專利名稱：多輸入多輸出空間相關(guān)信道下的魯棒非線性收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種信號處理技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種多輸入多輸出空間相關(guān)信道下的魯棒非線性收發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)無線通信技術(shù)對信號的頻域、時域與碼域信息的研究已達到一個前所未有的高度，但仍無法滿足應(yīng)用的需求，需要擴展新的信號處理領(lǐng)域，而信號空間域的研究彌補了這一空白，通過研究天線分集技術(shù)與智能天線技術(shù)，發(fā)現(xiàn)利用多天線實現(xiàn)信號傳輸是可行的，隨著研究深入最終演進到的多輸入多輸出(MIMO)通信技術(shù)。MIMO技術(shù)作為未來一代寬帶無線通信系統(tǒng)的框架技術(shù)，是實現(xiàn)充分利用空間資源以及提高頻譜利用率的一個必然途徑，基于MIMO的無線通信理論和信號處理技術(shù)已顯示出巨大的潛力和發(fā)展前景。MIMO系統(tǒng)的通信會受到多用戶、多天線的干擾，從而造成共信道干擾(CCI)，因此在收發(fā)機兩端需要采用一些必要的信號處理技術(shù)，以消除噪聲和干擾。在發(fā)射端，通過基站端對發(fā)射機信號進行優(yōu)化設(shè)計處理，使每個移動臺在理論上能夠接收到不受其它用戶干擾的信號，實現(xiàn)空分多址(SDMA)，保證數(shù)據(jù)的可靠接收，這個信號處理過程稱為對發(fā)射信號預(yù)編碼。在接收端，接收機需要對接收到的來自各個發(fā)送天線的信號進行處理，區(qū)分出不同發(fā)送天線或者不同用戶的信號，這一過程就是接收均衡處理。在MIMO系統(tǒng)設(shè)計中，如果接收天線可以協(xié)作，那么將發(fā)射預(yù)編碼處理和接收均衡處理進行聯(lián)合設(shè)計，可以獲得較好的系統(tǒng)性能。按照信號處理過程中是否包含非線性處理，MIMO收發(fā)機可以分為線性收發(fā)機和非線性收發(fā)機兩大類。當(dāng)收發(fā)兩端已知信道狀態(tài)信息(CSI)時，對線性收發(fā)機的設(shè)計已進行了較多的研究，比如利用凸優(yōu)化理論將線性收發(fā)機設(shè)計納入統(tǒng)一框架下，能夠?qū)崿F(xiàn)最小化均方誤差(MSE)，最小化誤碼率(BER)和最大化信干噪比(SINR)。對于非線性接收機，存在兩種設(shè)計結(jié)構(gòu)，一種是非線性處理結(jié)構(gòu)在發(fā)射端，接收端是線性處理，這種結(jié)構(gòu)稱為基于 THP預(yù)編碼的非線性收發(fā)機。另一種結(jié)構(gòu)是發(fā)射端是線性處理，接收端是非線性處理結(jié)構(gòu)， 這種結(jié)構(gòu)稱為基于判決反饋(DFE)的非線性收發(fā)機。由于第二種結(jié)構(gòu)中接收端反饋會造成誤碼擴散，因此在相同的設(shè)計準(zhǔn)則下，第一種結(jié)構(gòu)的性能通常好于第二種結(jié)構(gòu)。目前已給出了統(tǒng)一框架下的THP收發(fā)機和DFE收發(fā)機的設(shè)計方法，能夠在已知CSI條件下，最小化MSE 和BER，最大化SINR。但是，在實際通信過程中，由于信道的快衰落，反饋信息延時，信道估計誤差等多種因素，系統(tǒng)只能獲得部分CSI或者帶有誤差的信息，在這種情況下，收發(fā)機的設(shè)計應(yīng)該考慮實際的信道情況，設(shè)計具有魯棒性能的方法。對于非理想CSI條件，當(dāng)信道建模為信道估計值和信道誤差值之和，并且不考慮收發(fā)相關(guān)性時，有文獻分別給出了最小化MSE的魯棒線性收發(fā)機設(shè)計和非線性THP收發(fā)機設(shè)計。