MIMO-OFDM系统下行信息数据的处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种MIMO-OFDM系统下行信息数据的处理方法，主要解决传统下行信息数据的处理方法不能获得最优误码率性能的问题。其处理过程为：(1)对子载波进行分组，并构造每组子载波对应的发送和接收信号矢量及信道矩阵；(2)对每组子载波对应的调制信号进行归一化和扰动；(3)对归一化和扰动后信号矢量进行多流干扰抑制并进行发射功率控制；(4)对每组子载波对应的接收信号矢量进行增益补偿和求模运算；(5)对求模运算后得到的归一化调制信号矢量估计值进行反归一化；(6)对反归一化后的正交振幅调制信号矢量的估计值进行解调。本发明专利技术具有误码率低，复杂度可调节的优点，用于MIMO-OFDM通信系统的收发机设计。

【技术实现步骤摘要】
MIMO-OFDM系统下行信息数据的处理方法
本专利技术属于通信
，涉及一种数据处理方法，可用于MIMO-OFDM系统下行链路中发射端信息和接收端信息数据的处理。
技术介绍
多输入多输出-正交频分复用MIMO-OFDM技术已经被第四代4G移动通信标准所采用，其具有频谱利用率高、信号传输稳定、传输速率快等优良性能，并且被认为是未来移动通信系统的核心技术之一，采用该技术的通信系统被统称为MIMO-OFDM系统。MIMO-OFDM系统的关键技术之一就是下行信息数据的处理技术，通过在发射端对发送的信息数据进行预处理并在接收端对接收到的信息数据进行后处理，实现MIMO-OFDM系统下行数据流的分集与复用，提高系统的传输速率和可靠性。矢量扰动VP是一种性能最优越的MIMO系统下行信息数据处理技术之一，2005年首次由B.M.Hochwald,C.B.Peel和A.L.Swindlehurst提出，并证明其性能接近香农限。该技术获得2006年IEEE通信学会StephenO.Rice奖项，随后很多研究人员都开始了对这种新型下行信息数据处理技术的研究。到目前为止，已经有很多种改进的矢量扰动方法被提出，并应用在MIMO系统的下行信道上，但是还没有研究者发表过应用于MIMO-OFDM系统下行信道上的矢量扰动处理方法。这是因为MIMO-OFDM系统可以等价地分解为N个正交平坦衰落的MIMO系统，其中N为OFDM子载波个数，这样一来MIMO-OFDM系统的下行信息数据处理通常被认为仅仅是MIMO系统下行信息数据处理在每个子载波上相同的重复。在无载波间干扰的条件下，对于传统下行信息数据处理方法，例如：迫零ZF、最小均方误差MMSE、Tomlinson-Harashima，上述结论是成立的，然而对于矢量扰动预处理，这个结论不再成立。因而，简单地将矢量扰动处理方法扩展到MIMO-OFDM系统的每个子载波上不能使系统的误码率获得最优的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改进上述已有技术的不足，提供一种MIMO-OFDM系统下行信息数据的处理方法，以提高系统的误码率性能。实现本专利技术的技术思路是：构造MIMO-OFDM系统的空域和频域联合信道矩阵，用其伪逆矩阵对发送信号进行多流干扰抑制，并且对发送信号进行扰动，以最大化系统的发射功率效率，其具体技术步骤如下：(1)对子载波进行分组：发送端将N个子载波分为M组，每个组中包含Q个频率互不相同的子载波，用集合I＝{1,2,…,N}表示第1至第N个子载波集合，用集合Im＝{nm,1,nm,2,…,nm,Q}表示第m组中第nm,1至第nm,Q个子载波的集合，用集合Im′＝{nm′,1,nm′,2,…,nm′,Q}表示第m′组中第nm′,1至第nm′,Q个子载波的集合，则分组的结果用公式表示为N＝MQ，I1∪I2∪…∪IM＝I，式中，表示空集，M的取值范围为1到N；(2)构造每组子载波对应的发送和接收信号矢量及信道矩阵：(2a)将第m组子载波上的发送信号矢量Xm＝[X(nm,1)T,X(nm,2)T,…,X(nm,i),…,X(nm,Q)T]T，其中，X(nm,i)＝[x1(nm,i),x2(nm,i),…,xB(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的B个发射天线上的信号矢量，i＝1,…,Q，上标“T”表示矩阵转置；(2b)将第m组子载波上的接收信号矢量表示为：Ym＝[Y(nm,1)T,Y(nm,2)T,…,