專利名稱：：實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)mimo-scfde系統(tǒng)低反饋速率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及多天線寬帶無(wú)線通信傳輸方法，屬于寬帶無(wú)線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：隨著科技的飛速發(fā)展，通信技術(shù)對(duì)人民的日常生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響日益舉足輕重。特別是寬帶無(wú)線通信技術(shù)，如正交頻分復(fù)用(以下簡(jiǎn)稱OF匿OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)禾口多輸入多輸出(以下簡(jiǎn)稱MMO:Multiple-inputMultiple-output)受到廣泛關(guān)注，而且二者的結(jié)合MMO-OFDM成為未來(lái)寬帶無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)。MIMO利用不同天線之間信道的不相關(guān)特性，獲得高信道容量，從而提高頻譜利用率和可靠性?；诜謮K傳輸?shù)腛FDM，可以有效地對(duì)抗多徑衰落，因?yàn)樽虞d波頻譜主瓣重疊，具有較高的頻譜效率；循環(huán)前綴(以下簡(jiǎn)稱CP:CyclicPrefix)可以很好的吸收幀間干擾；并且可以采取簡(jiǎn)單的頻域均衡方法來(lái)消除由于時(shí)延擴(kuò)展引入的信道干擾；調(diào)制過(guò)程可以用快速傅立葉逆變換(以下簡(jiǎn)稱IFFT:InverseFastFourierTransform)完成，解調(diào)過(guò)程可以用快速傅立葉變換(以下簡(jiǎn)稱FFT:FastFourierTransform))完成。單載波頻域均衡(以下簡(jiǎn)稱SCFDE:SingleCarrierwithFrequencyDomainEqualization)，類似于OFDM的分塊傳輸技術(shù)，雖然同樣能夠有效的對(duì)抗多徑衰落而且沒(méi)有OFDM發(fā)端的高峰均功率比(PAPR，Peak-to-averagePowerRatio)，但是受關(guān)注程度遠(yuǎn)不及OFDM。移動(dòng)MMO寬帶無(wú)線信道面臨的主要問(wèn)題是時(shí)、頻、空選擇性。利用信道狀態(tài)信息(以下簡(jiǎn)稱CSI:ChannelStateInformation)的自適應(yīng)技術(shù)可以有效地對(duì)抗時(shí)、頻、空選擇性，從而更可靠更有效地進(jìn)行通信。對(duì)于頻率選擇性衰落的MMO信道，現(xiàn)有的自適應(yīng)MM0-0F匿，無(wú)論是自適應(yīng)調(diào)制或是功率分配，還是有效對(duì)抗缺秩MMO信道的預(yù)編碼技術(shù)，通常都需要大量的CSI反饋信息供發(fā)端選擇發(fā)送策略，特別是在移動(dòng)條件下，大量的反饋信息需要頻繁地回傳，給整個(gè)通信系統(tǒng)帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的效率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有自適應(yīng)MM0-0F匿技術(shù)存在的回傳信息量大的問(wèn)題，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)MIMO-SCFDE系統(tǒng)低反饋速率的方法。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)MIMO-SCFDE系統(tǒng)低反饋速率的方法，包括以下步驟(1)對(duì)于NTXNj勺自適應(yīng)MMO系統(tǒng)，NT表示發(fā)射天線數(shù)，^表示接收天線數(shù)，收端根據(jù)信道狀態(tài)信息、系統(tǒng)的非理想因素(非理想因素包括同步誤差、信道估計(jì)誤差及器件的非線性特性等)造成的性能損失、所采用的調(diào)制方式及所要求的系統(tǒng)誤比特性能，從全部的N個(gè)頻域子信道中選擇出可用的Ms個(gè)子信道并且確定信道矩陣的最佳秩S，只有可用頻域子信道上傳輸信息符號(hào)，而其他頻域子信道為禁用子信道不傳輸信息符號(hào)，然后生成子信道標(biāo)識(shí)信息及信道秩信息，并將該子信道標(biāo)識(shí)信息及信道秩信息經(jīng)由反饋信道發(fā)送給發(fā)端；(2)發(fā)端根據(jù)所采用的調(diào)制方式和子信道標(biāo)識(shí)信息及信道秩信息，形成S個(gè)原始的等效時(shí)域數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過(guò)Ms點(diǎn)FFT(快速傅立葉變換)，將原始數(shù)據(jù)幀的等效時(shí)域符號(hào)變換成等效頻域符號(hào)，然后根據(jù)子信道標(biāo)記信息及信道秩信息和收發(fā)雙方約定的頻域子信道映射矩陣將該等效頻域符號(hào)預(yù)編碼后映射到Ms個(gè)可用頻域子信道上，生成NT個(gè)N維頻域向量，再利用N點(diǎn)IFFT(快速傅立葉逆變換)變回到時(shí)域，串并變換加CP后同時(shí)被NT個(gè)發(fā)射天線發(fā)送出去；(3)收端將^個(gè)接收天線接收到的數(shù)據(jù)幀去CP后，利用FFT變換到頻域，根據(jù)子信道標(biāo)識(shí)信息和頻域子信道逆映射矩陣選出Ms個(gè)可用頻域子信道到上傳輸?shù)男盘?hào)，然后根據(jù)信道秩信息和信道狀態(tài)信息生成均衡矩陣進(jìn)行均衡，變換回等效時(shí)域后判決出發(fā)送信息。