【技术实现步骤摘要】
一种符号能量时频空弥散的多天线系统传输方法
[0001]本专利技术属于无线通信领域，具体涉及一种符号能量时频空弥散的多天线系统传输方法。
技术介绍
[0002]随着人们对高速数据通信服务需求的不断增长和频谱资源的日趋紧张，多输入多输出(Multiple
‑
Input Multiple
‑
Output，MIMO)技术已成为当前4G、5G乃至未来6G移动通信系统的关键技术之一。作为多天线传输系统的重要组成部分，空时编码在空间和时间两个维度引入符号间相关性，能够有效削弱信道衰落的影响，改善接收信号质量。然而，在空时编码研究初期，如Alamouti编码，是以牺牲符号传输速率为代价获取分集增益方面的优势，与高速业务传输需求并不匹配，促使空时编码的研究朝着满分集且全速率的方向转变。在满分集全速率空时码的研究中，涌现出旋转QAM空时码、黄金空时码、完美空时码和基于循环可除代数的空时码等一系列成果，但上述空时码在设计时面向最大似然检测或球形检测，接收复杂度随发射天线数目指数增加，难以实际应用。因此，面向线性均衡或低复杂度非线性检测的全速率、高可靠空时编译码方法的设计具有研究价值。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是为解决现有满分集全速率空时码面向高复杂度的最大似然检测或球形检测进行设计，在低复杂度接收方法下性能不佳，应用受限的问题，而提出了一种符号能量时频空弥散的多天线系统传输方法。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
[0005...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种符号能量时频空弥散的多天线系统传输方法，其特征在于，所述方法在发射端的多天线发信机配置有T根发射天线，且每根发射天线独享一个射频链；在接收端的多天线线性收信机配置有R根接收天线，且每根接收天线独享一个射频链；发射端的工作流程为：步骤一、将数字信源产生的比特数据进行串并转换，得到M路并行比特流，M≤min(T,R)，min(T,R)代表取T和R中的较小值；步骤二、对步骤一中的各路比特流分别进行数字调制，得到M路星座符号；步骤三、分别对步骤二中的每一路星座符号进行分组处理，即对于任意的一路星座符号，将该路星座符号中的第1个时刻至第N个时刻的星座符号分为第1组，将第1组星座符号作为第1个时间数据块，再将第N+1个时刻至第2N个时刻的星座符号分为第2组，将第2组星座符号作为第2个时间数据块，直至对该路星座符号中的全部星座符号分组完成，其中，N≥M，且N为M的整数倍；同理，对其它各路星座符号分别进行分组处理；步骤四、将第m路的第1个时间数据块表示为：其中，s
m1
,s
m2
,s
m3
,
…
,s
mN
分别为第m路星座符号中第1个,第2个,第3个,
…
,第N个时刻的星座符号，m＝1,2,
…
,M；分别对各路的第1个时间数据块进行线性预编码，将第m路的第1个时间数据块的线性预编码矩阵表示为W
(m)
，则对第m路的第1个时间数据块的预编码结果为：其中，
“×”
表示矩阵乘法，上标“T”表示矩阵转置；各路的第1个时间数据块对应的预编码结果共同组成一个空时处理块X1：步骤五、对步骤四中输出的空时处理块X1进行空域能量分布调整，所述空域能量分布调整的具体过程为：在空时处理块X1中，利用第m路的时间数据块在第n个时刻的数据替换第[(m+n
‑
2)mod M]+1路的时间数据块在第n个时刻的数据，其中，mod表示取余运算；则空域能量分布调整后的空时处理块表示为：
M]+1路的时间数据块在时刻n的数据，空域能量分布恢复后的空时处理块Y表示为：其中，y
r,
·
n
表示均衡后空时处理块Y
r
的第n列，Π
u
为M阶循环上移矩阵，上标0、1、
…
N
‑
1表示矩阵Π
u
的幂次；所述M阶循环上移矩阵Π
u
为：步骤7、对步骤6输出的空时处理块Y中的各时间数据块分别进行线性译码，恢复出初始空时处理块r；其中，y
m＝
表示空时处理块Y中第m路的时间数据块的N个符号所组成的行向量，r
m＝
表示初始空时处理块r中第m路的时间数据块的N个符号所组成的行向量，W
(
‑
m)
表示预编码矩阵W
(m)
的逆矩阵；步骤8、分别对步骤7的初始空时处理块r中的每个时间数据块进行数字解调，恢复出0、1比特序列；步骤9、对步骤8得到的各路0、1比特序列进行并串转换，恢复出信源信息，完成一个空时处理块的线性接收检测；步骤10、对于发送端步骤六处理后的各路的第l个时间数据块经过信道后的数据，均执行步骤1至步骤9的过程，l＝2,3,
