[发明专利]一种基于降低平均误码率上界的导频数据间最优功率分配方法

摘要

该发明公开了一种基于降低平均误码率上界的导频数据间最优功率分配方法，属于通信抗干扰技术领域。首先推导出在承载导频、数据子载波数量和平均发射功率确定的条件下，接收端使用MMSE算法估计信道时的实时误比特率上界，然后该上界中的Q函数进行自然指数近似，进而推导出平均误比特率上界。最后对平均误比特率上界进行求导，得到使得该导数为零的最优导频和数据功率分配因子。通过最小化系统平均误比特率上界，有效实现了很好的BER性能要求。

主权项

一种基于降低平均误码率上界的导频数据间最优功率分配方法，该方法包括以下步骤：步骤1：采用如下公式计算PSM‑OFDM‑MIMO系统中第k个数据子载波的平均比特错误概率上界：Pbit_maxk(γ,λ)=1MNrkallΣxΣx≠x^d(xdk→x^dk)Pϵ(xdk→x^dk/γ,λ)]]>其中表示在系统参数为λ和信噪比为γ时发送数据符号错判成数据符号所对应错误方式的成对错误概率；代表PSM‑OFDM‑MIMO系统发射符号和检测得到的符号之间的汉明距离。更具体来说，表示所谓的超级符号且可以被写为其中ej,j＝1,...,Nr是Nr维单位矩阵的第j列，sm∈M＝{s1,...,sM}表示传统M阶星座图中的一个幅度/相位调制符号，Nr为系统的接收天线数量。所以，发送信息比特被编码进ej和sm中，每时隙每载波传输总比特数为kall＝log2(NrM)；M表示传统幅度相位调制的阶数；Nr表示接收天线数；kall＝log2(NrM)表示每时隙每载波传输总比特数；在本系统中，参数λ和信噪比γ可以表示为：λEp+σz2wkEp]]>γ=Ed/σz~dk2=Ed/(Edσz2Ep+σz2+σz2)]]>其中Ep和Ed分别为导频和数据符号的能量；是接收端高斯白噪声的方差；表示等效高斯噪声的方差；wk是一个与线性差值技术相关的正的常数；以上平均比特错误概率上界公式中的式子或参数除了以外，全部都是系统的固有参数；步骤2：PSM‑OFDM‑MIMO系统发送数据符号存在三种错误方式：天线索引判对幅度/判错相位记为ε1、天线索引判错幅度/判对相位记为ε2、天线索引判错幅度/判错相位记为ε3，得到的三种不同形式；步骤2.1：当错误方式为ε1时，对应的为：Pϵ1(xdk→x^dk)≤Pϵ1_max(xdk→x^dk)=112λV(|sm-s^m|2γ4+λ)-V+14λV(|sm-s^m|2γ3+λ)-V]]>其中sm∈M＝{s1,...,sM}表示发射端发射的传统M阶星座图中的一个幅度/相位调制符号，同理，且是接收端接收并判决出的传统M阶星座图中的一个幅度/相位调制符号，它们均为常量；以上公式右边的两个求和项可以统一表示为型如h1(μ1,θ1)＝μ1λV(θ1+λ)‑V，其中μ1和θ1是取决于上述不等式右边项的正实常数；V＝Nt‑Nr+1，且Nt表示系统的发射天线数量，Nr为系统的接收天线数量；步骤2.2：当错误方式为ε2时，对应的为：Pϵ2(xdk→x^dk)≤Pϵ2_max(xdk→x^dk)=(1-ρc)-Vλ2V12(|sm|2γ4+λ1-ρc)2VF0(V;;ρcλ2(|sm|2γ4+λ1-ρc)2(1-ρc)2)+(1-ρc)-Vλ2V12(|sm|2γ3+λ1-ρc)2VF0(V;;ρcλ2(|sm|2γ4+λ1-ρc)2(1-ρc)2)]]>其中ρc是系统发射端功率归一化对角矩阵对角元的相关系数，由实验仿真可以得出；是广义超几何方程，且[V]j＝V(V+1)...(V+j‑1)；上面公式右边的两个求和项可以统一表示为型如：h2(μ2,θ2)=h2(μ2,θ2)=μ2(1-ρc)-Vλ2V(θ2+λ1-ρc)2VF0(V;;ρcλ2(θ2+λ1-ρc)2(1-pc)2)]]>其中μ2和θ2是取决于上述不等式右边项的常数；步骤2.3：当错误方式为ε3时，对应的可写为Pϵ3(xdk→x^dk)≤Pϵ2_max(xdk→x^dk)=(1-ρc)-Vλ2V12(γ4|sm|2+λ1-ρc)V(γ4|s^m|2+λ1-ρc)VF0(V;;ρcλ2(γ4|sm|2+λ1-ρc)(γ4|s^m|2+λ1-ρc)(1-ρc)2)=(1-ρc)-Vλ2V4(γ3|sm|2+λ1-ρc)V(γ3|s^m|2+λ1-ρc)VF0(V;;ρcλ2(γ3|sm|2+λ1-ρc)(γ3|s^m|2+λ1-ρc)(1-ρc)2)]]>其中该公式右边的两个求和项可以统一表示为型如：h3(μ3,θ3)=μ3(1-ρc)-Vλ2V(θ3|sm|2+λ1-ρc)V(θ3|s^m|2+λ1-ρc)VF0(V;;ρcλ2(θ3|sm|2+λ1-ρc)(θ3|s^m|2+λ1-ρc)(1-ρc)2)]]>其中μ3和θ3是取决于上述不等式右边项的常数；步骤3：根据和所对应的错误方式，将该错误方式εi对应的错误概率带入到前述第k个数据子载波的平均比特错误概率上界公式中的求得该平均比特错误概率上界；根据步骤1中公式计算出第k个子载波的平均比特错误概率上界，然后计算得到系统所有子载波总的平均比特错误概率上界为Pbit(γ,λ)≤Pbit_upper(γ,λ)=1NdΣk=1NdPbit_maxk(γ,λ)]]>步骤4：本系统一个相关带宽包含Nc个子载波；在一个相关带宽内有Np个子载波传送导频符号，有Nd个子载波传送数据符号，本发明采用梳状导频结构，在PSM‑OFDM‑MIMO系统中，Np＝Nt，导频符号所占的比例为δ＝Nt/Nc；导频和数据符号的能量分别为Ep和Ed；因此，平均能量为：E0=NtEp+NdEdNc=δEp+(1-δ)Ed]]>本专利定义功率分配因子α如下：α=NdEdNtEp=(1-δ)EdδEp]]>所以根据以上公式可以得到Ep=E0δ(1+α)]]>Ed=αE0(1-δ)(1+α)]]>E0在实际系统中是一个确定的正值；步骤5：用新定义的δ、E0和α带入步骤1中的λ和γ的表达式中可得λ=E0+σz2δ(1+α)wkE0]]>γ=αE0(1-δ)(1+α)αE0σz2(1-δ)E0δ+(1+α)σz2+σz2]]>步骤6：将步骤5得到的λ和γ、带入步骤3得到的所有子载波总的平均比特错误概率上界将带入后的公式对α求偏导，获得极值点，该极值点对应的α值则为本发明要求的导频数据间最优功率分配值。