專利名稱：Mimo系統(tǒng)中魯棒的自適應(yīng)調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種MIMO系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)， 在保證系統(tǒng)誤比特率和發(fā)送功率受限的情況下，利用有誤差的信道狀態(tài)信息最 大化系統(tǒng)的信息傳輸速率。
背景技術(shù)：
自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)可以才艮據(jù)信道狀態(tài)信息自適應(yīng)地調(diào)整MIMO系統(tǒng)中各發(fā)送 天線上信息比特和功率的分布，從而提高系統(tǒng)頻譜效率、保證信息傳輸質(zhì)量， 在無(wú)線通信研究領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。信道狀態(tài)信息是自適應(yīng)調(diào)制的基礎(chǔ)，其質(zhì) 量對(duì)自適應(yīng)調(diào)制方法的性能有顯著影響，然而在實(shí)際系統(tǒng)中，由于信道隨^l變 化、信道估計(jì)誤差和處理時(shí)延等各方面因素的影響，自適應(yīng)調(diào)制模塊幾乎不可 能獲得發(fā)送時(shí)刻精確的信道狀態(tài)信息。傳統(tǒng)的基于精確信道狀態(tài)信息假設(shè)的自 適應(yīng)調(diào)制方法會(huì)有 一定的性能損失，甚至因?yàn)椴荒軡M足系統(tǒng)通信質(zhì)量要求而不 可用。因此，基于不精確信道狀態(tài)信息的自適應(yīng)調(diào)制方法更具實(shí)際意義，是現(xiàn) 在重要的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
基于不精確信道狀態(tài)信息的MIMO系統(tǒng)中的魯棒自適應(yīng)調(diào)制方法根據(jù)其優(yōu) 化目標(biāo)大致可以分為三類發(fā)送功率和誤比特率受限的情況下最大化頻譜效率、 信息傳輸速率和誤比特率受限的情況下最小化發(fā)送功率以及固定調(diào)制方式在功 率受限的情況下最小化系統(tǒng)誤比特率。其中，隨著因特網(wǎng)和多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展， 信息傳輸速率要求逐漸提高，所以第一種是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供在系統(tǒng)誤比特率和發(fā)送功率受限的條件下，利用不 精確信道狀態(tài)信息最大化信息傳輸速率的魯棒自適應(yīng)調(diào)制方法。本發(fā)明不但可 以在不精確信道狀態(tài)信息下滿足系統(tǒng)傳輸質(zhì)量要求，并且能夠提供較高的頻譜效率。
本發(fā)明首先分析了MIMO系統(tǒng)中不精確信道狀態(tài)信息條件下奇異值分解后 各等效子信道的信干噪比；然后將系統(tǒng)誤比特率受限近似等效為每個(gè)平行子信 道的瞬時(shí)誤比特率受限，得到各子信道上比特?cái)?shù)、功率值和誤比特率門限之間 的顯式關(guān)系；進(jìn)而在實(shí)數(shù)域內(nèi)將比特和功率分配問(wèn)題構(gòu)造成凸優(yōu)化問(wèn)題并計(jì)算 出每個(gè)子信道比特分配結(jié)果；最后根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)提供的特定調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的頻 i普效率的要求，進(jìn)行比特?cái)?shù)調(diào)整，使得各平行子信道比特?cái)?shù)是系統(tǒng)可選調(diào)制模 式頻語(yǔ)效率的其中之一且其對(duì)應(yīng)功率滿足發(fā)送總功率限制，此時(shí)完成了比特和 功率分配。
本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)步驟如下
1、 分析不精確信道狀態(tài)信息條件下各等效子信道的信干噪比，并建立 MIMO系統(tǒng)各子信道比特?cái)?shù)、發(fā)送功率和誤比特率門限之間的顯式關(guān)系。
