[发明专利]垂直分层空时编码通信系统的均匀信道分解方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及多输入多输出通信系统的发送端与接收端设计，特 别是一种均匀信道分解方法。

背景技术

近十年来，信息通信技术及其应用系统得到了迅速发展，呈现出空前的繁荣景象。 移动通信、无线通信、多媒体信息服务和因特网的发展与成熟，为人们在不同的时空领 域进行任何种类的信息交互提供了极大的便利。互联网技术的广泛应用和人们对数据传 输业务越来越多的依赖和需求，冲击并推动着移动通信技术不断地更新换代。现有的第 三代移动通信系统已经难以满足未来移动通信高速率、多业务、高质量的通信和数据传 输需求，因而人们提出了超3G或4G的概念，多个国际标准化组织和论坛也在积极开展 未来移动通信的研究。例如国际电信联盟—无线电通信部ITU-R在对第三代无线通信的 全球标准IMT-2000的未来发展和超IMT-2000系统的文件中指出：在2010年左右超 IMT-2000的新系统在高速移动的条件下将支持约100Mbps的峰值速率，在低移动条件 下将支持1Gbps的峰值速率。

当前广泛认同的支持未来移动通信高速率要求的一大关键技术就是多输入多输出 MIMO系统，MIMO技术可以在不增加系统带宽和传输功率的前提下，成倍地提高无线 信道的容量。根据信息论，如果不同发射—接收天线对之间的信道衰落相互独立，在相 同的发射功率和带宽下，一个拥有M个发射天线和N个接收天线的MIMO系统能达到 的信道容量为现有的单天线系统的min(M，N)倍，从而提供了当前其他技术无可比拟的 容量提升潜力。所以MIMO系统被认为是实现未来移动通信的关键技术之一。

MIMO系统通常可以获得两种增益：分集增益和复用增益。为了实现高速数据的传 输，需要获得尽可能大的复用增益。最早由贝尔实验室提出的垂直分层空时编码 V-BLAST系统，获得了最大的复用增益，也就是将信源数据分为若干子数据流，独立地 进行编码调制。V-BLAST系统通常采用线性收发机设计，使用公知的正交三角分解QR 分解技术来使传输信道矩阵的呈现上/下三角的特性，以便使信道吞吐量最大化。但是这 一常规方法会给在多个子信道上成功传输信号所需的调制解调和编码解码过程增添相当 大的复杂性，例如，为了实现所需的信道容量，MIMO系统必须执行比特分配以匹配各 子信道的容量。比特分配不仅使所需的调制复杂化，而且还应对应于所采用编码方案的 有限码元星座的粒度而减小了容量。或者像HIPERLAN/2和IEEE 802.11标准那样对每 个子信道使用相同的码元星座，则要向衰减大的子信道提供更多的功率，导致容量明显 下降。为了解决这一问题，文献【Y.Jiang，J.Li，and W.Hager，“Uniform Channel Decomposition for MIMO Communications，”IEEE Trans.Signal Process.，vol.53，no.11，pt. 1，pp.4283-4294，Nov.2005.】提出了一种均匀信道分解(UCD)的方案，将MIMO信道 分解为多个相同的并行子信道，但是该文献中给出的均匀信道分解(UCD)方案假设接 收机与发射机都已知完美的信道状态信息，这一点在实际系统中是不存在的，对于接收 机而言，其信道状态信息通过信道估计获得，信道估计误差是存在的；而对于发射机而 言，其信道状态信息通过反向信道的信道估计或者通过有限反馈信道获得，两种情况下 都存在着误差。由于的均匀信道分解方案中的V-BLAST系统译码算法采用非线性的串行 干扰抵消的方法对信道误差敏感，因此信道误差会对系统性能造成较大的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种垂直分层空时编码通信系统 的均匀信道分解方法，以减小信道误差对系统性能的影响，实现优化系统容量和误码率 性能的效果。

实现本发明的技术思路是：在目标函数中考虑到信道误差的影响，设计出相应的发 送端预处理矩阵，并根据MMSE准则解出接收端的后处理矩阵，其具体步骤包括如下：