專利名稱：有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼方法及選碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，是一種預(yù)編碼技術(shù)，尤其是在具有有限反饋正交空時(shí)分組碼系統(tǒng)下的預(yù)編碼方法及快速選碼方法。
背景技術(shù)：
目前，在通信技術(shù)領(lǐng)域的理論及實(shí)際應(yīng)用中，都已證明發(fā)送端完全或部分知道信道狀態(tài)信息能夠提高多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)性能。一方面，采用波束形成和預(yù)編碼技術(shù)能夠提高系統(tǒng)的容量和互信息、降低溢出概率、增加接收信噪比(SNR)、減少系統(tǒng)錯(cuò)誤概率。 另一方面，一個(gè)空時(shí)分組碼(STBC)預(yù)編碼的MMO系統(tǒng)，尤其是正交空時(shí)分組碼(OSTBC)引起業(yè)界的研究熱潮， 該模型已經(jīng)被IEEE無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)所接收。本發(fā)明就是基于該系統(tǒng)下的預(yù)編碼方法的研究。一種良好的空時(shí)編碼方法可以使MMO系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由多天線帶來(lái)的空間分集，同時(shí)該碼能夠提高時(shí)間分集和編碼增益。此外，STBC的預(yù)編碼能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。自 2001年來(lái)，對(duì)空時(shí)分組碼預(yù)編碼的MMO系統(tǒng)的研究已有不少，需特別指出的是許多研究都是針對(duì)OSTBC預(yù)編碼。目前已有許多技術(shù)是用來(lái)構(gòu)建預(yù)編碼的，如G. Jongren等人在IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 48, no. 3, pp. 611-627, 2002 上發(fā)表的“Combining beanforming and orthogonal space-time block coding”中提出在已完全知信道狀態(tài)信息情況下的預(yù)編碼；S. Zhou 等人在 IEEE Trans, on Signal Process.，vol. 50, no. 10, pp. 2599-2613, Oct. 2002 上發(fā)表的 “Optimal transmitter eigen-beamforming and space-time block coding based on channel mean feedback，，和 H. Sampath 等人在 IEEE Commun. Letters, vol. 6,no. 6,pp. 239-241,2002發(fā)表的“Linear precoding for space-time coded systems with known fading correlations”中提出在統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息情況下的預(yù)編碼技術(shù)。其他還有一些預(yù)編碼的設(shè)計(jì)是在接收端知道部分信道狀態(tài)或量化信道狀態(tài)信息的情況下提出的。在上述研究中，D.J. Love 等人在 IEEE Trans, on Signal Process, ,vol. 53,no. I, pp. 64-73, Jan. 2005 發(fā)表的 “Limited feedback unitary precoding for orthogonal space-time block codes”論文中,其能夠提供眾所周知的預(yù)編碼碼本,其中很多都被IEEE TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)所接收。在該文中，作者提出了基于在發(fā)射端有限比特信道狀態(tài)信息的MMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和預(yù)編碼最優(yōu)選擇，并且給出了實(shí)際設(shè)計(jì)方法和具體碼本。基于這些碼本的仿真表示一個(gè)POSTBC系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于在OSTBC之前天線選擇的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種具有有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼方法及快速選碼方法。