一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法，具體包括以下步驟：步驟1：設(shè)計一個碼本；步驟2：得到短波多天線系統(tǒng)信道下的旋轉(zhuǎn)格拉斯曼碼本；步驟3：發(fā)送端輸入碼流，將其調(diào)制后乘上預(yù)編碼向量w生成發(fā)送信號向量；步驟4：接收端進行信道估計得到瞬時信道矩陣H；步驟5：根據(jù)步驟2得到的旋轉(zhuǎn)格拉斯曼碼本，選取最優(yōu)的碼字將w對應(yīng)的序號通過反饋信道傳回到發(fā)送端，發(fā)送端根據(jù)序號更新預(yù)編碼向量w；步驟6：接收端采用最大似然法進行信號檢測，經(jīng)解調(diào)后生成輸出碼流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明考慮了短波信道的相關(guān)性，降低了短波多天線系統(tǒng)通信的誤碼率，提高了信號傳輸?shù)目煽啃浴?br> 【專利說明】一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋 預(yù)編碼方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 短波通信是頻率為3-30MHZ的無線電通信方式，具有使用靈活、通信距離遠、信道 不易摧毀等優(yōu)點，但是短波通信的性能一直受限于窄帶、時變的信道特性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸速 率不高，通信可靠性差。在不增加系統(tǒng)信道帶寬和總發(fā)射功率的前提下，多天線技術(shù)一方面 通過空間復(fù)用能極大地提高信道容量，另一方面利用空間分集改善系統(tǒng)的誤碼率性能，有 望用于短波通信中以提升系統(tǒng)性能。
[0003] 有限反饋預(yù)編碼是空間分集的一種實現(xiàn)方法，它通過反饋信道將實時的信道狀態(tài) 信息反饋回發(fā)送端，發(fā)送端根據(jù)信道條件調(diào)整發(fā)射天線陣列上的功率分配，從而增大了接 收信號信噪比，降低了系統(tǒng)的誤碼率。具體實現(xiàn)方法是，使收發(fā)端共享一個大的碼本，接收 端進行信道估計后，根據(jù)一定的選碼準則從碼本中選出與當前信道狀態(tài)信息匹配的最優(yōu)碼 字，將該碼字的序號反饋回發(fā)送端，發(fā)送端根據(jù)該序號對應(yīng)的預(yù)編碼向量進行發(fā)射天線陣 列上的信號功率分配。
[0004] D. J. Love 等在 IEEE Communications Magazine 的文獻"Limited feedback unitary precoding for spatial multiplexing systems" 中提出一種基于格拉斯曼流型 的預(yù)編碼碼本設(shè)計方法，但是它是基于空間不相關(guān)的瑞利衰落信道，沒有考慮多天線系統(tǒng) 信道的相關(guān)性。短波通信的波長位于10?100米，所用的天線尺寸比較大，天線之間、傳播 模式之間存在一定的相關(guān)性，采用傳統(tǒng)的格拉斯曼預(yù)編碼方案對系統(tǒng)性能提升不夠明顯， 因此基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法的提出能夠利用短波信道的相關(guān)性，重新 設(shè)計碼本，改善短波多天線系統(tǒng)通信的誤碼性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于短波多天 線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法，有效解決了短波信道存在信號相關(guān)性的問題，對于部署短 波多天線系統(tǒng)有參考意義。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] -種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法，其特征在于，根據(jù)發(fā)射天線相 關(guān)性、傳播模式相關(guān)性、接收天線相關(guān)性對短波多天線系統(tǒng)信道進行建模，利用發(fā)射天線相 關(guān)矩陣對格拉斯曼碼本進行旋轉(zhuǎn)并歸一化，從而降低了短波多天線系統(tǒng)通信的誤碼率，所 述的預(yù)編碼方法具體包括以下步驟：
[0008] 步驟1 :根據(jù)格拉斯曼碼本設(shè)計一個碼本

【權(quán)利要求】