2、 將整個(gè)系統(tǒng)的誤比特率受限近似等效為各個(gè)子信道的瞬時(shí)誤比特率受 限，并將自適應(yīng)調(diào)制目標(biāo)構(gòu)造為實(shí)數(shù)域內(nèi)關(guān)于比特?cái)?shù)的非線性最優(yōu)化問(wèn)題
3、 利用優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的單調(diào)性和拉格朗日方法計(jì)算各天線上的發(fā)送比特 數(shù)，步驟1至步驟3稱為首次比特分配。
4、 因?yàn)樵趯?shí)際的自適應(yīng)系統(tǒng)中可選調(diào)制模式一定，各子信道比特?cái)?shù)必須是 調(diào)制模式頻譜效率的其中一個(gè)，本發(fā)明提供兩種比特調(diào)整方案，以獲得符合實(shí) 際可選調(diào)制模式需要且對(duì)于功率滿足實(shí)際發(fā)送功率要求的離散比特?cái)?shù)，稱為二 次比特分配。下面是兩種方案的說(shuō)明。
方案一
(1) 、如果首次比特分配的比特?cái)?shù)為正值，則對(duì)應(yīng)子信道為激活信道，否則為 非激活子信道。
(2) 、對(duì)于所有激活子信道利用與首次比特分配類似的方法重新計(jì)算比特?cái)?shù)， 并重新統(tǒng)計(jì)激活子信道個(gè)數(shù)。如果激活子信道tt與原來(lái)的激活子信道數(shù)相同， 則到步驟(3)，否則繼續(xù)步驟(2)。(3) 、對(duì)于所有非激活子信道，其對(duì)應(yīng)比特?cái)?shù)和功率值賦為零。而激活子信道 的比特?cái)?shù)調(diào)整到其最接近的調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)，并利用子信道比特?cái)?shù)、發(fā) 送功率和誤比特率門限之間的顯式關(guān)系計(jì)算其對(duì)應(yīng)的功率值。
(4) 、計(jì)算所有激活子信道上的功率總和。如果功率總和不等于系統(tǒng)功率值， 則需對(duì)各激活子信道的比特?cái)?shù)進(jìn)行調(diào)整。
a、 如果各激活子信道的功率和大于發(fā)送功率限制值，各激活子信道取整后的 比特?cái)?shù)減去根據(jù)公式計(jì)算的比特?cái)?shù)，把差值的大小按P條序排列，從排序后的第 一個(gè)開(kāi)始，其比特?cái)?shù)調(diào)整至距其最近的低階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng) 的功率，如果此時(shí)各激活子信道的功率和大于系統(tǒng)功率限制值，到排序后的第 二個(gè)，依次類推，直至各激活子信道功率和滿足系統(tǒng)功率限制。
b、 如果各激活子信道的功率和小于發(fā)送功率限制值，各激活子信道取整后的 比特?cái)?shù)減去根據(jù)公式計(jì)算的比特?cái)?shù)，把差值的大小按升序排列，從排序后的第 一個(gè)開(kāi)始，其比特?cái)?shù)調(diào)整至距其最近的高階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng) 的功率，如果此時(shí)各激活子信道的功率和小于系統(tǒng)功率限制值，到排序后的第 二個(gè)，依次類推，直至各激活子信道功率和大于系統(tǒng)功率限制值。最后把最后 一次調(diào)整的激活子信道比特?cái)?shù)再調(diào)整至距其最近的低階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特 數(shù)，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)功率值。
方案二
(1) 、令首次比特分配的比特?cái)?shù)小于零的子信道為非激活子信道，其比特?cái)?shù)和 功率值賦為0。首次比特分配的比特?cái)?shù)大于零的子信道為激活子信道，其比特?cái)?shù) 調(diào)整至距其最近的調(diào)制模式所對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)，并利用各子信道比特?cái)?shù)、發(fā)送功 率和誤比特率門限之間的顯式關(guān)系計(jì)算其對(duì)應(yīng)的功率值。
