專利名稱：：一種多輸入多輸出系統(tǒng)重傳線性預(yù)編碼處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于多輸入多輸出(MIM0)移動(dòng)通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及MIM0通信系統(tǒng)中的自動(dòng)請(qǐng)求重傳(ARQ)技術(shù)和線性預(yù)編碼技術(shù)。
背景技術(shù)：
：多輸入多輸出(MIM0)技術(shù)可以產(chǎn)生空間分集和復(fù)用增益，是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用的重要技術(shù)。線性預(yù)編碼技術(shù)是實(shí)現(xiàn)MIM0技術(shù)優(yōu)勢(shì)的重要手段，傳統(tǒng)的線性預(yù)編碼的設(shè)計(jì)大都是基于數(shù)據(jù)包單次傳輸情況下的設(shè)計(jì)。而現(xiàn)代通信系統(tǒng)中普遍采用的自動(dòng)請(qǐng)求重傳(ARQ)機(jī)制中會(huì)使一個(gè)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包被重傳多次。故數(shù)據(jù)包重傳時(shí)的線性預(yù)編碼設(shè)計(jì)是一個(gè)重要問(wèn)題?！堵晫W(xué)、語(yǔ)音及信號(hào)處理國(guó)際會(huì)議》(IEEEInternationalConferenceonAcoustics,Speech,andSignalProcessingProceedings.Volume3,ppiii/425-iii/428，2005)公開(kāi)的一種在理想信道信息情況下的MIM0ARQ重傳線性預(yù)編碼設(shè)計(jì)方法是基于最大化容量的設(shè)計(jì)；《通信學(xué)報(bào)》(第28卷第9期7-14頁(yè))提到的一種MIM0ARQ系統(tǒng)非理想信道估計(jì)條件下的重傳預(yù)編碼設(shè)計(jì)方法是基于最大化容量下界的次優(yōu)設(shè)計(jì)。以上兩種方法都會(huì)給先前綜合信道狀況相對(duì)差的子信道配對(duì)本次信道狀況相對(duì)好的子信道并分配更多的功率。對(duì)于支持多碼字傳輸?shù)腗IM0系統(tǒng)，由于每個(gè)碼字都可以獨(dú)立的進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制編碼，每個(gè)碼字要求的保護(hù)能力與所選擇的自適應(yīng)調(diào)制編碼等級(jí)有關(guān)，故上面所述的兩種重傳預(yù)編碼處理方法在應(yīng)用到支持多碼字傳輸?shù)腗IM0系統(tǒng)中時(shí)就無(wú)法達(dá)到最優(yōu)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種支持多碼字傳輸?shù)腗IM0系統(tǒng)重傳預(yù)編碼處理方法，可以根據(jù)各個(gè)碼字選擇的自適應(yīng)調(diào)制編碼等級(jí)合理的配對(duì)子信道及分配功率，達(dá)到更低的誤包率性能。本發(fā)明多輸入多輸出系統(tǒng)重傳線性預(yù)編碼處理方法，包括在發(fā)射端采用多個(gè)碼字進(jìn)行傳輸，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包第一次傳輸時(shí)，每個(gè)碼字獨(dú)立的添加循環(huán)冗余校驗(yàn)，并且獨(dú)立的進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制編碼，當(dāng)數(shù)據(jù)包重傳時(shí)，發(fā)射端重傳的信息與數(shù)據(jù)包初次傳輸?shù)男畔⒈３忠恢?；發(fā)射端先左乘線性預(yù)編碼矩陣再發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包初始傳輸時(shí)的線性預(yù)編碼矩陣通過(guò)信道奇異值分解和功率灌水的方法來(lái)得到；在接收端，先對(duì)接收信號(hào)左乘信道奇異值分解的左酉陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，然后對(duì)每個(gè)碼字進(jìn)行接收端的解調(diào)解碼操作如果是一個(gè)數(shù)據(jù)包的第一次傳輸，則直接對(duì)各個(gè)碼字進(jìn)行解碼；如果是重傳，則先對(duì)各個(gè)碼字的數(shù)據(jù)進(jìn)行最大比合并，然后解碼；只有當(dāng)所有的碼字都解對(duì)時(shí)，接收端才向發(fā)送端反饋一比特的解碼成功指示，否則反饋一比特的解碼失敗指示，發(fā)射端收到解碼失敗指示時(shí)進(jìn)行重傳操作；設(shè)MIM0系統(tǒng)發(fā)送端天線數(shù)為Mt，接收端天線數(shù)Mk大于或等于發(fā)送端天線數(shù)，自適應(yīng)調(diào)制編碼后的信息符號(hào)記為s=[…，，其中Si(i=1，...，Mt)表示第i個(gè)碼字，信號(hào)功率與噪聲功率的比值為、；用誤碼字率模型公式(1)擬合系統(tǒng)中各個(gè)自適應(yīng)調(diào)制編碼等級(jí)的誤碼字率性能曲線權(quán)利要求一種多輸入多輸出系統(tǒng)重傳線性預(yù)編碼處理方法，包括在發(fā)射端采用多個(gè)碼字進(jìn)行傳輸，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包第一次傳輸時(shí)，每個(gè)碼字獨(dú)立的添加循環(huán)冗余校驗(yàn)，并且獨(dú)立的進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制編碼，當(dāng)數(shù)據(jù)包重傳時(shí)，發(fā)射端重傳的信息與數(shù)據(jù)包初次傳輸?shù)男畔⒈３忠恢?