1. 一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法，其特征在于，根據(jù)發(fā)射天線相關(guān) 性、傳播模式相關(guān)性、接收天線相關(guān)性對短波多天線系統(tǒng)信道進行建模，利用發(fā)射天線相關(guān) 矩陣對格拉斯曼碼本進行旋轉(zhuǎn)并歸一化，所述的預(yù)編碼方法具體包括以下步驟： 步驟1 :根據(jù)格拉斯曼碼本設(shè)計一個碼本C= ^CliC2,CfJ,目標是最大化碼字之間 的最小距尚； 步驟2 :對步驟1中的每個碼字左乘上發(fā)射天線相關(guān)矩陣進行旋轉(zhuǎn)，然后對轉(zhuǎn)換后的碼 本進行歸一化，得到短波多天線系統(tǒng)信道下的旋轉(zhuǎn)格拉斯曼碼本：F==Upf2PiJtJ,儲存 在發(fā)送端和接收端； 步驟3 :發(fā)送端輸入碼流，將其調(diào)制后乘上預(yù)編碼向量w生成發(fā)送信號向量，然后通過 發(fā)射天線陣列發(fā)送出去； 步驟4 :發(fā)送信號經(jīng)過短波無線信道后到達接收天線陣列，接收端進行信道估計得到 瞬時信道矩陣H; 步驟5 :根據(jù)步驟2得到的旋轉(zhuǎn)格拉斯曼碼本，選取最優(yōu)的碼字W=argmaxfe;F丨丨Hflli，將w對應(yīng)的序號通過反饋信道傳回到發(fā)送端，發(fā)送端根據(jù)序號更新預(yù)編 碼向量W; 步驟6 :接收端采用最大似然法進行信號檢測，經(jīng)解調(diào)后生成輸出碼流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法， 其特征在于，所述的格拉斯曼碼本是基于空間不相關(guān)的瑞利衰落信道，設(shè)計碼本 e={Cl,C2,…，Cfj}，目標是使碼字之間的最小距尚δ最大化，其中
其中，*表示共軛轉(zhuǎn)置，N是碼本長度，k、1是碼字的序號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法，其特征在 于，所述的旋轉(zhuǎn)格拉斯曼碼本；F= (Lf2fN}中每個碼字A可以表示為
其中，是發(fā)射天線陣列相關(guān)性矩陣，（^表示原格拉斯曼碼本，II·II2表示矩陣的2 范數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法，其特征在 于，所述的輸入碼流經(jīng)過調(diào)制后變?yōu)檎{(diào)制符號SkeClxl,左乘上預(yù)編碼向量weCnTxl變 為發(fā)送符號向量XkSCnTXI，即 Xk= WS k 其中k表示第k個符號周期，ητ表示發(fā)射天線的數(shù)目，預(yù)編碼向量W中元素Wi表示在 第i個發(fā)射天線上的權(quán)重和相移，發(fā)送符號平均功率滿足ESk[丨sk丨2] =ε，其中ε為常數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法，其特征在 于，所述的瞬時信道矩陣H表示為H=ReG1RmG2Rt 其中Rk表示接收天線相關(guān)矩陣，RM表示短波傳播模式相關(guān)矩陣，Rt表示發(fā)射天線相關(guān) 矩陣，匕和G2是元素服從復(fù)高斯分布CJV(0,1)的隨機矩陣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法，其特征在 于，所述的接收端采用最大似然法進行信號檢測，接收符號表示為 y=I IHwI|2s+n 其中HeCnRXnT是信道矩陣，％是接收天線數(shù)目，ητ是接收天線數(shù)目，w是預(yù)編碼向量，s是發(fā)送符號，η是噪聲服從正態(tài)分布CJVXO,NQ)，Ntl是噪聲的方差。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法，其特征在 于，所述的預(yù)編碼向量w位于碼本;F= ...,fN}，接收端根據(jù)估計的信道矩陣H選取w #七女i/全η品一卜CMD縣一主二
因為ε和Ntl是固定的，碼幸視前池_.
碼字w選取后，接收端將對應(yīng)的序號反饋回發(fā)送端，其中序號的長度為丨Iog2ΛΠ比特， 1\表示有效的信道增益，ε是發(fā)送符號功率，Ntl是噪聲的方差。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于短波多天線系統(tǒng)的有限反饋預(yù)編碼方法，其特征在 于，令I(lǐng)|w|I2=1保證滿足發(fā)送功率限制，所述的碼本：F是單位向量的集合。
【文檔編號】H04B7/04GK104468054SQ201410629099
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】王坤, 李悅, 丁良輝, 楊峰, 錢良 申請人:上海交通大學(xué)