為了便于更好的理解，對(duì)本發(fā)明中所用的符號(hào)進(jìn)行部分說(shuō)明。小寫字母表示時(shí)域和等效時(shí)域符號(hào)，大寫字母表示頻域及等效頻域符號(hào)；對(duì)于小寫字母(即時(shí)域和等效時(shí)域符號(hào))的上標(biāo)表示第n時(shí)刻或第m個(gè)等效時(shí)刻，n=O，l，…，N-l，m二0，1，，Ms_l;大寫字母(即頻域及等效頻域符號(hào))的上標(biāo)表示第k個(gè)頻域子信道或第q個(gè)等效頻域子信道，k二O，l，…，N-l，q二0，1，…，Ms-l;下標(biāo)中的大寫字母Ms表示該向量是等效時(shí)域或等效頻域的符號(hào)，N表示該向量是時(shí)域或頻域的符號(hào)；下標(biāo)中的小寫字母l、i分別表示第1根接收天線與第i根發(fā)射天線，如果1和i同時(shí)出現(xiàn)，1在前，i在后，表示由第i個(gè)發(fā)射天線到第l個(gè)接收天線，i=1，2，…Nt，1=1，2…，^，下標(biāo)d表示發(fā)端預(yù)編碼前或收端均衡后的第d個(gè)數(shù)據(jù)流，d=1，2，…，S。在發(fā)端，;^，r(《，wl^,…,x:—jf表示Ms維原始等效時(shí)域數(shù)據(jù)幀，對(duì)應(yīng)的原始等效頻域數(shù)據(jù)幀X^,(《"，《^,…,義^—』f=FMsQxMs,d為^s,d的Ms點(diǎn)FFT，其中￡(xMs,dD^s,d)=《、，。x2為信息符號(hào)的平均功率，d=1，2，…，S;因?yàn)樾诺谰仃嚨淖罴阎葹镾，所以只傳輸S路獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，^^,c/對(duì)應(yīng)于第d個(gè)數(shù)據(jù)流?！?(《,1^^,2，''',《，^和乂^=(1^,1,^^2,''',^^分別為在第1個(gè)等效時(shí)刻上傳輸?shù)脑嫉刃r(shí)域符號(hào)和第q個(gè)等效頻域子信道上傳輸?shù)脑嫉刃ьl域符號(hào)，m二O，l，，Ms-1，q=O，l，，Ms-1;根據(jù)信道秩信息生成NtXS的預(yù)編碼矩陣Q;在第q個(gè)等效頻域子信道上，利用矩陣跟向量相乘運(yùn)算預(yù)編碼將X^變換為0[5^=乂《=(1《,1，義《,2，'",義《^/;然后根據(jù)頻域子信道標(biāo)識(shí)信息生成^15維的頻域子信道映射矩陣P，并將XC&,,=^"《,1，^^,2，'''，^￡—。7映射成第i根發(fā)射天線待發(fā)送的頻域數(shù)據(jù)幀Xw，,.=(《,.，4',".，《，=P^cU4s,2,".,Zdf-p^Mw，變換回時(shí)域?yàn)榈趇根發(fā)射天線待發(fā)送的時(shí)域數(shù)據(jù)幀x^=(《,,,x^,…,^^f:F-DX^，i=1，2，…，NpXXZ^，^,2，…，《,w/為第k個(gè)頻域子信道上的待發(fā)送符號(hào)向量。Hl,ik為第i根發(fā)射天線與第1根接收天線間的第k個(gè)頻域子信道增益；Ak為第k個(gè)頻域子信道的信道矩陣，其中第l行第i列元素為Huk，i=1，2，…，Nt，1二1，2，…，N^，k二0，1，…，N-l。在接收端去CP后，第l根接收天線接收到iv,,，，《—y:^,+Mv,,，1=1，2…，NK，其中jv,-Oi,，《/，…，《f為有用信號(hào)部分，對(duì)應(yīng)的頻域形式為Yw,,—",,,^,-",^^=fw[]jv,，^^(wK,,-,^;1/為接收噪聲向量，E(Hy,04,H《Iw，其中o/為噪聲方差。第n個(gè)抽樣時(shí)刻各個(gè)接收天線接收到的信號(hào)中的有用信號(hào)部分和噪聲部分分別為力-o^p^y^U7^,;;—w^m^,"'^;^/，n=0，1，，N-l;第k個(gè)頻域子信道上，信號(hào)分量為Y^二(3^,《2,…,《w/=^DC，其中XXX;^，2,…,《,w/，噪聲分量為WX《j,《,2,…,《w/，k二0，1，…，N-1;根據(jù)子信道標(biāo)識(shí)信息，選擇出可用頻域子信道上傳輸?shù)姆?hào)A^[]QCKk+W》=^>nx^+W》，其中^-A、DQ，W》—『^，《;2,…,《:w/，其中kqg{0，1，…，N-ll為可用頻域子信道的標(biāo)號(hào)，q=O，l，…，Ms-1;對(duì)Ms個(gè)可用頻域子信道上的受噪聲污染的信號(hào)進(jìn)行ZF均衡，相當(dāng)于V,的M-P逆G、=(A、)t分別左乘Y》=A、DX^和W》，得到G、a^-c^^^Qx^=X^,V^^rU二,2,…，^,s)-G、DW》；MS點(diǎn)IFFT后得到乂'和,^(《盧v]^，…,v;Sf，d=1，2，…，S;均衡后第m個(gè)等效時(shí)刻的噪聲分量為v:s=2,".