Y(nm,i),…,Y(nm,Q)T]T，其中，Y(nm,i)＝[y1(nm,i),y2(nm,i),…,yR(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的R个接收天线上的信号矢量，i＝1,…,Q；(2c)将第m组子载波上的加性高斯白噪声矢量表示为：Zm＝[Z(nm,1)T,Z(nm,2)T,…,Z(nm,i),…,Z(nm,Q)T]T，其中，Z(nm,i)＝[z1(nm,i),z2(nm,i),…,zR(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的R个接收天线上的加性高斯白噪声矢量，i＝1,…,Q；(2d)将第m组子载波对应的信道矩阵表示为：Hm＝diag(H(nm，1),H(nm,2),…,H(nm,i),…,H(nm,Q))，其中，H(nm,i)为第m组的第i个子载波上的MIMO信道矩阵，i＝1,…,Q，diag(·)表示生成对角矩阵；(2e)根据每个载波上的接收信号等于发射信号与信道乘积加噪声的模型，及(2a)、(2b)、(2c)、(2d)的对应关系，得到如下关系式：Ym＝HmXm+Zm；(3)对每组子载波对应的调制信号进行归一化和扰动：(3a)对每组子载波对应的调制信号进行归一化：设Am＝[A(nm,1)T,A(nm,2)T,…,A(nm,i),…,A(nm,Q)T]T为第m组子载波上的正交振幅调制QAM信号矢量，其中A(nm,i)＝[a1(nm,i),a2(nm,i),…,ak(nm,i),…,aB(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的B个发射天线上的QAM信号矢量，其中ak(nm,i)表示第m组的第i个子载波所对应的第k个发射天线上的QAM调制符号；设正交振幅调制QAM星座图中包含μ2个调制星座点，则ak(nm,i)的实部和虚部的取值都包含在集合{±1,±3,…,±(μ-1)}中，为了使ak(nm,i)的实部和虚部的绝对值小于等于0.5，发送端对Am信号矢量用2μ进行归一化，得到归一化后的调制信号矢量Sm为：Sm＝Am/2μ；(3b)构造归一化后调制信号矢量Sm的扰动矢量：搜索QR维复整数域内所有QR×1维矢量l′m的取值，选取使函数达到最小值时所对应的l′m作为Sm的扰动矢量lm，用公式表示为：式中，argmin表示求使函数达到最小值时自变量的取值，表示QR维复整数域，表示信道矩阵Hm的Moore-Penrose逆矩阵，||·||2表示2-范数；(3c)用扰动矢量lm对归一化调制信号矢量Sm扰动，得到扰动后信号矢量Tm为：Tm＝Sm+lm；(4)用扰动后信号矢量Tm左乘以抑制多个发送数据流之间的干扰，得到第m组子载波上的发送信号矢量Xm为：(5)发送端对M组发送信号矢量Xm，m＝1,2,…,M，进行功率控制后，通过发射天线同时发送出去；(6)接收端对M组接收信号矢量Ym，m＝1,2,…,M，进行增益补偿，并对补偿后的接收信号矢量进行求模运算，得到归一化调制信号矢量Sm的估计值式中，表示向下取整，j表示虚数单位，Re(·)表示实部，Im(·)表示虚部；(7)接收端对归一化调制信号矢量的估计值用2μ进行反归一化，得到正交振幅调制QAM信号矢量Am的估计值(8)接收端对正交振幅调制QAM信号矢量Am的估计值m＝1,2,…,M，进行解调，恢复出发送端发送的下行信息数据。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1，本专利技术由于将MIMO-OFDM系统在空域和频域上的下行信息数据进行联合处理，相对于传统的下行信息数据处理只在每个子载波的空域上单独进行，本专利技术能在抑制多流干扰的同时最大化MIMO-OFDM系统的发射功率效率，从而降低了下行信息数据传输的误码率。