一种MMSE检测下的链路级仿真到系统级仿真的接口方法技术方案

本发明专利技术公开了一种MMSE检测下的链路级仿真到系统级仿真的接口方法，该方法首先根据系统级仿真提供的链路参数，确定各子载波上的信噪比，然后通过Logistic函数计算出含编码调节参数β的有效信噪比，再使用加权的参数优化方法，确定上述参数的最优值，最后，即可由系统级仿真提供的链路参数直接计算出链路的误块率，以供系统级仿真调用。解决了指数有效信噪比映射算法中预测准确度低和互信息量有效信噪比映射算法计算复杂度高的问题，通过增大关键区域误差在优化过程中的权重，提高该关键区域中算法的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种MMSE检测下的链路级仿真到系统级仿真的接口方法
本专利技术属于无线通信
，涉及链路级仿真与系统级仿真，尤其涉及了一种MMSE检测下的链路级仿真到系统级仿真的接口方法。
技术介绍
系统级仿真是对整个系统的规划方案以及底层算法性能的检验手段，主要考虑实际系统与用户的行为，包括用户终端的呼叫、小区的切换、传输环境的改变等，对诸如频谱效率、吞吐率等系统参数的影响。该仿真通过研究各种资源调度算法对整个网络性能的影响，对实际系统的设计规划提供参考与支持。因此，系统级仿真是一种多点对多点的仿真，需要点对点之间的链路性能作为数据基础，然而在系统仿真中对链路性能进行测量的开销十分巨大，因此引入了一种链路级仿真到系统级仿真(LinktoSystem，L2S)的接口方法，将链路仿真与系统仿真分离。链路级仿真为系统级仿真提供误块率(BlockErrorRate，BLER)与信噪比(SignaltoNoiseRatio，SNR)的关系。这样系统级仿真仅需要提供发射功率、调制编码方式等上层数据，就可以知晓相应方案下的链路性能，以供系统级仿真调用，从而减少仿真时间。在OFDM系统中，一个编码数据包传输时的信道通常是频率选择性信道，每个子载波上的符号的信道增益不尽相同，因此接收端的接收信噪比也会不同。另外一方面，即使在同一子载波上传输的符号，也会因为信道的时变性使得在接收端的接收信噪比不同。如果简单的对这些接收信噪比进行统计平均，那么当某一子载波上的输出信噪比远低于平均值时，虽然该子载波上传输的符号极大可能出错，但计算得到的整个OFDM符号的错误概率却不会有太大变化，这显然是不合理的。因为只要一个调制符号出错，那么整个OFDM符号也被认为是错误的。故简单的平均值接口方法在OFDM系统中并不适用，需要一种更准确的接口算法，即有效信噪比映射算法。其中，指数有效信噪比映射(ExponentialEffectiveSNRMapping，EESM)算法与互信息量有效信噪比映射(MutualInformationEffectiveSNRMapping，MIESM)算法的应用最为广泛，它们通过将各子载波上的信噪比映射为一个有效值来预测链路的性能；由于系统级仿真往往更加关注某一关键区域的预测性能，在使用传统方法优化待定参数时，由于非关键区域预测误差的存在，会导致关键区域的算法性能无法达到最优。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决EESM算法中高阶调制下算法误差偏大的问题，本专利技术提供了一种MMSE检测下的链路级仿真到系统级仿真的接口方法，提高了系统级仿真中关键区域的算法准确度。技术方案：为实现上述目的，本专利技术针对最小均方误差(MinimumMeanSquareError，MMSE)检测下的无线通信系统仿真，提供一种MMSE检测下的链路级仿真到系统级仿真的接口方法，该方法包括以下步骤：(1)在理想信道估计以及MMSE检测的条件下，计算最佳的接收矩阵G，表达式如下：G＝(HHH+σ2I)-1HH式中，H表示信道矩阵，HH表示矩阵H的共轭转置，σ2表示噪声功率，I表示单位阵；(2)利用步骤(1)中的信道矩阵H和接收矩阵G计算出信噪比γik，表达式如下：式中，γik表示第i层数据流上的第k个子载波的信噪比，gik表示第k个子载波对应的矩阵G的第i行向量，hjk表示第k个子载波对应的矩阵H的第j列向量，其中1≤i≤M，1≤j≤N，M、N分别为矩阵H的行数与列数，1≤k≤L，L为子载波的个数，Pt表示符号的发送功率；(3)根据步骤(2)中子载波信噪比γik建立等效信噪比γeff(β)的表达式如下：式中，L表示子载波个数，D表示数据流的层数，，D≤H的秩，β为编码调节参数，I(·)和I-1(·)分别表示信道容量以及对应的逆函数；(4)根据同一误块率在AWGN参考曲线上对应的信噪比与所述有效信噪比γeff(β)之间的加权均方误差最小的原则计算最优编码调节参数βopt；(5)利用所述最优编码调节参数βopt和步骤(3)中所述等效信噪比γeff(β)的表达式计算出等效信噪比γeff(β)，然后查询AWGN参考曲线得到链路的误块率，并根据所述误块率调整系统级仿真的资源分配，功率分配以及编码调制方案。其中，步骤(3)中对于不同调制方式，信噪比γ与比特信道容量I(γ)的关系式不同，调制方式为QPSK时：调制方式为16QAM时：调制方式为64QAM时：其中，步骤(4)中所述最优编码调节参数βopt的计算表达式为：式中，γAWGN表示某一误块率在AWGN参考曲线上对应的信噪比，W为加权因子。其中，加权因子W与误块率BLER的关系式如下：W＝[log10BLER·(log10BLER-δ)]2式中，δ表示实际仿真中截止误块率的对数值，即误块率达到该值时就不再提高信噪比，直接结束仿真。其中，所述截止误块率的值设置为0.01。有益效果：本专利技术采用基于逻辑函数和加权参数优化的有效信噪比映射算法作为链路级仿真到系统级仿真的接口方法，将各子载波上的信噪比通过Logistic函数映射为一个有效值来预测链路的性能，以供系统级仿真调用。通过对不同调制方式采用不同的映射函数使得高阶调制计算出来的比特信息量更加契合，该方法较之传统的指数有效信噪比映射算法，在高阶调制时拥有更高的预测准确度，从附图5，6以及表1，2均能够得到在高阶调制时该方法的预测准确度更为良好；与传统的互信息量有效信噪比映射算法相比，其计算方法更加简易，MIESM采用的是误差函数来计算相应信噪比SNR的信息量而本专利技术中采用的是指数函数，从计算复杂度方面要远优于MIESM算法；另外，由于系统级仿真往往更加关注某一关键区域的预测性能，关键区域指的是误块率BLER的主要关注区域，在使用传统方法优化待定参数时，由于非关键区域预测误差的存在，会导致关键区域的算法性能无法达到最优，本专利技术通过采用加权的参数优化方法增大关键区域误差在优化过程中的权重，提高该关键区域中算法的准确度，本专利技术的关键区域是指误块率范围在[0.01,0.1]的区域，即上述加权优化方法的目的是提高这个范围内的预测准确度。附图说明图1为本专利技术链路级仿真到系统级仿真的接口方法的流程图；图2为LTE下行链路发送部分的流程图；图3为LTE下行链路接收部分的流程图；图4为本专利技术提出的Logistic函数计算信道容量与真实信道容量的对比图；图5为本专利技术方法在MIMO情况下的仿真结果图；图6为本专利技术链路级仿真到系统级仿真的接口方法和EESM算法的均方差性能对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。图1中，MMSE检测下的链路级仿真到系统级仿真的接口方法包括如下步骤：设置系统级仿真的网络拓扑结构，包括：设置信道类型，例如LTE仿真中常用的频率选择性信道以生成信道矩阵H确定每两个节点之间的链路参数即信道信息，配置小区参数以及符号的发射功率等；通过将这些参数进行参数压缩可以计算出各个子载波上的信噪比，参数压缩指的是将系统仿真中的参数信息进行计算得到链路需要的信息即子载波上的信噪比，并将其作为L2S算法的输入；通过本专利技术提出的L2S算法计算出有效信噪比后，查询链路仿真中AWGN参考曲线后可以预测该链路的误块率性能，并将其反馈给系统级仿真，用于调整下一时刻的资源分配和功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MMSE检测下的链路级仿真到系统级仿真的接口方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在理想信道估计以及MMSE检测的条件下，计算最佳的接收矩阵G，表达式如下：G＝(HHH+σ2I)‑1HH式中，H表示信道矩阵，HH表示矩阵H的共轭转置，σ2表示噪声功率，I表示单位阵；(2)利用步骤(1)中的信道矩阵H和接收矩阵G计算出信噪比γik，表达式如下：γik=|gikhik|2Pt|gik|2σ2+PtΣj=1,j≠iN|gikhjk|2]]>式中，γik表示第i层数据流上的第k个子载波的信噪比，gik表示第k个子载波对应的矩阵G的第i行向量，hik表示第k个子载波对应的矩阵H的第j列向量，其中1≤i≤M，1≤i≤N，M、N分别为矩阵H的行数与列数，1≤k≤L，L为子载波的个数，Pt表示符号的发送功率；(3)根据步骤(2)中子载波信噪比γik建立等效信噪比γeff(β)的表达式如下：γeff(β)=βI-1(1D*LΣi=1DΣk=1LI(γikβ))]]>式中，L表示子载波个数，D表示数据流的层数，β为编码调节参数，I(·)和I‑1(·)分别表示信道容量以及对应的逆函数；(4)根据同一误块率在AWGN参考曲线上对应的信噪比与所述有效信噪比γeff(β)之间的加权均方误差最小的原则计算最优编码调节参数βopt；(5)利用所述最优编码调节参数βopt和步骤(3)中所述等效信噪比γeff(β)的表达式计算出等效信噪比γeff(β)，然后查询AWGN参考曲线得到链路的误块率，并根据所述误块率调整系统级仿真的资源分配、功率分配以及编码调制方案。...

