[发明专利]一种基于最小距离最大化准则的多路数据流传输方法

说明书

技术领域

本发明属于多输入多输出（MIMO）宽带无线和移动通信信号处理技术领域，具体涉及MIMO无线通信系统中基于最小距离最大化准则的线性预编码方法，适用于诸如802.11n、TD-HSPA+、TD-LTE及TD-LTE-Advanced等新一代宽带无线和移动通信系统。

背景技术

在许多宽带无线和移动应用中，发送端通常可以利用无差错的反馈链路完全获得特定用户的信道状态信息，特别是针对基于时分双工（TDD）的宽带移动通信系统，情况会变得更为简单，此时发送端可以仅通过信道互易性原理即可有效获得用户的全部信道状态信息。MIMO预编码技术则能够利用完全已知的信道状态信息，有效提升系统的频谱效率和链路可靠性。研究表明，若接收端采用非线性最大似然接收机，基于最小欧氏距离最大化准则的MIMO线性预编码方法将成为改善收发链路传输质量的有效措施。然而，从优化问题模型看，由于基于发送功率约束的最小距离预编码问题通常是非确定性多项式难题（NP-Hard），即使在低维空间中发展高性能解法也极具技术挑战性，因此，通常难以获得高性能预编码器以便充分利用MIMO空间自由度，实现同时传输多路数据流的任务。当仅存在两路待传数据流时，《国际电气与电子工程师协会-信号处理汇刊》（IEEE Transactions on Signal Processing,vol.52,no.3,pp.617–627,Mar.2004）所公开的“适合MIMO空分复用系统的最优最小距离预编码方法”（Optimal minimum distance-based precoder for MIMO spatial multiplexing systems）一文中首次提出一种基于数值穷尽搜索的预编码方法，可获得适用于二相相移键控（BPSK）和四相相移键控（QPSK）等低阶数字调制方式的复值预编码矩阵。为了提高数据流传输能力，在《国际电气与电子工程师协会-信号处理专题期刊》（IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing,vol.2,no.2,pp.135–146,Apr.2008）所公开的“利用交叉型矩阵结构拓展基于最小欧式距离的MIMO预编码方法”（Extension of the MIMO precoder based on the minimum Euclidean distance:a cross-form matrix）一文中，结合使用双流传输最佳预编码方法成对地构造交叉型矩阵结构，从而获得可用于传输偶数维数据流的最小距离预编码器。近年来，在《国际电气与电子工程师协会-信号处理汇刊》（IEEE Transactions on Signal Processing,vol.59,no.11,pp.5485–5498,Nov.2011）所公开的“一种低最大似然译码复杂度、满分集增益全速率MIMO预编码方法”（A low ML-decoding complexity，full diversity，full-rate MIMO precoder）一文中将预编码矩阵限定为实矩阵，由此所提出的预编码方法可一定程度上降低实现复杂度，并仍可利用交叉型矩阵结构同时支持偶数维数据流的并行传输。然而，该方法仍需基于数值穷尽搜索策略计算模型参数，缺乏相应的闭合表达式，因而其计算复杂度受MIMO信道和信号空间维度、数值搜索精度和搜索步长等限制，计算复杂度较高，实时性较差，工程应用价值较低；同时，鉴于交叉型矩阵结构的固有约束，采用该结构的最小距离预编码器也无法支持任意维数据流传输。综上所述，为便于在新一代宽带无线和移动通信系统中有效实施，亟待发展可支持任意维数据流传输且实时性较高的低复杂度最小距离MIMO预编码方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于最小距离最大化准则的多路数据流传输方法，以改善现有最小距离预编码方法中存在的模型参数计算复杂度高、无法支持任意维数据流传输，难以工程化应用于实际通信系统的问题。

本发明基于最小距离最大化准则的多路数据流传输方法，设发送端利用预编码矩阵传输发送功率为P₀的M路四相相移键控（QPSK）数据流x，多输入多输出（MIMO）平坦衰落信道的等效虚拟信道矩阵在发送端已知；其特征在于依次包含以下步骤：