CN101800715A - 酉预编码方法及装置、解码方法及装置和酉预编解码系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种酉预编码方法及装置、解码方法及装置和酉预编解码系统，其中，上述解码方法包括：对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；根据所述平行子信道和酉矩阵对接收信号进行解码。另外，本发明实施例还包括一种酉预编解码系统。上述酉预编码方法及装置、解码方法及装置和酉预编解码系统，通过对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减并进行后续处理，有效地降低了平行子信道之间的增益差异和信道条件数。

Description

酉预编码方法及装置、解码方法及装置和酉预编解码系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种酉预编码方法及装置、解码方法及装置和酉预编解码系统。

背景技术

随着通信技术的不断发展，多输入多输出(Multiple-inputmultiple-output，MIM0)系统也得到了广泛的应用，它可以在不增加带宽的基础上极大地提高无线通信系统的传输速率，满足高速率数据传输业务的要求。

而MIM0系统在利用空间维进行信号传输提高速率的同时，也引入了信号间的干扰，这在点对点传输(即单用户)中表现为天线间干扰，闭环处理通常比开环系统具有更好的性能增益。在频分双工(frequency divisionduplex，FDD)系统中，闭环处理一般通过反馈信道来实现，且其发射端预编码矩阵通常为一个酉矩阵，称为酉预编码。通过发射端酉预编码矩阵与接收端均衡器的联合处理，将相互自干扰的矩阵信道转化为相互(几乎)无干扰的平行子信道，从而提供空间复用增益以支持多个数据流的同时传输。上述处理方式可以通过矩阵对角化分解方法来实现。

现有系统中，在发射端利用对角化分解方法得到的酉矩阵进行预编码处理，同时在接收端进行对应处理以获得平行子信道。为了降低复杂度，接收端一般采用线性方案。由于迫零(ZF)处理会导致较强的噪声放大效应，故一般采用线性最小均方误差(MMSE)接收机，以获得干扰残留和噪声放大之间的最优折衷。

但是，由于MIM0信道矩阵的随机性，信道的各列(或行)向量一般具有不同的长度，并且各向量之间往往呈现出相当程度的非正交性，故经过对角化分解后得到的平行子信道的增益一般存在显著差异，信道条件数也较大。虽然在各个子信道之间采用速率和功率分配来进行调整，可以降低最差子信道对系统平均吞吐量的影响，但功率分配的效果一般并不显著，而速率分配又往往导致复杂的信令控制和额外的系统开销。

发明内容

本发明实施例提供了一种酉预编码方法及装置、解码方法及装置和酉预编解码系统，以降低平行子信道之间的增益差异和信道条件数。

本发明实施例提供了一种解码方法，该方法包括：

对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；

对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；

根据所述平行子信道和酉矩阵对接收信号进行解码。

本发明实施例提供了一种解码装置，该装置包括：

栅格缩减单元，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；

分解单元，用于对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；

解码单元，用于根据所述平行子信道和酉矩阵对接收信号进行解码。

本发明实施例提供了一种酉预编解码系统，该系统包括酉预编码装置和解码装置；

其中，所述解码装置，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；并将所述酉矩阵或其变换发送至酉预编码装置；在接收所述酉预编码装置发射的信号后，根据所述平行子信道和酉矩阵对所述接收的来自酉预编码装置的信号进行解码；

所述酉预编码装置，用于接收所述解码装置发送的酉矩阵或其变换，并根据所述酉矩阵或其变换对待发射的信号进行预编码后向所述解码装置发射所述信号。

本发明实施例提供了一种酉预编码方法，该方法包括：

对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；

对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵；

根据所述酉矩阵对待发射的信号进行预编码后发射所述信号。

本发明实施例提供了一种酉预编码装置，该装置包括：

栅格缩减单元，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；

分解单元，用于对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵；

编码单元，用于根据所述酉矩阵对待发射的信号进行预编码后发射所述信号。

本发明实施例提供了一种酉预编解码系统，该系统包括酉预编码装置和解码装置；

所述酉预编码装置，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵；根据所述酉矩阵对待发射的信号进行预编码后发射所述信号；

所述解码装置，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；根据所述平行子信道和酉矩阵对接收的来自所述酉预编码装置的信号进行解码。

