多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)子載波分簇預(yù)編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明隸屬智能大容量無線通信領(lǐng)域，處理多輸入多輸出正交頻分復(fù)用 (MIM0-0FDM)系統(tǒng)中子載波智能分簇預(yù)編碼的問題。
【背景技術(shù)】
[0002] Μ頂0-0FDM系統(tǒng)結(jié)合了多輸入多輸出（M頂0)技術(shù)的大容量、抗衰落特性與正交頻 分復(fù)用（0FDM)技術(shù)的抗多徑、抗頻率選擇性衰落的優(yōu)點，在提高通信系統(tǒng)傳輸速率的同時 有效提尚系統(tǒng)可靠性。
[0003] 為了支持接收端ΜΜ0信號的解調(diào)，發(fā)送端需要在已知完整信道狀態(tài)（CSI)的情況 下對發(fā)送信號進行預(yù)編碼，預(yù)編碼操作可降低接收端解調(diào)復(fù)雜度、提升信道利用率，但在很 大程度上增加了發(fā)送端的編碼復(fù)雜度。在天線數(shù)與子載波數(shù)目較多的情況下，對通信系統(tǒng) 而言，該復(fù)雜度會引起嚴重的系統(tǒng)資源開銷。目前有效的解決方案就是對子載波進行分簇， 利用簇中心子載波的CSI近似刻畫同簇的子載波信道狀態(tài)并進行預(yù)編碼，顯著地降低預(yù)編 碼矩陣的階數(shù)，從而降低編碼復(fù)雜度。然而，該子載波分簇方法會在編碼與子載波信道之間 引入一定的失配，造成信道容量損失。
[0004] 考慮一個MM0-0FDM通信系統(tǒng)如圖1所示。發(fā)送端天線數(shù)目為Nt，接收端天線數(shù) 目為隊，0FDM子載波數(shù)目為K。在該系統(tǒng)中，每一路天線上的信號在發(fā)送端經(jīng)串并轉(zhuǎn)換并進 行K階-IFFT操作后即被分配到K個0FDM子載波上。將每個子載波上的信號單獨提取出 來即為每個0FDM子載波上的ΜΜ0信號。將鄰近的幾個子載波劃分為一簇，同一簇中的子 載波數(shù)目記為分簇大小S，使用統(tǒng)一的預(yù)編碼矩陣對同一簇中的S個子載波進行預(yù)編碼，BP 為子載波分簇預(yù)編碼算法。使用該種算法可以有效降低預(yù)編碼復(fù)雜度，但同時也引入了信 道與編碼矩陣之間的失配，造成容量損失。因此，在容量損失與系統(tǒng)復(fù)雜度之間存在某種權(quán) 衡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種根據(jù)信道容量損失閾值自適應(yīng)調(diào)節(jié)分簇預(yù)編碼中 子載波分簇大的方法。
[0006] 為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)子載波分簇預(yù)編碼 方法，所述方法包括：
[0007] 利用訓(xùn)練序列Ts估計信道自相關(guān)R(t，f);
[0008] 預(yù)定信道容量損失閾值Th;
[0009] 計算所述信道容量損失閾值Th約束下的信道自相關(guān)閾值ζ ;
[0010] 基于分簇規(guī)則將符合分簇規(guī)則的子載波（n，k)分為一簇，所述的分簇規(guī)則為：
，其中
,表示第k個子載波與第k。個子載波之間的頻率差；
表示第η個時隙與第η。個時隙之間的時間差；
[0013] k為載波下標，表示當前子載波為Κ個子載波中第k個子載波；
[0014] k。為中心子載波下標，表示載波分組后中心子載波的下標；
[0015] η為時隙下標，表示從信號傳輸開始第η個時隙；
[0016] η。中心時隙下標，表示載波分組后中心子載波所在時隙的下標；
[0017] 進一步地，還包括：
[0018] 利用訓(xùn)練序列Ts估計分簇中心子載波（n。，k。）上的信道衰落矩陣 . ，-
[0019] 計算中心載波上的信道容量，并根據(jù)損失后的容量分配碼流速率；
[0020] 基于載波分簇結(jié)果對傳輸碼流進行分簇預(yù)編碼，得到分簇預(yù)編碼后的信號序列 Ps。
[0021] 具體地，信道容量損失Th與信道自相關(guān)閾值ζ的關(guān)系為：
[0025] 其中，
[0026] fABlc]SS為絕對信道容量損失，f RElc]SS為相對信道容量損失；
[0027] 其中，當以第η。時隙、第k。個子載波上的CSI對第η個時隙、第，個子載波進行預(yù) 編碼時，信道容量損失隨信道失配的變化而變化，信道容量損失的上界為：
[0029] 其中
-為每根天線上的功率；
為失配信道的等效信噪比；
[0031] sf為第η個時隙、第k個子載波上的信道狀態(tài)，公式表示為：
[0032]
[0033] 對上述公式（3)取期望得遍歷容量損失為：
[0035] 其中，
[0036] 發(fā)送端與接收端天線數(shù)中的最大值

