碼矩陣結合，得到等效預編碼矩陣W_GP＝WΘ；

S3、每次在L長傳輸塊內，根據W_GP和數據符號矢量s[k]進行單個符號的符號級預編碼，依次對塊內k＝1，…，L的所有符號執行，最終得到塊內的所有發送矢量x[k]，k＝1，…，L，發送時以進行功率歸一化，即執行單個符號的符號級預編碼的步驟具體如下：

S31、若調制模式為PSK調制，跳轉至步驟S32，若調制模式為QAM調制，則跳轉至步驟S34；

S32、引入對角矩陣B，其對角線為單個數據符號矢量s的元素，同時引入恒幅矢量則s等效表示為

重新定義優化的擾動矢量要求的元素為非負值，此時預編碼后的發送矢量和優化問題分別表示為

引入臨時矩陣A＝W_GPB和臨時矢量將上述優化問題寫成

然后將所有參數轉化到實數域，將復向量拆為實部和虛部，構成新的向量，最終得到NNLS問題的形式

其中Re(·)，Im(·)分別表示取實部和虛部；

S33、應用fast-NNLS算法求解NNLS問題，得到最優解為則最終針對單個符號的符號級預編碼優化后的發送符號矢量為式結束本次單個符號的符號級預編碼；

S34、引入置換矩陣P，將內外層星座點分離開，再對外層星座點進行單個符號的符號級預編碼，之后利用P^TP＝I的性質還原星座點順序；分別對預編碼矩陣和單個數據符號矢量執行實虛部分離，并初始化擾動，即

S35、執行內外層星座點分離，獲取置換矩陣P；定義集合和分別包含外層、內層星座點的實部或虛部，即則包含了所有元素；

功率歸一化后的M-QAM調制，其最外層邊界的絕對值為

根據O對的元素進行分類，得到坐標指示向量分別代表外層、內層星座點的實部或虛部在中的坐標，其中，card{·}表示集合的基數，即集合內元素個數；將坐標指示向量拼接組合為

得到坐標后轉化為對應的位置向量，其第li個元素為1，其余為0

則置換矩陣P由這些位置向量表示為

利用P將外層、內層星座點的實部或虛部分開得到分離后的向量即同時由于P是正交矩陣，反過來也可以恢復到原來的順序，即

S36、符號歸至第一象限，對外層優化：

定義伴隨符號矢量表示內各元素正負，定義伴隨符號矩陣B，其對角線為b的元素；顯然將所有元素旋轉到第一象限，然后又能變回到原象限，利用這個性質，首先將實虛部分離后第一象限的預編碼矩陣表示為令第一象限的初始擾動

由于只能對最外層星座點優化，因此需要重新排序，再取出最外層對應的符號的實虛部和預編碼矩陣排序操作為和取值為的前行，為的前列；最后執行優化，為了將優化問題表示為標準的NNLS形式，引入臨時矢量最終寫為

S37、恢復原序，添加擾動：令為的前行，其余行的元素不變仍為0，再恢復順序，即此時得到的擾動便匹配上了的順序，則將最優解表示為再將實虛部合并，得到發送矢量內的單個元素為最終完整的發送矢量為結束本次單符號的符號級預編碼。