(2) 、計(jì)算所有激活子信道上的功率總和。如果功率總和不等于系統(tǒng)功率值， 則需對(duì)各激活子信道的比特?cái)?shù)進(jìn)行調(diào)整。
a、如果各激活子信道的功率和大于系統(tǒng)功率限制值，各激活子信道取整后的 比特?cái)?shù)減去根據(jù)公式計(jì)算的比特?cái)?shù)，把差值的大小按降序排列，從排序后的第一個(gè)開(kāi)始，如果對(duì)應(yīng)的調(diào)整數(shù)已經(jīng)等于零，則跳過(guò)，否則其比特?cái)?shù)調(diào)整至距其 最近的低階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng)的功率，如果此時(shí)各激活子信道 的功率和大于發(fā)送功率限制值，到排序后的第二個(gè)，依次類推，如果直到最后
一個(gè)，仍然無(wú)法使得各激活子信道功率和不大于系統(tǒng)功率限制值，再?gòu)呐判蚝?的第 一個(gè)開(kāi)始調(diào)整，直至系統(tǒng)所需功率滿足發(fā)送功率限制。
b、如果各激活子信道的功率和小于系統(tǒng)功率限制值，各激活子信道取整后的 比特?cái)?shù)減去根據(jù)公式計(jì)算的比特?cái)?shù)，把差值的大小按升序排列，從排序后的第 一個(gè)開(kāi)始，其比特?cái)?shù)調(diào)整至距其最近的高階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng) 的功率，如果此時(shí)各激活子信道的功率和小于發(fā)送功率限制值，到排序后的第 二個(gè)，依次類推，直至各激活子信道功率和大于系統(tǒng)功率限制值。最后把最后 一次調(diào)整的激活子信道比特?cái)?shù)再調(diào)整至距其最近的低階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特 數(shù)，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)功率值。
實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在不精確信道狀態(tài)信息條件下滿足系統(tǒng)傳輸質(zhì)
量要求，并且能夠提供高的頻譜效率。


圖l是采用本發(fā)明所提供自適應(yīng)調(diào)制方法的MIMO系統(tǒng)基本原理框圖。
圖2是二次比特分配方案一流程圖。
圖3是二次比特分配方案二流程圖。
圖4是實(shí)際誤比特率仿真圖。
圖5是信息傳輸速率仿真圖。
圖6是頻語(yǔ)效率仿真圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。
本發(fā)明提供的自適應(yīng)調(diào)制方法適用于MIMO系統(tǒng)，或MIMO-OFDM系統(tǒng)。 下面以MIMO系統(tǒng)為例進(jìn)行描述。圖1是采用本發(fā)明提供的自適應(yīng)調(diào)制方法的MIMO系統(tǒng)框圖。在接收端通 過(guò)信道估計(jì)或信道預(yù)測(cè)得到有誤差的信道矩陣H ,將A進(jìn)行奇異值分解后得到 收、發(fā)信機(jī)加權(quán)矩陣(^和々以及奇異值矩陣A,(,f表示矩陣共軛轉(zhuǎn)置。將
收、發(fā)信機(jī)加權(quán)矩陣分別反饋給發(fā)送端和接收端，而奇異值矩陣A反饋給自適 應(yīng)調(diào)制模塊。自適應(yīng)調(diào)制模塊利用子信道的信道增益、噪聲方差《以及信道誤 差方差of進(jìn)行比特和功率分配，并將分配結(jié)果通知調(diào)制器、功率分配模塊和檢 測(cè)器。在發(fā)送端，調(diào)制器根據(jù)自適應(yīng)調(diào)制模塊得到的比特分配結(jié)果將數(shù)據(jù)比特 映射成相應(yīng)星座中的信號(hào)，功率分配模塊根據(jù)自適應(yīng)調(diào)制模塊得到的功率分配 結(jié)杲對(duì)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行功率調(diào)整，最后發(fā)送向量乘以發(fā)信機(jī)加權(quán)矩陣々后通過(guò)多