如果考慮收發(fā)相關(guān)性，Xi ^iang首先提出了考慮接收相關(guān)的魯棒線性收發(fā)機算法(Z. Xi, D. P. Palomar, and B. Ottersten, Statistically robust design of linear MIMO transceivers, (^ftA^fiiiij^ft1Bt發(fā)機的統(tǒng)計魯棒設(shè)計)，IEEE Trans on Signal Processing, vol. 56，no. 8，2008)，進一步地，D. Minhua提出了考慮收發(fā)都相關(guān)的魯棒線性收(D. Minhua, Multiple-input multiple-out wireless system designs with imperfect channel knowledge,(非理想信道信息下的多輸入多輸出無線系統(tǒng)設(shè)計)，Ph.D. thesis, Queen，s Univ.，Kingston, Canada, 2008)。相對應(yīng)于線性收發(fā)機，考慮收發(fā)同時相關(guān)的非理想CSI條件下的魯棒非線性收發(fā)機的研究則較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種多輸入多輸出空間相關(guān)信道下的魯棒非線性收發(fā)裝置，能夠最小化收發(fā)信號的均方誤差，降低信道相關(guān)性對系統(tǒng)性能的影響，降低系統(tǒng)的誤碼率。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明提供一種多輸入多輸出空間相關(guān)信道下的魯棒非線性收發(fā)裝置，包括信道估計模塊、收發(fā)矩陣計算模塊、信號產(chǎn)生模塊、發(fā)射預(yù)編碼模塊、接收均衡模塊、信號解調(diào)模塊， 其中
所述信道估計模塊通過訓(xùn)練序列進行信道估計，并將信道估計信息傳輸?shù)绞瞻l(fā)矩陣計算模塊；
所述收發(fā)矩陣計算模塊根據(jù)信道估計值、以及預(yù)先假設(shè)的收發(fā)相關(guān)矩陣信息，計算出發(fā)射預(yù)編碼矩陣、發(fā)射反饋矩陣和接收均衡矩陣的值，并將發(fā)射預(yù)編碼矩陣和反饋矩陣計算值傳輸?shù)桨l(fā)射預(yù)編碼模塊，將接收均衡矩陣值傳輸?shù)浇邮站饽K；
所述信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生二進制信息源，并使用數(shù)字調(diào)制將信息源調(diào)制成數(shù)字信號，輸出給發(fā)射預(yù)編碼模塊；
所述發(fā)射預(yù)編碼模塊對數(shù)字調(diào)制信號進行處理，將預(yù)編碼矩陣左乘信號，經(jīng)過功率歸一化后輸出到信道；
所述接收均衡模塊接收信道傳輸后的信號，將均衡矩陣左乘接收信號，然后輸出到信號解調(diào)模塊。所述信號解調(diào)模塊從接收均衡模塊接收到輸出信號，對信號進行模操作并進行解調(diào)，得到接收解調(diào)信號并輸出。所述的收發(fā)矩陣計算模塊包括預(yù)編碼矩陣計算單元、反饋矩陣計算單元、接收均衡矩陣計算單元，其中
所述預(yù)編碼矩陣計算單元計算發(fā)射預(yù)編碼矩陣是一個迭代計算過程，首先初始化預(yù)編碼矩陣為單位矩陣，然后將預(yù)編碼矩陣、輔助計算矩陣、中間運算系數(shù)迭代計算直到算法收斂，即更新的預(yù)編碼矩陣與前次的預(yù)編碼矩陣差值的范數(shù)小于10_4時，迭代過程結(jié)束，然后根據(jù)等對角線分解算法計算出特定的酉矩陣右乘預(yù)編碼矩陣，得到最終的發(fā)射預(yù)編碼矩陣，并輸出到發(fā)射預(yù)編碼模塊；
所述反饋矩陣計算單元根據(jù)前述計算的預(yù)編碼矩陣，通過Cholesky分解計算等對角線下三角反饋處理矩陣，并輸出到發(fā)射預(yù)編碼模塊；