…
,L。2.根据权利要求1所述的一种符号能量时频空弥散的多天线系统传输方法，其特征在于，所述步骤5中的线性均衡为ZF均衡，ZF均衡矩阵为：G
ZF
＝(H
H
H)
‑1H
H
其中，G
ZF
为ZF均衡矩阵，上标“H”表示矩阵的埃尔米特转置，上标
“‑
1”表示矩阵的逆；所述步骤四中的线性预编码方式为加权分数傅里叶变换，变换阶数的计算方法为：步骤
①
、对于各路的第1个时间数据块，变换阶数是发信机与收信机双方约定好的一个默认阶数；步骤
②
、对于各路的第2个时间数据块的变换阶数的计算方式为：步骤A、收信机计算临界噪声功率P
th
；其具体过程为：
定义函数P
e,1
(x)为：其中，x为函数的自变量，Q(
·
)表示标准正态分布的右尾函数，P
erg
为试探功率；其中，e是自然对数的底数；以1/3作为试探功率的初始值，再以δ1为步进逐步增大试探功率P
erg
的数值，直至P
erg
/M不再是函数P
e,1
(x)的最小值时停止对试探功率P
erg
的更新，将最终的试探功率P
erg
值作为临界噪声功率P
th
；步骤B、计算ZF均衡后噪声功率步骤B、计算ZF均衡后噪声功率其中，“||
·
||
F”表示矩阵的F
‑
范数，σ
z2
为ZF均衡前的噪声功率；步骤C、比较ZF均衡后噪声功率与临界噪声功率P
th
的大小；若ZF均衡后噪声功率不大于临界噪声功率P
th
，则各路的第2个时间数据块的加权分数傅里叶变换阶数为：α1＝α2＝
…
α
M
＝1，并执行步骤H；否则，若ZF均衡后噪声功率大于临界噪声功率P
th
，则执行步骤D；步骤D、定义函数P
e,2
(x)为：求解函数P
e,2
(x)取最小值时的自变量值，将求解出的自变量值记为P
low
；步骤E、定义函数P
e,3
(x)为：求解函数P
e,3
(x)取最小值时的自变量值，将求解出的自变量值记为P
high
；步骤F、构造理想噪声功率分布向量P
ideal
：步骤G、利用ZF均衡矩阵G
ZF
和理想噪声功率分布向量P
ideal
计算各路的第2个时间数据块的变换阶数；其具体过程为：步骤G1、令m＝1；步骤G2、初始化均方误差数值为MSE
temp
，令试探阶数α
erg
为δ2‑
2；步骤G3、计算第m路时间数据块的实际噪声功率分布向量P
act,m
，计算公式为：
P
act,m
＝[P
act,m1
,P
act,m2
,P
act,m3
,
…
P
act,mN
]1×
N
其中，P
act,m1
为第m路时间数据块的第1个星座符号的实际噪声功率，P
act,m2
为第m路时间数据块的第2个星座符号的实际噪声功率，P
act,m3
为第m路时间数据块的第3个星座符号的实际噪声功率，P
act,mN
为第m路时间数据块的第N个星座符号的实际噪声功率；式中，W
qM+m,n
(α
erg
)表示变换阶数为α
erg
的N点加权分数傅里叶变换矩阵的第qM+m行第n列元素，q＝0,1,
…
,N/M
‑
1，“|
·
|”表示标量绝对值，G
ZF,a
·
表示矩阵G
ZF
的第a行，a＝[(m
‑
1)modM]+1,[mmodM]+1,[(m+1)modM]+1,
…
,[(m+M
‑
2)modM]+1，“||
·
||”表示向量2
‑
范数；步骤G4、将实际噪声功率分布向量P
act,m
中的各元素按照由大到小进行排序，排序后得到第m路时间数据块的噪声功率分布向量P
order,m
；步骤G5、计算噪声功率分布向量P
order,m
与理想噪声功率分布向量P
ideal
的均方误差MSE：MSE＝||P
order,m
‑
P
ideal
||步骤G6、比较步骤G5中计算出的MSE与MSE
temp
的大小；若MSE小于MSE
temp
，则执行步骤G7；否则执行步骤G8；步骤G7、将MSE
temp
更新为MSE，并将第m路时间数据块的加权分数傅里叶变换阶数α
m
更新为α
erg
，再执行步骤G8；步骤G8、若α
erg
+δ2小于等于2，则将α
erg
更新为α
erg
+δ2，再返回步骤G3；否则α
erg
+δ2大于2，则执行步骤G9；步骤G9、比较m与M的大小；若m<M时，则将m更新为m+1，重新执行步骤G2至步骤G8；否则m＝M，则执行步骤H；步骤H、将各路的第2个时间数据块的变换阶数构造为时间数据块变换阶数向量α，并反馈至发信机：α＝[α1,α2,
…
α
M
]其中，α1为第1路的第2个时间数据块的变换阶数，α2为第2路的第2个时间数据块的变换阶数，α
M
为第M路的第2个时间数据块的变换阶数；步骤
③