，《s,s)r，m=O，l，…，Ms-l。對(duì)于使用ZF均衡的自適應(yīng)MMIO-SCFDE系統(tǒng)，第n個(gè)抽樣時(shí)刻的時(shí)域均衡前信噪比SNRpren如下仏一irvll"ll2、^5>(^0^f)雄；D2而且可以計(jì)算得到第m個(gè)等效時(shí)刻的等效時(shí)域均衡后信噪比SNRp。stm，如下纖；□Ms《=o事實(shí)上，時(shí)域均衡前信噪比為均衡前幀內(nèi)第n個(gè)抽樣時(shí)刻的信噪比，等效時(shí)域均衡后信噪比可理解為均衡后幀內(nèi)第m個(gè)等效時(shí)刻的判決信噪比。根據(jù)等效時(shí)域均衡后信噪比，低反饋速率的自適應(yīng)MIMO-SCFDE可以看成平均符號(hào)功率為ox2的Ms路數(shù)據(jù)流并行通2M廣l過(guò)具有相同噪聲方差為7^2;WG、a:G、f)的AWGN信道。當(dāng)調(diào)制方式確定后，在不考慮非理想因素情況下低反饋速率的自適應(yīng)MMO-SCFDE的誤比特性能就可以利用已有的AWGN下的誤比特計(jì)算公式來(lái)得到，除此之外還需要Eb/NO與信噪比的轉(zhuǎn)換，例如采用2PSK調(diào)制，則預(yù)編碼自適應(yīng)MMIO-SCFDE系統(tǒng)的誤比特率為《-^^DSTVi^,。上述本發(fā)明的步驟中第(1)步的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下收發(fā)雙方建立通信后，收端根據(jù)約定的信道估計(jì)方式獲取當(dāng)前信道的信道狀態(tài)信息，其中信道狀態(tài)信息為所有頻域子信道的信道矩陣，其中各個(gè)頻域子信道上的信道矩陣為Ak，k=0，1，…，N-1;信道矩陣的最佳秩的確定及可用頻域子信道選擇的準(zhǔn)則為，當(dāng)采用某種調(diào)制方式并且考慮系統(tǒng)的非理想因素造成的性能損失，在系統(tǒng)所要求的誤比特性能下傳送盡可能多的信息符號(hào)，即盡量讓信道矩陣的最佳秩與該秩下所選的可用頻域子信道數(shù)7的乘積MsXS或頻譜效率7-l^:最大；信道矩陣的最佳秩S及可用頻域子信道k,G{0，1，…，N-1)的選擇如下So"在滿足《fw^^^")"下，最大化MsXS，其中MS為可用子信道數(shù)，MsG{0，1，…，NhSG{1，2，"'，^}，9=0，1，…，Ms_l，ox2為信息符號(hào)的平均功率，0/為噪聲方差，SNR^為采用某種調(diào)制方式并考慮系統(tǒng)非理想因素后所要求的系統(tǒng)誤比特性能所對(duì)應(yīng)的等效時(shí)域均衡后信噪比；確定信道矩陣的最佳秩S及選出Ms個(gè)可用頻域子信道后，生成頻域子信道標(biāo)識(shí)信息，D二(D(k)，k二0，l…，N-lh其中D(ig=l表示第k,個(gè)子信道為可用子信道，k,G{0，1，…，N-lhq二0，1，…，Ms-l，D(k)二O表示第k個(gè)子信道為不可用子信道，k半k"當(dāng)收發(fā)雙方通信前約定好預(yù)編碼矩陣的列選擇時(shí)，比如前S列，還需要生成log2(NT)比特的信道秩信息B，比如當(dāng)NT=4時(shí)B={00，01，10，11}依次標(biāo)識(shí)選定的信道矩陣的最佳秩為1、2、3、4，否則除了反饋回信道的最佳秩信息外還需要額外的反饋信息標(biāo)識(shí)S列的選擇；然后將該子信道標(biāo)識(shí)信息及信道秩信息反饋回發(fā)端。所述本發(fā)明的步驟中第(2)步的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下發(fā)端根據(jù)所采用的調(diào)制方式進(jìn)行符號(hào)映射，形成待傳輸?shù)腟幀Ms個(gè)等效時(shí)域符號(hào)=(4,《,..，xU，d=1，2，…，S，經(jīng)過(guò)Ms點(diǎn)FFT，得到X^,(^^,X]^，…，X^,—jf=FMxDx:Ms，rf;發(fā)端根據(jù)反饋得到的子信道標(biāo)記信息D={D(k)，k=0，1，N-1}及信道秩信息B，生成頻域子信道映射矩陣P及預(yù)編碼矩陣Q，其中PfCP=IMs，且P中的元素僅(kq+l，q+1)為1而該列的其它元素為0，kq表示第kq個(gè)可用頻域子信道，k,G{0，1，，N-l}，q=0，l，…，Ms-l，預(yù)編碼矩陣Q為單位陣的S列，當(dāng)S列的選取在收發(fā)雙方在通信前約定好時(shí)，根據(jù)信道秩信息，生成Q，在第q個(gè)等效頻域子信道上，預(yù)編碼將原始等效頻域符號(hào)XL/變換為QDX^=X《=(1《,1,^《,2廣',義《鳥/，然后頻域子信道映射矩陣p，將x、,,-(x^^^^y^c^^^^^uMs個(gè)可用頻域子信道kq上，生成N維向量Xw，,=(《,，ZL,...，X")r-PDtX^^J^w^Xc^:/=PLKcMs,,，其中,其他X^=0，i=1，2，…Nt，對(duì)XN,i做N點(diǎn)IFFT得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>加CP后進(jìn)行D/A變換再進(jìn)行載波調(diào)制由各個(gè)發(fā)射天線同時(shí)發(fā)送出去。需要注意的是，如果將該系統(tǒng)中的預(yù)編碼與頻域子信道映射交換位置，即先進(jìn)行頻域子信道映射再預(yù)編碼，系統(tǒng)性能不變。