所述接收均衡矩陣計算單元根據(jù)前述計算的預(yù)編碼矩陣、反饋處理矩陣計算出接收均衡矩陣，并輸出到接收均衡模塊。
所述的信號產(chǎn)生模塊包括二進制信息源產(chǎn)生單元、數(shù)字調(diào)制信號產(chǎn)生單元，其中二進制信息源產(chǎn)生單元產(chǎn)生二進制信息源，并通過數(shù)字調(diào)制信號產(chǎn)生單元使用數(shù)字調(diào)制將信息源調(diào)制成數(shù)字信號，輸出給發(fā)射預(yù)編碼模塊。所述的發(fā)射預(yù)編碼模塊包括模操作單元、反饋預(yù)處理單元、預(yù)編碼處理單元，其中模操作單元與數(shù)字調(diào)制信號產(chǎn)生單元、反饋預(yù)處理單元、預(yù)編碼處理單元相連接并傳輸模操作信息，反饋預(yù)處理單元與模操作單元、預(yù)編碼處理單元、收發(fā)矩陣計算模塊相連接并連續(xù)串行傳輸反饋預(yù)處理信號，預(yù)編碼處理單元與模操作單元、反饋預(yù)處理單元、收發(fā)矩陣計算模塊相連接并傳輸預(yù)編碼處理信息。所述的信號解調(diào)模塊包括模操作單元、解調(diào)單元，其中模操作單元與接收均衡模塊、解調(diào)單元相連接并傳輸模操作信息，解調(diào)單元與模操作單元相連接并傳輸解調(diào)信息。本發(fā)明上述的裝置工作時具體步驟是
1.信道估計模塊通過訓(xùn)練序列進行信道估計，并將信道估計信息傳輸?shù)绞瞻l(fā)矩陣計算模塊。2.收發(fā)矩陣計算模塊根據(jù)信道估計值、以及預(yù)先假設(shè)的收發(fā)相關(guān)矩陣信息，計算出發(fā)射預(yù)編碼矩陣、發(fā)射反饋矩陣和接收均衡矩陣的值，并將發(fā)射預(yù)編碼矩陣和反饋矩陣計算值傳輸?shù)桨l(fā)射預(yù)編碼模塊，將接收均衡矩陣值傳輸?shù)浇邮站饽K。其中預(yù)編碼矩陣計算單元計算發(fā)射預(yù)編碼矩陣是一個迭代計算過程，首先初始化預(yù)編碼矩陣為單位矩陣， 然后將預(yù)編碼矩陣、輔助計算矩陣、中間運算系數(shù)迭代計算直到算法收斂，即更新的預(yù)編碼矩陣與前次的預(yù)編碼矩陣差值的范數(shù)小于10_4時，迭代過程結(jié)束，然后根據(jù)等對角線分解算法計算出特定的酉矩陣右乘預(yù)編碼矩陣，得到最終的發(fā)射預(yù)編碼矩陣，并輸出到發(fā)射預(yù)編碼模塊。發(fā)射反饋矩陣計算單元根據(jù)前述計算的預(yù)編碼矩陣，通過Cholesky分解計算等對角線下三角反饋處理矩陣，并輸出到發(fā)射預(yù)編碼模塊。接收均衡矩陣計算單元根據(jù)前述計算的預(yù)編碼矩陣、反饋處理矩陣計算出接收均衡矩陣，并輸出到接收均衡模塊。3.信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生二進制信息源，并使用數(shù)字調(diào)制將信息源調(diào)制成數(shù)字信號。4.步驟3產(chǎn)生的數(shù)字調(diào)制信號輸入到發(fā)射預(yù)編碼模塊進行處理，所傳輸?shù)男盘栂蛄康谝粋€值只做模操作，第二個值做模操作后反饋到反饋預(yù)處理單元，通過處理消除第一個值對第二個值的干擾，依此類推，依次消除前面所有的值對后一個值的干擾。所使用的反饋處理矩陣來自于步驟2的發(fā)射反饋矩陣計算值。5.將步驟4連續(xù)干擾消除后的信號輸入到預(yù)編碼處理單元，預(yù)編碼矩陣來自于步驟2的發(fā)射預(yù)編碼矩陣值，將預(yù)編碼矩陣左乘信號，經(jīng)過功率歸一化后輸出到信道。6.接收均衡模塊接收信道傳輸后的信號，均衡矩陣來自于步驟2的接收均衡矩陣值，將均衡矩陣左乘接收信號，然后輸出到解調(diào)模塊。7.解調(diào)模塊接收到步驟6的輸出信號，對信號進行模操作并進行解調(diào)，得到接收解調(diào)信號并輸出。本發(fā)明采用上述的技術(shù)方案后，通過計算機仿真表明，在誤碼率性能和均方誤差性能上均優(yōu)于魯棒的線性收發(fā)機，并且隨著收發(fā)相關(guān)系數(shù)的增加，魯棒性增強。