才艮發(fā)射天線發(fā)送至無(wú)線信道；在接收端，多才艮接收天線得到的接收向量乘以收
信機(jī)加權(quán)矩陣亡"后，通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè)輸出信息比特。 一、系統(tǒng)模型
不精確的信道狀態(tài)信息fi和實(shí)際信道狀態(tài)信息H之間的關(guān)系可以建模為
H = fi + E (1)
其中，E是信道誤差矩陣，其每一個(gè)元素都服從均值為0,方差為of的高斯分
布。而H的奇異值分解可以表示為
"tj入々w (2) 其中，t^和々分別是收、發(fā)信機(jī)加權(quán)矩陣，其維度分別是iVxA^和A^xW,
是H的秩，入是對(duì)角線矩陣，其維度是7VxiV，對(duì)角線元素是{#,...，;}。
在發(fā)送端，輸入信息比特經(jīng)過(guò)調(diào)制器后得到復(fù)符號(hào)向量X—Xp…,J^f ，其
中(.f表示矩陣轉(zhuǎn)置。將自適應(yīng)調(diào)制模塊得到的功率分配結(jié)果用對(duì)角矩陣P表
示，其對(duì)角元素為(^…T^)，則經(jīng)過(guò)功率調(diào)制后的復(fù)信道向量可以表示為
x' = Px (3)
最后，復(fù)符號(hào)向量x'乘以發(fā)信機(jī)加權(quán)矩陣々得到發(fā)送符號(hào)向量
s二々Px (4)對(duì)于MIMO系統(tǒng)，其輸入和輸出信號(hào)之間的關(guān)系為
r = Hs + n (5)
上式中，11=[巧"2…"^:t表示噪聲向量，其元素服從均值為o，方差為^
的復(fù)高斯分布，A^表示接收天線數(shù)目；r = [^ r2 ... ;t表示接收信號(hào)向量；
H是iV,xA^維的信道矩陣，其元素服從均值為O,方差為1的復(fù)高斯分布。將 式(4)帶入式(5)得到
r = HVPx + n (6)
乘以收信機(jī)加權(quán)矩陣后得到
y = APx + EPx + fi (7) 其中，y = U"r ， E = UHE々，A = t^n。 二、等效子信道分析
第/個(gè)子信道上接收到的信號(hào)為
X = V化X, + S < ^ ~ + a (8)
期望信號(hào) c^L
信號(hào)干擾和噪聲
其中l(wèi)和分別是￡和A的元素。由于(j和廿的列向量是正交的，〈和",.為均
值為Q方差分別為《和o^的復(fù)高斯變量。 則第,個(gè)子信道的信干噪比可以表示為
麵,；^i5_ (9)
三、首次比特分配方法
在此自適應(yīng)調(diào)制MIMO系統(tǒng)中，可以選用的調(diào)制才莫式為方形M-QAM,其 頻i普效率分別為{2,4,6,...}?？偘l(fā)送功率和誤比特率受限條件下最大化信息傳輸 速率的自適應(yīng)調(diào)制方法目標(biāo)可以表示為<formula>formula see original document page 10</formula>
其中和S^ target分別是系統(tǒng)的誤比特率和系統(tǒng)可容忍的誤比特率門限。
《arget是最大總發(fā)送功率，&和《分別表示第/個(gè)信道的比特?cái)?shù)和對(duì)應(yīng)功率值。
為了簡(jiǎn)化問(wèn)題(IO),將系統(tǒng)誤比特率受限近似等效為各個(gè)子信道的瞬時(shí)誤 比特率受限。對(duì)于未編碼方形QAM自適應(yīng)系統(tǒng)，假設(shè)第Z'個(gè)子信道傳輸比特?cái)?shù)
為6,.,可以表示為2^ €{0，1，2，3...}),將^稱為比特單元數(shù)，每個(gè)比特單元中有 2個(gè)比特。第z'個(gè)子信道的誤比特率近似為
扁,- 0.2exp(-ll^L)，1化AT
為滿足系統(tǒng)誤比特率的要求，此子信道所需最小發(fā)送功率為
(11)<formula>formula see original document page 10</formula>
(12)
在下面的分析中，為了筒便，令^，=1。把式(12)代入優(yōu)化問(wèn)題(10)中， 可以得到
ln(5朋/ 咖敏X《+ 2)(，-l)<formula>formula see original document page 10</formula>
(13)
& = 1,層，D, e {0，1，2...}，5 2 0.
