CN103763072B - 一种mimo链路自适应传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有限字符输入信号下适于迭代接收的链路自适应传输方法，首先，在各调制编码方案下，获得迭代接收机情况下的吞吐量与误帧率关系，根据误帧率要求计算吞吐量门限值；其次，计算高斯输入信号下不同码本在多个信道样本下的平均和速率；接着，在满足误帧率要求的同时以最大化吞吐量为准则初步选择调制编码方案；最后，计算有限字符输入信号下使用各预编码码字在多个信道样本下的平均互信息，根据平均互信息选择满足误帧率要求的预编码码字和调制编码方案。本发明适于迭代接收情况下的MIMO链路自适应控制，降低了计算量和传输时延，易于实现。

Description

一种MIMO链路自适应传输方法

技术领域

本发明涉及一种有限字符输入信号下的链路自适应传输方法，尤其是涉及多天线发送多天线接收（MIMO）无线通信系统中有限字符输入信号下适于迭代接收的链路自适应传输方法。

背景技术

为满足未来移动通信系统对更高数据传输速率的需求，MIMO无线通信系统改进并增强了空中接口技术。在实际的无线传播环境中，随着用户设备（UE，User Equipment）的移动，UE与基站（BS，Base Station）之间的信道可能会经历不同的类型，从而导致了开环传输系统性能的下降，因此，在MIMO无线通信系统中，采用闭环传输技术以自适应于信道环境的变化。

在MIMO无线通信系统闭环传输模式及有限字符输入信号下，UE通过反馈预编码矩阵、调制方式及编码速率等参数实现链路自适应传输。最优链路自适应传输方法，其特点是将UE的反馈参数通过联合搜索完成：计算各调制方式下的最优预编码矩阵，以最大化等效信道互信息为准则，在保证系统误帧率不超过预设门限的前提下，选择出最优的调制方式及其对应的编码速率。一般而言，在各调制方式及各编码速率下，通过仿真的方法获得迭代接收机收敛的互信息与误帧率对照图，根据误帧率要求获得互信息门限。迭代接收机互信息在不小于互信息门限时就能保证误帧率不超过预设门限。

迭代接收机是提高无线通信系统接收性能、实现逼近信道互信息传输的有效方法。结合以信道互信息最大化为准则的预编码技术，迭代接收机的可达速率逼近信道最大互信息。利用这一特点，有限字符输入信号下的互信息就可作为迭代接收机的可达速率。根据所得互信息，可以在链路自适应传输技术中选择调制方式和编码速率。而最优链路自适应方法的计算量非常大，有限字符输入信号下预编码矩阵的遍历搜索使得计算时间增大，造成的延迟对链路自适应传输不利。本发明给出一种高效链路自适应方法，它比最优链路自适应方法的计算复杂度低很多，而频谱效率逼近最优链路自适应方法的频谱效率。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种有限字符输入信号下适于迭代接收的链路自适应传输方法，该方法利用高斯输入信号下的和速率表达式初步确定调制方式，在此基础上进行最优传输预编码码字搜索和编码调制方法的选择，提出的方法降低了计算量和传输时延，而且频谱效率逼近最优链路自适应传输方法的频谱效率。

技术方案：一种MIMO链路自适应传输方法，包括如下步骤：

步骤一、在各调制编码方案下，通过仿真的方法获得迭代接收机收敛的吞吐量与误帧率关系，根据误帧率要求计算吞吐量门限值；

步骤二、采用高斯输入信号假设，计算不同码本在多个信道样本下的平均和速率；

步骤三、在满足误帧率要求的同时以最大化吞吐量为准则初步选择调制编码方案；

步骤四、计算有限字符输入信号下使用各预编码码字在多个信道样本下的平均互信息。

步骤五、根据平均互信息选择满足误帧率要求的预编码码字和调制编码方案。

在所述的链路自适应传输方法步骤三中，利用高斯输入信号下的和速率表达式获得有限输入信号下调制方式的初步范围。

在所述的链路自适应传输方法步骤四中，在初步选定调制方式后，利用有限字符输入信号下的互信息计算公式计算各预编码码字在选定的调制方式和多个信道样本下的平均互信息。

在所述的链路自适应传输方法步骤五中，选择使平均互信息最大化的预编码码字，并利用吞吐量与误帧率关系，选择该预编码码字下满足误帧率要求的调制编码方案。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的有限字符输入信号下的链路自适应传输方法，具有以下优点：