圖1為本發(fā)明裝置示意圖。
圖2為實施例誤碼率性能比較示意圖。圖3為實施例均方誤差性能比較示意圖中(a)為隨發(fā)射相關(guān)系數(shù)變化；(b)為隨接收相關(guān)系數(shù)變化。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括信道估計模塊、收發(fā)矩陣計算模塊、信號產(chǎn)生模塊、發(fā)射預(yù)編碼模塊、接收均衡模塊、信號解調(diào)模塊，其中信道估計模塊與收發(fā)矩陣計算模塊相連接并傳輸信道估計信息，收發(fā)矩陣計算模塊與信道估計模塊、發(fā)射預(yù)編碼模塊、接收均衡模塊相連接并傳輸收發(fā)矩陣信息，信號產(chǎn)生模塊與發(fā)射預(yù)編碼模塊相連接并傳輸數(shù)字調(diào)制信號，接收均衡模塊與信號解調(diào)模塊相連并傳輸接收均衡處理后的信號。其中
所述收發(fā)矩陣計算模塊根據(jù)信道估計值、以及預(yù)先假設(shè)的收發(fā)相關(guān)矩陣信息，計算出發(fā)射預(yù)編碼矩陣、發(fā)射反饋矩陣和接收均衡矩陣的值，并將發(fā)射預(yù)編碼矩陣和反饋矩陣計算值傳輸?shù)桨l(fā)射預(yù)編碼模塊，將接收均衡矩陣值傳輸?shù)浇邮站饽K；
所述信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生二進制信息源，并使用數(shù)字調(diào)制將信息源調(diào)制成數(shù)字信號，輸出給發(fā)射預(yù)編碼模塊；
所述發(fā)射預(yù)編碼模塊對數(shù)字調(diào)制信號進行處理，將預(yù)編碼矩陣左乘信號，經(jīng)過功率歸一化后輸出到信道；
所述接收均衡模塊接收信道傳輸后的信號，將均衡矩陣左乘接收信號，然后輸出到信號解調(diào)模塊。所述信號解調(diào)模塊從接收均衡模塊接收到輸出信號，對信號進行模操作并進行解調(diào)，得到接收解調(diào)信號并輸出。假設(shè)發(fā)射天線為_ Afi、接收天線為 <的MIMO通信系統(tǒng)。設(shè)噪聲為獨立同分布的零均值高斯白噪聲，協(xié)方差矩陣
權(quán)利要求
1.一種多輸入多輸出空間相關(guān)信道下的魯棒非線性收發(fā)裝置，其特征在于包括信道估計模塊、收發(fā)矩陣計算模塊、信號產(chǎn)生模塊、發(fā)射預(yù)編碼模塊、接收均衡模塊、信號解調(diào)模塊，其中所述信道估計模塊通過訓(xùn)練序列進行信道估計，并將信道估計信息傳輸?shù)绞瞻l(fā)矩陣計算模塊；所述收發(fā)矩陣計算模塊根據(jù)信道估計值、以及預(yù)先假設(shè)的收發(fā)相關(guān)矩陣信息，計算出發(fā)射預(yù)編碼矩陣、發(fā)射反饋矩陣和接收均衡矩陣的值，并將發(fā)射預(yù)編碼矩陣和反饋矩陣計算值傳輸?shù)桨l(fā)射預(yù)編碼模塊，將接收均衡矩陣值傳輸?shù)浇邮站饽K；所述信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生二進制信息源，并使用數(shù)字調(diào)制將信息源調(diào)制成數(shù)字信號，輸出給發(fā)射預(yù)編碼模塊；所述發(fā)射預(yù)編碼模塊對數(shù)字調(diào)制信號進行處理，將預(yù)編碼矩陣左乘信號，經(jīng)過功率歸一化后輸出到信道；所述接收均衡模塊接收信道傳輸后的信號，將均衡矩陣左乘接收信號，然后輸出到信號解調(diào)模塊；所述信號解調(diào)模塊從接收均衡模塊接收到輸出信號，對信號進行模操作并進行解調(diào)，得到接收解調(diào)信號并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出空間相關(guān