用于MIMO下行系统中基于黄金码的传输与解码方法技术方案

用于MIMO下行系统中基于黄金码的传输与解码方法，其按如下步骤进行：第一步：设计预编码码本；第二步：选择预编码码字；第三步：基站利用预编码发送信号；第四步：用户端接收到信号矩阵Y；第五步：对信号矩阵Y进行解码。本发明专利技术的有益效果如下：黄金码一般采用ML解码法，其解码复杂度相当高。在r＝1时，本发明专利技术所提方案其解码复杂度是线性的且能够实现全速率，即一次传送一个信息符号。在r＝2时，本发明专利技术所提联合解码法的解码复杂度是可以通过门限值Λ来进行调节的，能实现部分线性解码，从而降低了解码复杂度，且能达到与ML解码法时近似的性能。与此同时，本发明专利技术所提的传输方案在具有低解码复杂度的同时也改善了系统性能。

Transmission and decoding method based on Gold code for MIMO downlink system

The method of transmission and decoding based on Gold code in MIMO downlink system is carried out according to the following steps: the first step is to design the precoded codebook; the second step is to select the precoding codeword; the third step: the base station uses precoding to send the signal; the fourth step: the user receives the signal matrix Y; the fifth step: the signal matrix Y is solved. Code. The beneficial effect of the invention is as follows: the gold code generally adopts the ML decoding method, and the decoding complexity is quite high. When r = 1, the decoding complexity of the proposed scheme is linear and can achieve full rate, that is, transmitting an information symbol at one time. When r = 2, the decoding complexity of the combined decoding method proposed by the invention can be adjusted by the threshold value, which can realize partial linear decoding, thus reducing the complexity of the understanding code, and can achieve the approximate performance of the ML decoding method. At the same time, the transmission scheme proposed by the invention has low decoding complexity and improves system performance.