1)设计的预编码矩阵能适用于多个信道样本间的数据传输，具有较好的通用性和实用性。

2)提出的链路自适应传输方法在原有的系统资源上减少了运算量和存储量，并降低了传输时延，易于在实际通信系统中实现。

3)提出的链路自适应传输方法适于接收端采用迭代接收机，在吞吐量上逼近最优链路自适应传输方法，具有高效的传输效率。

附图说明

图1为MIMO传输系统框图；

图2为链路自适应结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图1给出了MIMO传输系统框图。考虑一个发送天线数为N_T、接收天线数为N_R的链路，信号输入输出关系可表达为：

y_n＝H_nWx_n+z_n,n＝1,2,...,N

其中，N表示信道样本数，为第n个接收符号向量；为第n个信道矩阵样本；x_n为第n个发送符号向量，具有单位能量，其各个元素编码调制后生成的调制符号，取自调制符号集；假设共有K种调制符号集，大小可排序为：M₁＜M₂＜...＜M_K；z_n是均值为零、方差为σ²的加性复高斯白噪声；W为预编码矩阵，从码本集合中生成。

图2是本发明的链路自适应结构框图。

步骤一、在各调制编码方案下，通过仿真的方法获得迭代接收情况下的吞吐量与误帧率关系，根据误帧率要求计算吞吐量门限值。

在加性高斯白噪声信道，通过对解调器及译码器仿真的方法得到各种调制编码方案下误帧率与系统吞吐量的函数关系

FER＝LUT(R,I_MCS)

式中，R表示系统吞吐量；I_MCS∈{1,2,...,N_MCS}，N_MCS是调制编码方案的总数目，函数LUT可以存储在查找表中。由此，计算索引为I_MCS的调制编码方案满足链路误码字率小于等于FER₀要求的吞吐量门限值：

步骤二、针对不同码本，计算在高斯输入信号假设下多个信道样本的系统平均和速率。

1.针对码本W_t和信道样本H_n，计算高斯输入信号假设下的系统和速率：

其中：为N_T×N_T的恒等矩阵。

2.计算码本W_t针对N个信道样本的平均和速率：

3.计算平均和速率的最大值

步骤三、在满足误帧率要求的同时以最大化吞吐量为准则初步选择调制方式。具体地，根据误帧率小于等于FER₀且最大化吞吐量的准则选择调制方式：

考虑到因为高斯输入信号假设下的选择可能带来性能误差，初步将m^*-1和m^*二种调制方式作为有限字符输入信号下可能的调制方式。

步骤四、在码本集合中确定最优传输预编码码字，并计算该预编码码字在多个信道样本下的平均互信息。

1.对于码本W_t，获得等效信道t＝1,2,...,T。

2.对于码本W_t和二种调制方式m^*-1和m^*，分别计算有限字符输入假设下N个信道样本的平均互信息：

其中x_n,a,m表示由M_m元调制信号构成的星座集合x_n中的第a个元素。

步骤五、根据平均互信息选择满足误帧率要求的预编码码字和调制编码方案。

1.计算有限字符输入信号假设下平均互信息的最大值和最优码字：

2.针对最优码字，根据误码字率小于等于FER₀且最大化吞吐量的准则选择调制编码方式：

Claims (4)

1.一种MIMO链路自适应传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在各调制编码方案下，通过仿真的方法获得迭代接收机收敛的吞吐量与误帧率关系，根据误帧率要求计算吞吐量门限值；

步骤二、采用高斯输入信号假设，计算不同码本在多个信道样本下的平均和速率；具体如下：

1)针对码本W_t和信道样本H_n，计算高斯输入信号假设下的系统和速率：

$R_{sum}(n,t)={\log }_2\det (I_{N_T}+W_t^H{H}_n^H{H}_n{W}_t)$

其中：为N_T×N_T的恒等矩阵，N_T为发送天线数；

2)计算码本W_t针对N个信道样本的平均和速率：

$R_{sum,avg}\left(t\right)=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{R}_{sum}(n,t)$

3)计算平均和速率的最大值

$R_{sum,avg}^{final}=\underset{t\∈\[1,2,\mathrm{...},T\]}{\max }{R}_{sum,avg}\left(t\right)$

步骤三、在满足误帧率要求的同时以最大化吞吐量为准则初步选择调制编码方案；

步骤四、计算有限字符输入信号下使用各预编码码字在多个信道样本下的平均互信息；

步骤五、根据平均互信息选择满足误帧率要求的预编码码字和调制编码方案。

2.根据权利要求1所述的MIMO链路自适应传输方法，其特征在于，所述步骤三中，利用高斯输入信号下的和速率表达式获得有限输入信号下调制方式的初步范围。

3.根据权利要求1所述的MIMO链路自适应传输方法，其特征在于，所述步骤四中，在初步选定调制方式后，利用有限字符输入信号下的互信息计算公式计算各预编码码字在选定的调制方式和多个信道样本下的平均互信息。

4.根据权利要求1所述的MIMO链路自适应传输方法，其特征在于，所述步骤五中，选择使平均互信息最大化的预编码码字，并利用吞吐量与误帧率关系，选择该预编码码字下满足误帧率要求的调制编码方案。