；發(fā)射端先左乘線性預(yù)編碼矩陣再發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包初始傳輸時(shí)的線性預(yù)編碼矩陣通過(guò)信道奇異值分解和功率灌水的方法來(lái)得到；在接收端，先對(duì)接收信號(hào)左乘信道奇異值分解的左酉陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，然后對(duì)每個(gè)碼字進(jìn)行接收端的解調(diào)解碼操作如果是一個(gè)數(shù)據(jù)包的第一次傳輸，則直接對(duì)各個(gè)碼字進(jìn)行解碼；如果是重傳，則先對(duì)各個(gè)碼字的數(shù)據(jù)進(jìn)行最大比合并，然后解碼；只有當(dāng)所有的碼字都解對(duì)時(shí)，接收端才向發(fā)送端反饋一比特的解碼成功指示，否則反饋一比特的解碼失敗指示，發(fā)射端收到解碼失敗指示時(shí)進(jìn)行重傳操作；設(shè)MIMO系統(tǒng)發(fā)送端天線數(shù)為MT，接收端天線數(shù)MR大于或等于發(fā)送端天線數(shù)，自適應(yīng)調(diào)制編碼后的信息符號(hào)記為其中si(i＝1，...，MT)表示第i個(gè)碼字，信號(hào)功率與噪聲功率的比值為γ；用下面的誤碼字率模型公式擬合系統(tǒng)中各個(gè)自適應(yīng)調(diào)制編碼等級(jí)的誤碼字率性能曲線<mrow><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>SINR</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mi>if</mi></mtd><mtd><mn>0</mn><mo><</mo><mi>SINR</mi><mo><</mo><msubsup><mi>γ</mi><mi>th</mi><mi>i</mi></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mo>*</mo><mi>SINR</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>if</mi></mtd><mtd><mi>SINR</mi><mo>></mo><msubsup><mi>γ</mi><mi>th</mi><mi>i</mi></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>其中SINR為接收碼字的信號(hào)干擾噪聲比，ai和gi分別為第i個(gè)碼字選擇的自適應(yīng)調(diào)制編碼等級(jí)對(duì)應(yīng)的誤碼字率擬合得到的乘數(shù)常數(shù)和指數(shù)常數(shù)，為第i個(gè)碼字選擇的自適應(yīng)調(diào)制編碼等級(jí)對(duì)應(yīng)的解碼門(mén)限；設(shè)數(shù)據(jù)包第m次重傳時(shí)系統(tǒng)估計(jì)出來(lái)的信道為則信道估計(jì)誤差建模公式為<mrow><msub><mi>E</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>H</mi><mi>m</mi></msub><mo>-</mo><msub><mover><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mi>m</mi></msub></mrow>其中Hm為實(shí)際的MIMO信道，m等于0表示數(shù)據(jù)包的初始傳輸，m大于0表示數(shù)據(jù)包的重傳；誤差矩陣Em的每個(gè)元素服從均值為0、方差為的復(fù)高斯分布，如果是理想的信道信息，則方差為0；對(duì)數(shù)據(jù)包第m次重傳時(shí)系統(tǒng)估計(jì)出的信道進(jìn)行奇異值分解得<mrow><msub><mover><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>U</mi><mi>m</mi></msub><msubsup><mi>Λ</mi><mi>m</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup><msubsup><mi>V</mi><mi>m</mi><mi>H</mi></msubsup></mrow>對(duì)于m等于0，即，數(shù)據(jù)包初次傳輸，線性預(yù)編碼矩陣為<mrow><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub><msubsup><mover><mi>F</mi><mo>~</mo></mover><mn>0</mn><mi>H</mi></msubsup></mrow>其中功率分配矩陣為0i，i表示括號(hào)里的矩陣的第i行第i列的元素值，()+表示取括號(hào)里的值和0兩個(gè)數(shù)值中較大的那個(gè)值，灌水算法水平面參數(shù)c0的選擇需要滿足歸一化功率限制條件其特征在于對(duì)于m大于0，即第m次重傳時(shí)，線性預(yù)編碼矩陣表達(dá)為<mrow><msub><mi>F</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