將式(12)代入^^=1,則有
臺(tái)A ln(5朋U(《+《)
(14)不考慮現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)對(duì)比特單元數(shù)和功率值的約束，在實(shí)數(shù)域內(nèi)最優(yōu)化問(wèn)題可 以表示為
<formula>formula see original document page 11</formula>(15)
臺(tái) 臺(tái)A 1n(5朋及一)(crX)
利用拉格朗日最優(yōu)化方法，可以得到第/個(gè)子信道分配的比特單元數(shù)和功 >別<formula>formula see original document page 11</formula>(16)
(17)<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，
TV
<formula>formula see original document page 11</formula>(18)
、ln(5纖卿t)
圖2為第一種二次比特分配方案的流程圖。該方案的具體流程如下 步驟1 、令^ >0 ，l二/二iV對(duì)應(yīng)的信道為激活子信道，其他為非激活子信道。 將激活信道的個(gè)數(shù)記為乂 ,如果A^二iV，則到步驟3，否則到步驟2。 步驟2、對(duì)于A^個(gè)激活子信道，利用下面公式重新計(jì)算比特單元數(shù)
<formula>formula see original document page 11</formula>(19)
考察新的激活子信道的個(gè)數(shù)，記為^'。 。如果^。 =〃'。 ，則跳至步驟3，否則， 把iV'。n賦值給A^，轉(zhuǎn)至步驟2。
步驟3、將激活子信道的比特單元數(shù)進(jìn)行四舍五入取整，記為《并利用公 式(17)計(jì)算對(duì)應(yīng)的功率值^。并把所有非激活子信道的比特單元數(shù)和功率值賦 值為零。
步驟4、如果各激活子信道功率之和不等于最大總發(fā)送功率，即target,則進(jìn)行如下調(diào)整
<formula>formula see original document page 12</formula>(1) 、計(jì)算各激活子信道上調(diào)整后的比特單元數(shù)與根據(jù)公式計(jì)算的比特單元
數(shù)之差，《=W = D。" °
(2) 、降序排列所有《，將排序后的元素記為《。從《開(kāi)始，其對(duì)應(yīng)的比特 單元數(shù)調(diào)整為距其最近的低階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特單元數(shù)并計(jì)算此時(shí)對(duì)應(yīng)的功
率值，然后計(jì)算各激活子信道功率之和。如果l;《〉/^get,依次向后類推，直
<formula>formula see original document page 12</formula>(1) 、計(jì)算各激活子信道上調(diào)整后的比特單元數(shù)與根據(jù)公式計(jì)算的比特單元
數(shù)之差，i = l,.."A^ 。
(2) 、升序排列《，將排列順序的元素記為《:。從^開(kāi)始，其對(duì)應(yīng)的比特單 元數(shù)更改為距其最近的高階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特單元數(shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng)的功率值，
然后計(jì)算各激活子信道功率之和。如果^f^i^et，依次向后類推，直到 ts〉尸target結(jié)束。最后，將最后 一次對(duì)應(yīng)的比特單元數(shù)調(diào)整為距其最近的低階
/二1
調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特單元數(shù)并計(jì)算出此子信道對(duì)應(yīng)的功率值。
圖3為第二種二次比特分配方案的流程圖，該方案流程步驟如下
步驟1、如果4<0,1^/2〃，令《=0,對(duì)應(yīng)子信道為非激活子信道。對(duì)
于< > 0 ，1S K TV對(duì)應(yīng)的信道為激活子信道，將激活子信道數(shù)記為W。
。
步驟2、對(duì)所有激活子信道的比特單元數(shù)進(jìn)行四舍五入取整并存為《并根據(jù)《,計(jì)算各激活子信道對(duì)應(yīng)的功率值。
步驟3、如果各激活子信道功率之和不等于功率限制值t《^i^get，則進(jìn)
行如下調(diào)整
a、 如果f g>iLget，則按照下面的方式調(diào)整
(1) 、計(jì)算各激活子信道上取整后的比特單元數(shù)與根據(jù)公式計(jì)算的比特單元 數(shù)之差，z' = l，.."A^。
(2) 、降序排列《，排列順序后的元素記為《。從《開(kāi)始，如果《=0，跳 過(guò)，否則其對(duì)應(yīng)的比特單元數(shù)《調(diào)整為距其最近的低階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特單 元數(shù)并計(jì)算此時(shí)需要的功率，然后計(jì)算各激活子信道功率之和，如果
