CN101582752B - 一种lte-a中预编码mimo的信道抵消接收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明请求保护一种LTE-A中预编码MIMO的信道抵消接收方法，涉及通信技术，为降低预编码MIMO接收机的实现难度，本发明提出一种信道抵消接收方法，包括：在预编码MIMO的接收端引入信道抵消模块，实现信道作用的均衡与发送符号发送顺序的恢复；利用解预编码码本矩阵进行预编码的逆操作；进行层映射及与其它相关过程相对应的逆操作并完成预编码MIMO的接收。本发明利用信道抵消模块完成信道作用的均衡及接收符号顺序的恢复操作，实现了与发射端各正向过程相对应的逆过程之间的独立与分离，降低了预编码MIMO接收机的实现难度及运算复杂度。为基于码本的预编码MIMO的接收提供了一种简单而高效的解决方案。

Description

一种LTE-A中预编码MIMO的信道抵消接收方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术，尤其涉及移动通信的长期演进(LTE)及先进的移动通信长期演进(LTE-Advanced)技术领域。
背景技术
空间复用是增强型MIMO的重要方面，可以提供很高的频谱效率。当发送端可以得到可靠的信道信息时，可以通过线性预编码来实现空间复用。线性预编码需要完整的信道状态信息、一阶统计信息或二阶统计信息。这些信息的获取在FDD系统中是很难实现的，而通过提供预先设计好的预编码码本集，在接收端根据所测量到的信道状态信息并根据一定的选择算法选择出合适的预编码码本，然后把相应码本的索引反馈到发送端，可以极大地减少系统的反馈信息。基于此，大量的预编码码本设计方法被提出来。文献[3GPP R1-090105]中给出了LTE-A中基于码本的8x传输的码本要求和设计准则，文献[3GPPR1-090389]中对系统中码本个数的选取进行了测试，文献[3GPPR1-091079，R1-091079]中分别具体给出了8x传输的码本设计方法。
预编码MIMO的接收，可以采用ML接收机，但由于ML接收机的高复杂性，实际系统中最常使用的是迫零(ZF，Zero-forcing)和最小均方误差(MMSE，Minimum mean-square error)等线性接收机。上述接收机都采用了信道均衡器的形式，信道均衡器可以看成是预编码码本、信道响应及调制方式等参数的函数，而这些参数的每一次改变均需要对均衡器重新进行构造。考虑到LTE-A将引入更为复杂的预编码及层映射方案，如果在LTE-A系统中依然采用基于信道均衡器的接收机，MIMO的解码复杂度将会很高。由于系统中会存在不同类型的预编码MIMO方案，原有的接收机很难在预编码MIMO的接收上实现单一的统一接收机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是设计一种简单而高效的，适用于预编码MIMO的接收方案。该接收方案可以实现与发射端各正向过程相对应的逆过程之间的独立与分离，降低预编码MIMO接收机的实现难度，并统一了不同类型的预编码MIMO的接收机。本发明解决上述技术问题的技术方案是：提出一种简单而高效的，适用于预编码MIMO的接收方法。
对于具有M根发送天线和N根接收天线的M×N阶MIMO系统，在发送端采用层数为L的层映射。调用公式：x＝L(s)进行层映射操作，获得层映射后的数据x。根据层映射后的数据x、预编码码本W，算法模块调用公式y＝Wx获得预编码后的数据。
若信道矩阵为H，则经过MIMO信道后的接收信号r可由公式：
Figure GSB00000670121700021
确定，其中n为加性噪声。
接收端对经过MIMO信道后的接收信号r进行处理并进行信道估计得到信道响应信息，在接收端设置信道抵消模块，信道抵消模块利用信道响应信息对信道的影响进行均衡并恢复发射信号的原有顺序，利用解预编码矩阵、解预编码码本进行解预编码操作，获得解预编码后的数据
Figure GSB00000670121700031
根据解预编码后的数据
Figure GSB00000670121700032
对数据
Figure GSB00000670121700033
进行逆层映射操作，即调用公式进行逆层映射操作，获得发射信号的估值
Figure GSB00000670121700035
完成MIMO的接收。
信道抵消模块根据信道响应信息的信道响应矩阵估计
Figure GSB00000670121700036
接收信号r，调用公式
Figure GSB00000670121700037
获得信道抵消模块输出信号
Figure GSB00000670121700038
其中，C表示信道抵消操作矩阵，为MIMO信道响应矩阵H的函数，用以完成信道影响的均衡及发射信号顺序的恢复操作。获得解预编码的方法具体为算法模块调用公式
Figure GSB00000670121700039
依据解预编码矩阵对信道抵消模块的输出数据进行运算，获得解预编码后的数据
本发明在MIMO接收机中，引入了信道抵消模块，信道抵消模块完成信道作用的均衡与发送符号发送顺序的恢复操作，结合预编码、层映射等过程相应的逆操作实现并统一了基于码本的预编码MIMO的接收。该方法适用于基于码本的预编码MIMO的接收方案。该接收方案实现了与预编码MIMO发射端各正向过程相对应的逆过程之间的独立与分离，降低了预编码MIMO接收机的实现难度，并统一了不同类型的基于码本的预编码MIMO的接收。
附图说明
图1为基于码本的预编码MIMO的发射方案示意图
图2为基于码本的预编码MIMO的信道抵消接收方案示意图
图3为基于码本的预编码MIMO的信道抵消接收的实现流程
