[发明专利]一种最小化ISI信道中非相干大规模SIMO系统误码率的星座图设计方法

说明书

本发明涉及一种最小化ISI信道中非相干大规模SIMO系统误码率的星座图设计方法，属于光通信技术领域。该方法包括：S1：建立大规模SIMO系统模型；S2：在接收天线数量有限的情况下，计算ISI信道条件下基于ED的接收机的SER；S3：求解最小化平均符号的误差概率；S4：阈值优化，对判决度量z(t)进行解码。与PAM相比，本发明提出的星座设计方法在在达到相同的误差概率时，所需的接收天线数量可以大大减少，这从硬件实现角度来看是非常有吸引力的，从而使得硬件设计成本更低。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，涉及一种最小化ISI信道中非相干大规模SIMO系统误码率的星座图设计方法。

背景技术

大规模多输入多输出(MIMO)系统近年来因为其巨大的潜力而受到人们的广泛关注，在该系统中，基站侧配置大量的天线，用户侧配置少量天线，他们都共享相同的频率资源。例如，发射功率能够随基站侧天线数目的增大而成比例地减小，所以大规模MIMO的能量效率更高。同时，不同用户所使用的信道趋于渐进正交，因此小区间干扰和小区内干扰都可通过简单的检测或预编码算法来限制。在相干通信系统中，为了得到大规模MIMO提供的这些好处，需要在基站侧获取精确的信道状态信息(CSI)。然而，大规模MIMO系统需要在接收端配置大量的天线，这使得获取CSI变得更加困难。事实上，由于信道估计的计算复杂度太高，导致在实时情况下去估计所有的信道是不可能的。另外，在相邻小区中复用导频也使得导频污染问题更加严重，因为一个小区内的信道估计结果会受到在其他小区中用户所发送的导频的影响。

作为一种可供选择的替代方案，非相干通信系统无论是在发送端，还是在接收端都无需知道瞬时的CSI。和相干接收机相比，非相干接收机虽然性能略差，但具有复杂度低、低功耗、结构简单的优点。很显然，非相干接收机在大规模天线系统中的应用更受青睐，并且已经受到了广泛的关注。和传统的差分检测器相比，一种无需CSI的基于非重叠功率空间分布的最佳判决反馈差分检测器(DFDD)在大规模MIMO系统中可以获得更大的增益。然而这种DFDD 依赖于一个特殊的信道模型，因此无法应用到一般场合。通过研究发现，能量检测(ED)可以运用在这种接收端配置大量天线的非相干大规模单输入多输出(SIMO)系统中。通过采用一种非负脉冲幅度调制方案，使得发送序列能够通过对所有天线上的接收信号求平均来解码得到。此外，由于接收天线数目是趋于无穷的，所以基于能量检测的非相干系统能够提供和相干系统相同的误码性能。

目前常用的解码技术是非负脉冲调幅(PAM)的基于ED的非相干接收机，但是这种方法并未充分利用星座点之间的间隔，因此性能不佳；为了获得需要的误码率，需要大量天线，硬件开销过大。此外，无线信道通常具有频率选择特性；上述方法仅仅考虑平坦衰落，在频率选择性信道下的适用性需要进一步探讨。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种最小化ISI信道中非相干大规模SIMO系统误码率的星座图设计方法，在接收端解码过程中，大大减少了接收天线数量，为硬件设计提供大大的便利。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种最小化ISI信道中非相干大规模SIMO系统误码率的星座图设计方法，具体包括以下步骤：

S1：建立大规模SIMO系统模型；

S2：在接收天线数量有限的情况下，计算ISI信道条件下基于ED的接收机的SER；

S3：求解最小化平均符号的误差概率；

S4：阈 值优化，对判决度量z(t)进行解码。

进一步，步骤S1中，建立的SIMO系统模型包括：单天线发射机和具有M个天线的接收机组成的SIMO网络，发射机和接收机之间的信道被建模为具有L个抽头的有限脉冲响应(Finite Impulse Response，FIR)滤波器，接收到的信号表示为：