而且無(wú)論預(yù)編碼與頻域子信道映射誰(shuí)在前誰(shuí)在后，因?yàn)轭A(yù)編碼矩陣為單位陣的某幾列，所以這時(shí)的預(yù)編碼可以看作是進(jìn)行天線選擇。所述本發(fā)明的步驟中第(3)步的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下收端將NK個(gè)接收天線接收到的數(shù)據(jù)幀去CP后，利用FFT變換到頻域，根據(jù)子信道標(biāo)識(shí)信息和頻域子信道逆映射矩陣選出Ms個(gè)可用頻域子信道到上傳輸?shù)男盘?hào)，然后根據(jù)信道秩信息和信道狀態(tài)信息生成均衡矩陣進(jìn)行均衡，變換回等效時(shí)域后判決出發(fā)送信息；由于CP的作用，在離散時(shí)域上，信號(hào)與信道脈沖響應(yīng)的線性巻積可以轉(zhuǎn)換成離散頻域上的乘積，因此在第k個(gè)頻域子信道上，=A4[]^=A，J^，J^，2,'f，且當(dāng)k二k,時(shí)，X》-QCX^,否則XNk不攜帶信息，k,G{0，1，...，N-l}，q=0，l，...，Ms-l，k=0，1，…，N-l;在接收端去0后，第1根接收天線接收到有用信號(hào)部分,,=(《,,;^,"'，:^1/和接收噪聲向量>*V,…,w^Y，做N點(diǎn)FFT得到頻域形式分別為Yw,,^Ci,…，^一y=FwqVw,，Ww,y-FwQiV,;然后，收端先根據(jù)子信道標(biāo)識(shí)信息生成可用頻域子信道逆映射矩陣PT，利用頻域子信道逆映射矩陣PT，選出在可用子信道上傳輸?shù)姆?hào)P^Y^+Ww)-(^,I^,…,]^-'f…,《yf，i=i，2...，Nk，即只保留在第k,個(gè)子信道上傳輸?shù)姆?hào)A、nQnx^+w》=A~nxLs+w》，kqG{0，1，，N-l}，q=0，1，，Ms-1;利用估計(jì)得到的Ak和根據(jù)信道秩信息得到的預(yù)編碼矩陣Q，對(duì)選出來(lái)的符號(hào)進(jìn)行均衡(本發(fā)明中采用ZF均衡和匪SE均衡兩種方式)，在第kq個(gè)可用子信道上，均衡后的信號(hào)為5^二Eq、A、X》+W》hEq、A、QCP^+W》hEq、^X^+W》)，kqe{0，1，…，N-l}，q=O，l，…，Ms-l，其中Eq、為均衡矩陣，當(dāng)采用ZF均衡時(shí)，Eq、=(^)\當(dāng)采用最小均方誤差均衡(以下簡(jiǎn)稱匪SE均衡MinimumMeanSquareErrorequalization)時(shí)，Eq、=^(^)"0^^+￡7^>Q^5f)"，將均衡后的等效頻域符號(hào)進(jìn)行Ms點(diǎn)IFFT后得到第d個(gè)數(shù)據(jù)流的估計(jì)^一=(《,《,...，々，=^改^=FMsa^》,rf,^,d,..，j^f'f，進(jìn)行判決，d=1，2，…，S。需要注意的是匪SE均衡用于本發(fā)明的自適應(yīng)MMO-SCFDE自適應(yīng)系統(tǒng)，誤比特性能一般優(yōu)于采用ZF均衡，但計(jì)算量會(huì)增加。本發(fā)明通過(guò)選擇均衡放大噪聲小的頻域子信道傳輸信息使得誤比特性能不會(huì)過(guò)度惡化；當(dāng)采用迫零均衡時(shí)系統(tǒng)BER(BitErrorRate,BER，誤比特率)具有簡(jiǎn)單可控性；同時(shí)本發(fā)明采用一種簡(jiǎn)單預(yù)編碼矩陣來(lái)對(duì)抗信道的缺秩，而且頻譜利用率通常會(huì)高于不采用預(yù)編碼的自適應(yīng)MIMO-SCFDE系統(tǒng)，具有低反饋速率。圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的自適應(yīng)MMO-SCFDE系統(tǒng)框圖。圖2給出了采用本發(fā)明方法的自適應(yīng)MM0-SCFDE系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的誤比特曲線比較圖。圖中1、信源模塊，2、比特映射模塊，3、FFT模塊(Ms點(diǎn))，4、預(yù)編碼模塊，5、可用頻域子信道映射模塊，6、IFFT模塊(N點(diǎn))，7、加循環(huán)前綴(CP)模塊，8、D/A模塊，9、中頻及射頻調(diào)制模塊，10、信道，11、射頻及中頻解調(diào)模塊，12、A/D模塊，13、去CP模塊，14、FFT模塊(N點(diǎn))，15、可用頻域子信道逆映射模塊，16、均衡模塊，17、IFFT模塊(Ms點(diǎn))，18、判決及符號(hào)逆映射模塊，19、信道估計(jì)，20、可用頻域子信道與預(yù)編碼矩陣秩選擇及子信道標(biāo)識(shí)信息9與信道秩信息生成模塊，21、同步模塊。具體實(shí)施例方式實(shí)施例給出的是基帶仿真結(jié)果，不考慮同步誤差的影B向，即同步為理想同步。且信道估計(jì)為理想的，即不考慮信道估計(jì)誤差。圖l給出了使用本發(fā)明所提出方法的自適應(yīng)MM0-SCFDE系統(tǒng)框圖，其中各模塊作用如下信源模塊1:產(chǎn)生要傳輸?shù)谋忍匦畔?。比特映射模塊2:調(diào)制方式選擇QAM或者PSK時(shí)，將比特信息映射到星座圖對(duì)應(yīng)點(diǎn)上，在本實(shí)施例中，采用了QPSK調(diào)制。