[0038] 常數(shù)
[0039] α 114與a a為分別代入適配與失配等效信噪比γ 6情況下的a k;
[0040] 等效信噪比丫^定義如下
[0042] 信道自相關(guān)與信道失配
的關(guān)系表示如下；
[0044] 其中，/<W+」是子載波k與kc之間的頻差；
[0045] 表示的是頻域自相關(guān)值；
[0046] 廣~是時隙η與nc之間的時差
[0047] 琴(產(chǎn)~）表示的是時域自相關(guān)值。
[0048] 具體地，每一簇中子載波數(shù)目S為
[0050] 其中Bt、Bf分別為時域與頻域子載波間隔。
[0051] 本發(fā)明多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)子載波分簇預(yù)編碼方法，針對MIM0-0FDM 預(yù)編碼技術(shù)中子載波自適應(yīng)分簇問題，提供一種根據(jù)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量需求來智能調(diào)節(jié)子載波 分簇大小的方法。從而實現(xiàn)對系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的有效控制，并使得系統(tǒng)能夠在容量損失與復(fù) 雜度開銷之間取得有效折中。在信道質(zhì)量較差時，系統(tǒng)能夠通過縮減子載波分簇大小的方 式來降低容量損失閾值，即通過增加系統(tǒng)復(fù)雜度開銷獲得了較佳的系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量；而在良 好的信道環(huán)境之下，用戶對系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的降低并不敏感，系統(tǒng)則可以通過適當增加子載 波分簇大小的方式來降低系統(tǒng)復(fù)雜度開銷。
【附圖說明】
[0052] 圖1是本發(fā)明祖M0-0FDM通信系統(tǒng)模型圖；
[0053] 圖2是本發(fā)明多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)子載波分簇預(yù)編碼方法，使用一系 列菱形在不同時間段、不同情境下對載波進行分簇的示意圖載波分簇示意圖。
【具體實施方式】
[0054] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述。
[0055] 如圖1所示，一個MM〇-〇FDM通信系統(tǒng)模型圖。發(fā)送端天線數(shù)目為Nt，接收端天線 數(shù)目為隊，0FDM子載波數(shù)目為K。在該系統(tǒng)中，每一路天線上的信號在發(fā)送端經(jīng)串并轉(zhuǎn)換并 進行K階-IFFT操作后即被分配到K個0FDM子載波上。將每個子載波上的信號單獨提取 出來即為每個0FDM子載波上的ΜΜ0信號。將鄰近的幾個子載波劃分為一簇，同一簇中的 子載波數(shù)目記為分簇大小S，使用統(tǒng)一的預(yù)編碼矩陣對同一簇中的S個子載波進行預(yù)編碼， 即為子載波分簇預(yù)編碼算法。使用該種算法可以有效降低預(yù)編碼復(fù)雜度，但同時也引入了 信道與編碼矩陣之間的失配，造成容量損失。因此，在編碼復(fù)雜度與信道容量之間存在權(quán)衡 置換。
[0056] 實施例1
[0057] 本實施例多輸入多輸出正交頻分復(fù)用系統(tǒng)子載波分簇預(yù)編碼方法，所述方法包 括：
[0058] 利用訓(xùn)練序列Ts估計信道自相關(guān)R(t，f);
[0059] 預(yù)定信道容量損失閾值Th;
[0060] 計算所述信道容量損失閾值Th約束下的信道自相關(guān)閾值ζ ;
[0061] 基于分簇規(guī)則將符合分簇規(guī)則的子載波（n，k)分為一簇，所述的分簇規(guī)則為：
，其中
,表示第k個子載波與第k。個子載波之間的頻率差；
表示第η個時隙與第η。個時隙之間的時間差；
[0064] k為載波下標，表示當前子載波為Κ個子載波中第k個子載波；
[0065] k。為中心子載波下標，表示載波分組后中心子載波的下標；
[0066] η為時隙下標，表示從信號傳輸開始第η個時隙；
[0067] η。中心時隙下標，表示載波分組后中心子載波所在時隙的下標。
[0068] 本實施例，根據(jù)信道容量損失閾值自適應(yīng)調(diào)節(jié)分簇預(yù)編碼中子載波分簇大小S的 方法。本實施例，根據(jù)容量損失閾值Th反推出自相關(guān)閾值ζ ( -一對應(yīng)關(guān)系由絕對信道容 量損失fABlciss與相對信道容量損失f RE1_的單調(diào)性保證），可得分簇方案為將所有滿足分簇 規(guī)則的子載波（n，k)分為一簇進行預(yù)編碼。