上述酉预编码方法及装置、解码方法及装置和酉预编解码系统，通过对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减并进行后续处理，有效地降低了平行子信道之间的增益差异和信道条件数。

附图说明

图1为本发明解码方法实施例的流程图；

图2为本发明子信道增益差异的对比示意图；

图3为本发明信道平均条件数的对比示意图；

图4为本发明平均误码率实施例一的对比示意图；

图5为本发明平均误码率实施例二的对比示意图；

图6为本发明平均误码率实施例三的对比示意图；

图7为本发明解码装置实施例的结构示意图；

图8为本发明酉预编解码系统实施例一的结构示意图；

图9为本发明酉预编码方法实施例的流程图；

图10为本发明酉预编码装置实施例的结构示意图；

图11为本发明酉预编解码系统实施例二的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明解码方法实施例的流程图，该实施例以闭环系统FDD为例描述解码的过程，该方法包括：

步骤101、对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；

在接收端，对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减(LatticeReduction，LR)，获得缩减信道矩阵；例如可以对信道矩阵H的共轭转置矩阵应用LR算法，采用公式(1)获得缩减信道矩阵：

H_red＝H^HT    (1)

其中，H_red表示缩减信道矩阵，T为具有整数元素、行列式为±1的幺模矩阵；然后对公式(1)进行变换，得到公式(2)：

$H_{\mathrm{red}}^H=T^{H}H---\left(2\right)$

步骤102、对上述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；

对上述缩减信道矩阵进行奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)或特征值分解(Eigen Value Decomposition，EVD)得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；例如，可以对上述缩减信道矩阵H_red采用公式(3)进行SVD得到酉矩阵：

$H_{\mathrm{red}}^H=U_{\mathrm{red}}{\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{red}}{V}_{\mathrm{red}}^H---\left(3\right)$

其中，U_red，V_red为酉矩阵，∑_red＝diag(σ_red，1，σ_red，2，…σ_red，κ)为对角矩阵，σ_red，κ表示经过LR处理后的第k个平行子信道的增益；

步骤103、根据上述平行子信道和酉矩阵对接收信号进行解码得到原始信号。

接收端利用各种均衡器如线性MMSE均衡器根据公式(4)和公式(5)进行解码，由于解码后得到的原始信号与发射端发射的原始信号有一点误差，所以称解码后得到的原始信号为原始信号的估计更恰当；公式(4)和公式(5)如下所示：

$G={(F^H{H}^H\mathrm{HF}+\frac{{\mathrm{\σ}}_n^2}{{\mathrm{\σ}}_s^2}I)}^{-1}{F}^H{H}^H---\left(4\right)$

$\hat{S}=\mathrm{GY}---\left(5\right)$

其中，F＝V_red为预编码矩阵；H为信道矩阵；

表示待发射的信号S的每个元素具有的平均能量，且该S的每个元素都取自M点正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)星座；Y为接收信号；为原始信号的估计；

为噪声方差。

将上述解码方法获得的平行子信道的增益差异与信道的条件数与采用现有技术获得的平行子信道的增益差异与信道的条件数相比，可知采用本发明实施例的解码方法获得的平行子信道的增益差异与信道的条件数大大减少了，具体的关系如图2和图3所示。其中，A表示采用现有技术获得的平行子信道的增益差异，B表示采用本发明实施例的解码方法获得的平行子信道的增益差异；C表示采用现有技术获得的信道的条件数，D表示采用本发明实施例的解码方法获得的信道的条件数。

另外，通过图4、图5和图6描述了在不同MIM0配置下系统的平均误码率(BER)性能，此处假设没有采用信道编码，调制星座统一采用4-QAM，则从图4中可以看出对于(2，2)MIM0系统，在BER＝1e^-2处采用本发明实施例的技术方案比采用现有的技术方案可以获得约1.7dB的信噪比(SNR)增益；从图5中可以看出对于(4，4)MIM0系统，在BER＝1e^-2处采用本发明实施例的技术方案比采用现有的技术方案可以获得超过3.5dB的SNR增益；从图6中可以看出对于(8，8)MIM0系统，在BER＝1e^-2处采用本发明实施例的技术方案比采用现有的技术方案可以获得超过6dB的SNR增益；且E表示采用现有技术获得的BER，F表示采用本发明实施例的解码方法获得的BER。由此可见，采用本发明实施例的解码方法使得不同的MIM0系统在同一SNR下的BER大大降低了。