、同理，对于各路的第l个时间数据块，l≥3，其变换阶数的计算方式为：在发信机和收信机对各路的第l
‑
1个时间数据块处理的过程中，获取到ZF均衡矩阵，利用获取的ZF均衡矩阵和步骤
②
的方法计算对各路的第l个时间数据块进行处理时的变换阶数。3.根据权利要求2所述的一种符号能量时频空弥散的多天线系统传输方法，其特征在
于，所述步骤5中的线性均衡为MMSE均衡，MMSE均衡矩阵为：其中，G
MMSE
为MMSE均衡矩阵，σ
z2
为噪声功率，P
x
为有用信号功率，I
M
×
M
为M阶单位阵，上标“H”表示矩阵的埃尔米特转置；所述步骤四中的线性预编码方式为加权分数傅里叶变换；加权分数傅里叶变换的变换阶数为：α1＝α2＝
…
＝α
M
＝1其中，α1为对第1路的时间数据块的变换阶数，α2为对第2路的时间数据块的变换阶数，α
M
为对第M路的时间数据块的变换阶数。4.一种符号能量时频空弥散的多天线系统传输方法，其特征在于，所述方法在发射端的多天线发信机配置有T根发射天线，且每根发射天线独享一个射频链；在接收端的多天线非线性收信机配置有R根接收天线，且每根接收天线独享一个射频链；发射端的工作流程为：步骤一、将数字信源产生的比特数据进行串并转换，得到M路并行比特流，M≤min(T,R)，min(T,R)代表取T和R中的较小值；步骤二、对步骤一中的各路比特流分别进行数字调制，得到M路星座符号；步骤三、分别对步骤二中的每一路星座符号进行分组处理，即对于任意的一路星座符号，将该路星座符号中的第1个时刻至第N个时刻的星座符号分为第1组，将第1组星座符号作为第1个时间数据块，再将第N+1个时刻至第2N个时刻的星座符号分为第2组，将第2组星座符号作为第2个时间数据块，直至对该路星座符号中的全部星座符号分组完成，其中，N≥M，且N为M的整数倍；同理，对其它各路星座符号分别进行分组处理；步骤四、将第m路的第1个时间数据块表示为：其中，s
m1
,s
m2
,s
m3
,
…
,s
mN
分别为第m路星座符号中第1个，第2个，第3个，
…
，第N个时刻的星座符号，m＝1,2,
…
,M；分别对各路的第1个时间数据块进行线性预编码，将第m路的第1个时间数据块的线性预编码矩阵表示为W
(m)
，则对第m路的第1个时间数据块的预编码结果为：其中，
“×”
表示矩阵乘法，上标“T”表示矩阵转置；各路的第1个时间数据块对应的预编码结果共同组成一个空时处理块X1：
步骤五、对步骤四中输出的空时处理块X1进行空域能量分布调整，所述空域能量分布调整的具体过程为：在空时处理块X1中，利用第m路的时间数据块在第n个时刻的数据替换第[(m+n
‑
2)mod M]+1路的时间数据块在第n个时刻的数据，其中，mod表示取余运算；则空域能量分布调整后的空时处理块表示为：其中表示空时处理块X1的第n列，n＝1,2,
…
,N，Π
d
为M阶循环下移矩阵，上标0、1、
…
、N
‑
1表示矩阵Π
d
的幂次；所述M阶循环下移矩阵Π
d
为：步骤六、对空域能量分布调整后空时处理块中的每个时间数据块分别进行处理，并将处理后数据发射；所述对空域能量分布调整后空时处理块中的每个时间数据块分别进行处理，其具体为：对于空时处理块中的每个时间数据块，均依次进行添加循环前缀、映射至发射天线、数模转换和上变频处理；其中时间数据块映射至发射天线的规则为：若M＝T，则第1路时间数据块映射至第1根发射天线、第2路时间数据块映射至第2根发射天线、
…
、第M路时间数据块映射至第M根发射天线；否则，若M<T，则第1路时间数据块映射至第1根发射天线、第2路时间数据块映射至第2根发射天线、
…
、第M路时间数据块映射至第M根发射天线，映射至第M+1、第M+2、
…
、第T根发射天线上的时间数据块均为空时处理块中的任意一个时间数据块，即对于第M+1、第M+2、
…
、第T根发射天线中的每根发射天线来说，映射至其上的时间数据块均是空时处理块中的任一时间数据块；步骤七、同理，对于各路的第l个时间数据块执行步骤四至步骤六，l＝2,3,
…
,L，L为每路的时间数据块个数；接收端的工作流程为：
步骤1、步骤六处理后的各路的第1个时间数据块经过信道后，R根接收天线分别从自由空间中接收模拟信号，再分别对每根接收天线接收的模拟信号进行预处理，预处理后得到R路数字序列；步骤2、利用R根接收天线共同确定出接收时间...
【专利技术属性】
技术研发人员：房宵杰，张传斌，沙学军，李尊琦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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