【技术特征摘要】
1.一种MMSE检测下的链路级仿真到系统级仿真的接口方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在理想信道估计以及MMSE检测的条件下，计算最佳的接收矩阵G，表达式如下：G＝(HHH+σ2I)-1HH式中，H表示信道矩阵，HH表示矩阵H的共轭转置，σ2表示噪声功率，I表示单位阵；(2)利用步骤(1)中的信道矩阵H和接收矩阵G计算出第i层数据流上的第k个子载波的信噪比γik，表达式如下：式中，γik表示第i层数据流上的第k个子载波的信噪比，gik表示第k个子载波对应的矩阵G的第i行向量，hjk表示第k个子载波对应的矩阵H的第j列向量，其中1≤i≤M，1≤j≤N，M、N分别为矩阵H的行数与列数，1≤k≤L，L为子载波的个数，Pt表示符号的发送功率；(3)根据步骤(2)中子载波信噪比γik建立等效信噪比γeff(β)的表达式如下：式中，L表示子载波个数，D表示数据流的层数，β为编码调节参数，I(·)和I-1(·)分别表示信道容量以及对应的逆函数；(4)根据同一误块率在AWGN参考曲线上对应的信噪比与所述等效信噪比γeff(β)之间的加权均方误差最小的原则计算最优编码调节参数βopt；(5)利用所述最优编码调节参数βopt和...

【专利技术属性】
技术研发人员：衡伟，余诗洋，张清华，胡津铭，孟超，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32