FFT模塊(Ms點(diǎn))3:將原始等效時(shí)域數(shù)據(jù)幀變換到等效頻域。預(yù)編碼模塊4:根據(jù)反饋信道發(fā)送回來(lái)的可用頻域子信道與預(yù)編碼矩陣秩選擇及子信道標(biāo)識(shí)信息與信道秩信息生成模塊20的信道秩信息生成預(yù)編碼矩陣，并對(duì)原始等效頻域信息符號(hào)進(jìn)行進(jìn)行預(yù)編碼。在本實(shí)施例中，收發(fā)雙方實(shí)現(xiàn)約定好預(yù)編碼矩陣的列選取方式為前幾列，即根據(jù)信道秩信息得到信道的最佳秩為S，預(yù)編碼矩陣為Q=C，l:?？捎妙l域子信道映射模塊5:根據(jù)接收端通過(guò)反饋信道發(fā)送回來(lái)的可用頻域子信道與預(yù)編碼矩陣秩選擇及子信道標(biāo)識(shí)信息與信道秩信息生成模塊20的子信道標(biāo)識(shí)信息，生成頻域子信道映射矩陣并將原始等效頻域符號(hào)映射到可用頻域子信道上，而禁用頻域子信道不傳輸信息符號(hào)，生成N維的頻域向量。此模塊需要按照本發(fā)明介紹的方法編程，由通用數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，收發(fā)雙方實(shí)現(xiàn)約定好頻域子信道映射矩陣為滿足PTCP二、且P中的元素僅(kq+l，q+1)為1而該列其它元素為0的階梯形矩陣。IFFT模塊(N點(diǎn))6:將可用頻域子信道映射后得到的頻域信號(hào)變換到時(shí)域。加CP模塊7:將得到的每幀數(shù)據(jù)加上循環(huán)前綴。D/A模塊8:將數(shù)字信號(hào)變換為模擬信號(hào)。中頻及射頻調(diào)制模塊9:信號(hào)調(diào)制到中頻上進(jìn)行中頻放大，再做射頻調(diào)制，最后將已調(diào)信號(hào)由天線發(fā)射。信道10:傳輸信號(hào)的頻域選擇性MMO信道。同步模塊21:通過(guò)參數(shù)估計(jì)(例如盲估計(jì)和基于輔助數(shù)據(jù)的估計(jì))的辦法得到系統(tǒng)需要的各種同步數(shù)據(jù)。同步模塊將頻率同步數(shù)據(jù)送給射頻及中頻解調(diào)模塊ll;將抽樣率同步數(shù)據(jù)送給A/D模塊12;將定時(shí)同步數(shù)據(jù)送給去CP模塊13。在本實(shí)施例，假設(shè)為同步理想。射頻及中頻解調(diào)模塊11:將接收天線接收下來(lái)信號(hào)的頻譜從射頻或者中頻上搬移到低頻。在解調(diào)之前需要用頻率同步數(shù)據(jù)糾正信號(hào)傳輸過(guò)程中引起的頻偏。A/D模塊12:將解調(diào)后模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)。A/D變換需要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，提供時(shí)鐘信號(hào)的晶振需要跟發(fā)射機(jī)D/A模塊的晶振頻率相同，否則就會(huì)導(dǎo)致抽樣率誤差。因此在A/D變換之前要進(jìn)行抽樣率同步。去CP模塊13:將循環(huán)前綴去掉。這時(shí)就存在判斷一幀數(shù)據(jù)從哪開始的問(wèn)題，則去CP之前需要做定時(shí)同步。FFT模塊(N點(diǎn))14:將去掉CP的時(shí)域信號(hào)變換到頻域。信道估計(jì)模塊19:跟同步類似，也需要通過(guò)參數(shù)估計(jì)來(lái)得到CSI，常用的一般是盲信道估計(jì)和基于輔助數(shù)據(jù)的信道估計(jì)。在本實(shí)施例，假設(shè)估計(jì)精確。可用頻域子信道與預(yù)編碼矩陣秩選擇及子信道標(biāo)識(shí)信息與信道秩信息生成模塊20利用估計(jì)出的CSI信息，確定預(yù)編碼矩陣的秩及可用頻域子信道，并將生成的子信道標(biāo)識(shí)信息傳送給可用頻域子信道映射模塊5和可用頻域子信道逆映射模塊15，將信道秩信息傳送給預(yù)編碼模塊4和均衡模塊16。同時(shí)將估計(jì)得CSI送給均衡模塊16?？捎妙l域子信道逆映射模塊15:根據(jù)可用頻域子信道與預(yù)編碼矩陣秩選擇及子信道標(biāo)識(shí)信息與信道秩信息生成模塊20送來(lái)的子信道標(biāo)識(shí)信息，選出接收信號(hào)中由Ms個(gè)可用頻域子信道攜帶的等效頻域信號(hào)。此模塊需要按照本發(fā)明介紹的方法編程，由通用數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)。均衡模塊16:用信道估計(jì)模塊19送來(lái)的CSI及可用頻域子信道與預(yù)編碼矩陣秩選擇及子信道標(biāo)識(shí)信息與信道秩信息生成模塊20送來(lái)的信道秩信息，生成均衡矩陣進(jìn)行均衡。本實(shí)施例采用了ZF均衡和匪SE均衡。IFFT模塊(Ms點(diǎn))17:將均衡后的等效頻域符號(hào)變換到等效時(shí)域。判決及符號(hào)逆映射模塊18:判決出發(fā)送符號(hào)，并將其逆映射成比特信息?？