具体实施方式
在LTE、LTE-A的空间复用预编码MIMO方案。由层映射和预编码共同完成了MIMO的功能，首先通过层映射把要传输的复值调制符号映射到一个或多个层，完成串并变换并控制空间复用的复用率，然后对层映射后的数据进行预编码，也就是实现具体的MIMO编码。
如图1所示为预编码MIMO的发射示意图，在发射端经过调制等操作后的复值符号送入层映射模块进行层映射操作，然后根据预编码码本进行预编码操作，预编码操作后，根据实际系统进行相关的处理，如OFDM调制等，最后信号从各天线端口发射出去。
考虑具有M根发送天线和N根接收天线的M×N阶MIMO系统，采用层数为L的层映射。如设待发送信号为s，算法模块根据公式x＝L(s)定义层映射操作，获得层映射后的数据x。预编码可表示为：y＝Wx，根据层映射后的数据x、预编码码本W，算法模块调用公式y＝Wx获得预编码后的数据。
若信道矩阵为H，则经过MIMO信道后的接收信号r可由公式：
Figure GSB00000670121700041
确定，其中n为加性噪声。
如图2所示为本发明信道抵消接收方案示意图，接收端接收到的信号首先进行下变频及同步等操作，把信号从载波上提取出来并完成符号的同步，然后进行信道估计操作，利用信道估计得到的信道响应信息进行信道抵消操作，完成信道作用的均衡与发送符号顺序的恢复操作，然后利用相应的解预编码码本进行解预编码操作，并进行逆层映射等相应处理而完成MIMO的接收。
引入信道抵消模块的目的在于恢复发射信号的原有顺序并对信道的影响进行均衡。在接收端获得信道响应矩阵估计
Figure GSB00000670121700042
根据经过MIMO信道后的接收信号r，则信道抵消模块的输出信号
Figure GSB00000670121700051
定义为：
Figure GSB00000670121700052
其中，C表示信道抵消操作矩阵。为MIMO信道响应矩阵H的函数。根据上述变换获得信道抵消模块的输出信号
Figure GSB00000670121700053
已经完成了信道影响的均衡，并已经恢复到了发射信号的原有顺序。
针对不同的估计算法，信道抵消操作矩阵C具有不同的表示形式。以下以ZF(Zero-forcing)和MMSE(Minimum Mean-Square Error)算法为例：
对于ZF算法，有：
C＝(H)+，其中(·)+表示矩阵的伪逆。
对于MMSE算法，有：
C＝(HHH+σ2I)-1HH其中，H为等效信道矩阵，σ2为噪声功率。
解预编码矩阵的获取。可以根据预先计算并存储在接收机中的解预编码矩阵码表建立预编码的解预编码矩阵invW。依据解预编码矩阵对信道抵消模块的输出数据进行运算，算法模块调用公式实现解预编码操作，获得解预编码后的数据
对数据
Figure GSB00000670121700056
进行层映射等相关操作的逆操作，以完成MIMO的接收。根据解预编码后的数据
Figure GSB00000670121700057
逆层映射操作符invL(·)，逆层映射操作可以表示为：
Figure GSB00000670121700058
通过上述运算获得发射信号的估值
Figure GSB00000670121700059
如图3所示为信道抵消接收的实现流程，具体包括如下步骤，
步骤31，步骤32，步骤33，发送端对信号进行调制、层映射、预编码等相关操作；
步骤34，经过预编码后的信号，进行OFDM调制、上变频等操作，经各天线端口送入无线信道。相应地，在接收端经过下变频、OFDM解调、同步等操作，为信道估计及之后的信号处理做准备；
步骤35，进行信道估计；
步骤36，根据信道估计结果，对信号进行信道抵消操作，信道作用的均衡，并恢复接收信号的顺序为发送时的顺序；
步骤37，取解预编码矩阵并进行相应的解预编码操作；
步骤38，进行逆层映射操作；
步骤39，进行解调等相关操作，完成基于码本的预编码MIMO的接收。这里的调制方式可以是任意一种可行的调制方式，可以根据系统配置进行相应的选择与处理。
本发明提出的一种LTE-A中预编码MIMO的信道抵消接收方案，实现了预编码MIMO发射端各正向过程的相应逆过程的独立与分离，降低预编码MIMO接收机的实现难度，并统一不同类型的预编码MIMO的接收机，具有各相关模块独立设计、不同预编码方案接收机统一、实现复杂度低等特点。本发明为不同预编码方案提供了统一的简单而高效的解决方案。

Claims (1)

1.一种LTE-A中预编码MIMO的信道抵消接收方法，其特征在于，算法模块根据待发送信号s，调用公式x＝L(s)定义层映射操作，根据层映射后的数据x、预编码码本W，调用公式y＝Wx获得预编码后的数据，若信道矩阵为H，由公式：
Figure FSB00000670121600011
确定经过MIMO信道后的接收信号r；接收端对接收信号r进行信道估计得到信道响应信息，信道抵消模块调用公式
Figure FSB00000670121600012
获得信道抵消模块输出数据
Figure FSB00000670121600013
恢复发射端发射信号的原有顺序并对信道的影响进行均衡，依据解预编码矩阵码表建立解预编码矩阵invW，算法模块调用公式对信道抵消模块的输出数据进行运算，获得解预编码后的数据
Figure FSB00000670121600015
调用公式
Figure FSB00000670121600016
进行逆层映射操作，获得发送信号的估值
Figure FSB00000670121600017
完成MIMO信号的接收，其中，n为加性噪声，C为信道抵消操作矩阵。
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