2，本专利技术由于发送端能选取不同的子载波分组数M值，从而可以灵活地调节下行信息数据处理的误码率性能和计算复杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MIMO‑OFDM系统下行信息数据的处理方法，包括如下步骤：(1)对子载波进行分组：发送端将N个子载波分为M组，每个组中包含Q个频率互不相同的子载波，用集合I＝{1,2,…,N}表示第1至第N个子载波集合，用集合Im＝{nm,1,nm,2,…,nm,Q}表示第m组中第nm,1至第nm,Q个子载波的集合，用集合Im′＝{nm′,1,nm′,2,…,nm′,Q}表示第m′组中第nm′,1至第nm′,Q个子载波的集合，则分组的结果用公式表示为N＝MQ，I1∪I2∪…∪IM＝I，式中，表示空集，M的取值范围为1到N；(2)构造每组子载波对应的发送和接收信号矢量及信道矩阵：(2a)将第m组子载波上的发送信号矢量表示为：Xm＝[X(nm,1)T,X(nm,2)T,…,X(nm,i),…,X(nm,Q)T]T，其中，X(nm,i)＝[x1(nm,i),x2(nm,i),…,xB(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的B个发射天线上的信号矢量，i＝1,…,Q，上标“T”表示矩阵转置；(2b)将第m组子载波上的加性高斯白噪声矢量表示为：Zm＝[Z(nm,1)T,Z(nm,2)T,…,Z(nm,i),…,Z(nm,Q)T]T，其中，Z(nm,i)＝[z1(nm,i),z2(nm,i),…,zR(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的R个接收天线上的加性高斯白噪声矢量，i＝1,…,Q；(2c)将第m组子载波对应的信道矩阵表示为：Hm＝diag(H(nm,1),H(nm,2),…,H(nm,i),…,H(nm,Q))，其中，H(nm,i)为第m组的第i个子载波上的MIMO信道矩阵，i＝1,…,Q，diag(·)表示生成对角矩阵；(2d)将第m组子载波上的接收信号矢量表示为：Ym＝[Y(nm,1)T,Y(nm,2)T,…,Y(nm,i),…,Y(nm,Q)T]T，其中，Y(nm,i)＝[y1(nm,i),y2(nm,i),…,yR(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的R个接收天线上的信号矢量，i＝1,…,Q；(2e)根据每个载波上的接收信号等于发射信号与信道乘积加噪声的模型，及(2a)、(2b)、(2c)、(2d)的对应关系，得到如下关系式：Ym＝HmXm+Zm；(3)对每组子载波对应的调制信号进行归一化和扰动：(3a)对每组子载波对应的调制信号进行归一化：设Am＝[A(nm,1)T,A(nm,2)T,…,A(nm,i),…,A(nm,Q)T]T为第m组子载波上的正交振幅调制QAM信号矢量，其中A(nm,i)＝[a1(nm,i),a2(nm,i),…,ak(nm,i),…,aB(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的B个发射天线上的QAM信号矢量，其中ak(nm,i)表示第m组的第i个子载波所对应的第k个发射天线上的QAM调制符号；设正交振幅调制QAM星座图中包含μ2个调制星座点，则ak(nm,i)的实部和虚部的取值都包含在集合{±1,±3,…,±(μ‑1)}中，为了使ak(nm,i)的实部和虚部的绝对值小于等于0.5，发送端对Am信号矢量用2μ进行归一化，得到归一化后的调制信号矢量Sm为：Sm＝Am/2μ；(3b)构造归一化后调制信号矢量Sm的扰动矢量：搜索QR维复整数域内所有QR×1维矢量l′m的取值，选取使函数达到最小值时所对应的l′m作为Sm的扰动矢量lm，用公式表示为：式中，argmin表示求使函数达到最小值时自变量的取值，表示QR维复整数域，表示信道矩阵Hm的Moore‑Penrose逆矩阵，||·||2表示2‑范数；(3c)用扰动矢量lm对归一化调制信号矢量Sm扰动，得到扰动后信号矢量Tm为：Tm＝Sm+lm；(4)用扰动后信号矢量Tm左乘以抑制多个发送数据流之间的干扰，得到第m组子载波上的发送信号矢量Xm为：(5)发送端对M组发送信号矢量Xm，m＝1,2,…,M，进行功率控制后，通过发射天线同时发送出去；(6)接收端对M组接收信号矢量Ym，m＝1,2,…,M，进行增益补偿，并对补偿后的接收信号矢量进行求模运算，得到归一化调制信号矢量Sm的估计值式中，表示向下取整，j表示虚数单位，Re(·)表示实部，Im(·)表示虚部；(7)接收端对归一化调制信号矢量的估计值用2μ进行反归一化，得到正交振幅调制QAM信号矢量Am的估计值A~m=2μS~m,m=1,2,...,M;]]>(8)接收端对正交振幅调制QAM信号矢量Am的估计值m＝1,2,…,M，进行解调，恢复出发送端发送的下行信息数据。...