捎妙l域子信道與預(yù)編碼矩陣秩選擇及子信道標(biāo)識(shí)信息與信道秩信息生成模塊20:根據(jù)信道估計(jì)模塊19得到的估計(jì)CSI，考慮系統(tǒng)的非理想因素帶來(lái)的性能損失及系統(tǒng)所要求的誤比特性能，進(jìn)行預(yù)編碼矩陣的秩選擇及可用頻域子信道選擇，同時(shí)生成子信道標(biāo)識(shí)信息與信道秩信息，供預(yù)編碼模塊4進(jìn)行預(yù)編碼及均衡模塊16進(jìn)行均衡，此外可用頻域子信道映射模塊5和可用頻域子信道逆映射模塊15利用子信道標(biāo)識(shí)信息分別映射和選擇出等效頻域信息符號(hào)。此模塊需要按照本發(fā)明介紹的方法編程，由通用數(shù)字信號(hào)處理芯片實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，假設(shè)系統(tǒng)的非理想因素未帶來(lái)性能損失。該實(shí)施例仿真參數(shù)仿真環(huán)境MATLABR2007a子信道總數(shù)N=256CP長(zhǎng)度64調(diào)制方式QPSK抽樣率IOMbps仿真所選的平均接收信噪比范圍SNR=314.4(dB)仿真信道環(huán)境分別采用4X4SUI-4信道，不過(guò)本實(shí)施例中的SUI-4信道并沒(méi)有考慮多普勒頻偏及天線相關(guān)性。(可參考D.S.Baum，"Si咖latingtheSUIchannelmodels,，，IEEE802.16BroadWirelessAccessWorkingGroup,2001，(D.S.Baum，《仿真SUI信道模型》，IEEE802.16寬帶無(wú)線接入工作組，2001))仿真中沒(méi)有考慮同步誤差(包括載波同步誤差、抽樣率同步誤差和幀定時(shí)同步誤差)對(duì)系統(tǒng)的影響，即假設(shè)所有同步參數(shù)的誤差都為0;沒(méi)有考慮反向信道回傳子信道標(biāo)識(shí)信息及信道秩信息時(shí)的傳輸時(shí)延和傳輸誤碼的影響，即假設(shè)傳輸時(shí)延和誤碼都為0;沒(méi)有考慮其他非理想因素的影響(例如器件的非線性等)。仿真結(jié)果圖2給出了采用本發(fā)明方法的低反饋速率的自適應(yīng)MMO-SCFDE系統(tǒng)的誤比特曲線與一種限制回傳的基于內(nèi)插的多模式預(yù)編碼MIMO-OF匿系統(tǒng)(其中均勻分布的導(dǎo)頻6411個(gè)，量化預(yù)編碼矩陣的碼本空間含16個(gè)預(yù)編碼矩陣)和AWGN信道的誤比特能的比較。需要注意的是標(biāo)記為菱形的點(diǎn)線橫坐標(biāo)的SNR不再表示接收信噪比而是等效均衡后信噪比，這是為了方便與AWGN信道的BER進(jìn)行比較。可以看出當(dāng)使用ZF均衡時(shí)，該曲線基本吻合過(guò)相同噪聲方差的AWGN信道的誤比特曲線，從而驗(yàn)證了使用ZF均衡的誤比特性能簡(jiǎn)單可控性.當(dāng)使用匪SE均衡時(shí)，本發(fā)明提出的低反饋速率的自適應(yīng)MMO-SCFDE同樣適用，而且性能優(yōu)于使用ZF均衡。一種限制回傳的基于內(nèi)插的多模式預(yù)編碼MIMO-OF匿系統(tǒng)采用64個(gè)均勻分布的導(dǎo)頻和含16個(gè)預(yù)編碼矩陣量化預(yù)編碼矩陣碼本，而且對(duì)于4根發(fā)射天線的系統(tǒng)每個(gè)載波還需要2比特的預(yù)編碼模式選擇，因此回傳信息量為64X4+256X2=768比特，當(dāng)該系統(tǒng)具有與固定S=4時(shí)的自適應(yīng)MMO-SCFDE相同的平均發(fā)射功率和相同的比特速率時(shí)，在低信噪比下性能優(yōu)于自適應(yīng)MIMO-SCFDE，但高信噪比下性能差于自適應(yīng)MMO-SCFDE，而且自適應(yīng)MMO-SCFDE需要256+2=258比特的回傳信息量。(可參考N.K.Khaled，B.Mondal，G丄eus，RW.Heath，andF.Petre，"Interpolation-BasedMulti-ModePrecodingforMIMO-OFDMsystemwithLimitedFeedback,，，IEEETrans,onWirelessCommunications,vol.6，no.3，pp.1003—1013，Mar.2007(N.K.Khaled，B.Mondal，G.Leus，RW.Heath，andF.Petre，《基于內(nèi)插的有限回傳的MIM0-0FDM多模式預(yù)編碼》，IEEETrans,onWirelessCommunications，第六巻，第三號(hào)，1003-1013頁(yè)，2007年3月)。下表給出了4X4低反饋速率的自適應(yīng)MM0-SCFDE系統(tǒng)與其固定S=4時(shí)的頻譜效率的比較。其中該頻譜效率為SNRreq=SNRPM=10dB時(shí)固定平均發(fā)射功率及相同的系統(tǒng)要求的BER性能下1000次信道樣本得到的頻譜效率的平均值?？梢园l(fā)現(xiàn)自適應(yīng)選擇信道秩的頻譜效率有明顯提高，而且系統(tǒng)復(fù)雜度并沒(méi)有多大增加。因此本發(fā)明提出的預(yù)編碼矩陣可以簡(jiǎn)單有效得對(duì)抗MIM0信道的缺秩情況。4X4低反饋速率的自適應(yīng)MM0-SCFDE系統(tǒng)與其固定S=4時(shí)的頻譜效率的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>為避免混淆，本說(shuō)明書中所提到的一些名詞或符號(hào)做以下解釋1、頻域子信道MMO-SCFDE的頻域子信道概念，等同于MM0-0FDM中的子載波的概念。