mi>m</mi></msub><msup><mi>P</mi><mi>H</mi></msup><msubsup><mover><mi>F</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi><mi>H</mi></msubsup></mrow>其中置換矩陣P即子信道配對(duì)矩陣，功率分配矩陣滿足歸一化的功率限制條件將第j次重傳時(shí)第i個(gè)碼字的接收信號(hào)干擾噪聲比記為則第m次重傳合并后的第i個(gè)碼字的總接收信干噪比為定義第i個(gè)碼字的先前接收錯(cuò)誤概率為<mrow><msubsup><mi>f</mi><mi>i</mi><mi>previous</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>γ</mi><mrow><mi>G</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow><mrow><mi>m</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow>支持多碼字的MIMO系統(tǒng)重傳線性預(yù)編碼矩陣用以下方法得到初始化初始化最優(yōu)置換矩陣PG為單位矩陣，即，PG＝I，全局最小誤包率標(biāo)記所有置換矩陣的集合為S；步驟一如果置換矩陣集合為空集，則跳轉(zhuǎn)至步驟二；否則，從置換矩陣集合S中任意選擇一個(gè)置換矩陣把其賦值給置換矩陣P；令經(jīng)過(guò)置換矩陣P置換后的對(duì)角陣為<mrow><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>=</mo><msub><mi>PΛ</mi><mi>m</mi></msub><msup><mi>P</mi><mi>H</mi></msup><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msubsup><mi>σ</mi><mi>E</mi><mn>2</mn></msubsup><mi>γ</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>給各個(gè)碼字預(yù)分配功率<mrow><msubsup><mi>P</mi><mi>i</mi><mi>m</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>γ</mi><mi>th</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>γ</mi><mrow><mi>G</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow><mrow><mi>m</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mi>γ</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>如果則從置換矩陣集合S中排除置換矩陣P，跳轉(zhuǎn)至步驟一；如果則剩余功率根據(jù)拉格朗日功率分配公式<mrow><msubsup><mover><mi>F</mi><mo>~</mo></mover><mi>i</mi><mi>m</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>γ</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><msub><mi>c</mi><mi>m</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>γ</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mi>ln</mi><msubsup><mi>f</mi><mi>i</mi><mi>previous</mi></msubsup><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>γ</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo></msub></mrow>尋找滿足功率限制條件的參數(shù)cm，根據(jù)最小誤包率公式<mrow><msubsup><mi>per</mi><mi>min</mi><mi>P</mi></msubsup><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>M</mi><mi>T</mi></msub></munderover><mi>min</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>γ</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><msup><mi>e</mi><msub><mi>c</mi><mi>m</mi></msub></msup><mo>,</mo><msubsup><mi>f</mi><mi>i</mi><mi>previous</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>得到對(duì)應(yīng)置換矩陣P的最小誤包率如果對(duì)應(yīng)置換矩陣P的最小誤包率小于全局最小誤包率，即，則更新全局最小誤包率為置換矩陣P對(duì)應(yīng)的最小誤包率，即，更新最優(yōu)置換矩陣PG為置換矩陣P，即，PG＝P，從置換矩陣集合S中排除置換矩陣P，然后跳轉(zhuǎn)至步