)信道下的魯棒非線性收發(fā)裝置，其特征在于所述的收發(fā)矩陣計算模塊包括預(yù)編碼矩陣計算單元、反饋矩陣計算單元、接收均衡矩陣計算單元，其中所述預(yù)編碼矩陣計算單元計算發(fā)射預(yù)編碼矩陣是一個迭代計算過程，首先初始化預(yù)編碼矩陣為單位矩陣，然后將預(yù)編碼矩陣、輔助計算矩陣、中間運算系數(shù)迭代計算直到算法收斂，即更新的預(yù)編碼矩陣與前次的預(yù)編碼矩陣差值的范數(shù)小于10_4時，迭代過程結(jié)束，然后根據(jù)等對角線分解算法計算出特定的酉矩陣右乘預(yù)編碼矩陣，得到最終的發(fā)射預(yù)編碼矩陣，并輸出到發(fā)射預(yù)編碼模塊；所述反饋矩陣計算單元根據(jù)前述計算的預(yù)編碼矩陣，通過Cholesky分解計算等對角線下三角反饋處理矩陣，并輸出到發(fā)射預(yù)編碼模塊；所述接收均衡矩陣計算單元根據(jù)前述計算的預(yù)編碼矩陣、反饋處理矩陣計算出接收均衡矩陣，并輸出到接收均衡模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出空間相關(guān)信道下的魯棒非線性收發(fā)裝置，其特征在于所述的信號產(chǎn)生模塊包括二進制信息源產(chǎn)生單元、數(shù)字調(diào)制信號產(chǎn)生單元，其中二進制信息源產(chǎn)生單元產(chǎn)生二進制信息源，并通過數(shù)字調(diào)制信號產(chǎn)生單元使用數(shù)字調(diào)制將信息源調(diào)制成數(shù)字信號，輸出給發(fā)射預(yù)編碼模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出空間相關(guān)信道下的魯棒非線性收發(fā)裝置，其特征在于所述的發(fā)射預(yù)編碼模塊包括模操作單元、反饋預(yù)處理單元、預(yù)編碼處理單元，其中模操作單元與數(shù)字調(diào)制信號產(chǎn)生單元、反饋預(yù)處理單元、預(yù)編碼處理單元相連接并傳輸模操作信息，反饋預(yù)處理單元與模操作單元、預(yù)編碼處理單元、收發(fā)矩陣計算模塊相連接并連續(xù)串行傳輸反饋預(yù)處理信號，預(yù)編碼處理單元與模操作單元、反饋預(yù)處理單元、收發(fā)矩陣計算模塊相連接并傳輸預(yù)編碼處理信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多輸入多輸出空間相關(guān)信道下的魯棒非線性收發(fā)裝置，其特征在于所述的信號解調(diào)模塊包括模操作單元、解調(diào)單元，其中模操作單元與接收均衡模塊、解調(diào)單元相連接并傳輸模操作信息，解調(diào)單元與模操作單元相連接并傳輸解調(diào)信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多輸入多輸出空間相關(guān)信息下的魯棒非線性收發(fā)機裝置，該裝置首先通過信道估計模塊和收發(fā)矩陣計算模塊獲得收發(fā)信號的處理矩陣，包括發(fā)射預(yù)編碼矩陣、發(fā)射反饋矩陣和接收均衡矩陣，并將計算結(jié)果輸出到發(fā)射預(yù)編碼模塊和接收均衡模塊，用來進行收發(fā)信號的處理。然后將數(shù)字調(diào)制信號輸入到發(fā)射預(yù)編碼模塊中，經(jīng)過發(fā)射反饋矩陣處理、發(fā)射預(yù)編碼矩陣處理后輸出到信道。接收端通過接收均衡模塊對接收信號進行處理，最后解調(diào)輸出。該收發(fā)裝置能夠在空間相關(guān)非理想信道狀態(tài)信息下，獲得比線性收發(fā)裝置更好的系統(tǒng)性能。
文檔編號H04L25/03GK102315914SQ20111025671
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者何晨, 耿恒, 蔣鈴鴿 申請人:上海交通大學(xué)