【技术特征摘要】
1.一种MIMO-OFDM系统下行信息数据的处理方法，包括如下步骤：(1)对子载波进行分组：发送端将N个子载波分为M组，每个组中包含Q个频率互不相同的子载波，用集合I＝{1,2,…,N}表示第1至第N个子载波集合，用集合Im＝{nm,1,nm,2,…,nm,Q}表示第m组中第nm,1至第nm,Q个子载波的集合，用集合Im′＝{nm′,1,nm′,2,…,nm′,Q}表示第m′组中第nm′,1至第nm′,Q个子载波的集合，则分组的结果用公式表示为N＝MQ，I1∪I2∪…∪IM＝I，式中，表示空集，M的取值范围为1到N；(2)构造每组子载波对应的发送和接收信号矢量及信道矩阵：(2a)将第m组子载波上的发送信号矢量表示为：Xm＝[X(nm,1)T,X(nm,2)T,…,X(nm,i)T,…,X(nm,Q)T]T，其中，X(nm,i)＝[x1(nm,i),x2(nm,i),…,xB(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的B个发射天线上的信号矢量，i＝1,…,Q，上标“T”表示矩阵转置；(2b)将第m组子载波上的加性高斯白噪声矢量表示为：Zm＝[Z(nm,1)T,Z(nm,2)T,…,Z(nm,i)T,…,Z(nm,Q)T]T，其中，Z(nm,i)＝[z1(nm,i),z2(nm,i),…,zR(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的R个接收天线上的加性高斯白噪声矢量，i＝1,…,Q；(2c)将第m组子载波对应的信道矩阵表示为：Hm＝diag(H(nm,1),H(nm,2),…,H(nm,i),…,H(nm,Q))，其中，H(nm,i)为第m组的第i个子载波上的MIMO信道矩阵，i＝1,…,Q，diag(·)表示生成对角矩阵；(2d)将第m组子载波上的接收信号矢量表示为：Ym＝[Y(nm,1)T,Y(nm,2)T,…,Y(nm,i)T,…,Y(nm,Q)T]T，其中，Y(nm,i)＝[y1(nm,i),y2(nm,i),…,yR(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波所对应的R个接收天线上的信号矢量，i＝1,…,Q；(2e)根据每个载波上的接收信号等于发射信号与信道乘积加噪声的模型，及(2a)、(2b)、(2c)、(2d)的对应关系，得到如下关系式：Ym＝HmXm+Zm；(3)对每组子载波对应的调制信号进行归一化和扰动：(3a)对每组子载波对应的调制信号进行归一化：设Am＝[A(nm,1)T,A(nm,2)T,…,A(nm,i)T,…,A(nm,Q)T]T为第m组子载波上的正交振幅调制QAM信号矢量，其中A(nm,i)＝[a1(nm,i),a2(nm,i),…,ak(nm,i),…,aB(nm,i)]T表示第m组的第i个子载波...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈睿，蔡雪莲，李长乐，董全，张阳，李建东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61