2、等效時(shí)域符號(hào)MS點(diǎn)FFT前及Ms點(diǎn)IFFT后的符號(hào)。3、等效頻域符號(hào)MS點(diǎn)FFT后及Ms點(diǎn)IFFT前的符號(hào)。4、時(shí)域信號(hào)N點(diǎn)FFT前及N點(diǎn)IFFT后的符號(hào)。5、頻域信號(hào)N點(diǎn)FFT后及N點(diǎn)IFFT前的符號(hào)。6、(q)t:矩陣的M-P逆。權(quán)利要求一種實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)MIMO-SCFDE系統(tǒng)低反饋速率的方法，其特征是，包括以下步驟(1)對(duì)于NT×NR的MIMO系統(tǒng)，NT表示發(fā)射天線數(shù)，NR表示接收天線數(shù)，收端根據(jù)信道狀態(tài)信息、系統(tǒng)的非理想因素造成的性能損失、所采用的調(diào)制方式及所要求的系統(tǒng)誤比特性能，從全部的N個(gè)頻域子信道中選擇出可用的MS個(gè)子信道并且確定信道矩陣的最佳秩S，只有可用頻域子信道上傳輸信息符號(hào)，而其他頻域子信道為禁用子信道不傳輸信息符號(hào)，然后生成子信道標(biāo)識(shí)信息及信道秩信息，并將該子信道標(biāo)識(shí)信息及信道秩信息經(jīng)由反饋信道發(fā)送給發(fā)端；(2)發(fā)端根據(jù)所采用的調(diào)制方式和子信道標(biāo)識(shí)信息及信道秩信息，形成S個(gè)原始的等效時(shí)域數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過(guò)MS點(diǎn)FFT，將原始數(shù)據(jù)幀的等效時(shí)域符號(hào)變換成等效頻域符號(hào)，然后根據(jù)子信道標(biāo)記信息及信道秩信息和收發(fā)雙方約定的頻域子信道映射矩陣將該等效頻域符號(hào)預(yù)編碼后映射到MS個(gè)可用頻域子信道上，生成NT個(gè)N維頻域向量，再利用N點(diǎn)IFFT變回到時(shí)域，串并變換加CP后同時(shí)被NT個(gè)發(fā)射天線發(fā)送出去；(3)收端將NR個(gè)接收天線接收到的數(shù)據(jù)幀去CP后，利用FFT變換到頻域，根據(jù)子信道標(biāo)識(shí)信息和頻域子信道逆映射矩陣選出MS個(gè)可用頻域子信道到上傳輸?shù)男盘?hào)，然后根據(jù)信道秩信息和信道狀態(tài)信息生成均衡矩陣進(jìn)行均衡，變換回等效時(shí)域后判決出發(fā)送信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)MIMO-SCFDE系統(tǒng)低反饋速率的方法，其特征是，所述第(1)步的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下收發(fā)雙方建立通信后，收端根據(jù)約定的信道估計(jì)方式獲取當(dāng)前信道的信道狀態(tài)信息，其中信道狀態(tài)信息為所有頻域子信道的信道矩陣，其中各個(gè)頻域子信道上的信道矩陣#，k=O，l，…，N-1;信道矩陣的最佳秩的確定及可用頻域子信道選擇的準(zhǔn)則為，當(dāng)采用某種調(diào)制方式并且考慮系統(tǒng)的非理想因素造成的性能損失，在系統(tǒng)所要求的誤比特性能下傳送盡可能多的信息符號(hào)，即盡量讓信道矩陣的最佳秩與該秩下所選的可用頻域子信道數(shù)的乘積MsXS或頻譜效率7-l^:最大；信道矩陣的最佳秩S及可用頻域子信道k,G{0，1，…，N-1}的選擇如下在滿足^1"I^(G、G"H)-呵下，最大化MsXS，其中Ms為可用子信道數(shù)，^=oMsG{0，1，…，NhSG{1，2，"'，^}，9=0，1，…，Ms_l，ox2為信息符號(hào)的平均功率，0/為噪聲方差，SNR^為采用某種調(diào)制方式并考慮系統(tǒng)非理想因素后所要求的系統(tǒng)誤比特性能所對(duì)應(yīng)的等效時(shí)域均衡后信噪比；確定信道矩陣的最佳秩S及選出Ms個(gè)可用頻域子信道后，生成頻域子信道標(biāo)識(shí)信息，D=(D(k)，k二0，l…，N-lh其中D(ig=l表示第k,個(gè)子信道為可用子信道，kqG{0，1，…，N-lhq二0，1，…，Ms-l，D(k)二O表示第k個(gè)子信道為不可用子信道，k半k"當(dāng)收發(fā)雙方通信前約定好預(yù)編碼矩陣的列選擇時(shí)，還需要生成log2(NT)比特的信道秩信息B，否則除了反饋回信道的最佳秩信息外還需要額外的反饋信息標(biāo)識(shí)S列的選擇；然后將該子信道標(biāo)識(shí)信息及信道秩信息反饋回發(fā)端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)MIMO-SCFDE系統(tǒng)低反饋速率的方法，其特征是，所述第本發(fā)明的步驟中第(2)步的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下發(fā)端根據(jù)所采用的調(diào)制方式進(jìn)行符號(hào)映射，形成待傳輸?shù)腟幀Ms個(gè)等效時(shí)域符號(hào)^^-(《,rf,《盧…，^^)、d二1，2，…，S，經(jīng)過(guò)Ms點(diǎn)FFT，得到原始等效頻域數(shù)據(jù)幀XMs，rf=(《s,rf，《s,",《￡—rf'f=FMsQ^,d;發(fā)端根據(jù)反饋得到的子信道標(biāo)記信息D={D(k)，k=0，1，N-1}及信道秩信息B，生成頻域子信道映射矩陣P及預(yù)編碼矩陣Q，其中P^P-I仏，且P中的元素僅(kq+l，q+1)為l而該列的其它元素為0，k,表示第k,個(gè)可用頻域子信道，k,G{0，1，，N-l}，q=0，l，…，Ms-l，預(yù)編碼矩陣Q為單位陣的S列，當(dāng)S列的選取在收發(fā)雙方在通信前約定好時(shí)，根據(jù)信道秩信息，生成Q，在第q個(gè)等效頻域子信道上，預(yù)編碼將原始等效頻域符號(hào)X^變換為QnX^=X《s二(Xc^"Z4一，…,Zc^,f，然后頻域子信道映射矩陣P，將XcMs，,.=(^4,,,X《,2,…，Z《if映射到Ms個(gè)可用頻域子信道k,上，生成N維向量，即第i根發(fā)射天線待發(fā)送的頻域數(shù)據(jù)幀x力=dU;,'，…，《71)71=PP^《"z《,2，…,義cHf=p[KCMs,,.'其中《,=，其他《,0，i=1，2，…NT，對(duì)Xw,i做N點(diǎn)IFFT得到第i根發(fā)射天線待發(fā)送的時(shí)域數(shù)據(jù)幀^-(^Kw^f-F^OXw,,"=1，2，…，NT，加CP后進(jìn)行D/A變換再進(jìn)行載波調(diào)制由各個(gè)發(fā)射天線同時(shí)發(fā)送出去。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)MIMO-SCFDE系統(tǒng)低反饋速率的方法，其特征是，所述第(3)步的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下由于CP的作用，在離散時(shí)域上，信號(hào)與信道脈沖響應(yīng)的線性巻積可以轉(zhuǎn)換成離散頻域上的乘積，因此在第k個(gè)頻域子信道上，信號(hào)分量為Y力=A404=A力X;《,2,…,Xj^f，且當(dāng)k=kq時(shí)，X》=QDX^，否則XNk不攜帶信息，kqG{0，1，，N-1}，q=0，1，…，Ms-l，k=0，1，…，N-1，其中X^—^^,J^,2，…,XU為在第q個(gè)等效頻域子信道上傳輸?shù)脑嫉刃ьl域符號(hào)，X^"XK，2，…,X;f為第k個(gè)頻域子信道上的待發(fā)送符號(hào)向量；在接收端去CP后，第l根接收天線接收到有用信號(hào)部分jv,—3^,《,，…，3^f和接收噪聲向量v^,…,M^f，做N點(diǎn)FFT得到頻域形式分別為Yw—《,，4,…,《「y-Fw口jv,和W"y=^0^,,;然后，收端先根據(jù)子信道標(biāo)識(shí)信息生成可用頻域子信道逆映射矩陣PT，利用頻域子信道逆映射矩陣PT，選出在可用子信道上傳輸?shù)姆?hào)？"0^,,+\^,,)=(^,"','.,《:^)"+(《)，《),...,《7-')"，[1=1，2…，Nk，即只保留在第k,個(gè)子信道上傳輸?shù)姆?hào)A、OQDX^+wi、^CX^+W》，kqG{0，l，…，N-l}，q=O，l，…，Ms-l;利用估計(jì)得到的Ak和根據(jù)信道秩信息得到的預(yù)編碼矩陣Q，對(duì)選出來(lái)的符號(hào)進(jìn)行均衡，在第k,個(gè)可用子信道上，均衡后的信號(hào)為^^Eq、A、X》+W》)二Eq、A、QCP^+W》hEqH^X^+W》)，kqG{0，l，…，N_l}，q=O，l，…，Ms_l，其中Eq、為均衡矩陣，當(dāng)采用ZF均衡時(shí)，Eq~=(A、)t，當(dāng)采用最小均方誤差均衡時(shí)，Eq、=o"(^fp^、廣，將均衡后的等效頻域符號(hào)進(jìn)行Ms點(diǎn)IFFT后得到估計(jì)第d個(gè)數(shù)據(jù)流的估計(jì)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>全文摘要本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)MIMO-SCFDE系統(tǒng)低反饋速率的方法，包括以下步驟(1)收端選擇出可用的子信道并且確定信道矩陣的最佳秩，只有可用頻域子信道上傳輸信息符號(hào)，然后生成子信道標(biāo)識(shí)信息及信道秩信息，經(jīng)由反饋信道發(fā)送給發(fā)端；(2)發(fā)端形成S個(gè)原始的等效時(shí)域數(shù)據(jù)幀，變換成等效頻域符號(hào)，將該等效頻域符號(hào)預(yù)編碼后映射到可用頻域子信道上，生成N維頻域向量，再發(fā)射天線發(fā)送出去；(3)收端選出個(gè)可用頻域子信道到上傳輸?shù)男盘?hào)，進(jìn)行均衡，變換回等效時(shí)域后判決出發(fā)送信息。本發(fā)明通過(guò)選擇均衡放大噪聲小的頻域子信道傳輸信息使得誤比特性能不會(huì)過(guò)度惡化；采用簡(jiǎn)單的預(yù)編碼矩陣來(lái)對(duì)抗MIMO信道的缺秩。文檔編號(hào)H04L1/02GK101719816SQ20091022978公開日2010年6月2日申請(qǐng)日期2009年11月6日優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日發(fā)明者杜巖,董雪申請(qǐng)人:山東大學(xué)