用于衛(wèi)星通信中陣列天線的mmse解碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及衛(wèi)星通信多天線技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種 用于衛(wèi)星通信中陣列天線的MMSE(最小均方誤差）解碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、不受地理限制、組網(wǎng)靈活、通信成本與距離無關(guān)等 優(yōu)點，在軍民用領(lǐng)域都得到了十分廣泛的應(yīng)用。衛(wèi)星通信的一大特點就是其通信覆蓋范圍 廣，多個用戶可W通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)而建立起通信。因而具有多址接入能力。其多址接入 技術(shù)也基本遵循地面無線通信中的多址接入技術(shù)。隨著陣列天線技術(shù)的日趨成熟，目前已 在衛(wèi)星上得到越來越多的應(yīng)用。
[0003] 針對衛(wèi)星具有陣列天線運一前提假設(shè)，本發(fā)明考慮借鑒大規(guī)模天線系統(tǒng)（Massive MIMO)的相關(guān)技術(shù)，在衛(wèi)星通信上采用不同于傳統(tǒng)多波束的空分多址接入（SDMA)技術(shù)，利 用終端到衛(wèi)星的信道上和方位角上的差異實現(xiàn)新的SDMA多址接入方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是一種應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中衛(wèi)星上采用陣列天線時，用戶信息到達衛(wèi)星 后，衛(wèi)星對用戶信息的一種解碼方法，即用于衛(wèi)星通信中陣列天線的MM沈（最小均方誤差） 解碼方法。 陽0化]本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：用于衛(wèi)星通信中陣列天線的MMSE解碼方法，按如下步 驟進行：
[0006] 第一步：信道矩陣H的產(chǎn)生
[0007] 假設(shè)在衛(wèi)星上布置了具有M個陣元的直線型天線陣列，陣元間的距離為d。又假 設(shè)有K個用戶同時同頻地向衛(wèi)星發(fā)射信號。由于不同用戶所處的地理位置與發(fā)射信號的差 異，會引起到達陣列天線的入射角不同。假定第1個用戶到達的入射角為0 1，則第i個陣 元在t時刻接收到的信號可W描述為
[0008]
[0009] 其中，j為虛數(shù)單位，Si為第一個陣元天線接收到的信號強度，e是自然指數(shù)，入為 所采用頻率的波長。
[0010] 令：
[0011]
[0012] 其中，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置，hi表示第1個用戶發(fā)送信號到達陣列天線的方向矢量。則 當(dāng)有K個用戶同時同頻的發(fā)送信號時的信道矩陣為H=比。h,，h3,…，hk]。
[0013] 第二步：陣列天線接收到的信號為
[0014]
[001引其中，Y是天接收到的信號；P是發(fā)送信號的信噪比；H=比I，h2，h3,…，hj是MXK的信道矩陣；S= [Si,S2,…，Sk]T是用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，S1 (1《i《K)表示第i個用戶發(fā)送 的數(shù)據(jù)，它的每個元素均勻地獨立地取某個QAM(正交幅度調(diào)制信號），運樣，S是KX1的矩 陣;W是加性高斯白噪聲，是MX1的噪聲矩陣，它的元素是均值為零，方差為1的獨立的復(fù) 高斯變量，且兩兩相互獨立。
[0016] 第^步：解碼過程
[0017] 令：
[0018]
[0019] 其中，上標(biāo)H表示共輛轉(zhuǎn)置。
[0020] 乘上接收信號Y如下
[0021]
[0022] 式中，第j個分量的方程可表不成
[0023]
[0024] 則匪SE的解碼準則就可W描述成 陽0巧]
[00%] 下面介紹該設(shè)計方法的理論依據(jù)：
[0027] 假定系統(tǒng)模型為：
[0028]
[0029] 其中，Y是天接收到的信號；P是發(fā)送信號的信噪比；H是MXK的信道矩陣；S是 用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，是KXl的矩陣;W是加性高斯白噪聲，是MXl的噪聲矩陣，它的元素是 均值為零，方差為1的獨立的復(fù)高斯變量，且兩兩相互獨立。
[0030] W解第j個用戶信息為例說明解碼方法。
[0031] 第一步：陣列天線接收到的信號為
[0032]
[003引其中，Y是天接收到的信號；P是發(fā)送信號的信噪比；H=比I，h2，h3,…，hJ是MXK 的信道矩陣；S= [Si,S2,…，Sk]T是用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，S1 (I《i《K)表示第i個用戶發(fā)送 的數(shù)據(jù)，它的每個元素均勻地獨立地取某個QAM(正交幅度調(diào)制信號），運樣S是KX1的矩 陣;W是加性高斯白噪聲，是MX1的噪聲矩陣，它的元素是均值為零，方差為1的獨立的復(fù) 高斯變量，且兩兩相互獨立。
[0034] 第二步：解碼過程
[0035] 1、令
[0036]
[0037] 其中，上標(biāo)H表示共輛轉(zhuǎn)置。
[003引 2、信道矩陣H中的向量是"幾乎處處"相互正交的論證，即要證明
柳40] 當(dāng)i聲j時，因為0 1，0韻勻地隨機地取自[0,JT]，則
因為0 1，均勻地隨機地取自[0,n]，所WSinej-sin0 1= 0的概率幾乎為零。令

[0046] 3、Gmmse乘上接收信號Y如下
[0047]
W48]分別定義K維列向量GmmsJ、GmmseW為Ymms。Wmmse,兩向量的第j個分量分別記為 yiwse, ：!、Wmmseu，因此，上式可W寫成：