本發(fā)明采取以下技術(shù)方案有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼方法，其把酉預(yù)編碼分成若干層，首先，在第一層，根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)出若干個(gè)單位向量；其次，針對(duì)每一個(gè)向量，定義出它的正交空間； 然后在每一個(gè)正交空間中，根據(jù)相同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)出若干個(gè)向量，作為第二層；依次類推，構(gòu)造出下一層，最后得到酉預(yù)編碼碼本。針對(duì)以上設(shè)計(jì)的預(yù)編碼碼本，本發(fā)明還公開了快速選碼方法有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼的選碼方法，其針對(duì)上述酉預(yù)編碼碼本，先找出第一層中的向量，然后找出第二層的向量，以此類推，找到最后一個(gè)向量得到預(yù)編碼。此選碼方法具有選碼復(fù)雜度低的特點(diǎn)。作為優(yōu)選，參見圖1，采用配有隊(duì)根接收天線、Nt根發(fā)射天線的MIMO系統(tǒng)來(lái)研究基于有限反饋的預(yù)編碼方案。設(shè)輸入信源序列S= {Sl，s2，…，sn}的每個(gè)符號(hào)都是取自某一復(fù)平面上的有限點(diǎn)，例如，有限QAM。發(fā)射信號(hào)是將S序列經(jīng)過(guò)正交空時(shí)分組碼(OSTBC)后得到MXT(MSNt)維的發(fā)射信號(hào)矩陣X，發(fā)射信號(hào)再經(jīng)預(yù)編碼F之后由發(fā)射天線發(fā)射出去。 假定反饋的總比特?cái)?shù)為r。針對(duì)以上系統(tǒng)，基于最小錯(cuò)誤概率的客觀性，本發(fā)明提出預(yù)編碼碼本的最新設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，不同于Love基于Choral距離的設(shè)計(jì)，該新準(zhǔn)則是分層設(shè)計(jì)法。它已經(jīng)證明每層都應(yīng)用于最簡(jiǎn)單的復(fù)格拉斯曼流行，復(fù)射影空間CPn，n是一整數(shù)。因此，該設(shè)計(jì)比使用一般復(fù)格拉斯曼流行的方法簡(jiǎn)單。其次，由于分層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)碼本有快速選擇方法(也稱快速編碼)，能夠極大降低從碼本中選擇碼字的復(fù)雜性。上述提出的預(yù)編碼F碼本的設(shè)計(jì)方法，具體步驟如下第一步，取出P 個(gè)正整數(shù)使得 r1+r2+L+rP = r,令4 = 2's = 1,2,…， P ;第二步，設(shè)計(jì)J1個(gè)M維復(fù)單位向量v12,L ,V1 a使得Vu I, (I彡t關(guān)s彡J1) 的最大值盡可能?。坏谌?，由于V1,s是Cm中的一個(gè)向量，找到M XM酉陣Q1^s = 1，2，3，L J1，使得Vljs = QlsVljl其中Wia = Im* 令
a = {v G Cm VtV11 = o}，則Q1是正交到Vui的一個(gè)子空間；第四步，在子空間Q1中選擇J2個(gè)向量v21,v22,L ,V2j2，使得I V丨,V」，
(I彡t關(guān)s彡J2)的最大值盡可能小；令Vljs = QlsVljl, I 彡 S 彡 J11, I 彡 t 彡 J12注意,對(duì)任意的固定整數(shù)S，由于Qus是酉陣，得到= V〗,V2,;第五步，定義
Q2={vgCm : VtVu = 0, VtV21 = o}；因此，Q2也是正交到Vlil和v2,:的一個(gè)子空間。于是，找到酉陣Q2,s(s = 1,2,3, L J2)，且 Q2,i = Im 使得對(duì)于每個(gè) S, Q2j,Q1 = Q1,也有 Q2,sv2a = V2jS(s = 1,2,3, L J2)。重復(fù)上述步驟，得到向量'，I < t < P ;利用這些向量，得到如下的酉陣Nj Vm JiL h)= (V1jV2 ji jL v! ；i ；2L；j)
其中I彡jt彡Jt,小是從集合{(J1, J2Lji) I I彡jt彡Jj到集合{1,2, L，J}的任意雙射。以上步驟可用圖表示,詳細(xì)見圖2，第一層包含多個(gè)向量Iv115V12,L , Vli7i j，其中第一層的每個(gè)向量又包含相應(yīng)的向量，它們組成第二層。例如，對(duì)于向量'，相應(yīng)的層包含向