i^>^rget,依次向后類推，如果直到《"仍然無(wú)法滿足f;s《/^et，則再?gòu)摹?開(kāi)始循環(huán)，直到l;《^《，t結(jié)束。
b、 如果fs〈尸t^t,則按照下面的步驟調(diào)整
;=1
(1) 、計(jì)算各激活子信道上取整后的比特單元數(shù)與根據(jù)公式計(jì)算的比特單元
數(shù)之差即& / = 1,...，W。 。
(2) 、升序排列《，將排列順序后的元素記為《。從《開(kāi)始，其對(duì)應(yīng)的比特 單元數(shù)改變?yōu)榫嗥渥罱母唠A調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特單元數(shù)并計(jì)算此時(shí)需要的功
率值，然后計(jì)算各激活子信道功率之和，如果i;《^/Lget，依次向后類推，直
到fs >/^一結(jié)束。最后將最后一次對(duì)應(yīng)的比特單元數(shù)調(diào)整為距其最近的低階
調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特單元數(shù)并計(jì)算出對(duì)應(yīng)的功率值。
上述兩種方案均可以得到比特功率分配結(jié)果。兩種方法相比，前者復(fù)雜度不確定，但相對(duì)后者較高。
圖4和圖5分別示出了本發(fā)明提供的兩種自適應(yīng)調(diào)整方案在誤比特率和總 發(fā)送功率受限條件下實(shí)際誤比特率和信息傳輸速率的比較結(jié)果。仿真環(huán)境為 4x4MIMO系統(tǒng)，信道服從均值為0方差為l獨(dú)立復(fù)高斯分布。所使用的調(diào)制 模式都是方形QAM，其頻譜效率分別為{2，4，6，...}。并且系統(tǒng)限制功率i^get為
1,誤比特率門限萬(wàn)五《，t分別為l(^和l(r3，噪聲方差設(shè)為cr，二l(T1。
圖4中橫坐標(biāo)為信道誤差方差o;2，縱坐標(biāo)為系統(tǒng)實(shí)際的誤比特率。在相同
的o;M青況下，比較了本發(fā)明提供方法與基于精確信道假設(shè)的貪婪方法的系統(tǒng)誤
比特率。
圖5中橫坐標(biāo)為信道誤差方差c7e2,縱坐標(biāo)為系統(tǒng)的信息傳輸速率。在相同 的of情況下，比較了本發(fā)明提供方法與基于精確信道假設(shè)的貪婪方法的信息傳 輸速率。
圖6中橫坐標(biāo)為系統(tǒng)誤比特率，縱坐標(biāo)表示系統(tǒng)的頻譜效率。在實(shí)際系統(tǒng) 的誤比特率相同的情況下，比較了本發(fā)明提供方法與基于精確信道假設(shè)的貪婪 方法的頻譜效率。其中信道估計(jì)誤差方差為《=10一1 。
權(quán)利要求
1、一種適用于發(fā)送端已知不精確信道狀態(tài)信息的MIMO系統(tǒng)的魯棒自適應(yīng)調(diào)制方法，在系統(tǒng)誤比特率和發(fā)送功率受限的情況下最大化信息傳輸速率，其處理過(guò)程包含如下步驟將系統(tǒng)誤比特率受限近似等效為每個(gè)平行子信道的瞬時(shí)誤比特率受限，建立MIMO系統(tǒng)各子信道比特?cái)?shù)、發(fā)送功率和誤比特率門限之間的顯式關(guān)系。在實(shí)數(shù)域內(nèi)將比特和功率分配問(wèn)題構(gòu)造成凸優(yōu)化問(wèn)題并計(jì)算出每個(gè)子信道比特分配結(jié)果，此過(guò)程稱為首次比特分配。通過(guò)首次比特分配結(jié)果，考慮自適應(yīng)調(diào)制系統(tǒng)可選調(diào)制模式比特?cái)?shù)實(shí)際要求，對(duì)各子信道分配的比特?cái)?shù)進(jìn)行調(diào)整使之是可選調(diào)制模式對(duì)應(yīng)比特?cái)?shù)集合中的一個(gè)且其對(duì)應(yīng)功率滿足系統(tǒng)總發(fā)送功率要求，此過(guò)程稱為二次比特調(diào)整。本發(fā)明中提供了兩種二次比特調(diào)整方案。
2、 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)l所述的首次比特分配，首先對(duì)非精確信道狀態(tài)信息條 件下各子信道等效信噪比進(jìn)行了分析；然后建立功率、比特?cái)?shù)以及誤比特率之 間的顯示關(guān)系，并在實(shí)數(shù)域內(nèi)將比特和功率分配問(wèn)題構(gòu)造成凸優(yōu)化問(wèn)題；最后 根據(jù)拉格朗日最優(yōu)化方法在實(shí)數(shù)域內(nèi)計(jì)算出各子信道對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)l所述的二次比特調(diào)整，方案一的處理方法為如果每 個(gè)子信道上首次比特分配的比特?cái)?shù)都大于零，則對(duì)各子信道比特?cái)?shù)進(jìn)行取整。 否則判定大于零的比特?cái)?shù)對(duì)應(yīng)的子信道為激活子信道，而小于零的比特?cái)?shù)對(duì)應(yīng) 的子信道為非激活子信道。對(duì)激活子信道根據(jù)與首次比特分配類似的方法重新 進(jìn)行比特?cái)?shù)分配，并重新統(tǒng)計(jì)激活子信道個(gè)數(shù)，直到新的激活子信道數(shù)相比原 來(lái)的激活子信道數(shù)不再發(fā)生變化為止，然后對(duì)各激活子信道比特?cái)?shù)進(jìn)行取整。