[0049]
[0050] 對于一個給定的j(l《j《K)，要從第j個等式中解出信號S,，其他的傳送信號 SkQ《k聲j《K)均設(shè)及在內(nèi)，因而運些信號就成為解碼過程中的干擾，通常的情況是將 運些干擾當(dāng)作噪聲來處理（因為當(dāng)接收天線數(shù)很大時，信道矩陣H中的向量是"幾乎處處" 相互正交的）?？蒞從上式解出第j個用戶的信息。
[0051] 4、匪沈解碼方法為
[0052]
[0053] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0054] 在陣列天線中充分利用大規(guī)模天線系統(tǒng)的相關(guān)原理，隨著陣列天線數(shù)的無限增 加，用戶間的非相關(guān)干擾和加性噪聲會隨著天線數(shù)的增加而消失，在信道狀態(tài)信息即入射 角能夠精確估計的情況下運用MMSE解碼方法，進一步減小解碼復(fù)雜度和提高解碼性能。
【附圖說明】 陽化5] 圖1是實施例1的系統(tǒng)誤碼率的仿真圖。
【具體實施方式】
[0056] 下面對本發(fā)明優(yōu)選實施例作詳細說明。 陽化7] 實施例1
[0058] 假設(shè)系統(tǒng)有128根直線型陣列天線，陣元天線間的距離為d=A/2。有5個單天 線用戶。則MMSE解碼方法如下：
[0059] 步驟一：假設(shè)第一個用戶到達陣列天線的入射角是0 1，第二個用戶的入射角為 02,依次類推，則第五個用戶的入射角為05。其中，均勻地隨機地取自 [0,n]。貝Ij
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] 陽0化]
[0066] 故得到信道矩陣H=比1，1?,…，hs]。
[0067] 步驟二：陣列天線接收到的信號為
[0068] Y二而攬+抑' W例其中，Y是接收到的信號，為5維列向量；S= [Si,S2,…，&]T為用戶發(fā)射的信號， 每個元素均勻地獨立地取某個QAM(正交幅度調(diào)制信號），為5X1矩陣；P是發(fā)送信號的信 噪比；W是加性高斯白噪聲，是128X1的噪聲矩陣，它的元素是均值為零，方差為1的獨立 的復(fù)高斯變量，且兩兩相互獨立。 W70] 步驟立：令
[0071]
[0072] 乘上接收信號Y如下
[0073]
W74]分別定義K維列向量GmmsJ、GmmseW為Ymms。Wmmse,兩向量的第j個分量分別記為yMMSE,.，、WMMSE,.，，A.，,.，指的是矩陣A的化如個分量。因此，上式可W寫成： 陽0巧]
[0076]
陽077] 步驟四憂SE解碼方法為
[0078]
[0079] 圖1為本發(fā)明在上述實例條件下，關(guān)于系統(tǒng)誤碼率的仿真圖。
[0080] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認識到，W上實例僅是用來說明本發(fā)明，而并非作為 對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的范圍內(nèi)，對W上實例的變化，變形都將落在本發(fā)明的保護 范圍。
【主權(quán)項】
1.用于衛(wèi)星通信中陣列天線的MMSE解碼方法，其特征是按如下步驟進行： 第一步：信道矩陣H的產(chǎn)生 假設(shè)在衛(wèi)星上布置了具有M個陣元的直線型天線陣列，陣元間的距離為d ;又假設(shè)有K 個用戶同時同頻地向衛(wèi)星發(fā)射信號；假定第1個用戶到達的入射角為Θ i，則第i個陣元在 t時刻接收到的信號描述為其中，j為虛數(shù)單位，S1為第一個陣元天線接收到的信號強度，e是自然指數(shù)，λ為所 采用頻率的波長； 令：其中，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置，Ill表示第1個用戶發(fā)送信號到達陣列天線的方向矢量；則當(dāng)有 K個用戶同時同頻的發(fā)送信號時的信道矩陣為H= D^h2A3，…，hk]; 第二步：陣列天線接收到的信號為其中，Y是天線接收到的信號；P是發(fā)送信號的信噪比；H = [hi，h2, h3，…，hk]是MXK 的信道矩陣；S = [Sl，S2，…，sk]τ是用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，s D I < i < K，表示第i個用戶發(fā)送 的數(shù)據(jù)，它的每個元素均勻地獨立地取某個QAM，這樣，S是KX 1的矩陣；W是加性高斯白噪 聲，是MX 1的噪聲矩陣，它的元素是均值為零，方差為1的獨立的復(fù)高斯變量，且兩兩相互 獨立； 第三步：解碼過程 令：其中，上標(biāo)H表示共輒轉(zhuǎn)置； 乘上信號Y如下上式中，第j個分量的方程可表不成,!(則MMSE的解碼準則就描述成
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于衛(wèi)星通信中陣列天線的MMSE解碼方法：第一步：信道矩陣H的產(chǎn)生；第i個陣元在t時刻接收到的信號描述為：<maths num="0001"></maths>令：<maths num="0002"></maths>第二步：陣列天線接收到的信號為：<maths num="0003"></maths>第三步：解碼過程：令：<maths num="0004"></maths>乘上信號Y如下：<maths num="0005"></maths>上式中，第j個分量的方程可表示成：<maths num="0006"></maths>，則MMSE的解碼準則就描述成：<maths num="0007"></maths>。
【IPC分類】H04B7/08
【公開號】CN105429689
【申請?zhí)枴緾N201510706404
【發(fā)明人】王海泉, 喬德躍, 岳曉春, 營夢云
【申請人】杭州電子科技大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年10月27日