[发明专利]一种高速移动下基于动态信道状态的MIMO预编码方法

说明书

本发明提出一种高速移动下基于动态信道状态的MIMO预编码方法。首先，依据高速移动场景建立MIMO系统模型。其次，根据所建立的系统模型，构建模代数预编码(Tomlison‑HarashimaPrecoding,THP)方案。然后，基于信道统计特性构建动态信道状态信息的信道矩阵。最后，在发射功率约束条件下，以最小均方误差为优化目标，推导得到加权矩阵G和最优预编码矩阵B和F。本发明提出的高速移动环境下的MIMO预编码方法，采用了动态信道状态信息模型，考虑了高速移动环境下信道的统计特性，使发送端获取的信道状态信息更接近实际信道。将动态信道状态模型与THP相结合应用在高速移动下的预编码中，可以消除多用户干扰以及提高预编码准确度，为高质量的高速移动通信提供设计参考。

技术领域

本发明涉及高铁移动通信预编码方法，特别是在高铁宽带无线通信系统下的一种高速移动下基于动态信道状态的MIMO预编码方法。

背景技术

随着移动通信的快速发展，人们对通信服务质量的需求不断增加，传统的低速率的移动通信系统已不能满足用户的需求。这就对移动无线通信系统中传输的可靠性与高速性提出了更高的挑战。因此，新一代移动通信长期演进(Long Term Evolution,LTE)与LTE-A(LTE-Advanced)技术被提出。研究人员针对高铁场景提出LTE-R(LTE-Railway)的概念，但是目前还没有形成标准，尚有诸多的技术挑战。

MIMO引入了多天线技术，把空间域作为另一个新资源。由于天线数增加，可发送的数据流变得更独立，增强了传输的可靠性，提升了信号质量。因此， MIMO技术可以抑制信道衰落，提高频谱效率，从而提高系统的传输效率和系统容量。然而，正是由于采用了多天线，不同用户之间不可避免地会产生干扰。这就需要接收端采用更复杂的检测算法来复原数据。但在实际应用中，检测算法的设计常常受到功耗和终端尺寸限制。因此，为了简化接收端的检测算法，在发射端对信道状态信息(Channel State Information,CSI)加以利用。这种在发射端对 CSI加以利用，对数据进行预处理的技术叫做预编码技术。

近年来，对高速移动下的预编码方法已有了大量的研究。有基于码本的预编码，例如基于天线选择的预编码、基于离散傅里叶的预编码，以及基于 Householder变化的预编码。还有基于非码本的预编码，例如奇异值分解、几何均值分解和统一信道分解算法。但现有的预编码方法，都是线性预编码，处理简单，但性能并不理想。同时，现有的预编码都是假设获取的CSI是完美的，而实际获取的CSI并不是完美的，因此，采用理想CSI设计的预编码在实际应用中会造成较大的误差。

在高速移动场景下，CSI在一个符号传输周期内发生明显变化，传统的信道估计技术已变得不再准确，信道的快时变性导致经历反馈时延后得到的CSI不再能较为准确地刻画当时的真实信道情况。将信道的统计信息与信道的时间相关特性相结合，构成发射端动态CSI模型，利用信道的统计特性来补偿瞬时的CSI，可以更好地体现当前信道特性，从而能提高预编码性能。另一方面，模代数预编码(Tomlison-Harashima Precoding,THP)是一种非线性预编码，该预编码引入求模、反馈等非线性操作，通过合理地预处理，THP能够使发送数据更好地适应信道时变特性和减小用户干扰带来的影响，提高系统性能，并在容量上逼近 MIMO信道理论值。因此，将动态信道状态模型与THP相结合应用在高速移动下的预编码中，可以有效消除多用户干扰以及提高预编码准确度。

综上，针对现有的预编码方法，它们的处理方法简单，不适用于高速移动场景，预编码性能较差的问题，本发明提出一种高速移动下基于动态信道状态的 MIMO预编码方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种高速移动下基于动态信道状态的MIMO预编码方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种高速移动下基于动态信道状态的MIMO预编码方法，具体过程如下：