驟一；步驟二根據(jù)最優(yōu)的置換矩陣PG，進(jìn)行功率分配；令經(jīng)過(guò)最優(yōu)的置換矩陣PG置換后的對(duì)角陣為給各個(gè)碼字預(yù)分配功率<mrow><msubsup><mi>P</mi><mi>i</mi><mi>m</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>γ</mi><mi>th</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>γ</mi><mrow><mi>G</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow><mrow><mi>m</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mi>γ</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>如果則第i個(gè)子信道分配的功率為跳轉(zhuǎn)至步驟三；如果則剩余功率每個(gè)碼字分配的剩余功率為<mrow><msubsup><mover><mi>F</mi><mo>~</mo></mover><mi>i</mi><mi>m</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>γ</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><msub><mi>c</mi><mi>m</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>γ</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mi>ln</mi><msubsup><mi>f</mi><mi>i</mi><mi>previous</mi></msubsup><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>γ</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo></msub></mrow>其中水平面參數(shù)cm的選擇必須滿足功率限制條件更新功率分配矩陣元素值步驟三得到功率分配矩陣為重傳線性預(yù)編碼矩陣為第m次重傳時(shí)，發(fā)射端對(duì)原始碼字信息s進(jìn)行預(yù)編碼處理操作在原始碼字信息左邊乘預(yù)編碼矩陣，使用Fms發(fā)送信號(hào)。FSA00000328488300011.tif,FSA00000328488300013.tif,FSA00000328488300014.tif,FSA00000328488300016.tif,FSA00000328488300017.tif,FSA00000328488300018.tif,FSA00000328488300022.tif,FSA00000328488300023.tif,FSA00000328488300024.tif,FSA00000328488300026.tif,FSA00000328488300027.tif,FSA00000328488300028.tif,FSA00000328488300029.tif,FSA000003284883000211.tif,FSA000003284883000214.tif,FSA00000328488300031.tif,FSA00000328488300032.tif,FSA00000328488300034.tif,FSA00000328488300036.tif,FSA00000328488300037.tif,FSA00000328488300038.tif,FSA00000328488300039.tif,FSA000003284883000311.tif,FSA000003284883000312.tif,FSA000003284883000313.tif,FSA000003284883000314.tif,FSA000003284883000316.tif,FSA000003284883000317.tif,FSA00000328488300041.tif,FSA00000328488300042.tif全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種多輸入多輸出系統(tǒng)重傳線性預(yù)編碼處理方法，特征是在支持多碼字的MIMO系統(tǒng)重傳預(yù)編碼處理過(guò)程中，針對(duì)每一個(gè)子信道配對(duì)矩陣，先分配功率給信干噪比達(dá)不到解碼門(mén)限的子信道，再對(duì)剩余的功率根據(jù)最小化誤包率的目標(biāo)進(jìn)行功率分配，求得相對(duì)該子信道配對(duì)矩陣最小的誤包率；遍歷所有子信道配對(duì)矩陣，選擇最小誤包率中的最小值對(duì)應(yīng)的子信道配對(duì)矩陣作為最優(yōu)子信道配對(duì)矩陣，然后根據(jù)最優(yōu)的子信道配對(duì)矩陣給各個(gè)子信道分配功率。采用本發(fā)明方法可以根據(jù)各個(gè)碼字選擇的自適應(yīng)調(diào)制編碼等級(jí)合理的配對(duì)子信道及分配功率，達(dá)到比傳統(tǒng)方法更低的誤包率性能。文檔編號(hào)H04L1/18GK101980467SQ201010528299公開(kāi)日2011年2月23日申請(qǐng)日期2010年10月28日優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日發(fā)明者張正宇,邱玲申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)