【技术实现步骤摘要】
用于MIMO下行系统中基于黄金码的传输与解码方法
本专利技术属于无线通信
，特别涉及无线通信多天线
，具体是基于黄金码的传输方案与解码方法在MIMO下行系统中的应用。
技术介绍
随着人们对随时随地的信息通信的需求，多输入多输出(multipleinputmultipleoutput，MIMO)技术已成为现代无线通信的重要选择之一。在MIMO下行系统中，预编码技术是一项关键技术，它能有效地增强期望信号，同时能抑制用户之间的同信道干扰，但无法抵抗信道的深度衰落。而空时编码技术能够抵抗深度衰落，但又无法有效地抑制干扰。将两者结合既可以得到分集增益又同时得到复用增益，而且在不增加额外带宽的情况下，能大大地提升系统容量和频谱利用率。黄金码是一种能实现全速率全分集的2×2非正交空时分组码(space-timeblockcoding，STBC)，它能为具有两根发射天线的MIMO系统实现最大的编码增益。与其他2×2空时码相比，其能达到较好的误码率性能。也正由于这些优点，黄金码已经被纳入了IEEE802.16(WiMAX)标准中。但由于一个黄金码字中包含4个独立的信息符号，ML解码法会有很高的解码复杂度，而且涉及并解决黄金码的预编码设计问题的方案极少。
技术实现思路
针对现有基于黄金码的系统性能较低及解码复杂度高的不足，本专利技术利用新的预编码设计方案，预编码码字选择方法以及新的传输方案和相应的低复杂度解码方法，实现更优的系统性能，提出了一种用于MIMO下行系统中基于黄金码的新的传输方案及相应的低复杂度解码方法。本专利技术采取如下技术方案：用于MIMO下行系统中基于黄金码的传输与解码方法，其特征是按如下步骤进行：第一步：设计预编码码本；第二步：选择预编码码字；第三步：基站利用预编码发送信号；第四步：用户端接收到信号矩阵Y；第五步：对信号矩阵Y进行解码。以下是本专利技术的优选方案。第一步：设计预编码码本假设该系统是单用户的，基站配有Mt根发送天线，用户端配有2根接收天线。设计大小为L＝2b的预编码码本其中Ui是Mt×r维矩阵，且满足此处称r为码字的秩。码字Ui定义为Ui＝Θi-1F0,i＝1,2,…,L其中F0为Mt×r维矩阵，定义为大小为Mt的离散傅里叶变换矩阵的前r列，即1≤k≤Mt且1≤l≤Mt其中矩阵Θ定义为Mt×Mt维的对角矩阵，表示为其中Θ对角线上的参数为待确定的整数，且码本设计准则：记矩阵的行列式的绝对值为dkl，即有选择码本参数使得越小越好，从而获得最佳预编码码本第二步：预编码码字选择在基于有限比特反馈的数据传输方案中，基站发送训练序列，用户接收到训练序列后估计信道。假设用户完全知道信道信息H，且反馈信道无差错，其中矩阵H(即信道信息)是Mt×2维的平坦瑞利衰落信道，且其每一个元素相互独立且服从则用户可以通过b比特的反馈信道把H的部分信息反馈回基站。其具体的选码方法如下：计算的行列式的绝对值di，即则用户选择取{di,i＝1,2,…,2b}中的最大值所对应的码字，其索引值记为i0，即再把i0反馈给基站。针对r＝1和r＝2的情况，基站有以下两种预编码：(1)r＝1时：预编码码本为其中ui为Mt×1维的向量。基站构造如下新的预编码矩阵：在本专利技术中，U称为二重预编码矩阵。(2)r＝2时：预编码码本为其中Ui为Mt×2维的酉阵，且满足基站端所选的预编码码字为其中为的第1列，而为的第2列。第三步：基站利用预编码发送信号本专利技术所考虑P×T维的数据信息信号矩阵S是满秩的2×2黄金码，它能够在2个时间间隔内利用发送天线传送4个复的正交幅度调制(quadratureamplitudemodulation，QAM)符号。黄金码的结构有如下表示其中，s1，s2，s3和s4是取自M-QAM星座S的四个独立输入信源符号；参数θ1与θ2是x2-x-1＝0的实根，即和参数α1＝1+j(1-θ1)和α2＝1+j(1-θ2)是用来均衡发射天线的发射功率。由于黄金码是线性分散码，这意味着S可以表示为vec(S)＝Gs，其中vec(·)表示矢量化运算符，s＝[s1s2s3s4]T是符号向量，G是生成矩阵且GGH＝I4，其表达式为针对r＝1和r＝2的情况，发送信号X有以下两种：(1)r＝1时：基站利用二重预编码矩阵分四次发送信号X＝US，发送的符号数为4，所以发送的符号率为1。(2)r＝2时：基站利用预编码码字分两次发送信号发送的符号数为4，所以发送的符号率为2。第四步：用户端接收到信号矩阵Y令发送天线到用户端的信道增益分别记为h1和h2，即H＝[h1h2]，其中，h1为H的第1列，而h2为H的第2列。针对r＝1和r＝2的情况，接收信号矩阵Y有以下两种：(1)r＝1时：用户端的两根天线接收到的信号分别记为Y1和Y2，可以表示为于是，可得用户端总的接收信号为其中ρ是信噪比，因子是为了能量归一化；矩阵W1和W2是2×2维的复加性高斯白噪声，其各项独立且服从(2)r＝2时：用户端接收到的信号记为Y，可以表示为其中ρ是信噪比；矩阵W是2×2维的复加性高斯白噪声，其各项独立且服从第五步：对信号矩阵Y进行解码针对r＝1和r＝2的情况，有以下两种解码方法：(1)r＝1时：第1步：将Y1和Y2展开后可得其中y11，y12，y13与y14和y21，y22，y23与y24表示用户端的两根接收天线在四个不同时间间隔内所接收的信号。第2步：分别将Y1和Y2所接收到的信号叠成一个单一的向量vec(Y1)和vec(Y2)，可得到如下等式：其中vec(Y1)＝[y11y12y13y14]T，vec(W1)＝[w11w12w13w14]T，vec(Y2)＝[y21y22y23y24]T，vec(W2)＝[w21w22w23w24]T。而等效信道和具体表达式如下容易看出等效信道矩阵和均是正交的，这样ML解码法可等价于线性解码方法。第3步：令可得(2)r＝2时：本专利技术提出一种既能降低解码复杂度又能通过调节门限值来选择适当的解码复杂度的解码方法，即联合ML和MMSE解码方法。第1步：将Y中四个接收到的信号叠成一个单一的向量vec(Y)，即vec(Y)＝[y1y2y3y4]T，且令第2步：计算并设置一个门限值Λ与之进行比较。第3步：若则选择进行ML解码法。其解码方法具体如下：若则选择进行MMSE解码法。其解码方法具体方法如下：首先，令该矩阵称作MMSE滤波矩阵。然后，令且记最后，MMSE解码准则就可以描述成本专利技术的有益效果如下：黄金码一般采用ML解码法，其解码复杂度相当高。在r＝1时，本专利技术所提方案其解码复杂度是线性的且能够实现全速率，即一次传送一个信息符号。在r＝2时，本专利技术所提联合解码法的解码复杂度是可以通过门限值Λ来进行调节的，能实现部分线性解码，从而降低了解码复杂度，且能达到与ML解码法时近似的性能。与此同时，本专利技术所提的传输方案在具有低解码复杂度的同时也改善了系统性能。附图说明图1是实施例1的系统误码率的仿真图。具体实施方式下面对本专利技术优选实施例作详细说明。实施例1本实施例用于MIMO下行系统中基于黄金码的传输与解码方法，其按如下步骤进行：第一步：设计预编码码本假设该系统是单用户的，基站配有Mt根发送天线，用户端配有2根接收天线。设计大小为L＝2b的预编码码本其中Ui本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于MIMO下行系统中基于黄金码的传输与解码方法，其特征是按如下步骤进行：第一步：设计预编码码本；第二步：选择预编码码字；第三步：基站利用预编码发送信号；第四步：用户端接收到信号矩阵Y；第五步：对信号矩阵Y进行解码。