里{Q,;.V2,1，Q,;.V2,2，L -,Qlj-yU2 }。針對(duì)以上設(shè)計(jì)的預(yù)編碼碼本，本發(fā)明的快速選碼方法第一步，從第一層vu,L ,vWi丨中選擇一個(gè)向量丫^使得
I 丑vU I = 3 I 九H'H'〗I第二步，從第二層,GuV2J中選擇一個(gè)向量v2，，得
IHQljS2ii I = max | (QljS2JH^HQljS2j |以此類推，將上述兩步驟應(yīng)用于其余各層，編碼過(guò)程即可完成。米用上述方法，搜索計(jì)算的總次數(shù)是Ji+J^+L+Jp，而最優(yōu)編碼的總次數(shù)是J1J2LJp = J。本發(fā)明有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼方法比現(xiàn)有使用一般復(fù)格拉斯曼流行的方法更簡(jiǎn)單。此外，本發(fā)明有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼的選碼方法，由于分層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，預(yù)碼本具有快速選擇的特點(diǎn)，能夠極大地降低從碼本中選擇碼字的復(fù)雜性。


圖I是基于碼本有限反饋的MIMO預(yù)編碼系統(tǒng)框圖。圖2是預(yù)編碼的結(jié)構(gòu)層。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。針對(duì)新的碼本優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，本實(shí)施例具體給出碼本設(shè)計(jì)的例子。 在Nr = 2、Nt = 4的MMO系統(tǒng)中，OSTBC編碼選取最簡(jiǎn)單的2X2維的Alamouti 編碼，對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼器F為4X2維。那么在其具體碼本的設(shè)計(jì)過(guò)程中，M = 2, T = 2，設(shè)反饋比特?cái)?shù)r = ri+r2 = 6，取a = 3，r2 = 3，則對(duì)應(yīng)J1 = 2ri = 8 ,J2 = 2巧=8，碼本個(gè)數(shù)N = 2r =64。步驟I :根據(jù)以上設(shè)計(jì)方法，首先取碼本C = (F1, F2, -, F8I = {Fdft, Fdft,…， 7FdftI，且令Fdft = {Fdft1 , FdftJ，F(xiàn)dfti和Fdft2分別為FDFT的兩個(gè)列向量。Fdft矩陣的第一列Fdfti和 矩陣分別表示為Fdfti = 1/2 [1，1，1，1]Te!(2及/8)KlOOO
0y(2舞 2000=Y9 /s.
00 e^i%)u, o
000 elC2M/g>4 對(duì)角矩陣o的參數(shù)向量U表示為U= [UijU2jU37U4Jto通過(guò)仿真可以選出參數(shù)向量為U = [2，3，5，6]T，從而構(gòu)造出對(duì)角矩陣 。從而就可以得出V1,s = Q1sFdfti = s4Fdfti = s^1ViaS = 1,2,3, ---,8,即 Via = Fdft1。步驟2 首先，定義滿足DhD = I4的4 X 4維的矩陣D
"I I I I "
11-11-1D = -
21 I -I -I
-I I 1-1其次，先分別設(shè)置3維的Fdft2和 矩陣，并構(gòu)造出3維的碼本，且3維方陣 中的參數(shù)向量U通過(guò)仿真可以得出其值為U= [1，3，4]T，由此產(chǎn)生8個(gè)3維向量。然后將每個(gè)向量第一個(gè)分量前加一個(gè)0，使向量擴(kuò)展成4維向量。再用Dh左乘每個(gè)向量來(lái)做旋轉(zhuǎn)，得到與vul相正交的8個(gè)4維向量，并令其為'2，…，vU2，即正交空間％中的8個(gè)向量，則 Fdft矩陣的第二列Fdft2就是從這8個(gè)列向量中選出的最優(yōu)向量。步驟3 :步驟I中的其它向量可以通過(guò)V1, s = QlsV1^ = s—Vu, s = 1,2,3,…， J1來(lái)獲得。那么相應(yīng)的在V1,s正交空間中得出的J2 = 8個(gè)向量的構(gòu)成可以通過(guò)與Vui相正交的8個(gè)向量可以用Qls = s_1來(lái)旋轉(zhuǎn)得到，即在Vus正交空間中得出的J2 = 8個(gè)向量為 [V2,l，V2,2，...，V2,8] — [V2,l， V2,l …， V2,i]。