4、 對(duì)權(quán)利要求書(shū)3中的比特?cái)?shù)進(jìn)行取整，其取整方法是把非激活子信道對(duì) 應(yīng)的比特?cái)?shù)和功率值都賦值為零，激活子信道的比特?cái)?shù)取距其最近的調(diào)制模式 對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)。在此取整中，上述方法也可以變化為取距其最近的低階調(diào)制模 式對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的二次比特分配以及權(quán)利要求書(shū)4中的取整結(jié) 果，計(jì)算各子信道的對(duì)應(yīng)的功率值，并計(jì)算各子信道功率和。如果各激活子信道功率和大于發(fā)送限定值，計(jì)算各激活子信道取整后的比 特?cái)?shù)與根據(jù)公式計(jì)算出的比特?cái)?shù)之差，按降序排列，從排列后的第一個(gè)開(kāi)始， 其對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)變更為距其最近的低階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng)的功 率值。然后判斷各激活子信道功率和與總發(fā)送功率限定值的關(guān)系，如果各激活 子信道功率和仍然大于發(fā)送限定值，則對(duì)排序后的下一個(gè)子信道進(jìn)行上述調(diào)整。 上述過(guò)程直到各激活子信道的功率和不大于發(fā)送限定值結(jié)束。如果各激活子信道功率和小于發(fā)送限定值，計(jì)算各激活子信道取整后的比 特?cái)?shù)與根據(jù)公式計(jì)算出的比特?cái)?shù)之差，按升序排列，從排列后的第一個(gè)開(kāi)始， 其對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)變更為距其最近的高階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的值并計(jì)算對(duì)應(yīng)的功率 值。判斷各激活子信道功率總和與最大總發(fā)送功率的關(guān)系，如果各激活子信道 功率和仍然不大于發(fā)送限定值，則對(duì)排序后的下一個(gè)子信道進(jìn)行上述調(diào)整。上 述過(guò)程直到各激活子信道的功率和大于發(fā)送限定值為止。最后，再把最后一次 調(diào)整的比特?cái)?shù)變更為距其最近的低階調(diào)制模式對(duì)應(yīng)的比特?cái)?shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng)的功率 值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求書(shū)l所述的二次比特調(diào)整，第二種二次比特調(diào)整方案直接 對(duì)首次比特分配結(jié)果取整，其方法和權(quán)利要求書(shū)4相同，調(diào)整方案和權(quán)利要求書(shū) 5相似。
7、 本發(fā)明提供的自適應(yīng)調(diào)制方法不僅適用于MIMO系統(tǒng)，還適用于 MIMO-OFDM系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于MIMO系統(tǒng)的魯棒自適應(yīng)調(diào)制方法，在發(fā)送端無(wú)法精確獲得信道狀態(tài)信息且系統(tǒng)誤比特率和總發(fā)送功率受限的情況下最大化系統(tǒng)信息傳輸速率。其主要特點(diǎn)是首先根據(jù)有誤差的信道狀態(tài)信息矩陣奇異值分解后對(duì)應(yīng)子信道的信道增益、信道誤差方差和噪聲方差通過(guò)簡(jiǎn)單公式推導(dǎo)得到實(shí)數(shù)域的比特和功率分配結(jié)果；然后通過(guò)對(duì)實(shí)比特?cái)?shù)進(jìn)行調(diào)整得到滿足實(shí)際系統(tǒng)需要的離散比特?cái)?shù)和相應(yīng)的功率結(jié)果，其中本發(fā)明提供了兩種調(diào)整實(shí)比特?cái)?shù)的方案。本發(fā)明不僅適用于MIMO系統(tǒng)，對(duì)于MIMO-OFDM系統(tǒng)也同樣適用。本發(fā)明提供的自適應(yīng)調(diào)制方法不但可以在不精確信道狀態(tài)信息條件下滿足系統(tǒng)傳輸質(zhì)量要求，并且能夠提供較高的頻譜效率。
文檔編號(hào)H04L1/02GK101309252SQ20081011661
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者罡 劉, 劉思楊, 唐碧華, 張然然, 楊愛(ài)敏, 林曉峰, 剛 謝 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)