【技术特征摘要】
1.用于MIMO下行系统中基于黄金码的传输与解码方法，其特征是按如下步骤进行：第一步：设计预编码码本；第二步：选择预编码码字；第三步：基站利用预编码发送信号；第四步：用户端接收到信号矩阵Y；第五步：对信号矩阵Y进行解码。2.如权利要求1所述用于MIMO下行系统中基于黄金码的传输与解码方法，其特征是：第一步具体如下：假设基站配有Mt根发送天线，用户端配有2根接收天线；设计大小为L＝2b的预编码码本其中，Ui是Mt×r维矩阵，且满足UiHUi＝Ir；此处称r为码字的秩；码字Ui定义为Ui＝Θi-1F0,i＝1,2,…,L其中，F0为Mt×r维矩阵，定义为大小为Mt的离散傅里叶变换矩阵的前r列，即1≤k≤Mt且1≤l≤Mt其中，矩阵Θ定义为Mt×Mt维的对角矩阵，表示为其中，参数为待确定的整数，且≤L-1；码本设计准则：记矩阵UkHUlUlHUk的行列式的绝对值为dkl，即有dkl＝|det(UkHUlUlHUk)|,1≤k＜l≤L选择码本参数使得越小越好，从而获得预编码码本3.如权利要求2所述用于MIMO下行系统中基于黄金码的传输与解码方法，其特征是：第二步具体如下：假设用户完全知道信道信息H，且反馈信道无差错，其中，信道信息H是Mt×2维的平坦瑞利衰落信道，且每项相互独立且服从具体的选码方法如下：计算UiHHHHUi的行列式的绝对值di，即di＝|det(UiHHHHUi)|则用户选择取{di,i＝1,2,…,2b}中的最大值所对应的码字，索引值记为i0，再把i0反馈给基站；针对r＝1和r＝2的情况，基站有以下两种预编码：(1)r＝1时：预编码码本为其中，ui为Mt维向量；基站构造如下新的二重预编码矩阵：(2)r＝2时：预编码码本为其中，Ui为Mt×2维的酉阵；基站端所选的预编码码字为其中，为的第1列，而为的第2列。4.如权利要求3所述用于MIMO下行系统中基于黄金码的传输与解码方法，其特征是：第三步具体如下：数据信息信号矩阵S是满秩的2×2黄金码，黄金码的结构有如下表示其中，s1，s2，s3和s4是取自M-QAM星座S的四个独立输入信源符号；参数θ1与θ2是x2-x-1＝0的实根，即和参数α1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海泉，郑思思，李国彬，戴谭明，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33