針對(duì)該仿真實(shí)例，碼本C= (F1,F2, ---,F8I = {Fdft, Fdft, 7FdftI 中 Fdft 矩陣和 矩陣可以通過(guò)以上步驟得出，從而構(gòu)造出最終的碼本C= (FijF2,…，F(xiàn)n}。然后可以通過(guò)最優(yōu)選碼方法或快速選碼方法，選出碼本中的最優(yōu)預(yù)編碼碼字矩陣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)MIMO 系統(tǒng)的預(yù)編碼。以上對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，依據(jù)本發(fā)明提供的思想，在上述具體實(shí)施方式
、應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，而這些改變也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼方法，其特征是把酉預(yù)編碼分成若干層，首先，在第一層，設(shè)計(jì)出若干個(gè)單位向量；其次，針對(duì)每一個(gè)向量，定義出它的正交空間；然后在每一個(gè)正交空間中，設(shè)計(jì)出若干個(gè)向量，作為第二層；依次類推，構(gòu)造出下一層，最后得到酉預(yù)編碼碼本。
2.如權(quán)利要求I所述的有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼方法，其特征是假定系統(tǒng)采用配有Nr根接收天線、Nt根發(fā)射天線的MMO系統(tǒng)，設(shè)輸入信源序列S = Is1, S2,…， SnI的每個(gè)符號(hào)都是取自某一復(fù)平面上的有限點(diǎn)，發(fā)射信號(hào)是將序列S經(jīng)過(guò)正交空時(shí)分組碼后得到MXT(M < Nt)維的發(fā)射信號(hào)矩陣X，發(fā)射信號(hào)再經(jīng)預(yù)編碼F之后由發(fā)射天線發(fā)射出去；假定反饋的總比特?cái)?shù)為r ;具體步驟如下第一步，取出 P 個(gè)正整數(shù) Y1, r2, I, rP 使得 r1+r2+L+r = r,令4 =2r% s = 1,2,…，P ;第二步，設(shè)計(jì)J1個(gè)M維復(fù)單位向量vu,L ,Vwi使得V1tJu I, (I≤t關(guān)s≤J1)的最大值盡可能??；第三步，對(duì)于每一個(gè)向量V1,,，找到MXM酉陣Q1,, = 1,2,3, L J1，使得Vl, S = QlsvI, I其中Qi,I = Im 令
3.有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼的選碼方法，其特征是在權(quán)利要求I或2的酉預(yù)編碼碼本中，先找出第一層中的向量，然后找出第二層的向量，以此類推，找到最后一個(gè)向量得到預(yù)編碼。
4.如權(quán)利要求3所述的有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼的選碼方法，其特征是第一步，從第一層Iv1Pvu,L ,Vwi j中選擇一個(gè)向量乂“使得
全文摘要
本發(fā)明公開了有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼方法及選碼方法。酉預(yù)編碼方法，把酉預(yù)編碼分成若干層，首先，在第一層，設(shè)計(jì)出若干個(gè)單位向量；其次，針對(duì)每一個(gè)向量，定義出它的正交空間；然后在每一個(gè)正交空間中，設(shè)計(jì)出若干個(gè)向量，作為第二層；依次類推，構(gòu)造出下一層，最后得到酉預(yù)編碼碼本。本發(fā)明有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼方法比現(xiàn)有使用一般復(fù)格拉斯曼流行的方法更簡(jiǎn)單。此外，本發(fā)明有限反饋信道的多天線系統(tǒng)中酉預(yù)編碼的選碼方法，由于分層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，預(yù)碼本具有快速選擇的特點(diǎn)，能夠極大地降低從碼本中選擇碼字的復(fù)雜性。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102624491SQ201210102529
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者劉順蘭, 王海泉 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)