[发明专利]MIMO系统中基于RUMSWF的低复杂度降秩均衡方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域MIMO系统中的信道均衡方法，具体涉及一种 基于RUMSWF(Rectangle Unitary Multistage Wiener Filter)的低复杂度降秩均衡方法。

背景技术

在过去的几十年里，通信技术得到了快速的发展和广泛的应用，极大地推动了 社会经济的发展，改变着人们的生活方式。而随着社会的发展和人们物质生活及精 神生活水平的提高，人们对无线通信系统容量的需求与日俱增。传统的无线通信系 统采用单发射天线和单接收天线，称作单输入单输出(SISO)系统。SISO系统在 信道容量上具有一个不可突破的瓶颈——Shannon容量限制，已不能满足新一代无 线通信系统的容量与可靠性的需求。结合空时处理的多天线传输系统——MIMO (Multiple Input Multiple Output)通信技术，提供了解决该问题的新途径，它在无线 链路两端均采用多天线，能够充分利用空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率 的情况下，成倍地提升通信系统的容量与可靠性，被视为下一代无线通信系统必须 采用的关键技术，引起了世界各国学者的极大关注。

MIMO技术在概念上非常简单，任何一个无线通信系统，只要是在无线链路的 两端都使用多根天线，或者天线阵列，就构成了一个MIMO系统。E.Telatar和 J.Foshini分别证明了MIMO系统与SIMO无线和MISO无线系统相比，可以取得巨 大的信道容量，该信道容量突破了传统信道容量的瓶颈，是C.E.Shannon信道容量 的推广。但与此同时，MIMO系统的复杂度也会随着收发天线数目的增加而增加， 因此先进的信号处理技术是实现MIMO系统容量最大化的关键。随着研究的不断 深入与应用的不断推广，MIMO系统中的降秩方法，特别是基于降秩信号处理的检 测方法研究已成为目前的研究热点和难点。

MIMO信号检测是目前信号检测领域备受关注的一个分支，至今已在国内外重 要期刊及会议上发表了600多篇学术论文，及约70余项专利。MIMO系统中最常 用的检测方法包括最大似然检测方法(MLD)、线性检测方法以及1996年由美国 Lucent公司BELL实验室的J.Foschini等人提出的分层空时编码V-BLAST(Vertical -Bell Laboratories Layered Space Time)方法。由于在MIMO信号检测中，速率与 可靠性以及方法的性能与复杂度之间的平衡或者折衷问题始终是决定该项技术能 否真正适于实际应用的关键因素。因此，在满足一定性能指标要求的前提下，尽可 能地降低方法的复杂度就成了我们关注的重点，降维方法的研究就可以达到这一目 的。

降维或降秩信号处理的思想具有相当长的发展历史，可以追溯到H.Hotelling， C.E.Shannon及L.L.Scharf早期所作的工作，并在阵列信号处理、雷达、多用户检 测领域等得到了不同程度的应用。目前降维方法的研究成果可归于以下两类：基于 信号子空间思想的MIMO降秩方法、基于多级信号处理的MIMO降秩方法。

基于信号子空间思想的MIMO降秩方法：其核心就是将接收信号向量在降维 子空间上投影，以提高方法的收敛速度及降低计算复杂度。选择不同的降秩变换(即 降秩子空间)可得到不同的降秩性能。典型的子空间选取方法有特征子空间、基于 Krylov子空间的降秩处理方法、基于正交子空间投影的降秩处理方法。目前，降秩 子空间组成特征向量的选取最常用的方法有主分量分析法(Principal Component Method)和互谱测度法(Cross Spectral Method)，它们均是基于特征值分解的方法。 主分量分析法仅仅使用了观测数据的二阶统计，其性能不太理想。互谱测度法相对 于主分量分析法更具有鲁棒性，但仍需要对接收信号矢量的协方差矩阵作特征值分 解，使得其计算复杂度较高。