上述解码方法，通过对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减和对角化分解获得平行子信道和酉矩阵，并根据上述平行子信道和酉矩阵对接收信号进行解码获得原始信号，有效地降低了平行子信道之间的增益差异和信道条件数。

如图7所示，为本发明解码装置实施例的结构示意图，该装置包括：栅格缩减单元11，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；分解单元12，用于对上述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；解码单元13，用于根据上述平行子信道和酉矩阵对接收信号进行解码。

为了对上述缩减信道矩阵进行对角化分解，上述分解单元可以采用第一分解模块或第二分解模块，其中，第一分解模块用于对上述缩减信道矩阵进行奇异值分解分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；第二分解模块用于对上述缩减信道矩阵进行特征值分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵。

另外，上述解码装置可以位于闭环系统的接收端。

上述解码装置，通过栅格缩减单元对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减获得缩减信道矩阵，利用分解单元对上述缩减信道矩阵进行对角化分解获得一组平行子信道和对应的酉矩阵，并根据解码单元对接收的信号进行解码得到原始信息，从而降低了平行子信道之间的增益差异和信道条件数。

如图8所示，为本发明酉预编解码系统实施例一的结构示意图，该系统包括解码装置1和酉预编码装置2；其中，上述解码装置1，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；对上述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；并将上述酉矩阵或其变换发送至酉预编码装置2；在接收上述酉预编码装置2发射的信号后，根据上述平行子信道和酉矩阵对上述接收的来自所述酉预编码装置2信号进行解码；上述酉预编码装置2，用于接收上述解码装置1发送的酉矩阵或其变换，并根据上述酉矩阵或其变换对待发射的信号进行预编码后向上述解码装置1发射上述信号。

其中，该系统属于闭环系统，因而解码装置将获得的酉矩阵或其变换反馈给酉预编码装置，以便酉预编码装置根据该酉矩阵进行预编码处理后发射信号，其中发射信号X＝FS，S表示待发射的信号，F＝V_red为预编码矩阵；解码装置接收到酉预编码装置发射的信号后，利用已经获得的一组平行子信道和酉矩阵对接收信号进行解码，获得原始信号的方法同本发明解码方法实施例中的获得原始信号的过程相同，在此不赘述。

上述酉预编解码系统，通过解码装置对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减和对角化分解处理后，将得到的酉矩阵或其变换发送给酉预编码装置，以便酉预编码装置可以根据该酉矩阵进行预编码发射信号；同时，解码装置接收到酉预编码装置发射的信号后，利用已经获得平行子信道和酉矩阵进行解码；有效地降低了平行子信道之间的增益差异和信道条件数，且能有效改善系统的性能。

如图9所示，为本发明酉预编码方法实施例的流程图，该实施例以开环系统时分双工(Time Division Duplex，TDD)为例描述酉预编码的过程，该方法包括：

步骤201、对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；

在发射端，对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减(LR)，获得缩减信道矩阵，具体方法同本发明解码方法实施例步骤101中的方法相同，在此不赘述；

步骤202、对上述缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵；

对缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵的过程同本发明解码方法实施例步骤102中的方法相同，在此不赘述；

步骤203、根据上述酉矩阵对待发射的信号进行预编码后发射该信号。

其中，发射信号X＝FS，S表示待发射的信号，F＝V_red为预编码矩阵。

另外，采用上述方法获得的平行子信道的增益差异和采用现有技术获得的平行子信道的增益差异的对比示意图与图2相似，采用上述方法获得的信道的条件数和采用现有技术获得的信道的条件数的对比示意图与图3相似，在此不赘述。

上述酉预编码方法，通过对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减和对角化分解后获得酉矩阵，并利用该酉矩阵进行预编码发射信号，从而有效地降低了平行子信道之间的增益差异和信道条件数。

如图10所示，为本发明酉预编码装置实施例的结构示意图，该装置包括：栅格缩减单元21，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；分解单元22，用于对上述缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵；预编码单元23，用于根据上述酉矩阵对待发射的信号进行预编码后发射上述信号。

