[发明专利]多秩信道矩阵之几何均值分解预编码方法

说明书

本发明提供了一种多秩信道矩阵之几何均值分解预编码方法，包括以下步骤：S1、信道矩阵SVD奇异值分解；S2、GMD几何均值分解；S3、GMD预编码。本发明的有益效果是：实现了对任意信道矩阵秩的GMD几何均值分解，从而实现了对任意信道矩阵秩的GMD预编码，GMD几何均值分解适用于任意NxN天线阵列的MIMO系统，包括4G LTE和5G的MIMO系统的GMD预编码方案，从而使得GMD预编码方案在MIMO多天线阵列中可以得以推广和应用。

技术领域

本发明涉及预编码方法，尤其涉及一种多秩信道矩阵之几何均值分解预编码方法。

背景技术

当今的信息社会，移动通讯技术的发展得到了愈来愈多的关注。移动通讯技术发展的最终目标是实现任何人在任何时间任何地点能够与任何人或对象进行任何种类的通讯。

通讯技术的发展已经经过了第一代、第二代、第三代，以及当前的第四代LTE的不断发展，乃至未来5G的持续演进。通讯技术的发展历程告诉我们，通讯最核心的技术本质就是编码、译码、调制、解调。由信息论的知识得知，当发送端获得信道的状态信息(CSI)时，可以通过改变发送数据的功率、调制编码方式或是改变空间符合的发送方向等因素，使此通讯系统自适应当前的信道，以获得更好的系统性能，提高系统的频谱利用率或降低系统的误码率，所以，预编码技术是一种很有前途的技术，在许多宽带无线标准中都已采用。

MIMO技术是指在发送端和接收端分别使用多根天线，信号通过发送端和接收端的多根天线发送和接收，在不增加带宽的情况下，成倍的提高通信系统的容量和频谱利用率。

信道容量，一般可以定义为在保证误码率任意小的条件下系统的最大发射速率。数据在信道中，只可能以低于信道容量的速率进行可靠的传输。

对于SISO系统，香农定理已经给出了信道的极限容量：

C＝Blog₂(1+S/N)

其中C表示系统的信道容量，B表示系统带宽，S/N表示以分贝(db)为单位的SNR信噪比。

对于MIMO系统，香农定理也已经给出了信道的极限容量：

其中，P_i为等效系统中分配给第i个子信道的发送功率，λ_i为信道相关性矩阵的第i个非零特征值。

根据上式香农定理，我们知道，当发送端已知信道的状态时，发送端可根据信道特征值按照注水原理对各子信道进行最优功率分配，从而使MIMO系统达到极限的信道容量。功率分配的原则为：对于信道条件好的信道，分配较多的功率；对于信道条件差的信道，分配较少的功率，甚至不分配功率，充分利用信道的特性，从而在整体上充分利用了发射功率，使系统达到极限容量。

为了提升系统容量，我们需要对信噪比高的MIMO子信道使用高阶调制，同时对信噪比低的MIMO子信道使用低阶调制，这样才能保证系统的高容量及低误码率性能。然而，这不仅增加了接收端的译码难度，而且增加了系统实现的复杂度。目前的LTE系统实现中，为了降低系统复杂度，并没有基于不同的天线的信道增益灵活配置不同的调制方式，这意味着，系统容量并没有得到最大限度的发挥。

为此，人们需要采用有效的预编码算法来降低系统误码率、提升系统容量，预编码方法有很多，比如MMSE-VBLAST、Max-MSE、GMD(Geometric MeanDecomposition,几何均值分解)几何平均信道分解预编码等，其中，基于几何平均的信道分解的GMD预编码性能比较优越，GMD预编码方案在降低调制复杂度的同时，还能提升系统的误码率性能，可以在较差的子信道分配较多功率，使各个子信道性能趋于一致，然后采用统一的调制方案，在保证系统一定的BER误码水平下尽可能多地发送数据。