为了对上述缩减信道矩阵进行对角化分解，上述分解单元可以采用第一分解模块或第二分解模块，其中，第一分解模块用于对上述缩减信道矩阵进行奇异值分解分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；第二分解模块用于对上述缩减信道矩阵进行特征值分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵。

另外，上述酉预编码装置可以位于开环系统的发射端。

上述酉预编码装置，通过栅格缩减单元对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减获得缩减信道矩阵，利用分解单元对缩减信道矩阵进行对角化分解后获得酉矩阵，并利用编码单元根据该酉矩阵进行预编码发射信号，从而有效地降低了平行子信道之间的增益差异和信道条件数。

如图11所示，为本发明酉预编解码系统实施例二的结构示意图，该系统包括酉预编码装置3和解码装置4；其中，上述酉预编码装置3，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；对上述缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵；根据上述酉矩阵对待发射的信号进行预编码后发射上述信号；上述解码装置4，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；对上述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；根据上述平行子信道和酉矩阵对上述接收的来自上述酉预编码装置3的信号进行解码。

其中，该系统属于开环系统，因而上述酉预编码装置和解码装置都需要进行LR获得缩减信道矩阵，并对上述缩减信道矩阵进行对角化分解，获得酉矩阵，以便在发射信号时根据该酉矩阵进行预编码以及在接收端对接收的信号根据该酉矩阵进行解码。

上述酉预编解码系统，利用酉预编码装置对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减和对角化分解获得酉矩阵，并根据该酉矩阵进行预编码处理后发射信号；并利用解码装置对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减和对角化分解获得酉矩阵，并根据该酉矩阵对接收信号进行解码；从而降低了平行子信道之间的增益差异和信道条件数，且能有效改善系统的性能。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种解码方法，其特征在于包括：

对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；

对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；

根据所述平行子信道和酉矩阵对接收信号进行解码。

2.根据权利要求1所述的解码方法，其特征在于所述对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵包括：

对所述缩减信道矩阵进行奇异值分解或特征值分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵。

3.一种解码装置，其特征在于包括：

栅格缩减单元，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；

分解单元，用于对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；

解码单元，用于根据所述平行子信道和酉矩阵对接收信号进行解码。

4.根据权利要求3所述的解码装置，其特征在于所述分解单元包括：

第一分解模块，用于对所述缩减信道矩阵进行奇异值分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；或，

第二分解模块，用于对所述缩减信道矩阵进行特征值分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵。

5.一种酉预编解码系统，包括酉预编码装置和解码装置，其特征在于：

所述解码装置，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；并将所述酉矩阵或其变换发送至酉预编码装置；在接收所述酉预编码装置发射的信号后，根据所述平行子信道和酉矩阵对所述接收的来自酉预编码装置的信号进行解码；

所述酉预编码装置，用于接收所述解码装置发送的酉矩阵或其变换，并根据所述酉矩阵或其变换对待发射的信号进行预编码后向所述解码装置发射所述信号。

6.一种酉预编码方法，其特征在于包括：

对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；

对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵；

根据所述酉矩阵对待发射的信号进行预编码后发射所述信号。

7.根据权利要求6所述的酉预编码方法，其特征在于所述对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵包括：

对所述缩减信道矩阵进行奇异值分解或特征值分解得到酉矩阵。

8.一种酉预编码装置，其特征在于包括：

栅格缩减单元，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；

分解单元，用于对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵；

编码单元，用于根据所述酉矩阵对待发射的信号进行预编码后发射所述信号。

9.根据权利要求8所述的酉预编码装置，其特征在于所述分解单元包括：

第一分解模块，用于对所述缩减信道矩阵进行奇异值分解得到酉矩阵；或，

第二分解模块，用于对所述缩减信道矩阵进行特征值分解得到酉矩阵。

10.一种酉预编解码系统，包括酉预编码装置和解码装置，其特征在于：

所述酉预编码装置，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到酉矩阵；根据所述酉矩阵对待发射的信号进行预编码后发射所述信号；

所述解码装置，用于对信道矩阵或信道矩阵的变换矩阵进行栅格缩减，获得缩减信道矩阵；对所述缩减信道矩阵进行对角化分解得到一组平行子信道和对应的酉矩阵；根据所述平行子信道和酉矩阵对接收的来自所述酉预编码装置的信号进行解码。

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