CN113131977A - 空时码自适应调整方法及基于其的cpm-mimo系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CPM‑MIMO系统的空时码自适应调整方法。该CPM‑MIMO系统中发送端执行以下方法步骤：获取信道质量信息以及通信数据特征信息，所述信道质量信息表示信道当前的质量，所述通信数据特征信息表示当前通信数据的特征；根据所述信道质量信息以及所述通信数据特征信息，确定空时编码机制；采用所述空时编码机制发送所述通信数据的CPM信号。该CPM‑MIMO系统中接受端执行以下方法步骤：根据接收信号进行信道估计，得到信道质量信息；将所述信道质量信息反馈给发送端。本发明实现了CPM‑MIMO系统空时码机制的自适应调整。

Description

空时码自适应调整方法及基于其的CPM-MIMO系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种空时码自适应调整方法及基于其的CPM-MIMO系统。
背景技术
作为现代通信技术的趋势，MIMO技术能大大提高系统容量或降低数据传输的误码率(BER)，同时增强无线通信系统性能。为了进一步提高MIMO通信系统的性能，提供一种自适应空时码CPM-MIMO系统及空时码自适应调整方法显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种空时码自适应调整方法及基于其的CPM-MIMO系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种CPM-MIMO系统的空时码自适应调整方法，包括：
获取信道质量信息以及通信数据特征信息，所述信道质量信息表示信道当前的质量，所述通信数据特征信息表示当前通信数据的特征；
根据所述信道质量信息以及所述通信数据特征信息，确定空时编码机制；
采用所述空时编码机制发送所述通信数据的CPM信号。
可选的，所述信道质量信息包括基于信道矩阵计算得到的信道质量特征值。
可选的，所述信道质量特征值为信道矩阵的Frobenius范数。
可选的，所述通信数据特征信息包括所述通信数据的流量。
可选的，所述根据所述信道质量信息以及所述通信数据特征信息，确定空时编码机制，具体包括：
当所述信道质量特征值大于等于第一质量预设值时，确定垂直分层空时码机制为CPM信号的发送机制；
当所述信道质量特征值小于第一质量预设值时，基于所述通信数据特征信息确定CPM信号的空时编码发送机制。
可选的，所述基于所述通信数据特征信息确定CPM信号的空时编码发送机制，具体包括：
当通信数据的流量大于等于第一流量预设值时，确定正交空时组码机制为CPM信号的发送机制；当通信数据的流量小于第一流量预设值时，确定混合空时码机制为CPM信号的发送机制；所述通信数据特征信息包括通信数据的流量。
为了实现上述目的，本发明该提供了一种CPM-MIMO系统的空时码自适应调整方法，包括：
根据接收信号进行信道估计，得到信道质量信息；
将所述信道质量信息反馈给发送端。
可选的，所述信道质量信息包括信道矩阵的Frobenius范数。
为了实现上述目的，本发明该提供了一种自适应空时码CPM-MIMO系统，包括：
参数信息获取模块，用于获取信道质量信息以及通信数据特征信息，所述信道质量信息表示信道当前的质量，所述通信数据特征信息表示当前通信数据的特征；
空时编码机制选择模块，用于根据所述信道质量信息以及所述通信数据特征信息，确定空时编码机制；
信息发送模块，用于采用所述空时编码机制发送所述通信数据的CPM信号。
为了实现上述目的，本发明该提供了一种自适应空时码CPM-MIMO系统，包括：
信道估计模块，用于根据接收信号进行信道估计，得到信道质量信息；
信息反馈模块，用于将所述信道质量信息反馈给发送端。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的空时码自适应调整方法及基于其的CPM-MIMO系统，能够根据信道质量状态和用户需求，实时地调节和选择空时码机制来发射信号，实现了CPM-MIMO系统空时码机制的自适应调整。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的自适应空时码CPM-MIMO系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的CPM-MIMO系统中发送端的空时码自适应调整方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种空时码自适应调整方法及基于其的CPM-MIMO系统。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例提供的自适应空时码CPM-MIMO系统如图1所示，该CPM-MIMO系统中发送端执行的空时码自适应调整方法包括以下步骤，参见图2：
步骤101：获取信道质量信息以及通信数据特征信息，所述信道质量信息表示信道当前的质量，所述通信数据特征信息表示当前通信数据的特征。
在本实施例中，信道质量信息可以包括基于信道矩阵计算得到的信道质量特征值，该信道质量特征值优选为信道矩阵的Frobenius范数。通信数据特征信息可以包括所述通信数据的流量。
步骤102：根据所述信道质量信息以及所述通信数据特征信息，确定空时编码机制。具体可以如下：
当所述信道质量特征值大于等于第一质量预设值时，确定垂直分层空时码机制为CPM信号的发送机制；
当所述信道质量特征值小于第一质量预设值时，基于所述通信数据特征信息确定CPM信号的空时编码发送机制：具体可以为当通信数据的流量大于等于第一流量预设值时，确定正交空时组码机制为CPM信号的发送机制；当通信数据的流量小于第一流量预设值时，确定混合空时码机制为CPM信号的发送机制；所述通信数据特征信息包括通信数据的流量。
步骤103：采用所述空时编码机制发送所述通信数据的CPM信号。
CPM-MIMO系统中接收端根据接收信号进行信道估计，得到信道质量信息；并将所述信道质量信息反馈给发送端。
参见图1，首先，信息比特流I被送入ASTC-CPM系统，得到大小为Nt×Nc的空时码字矩阵D。其中，Nt代表发送天线的数目，Nc代表一帧的长度。经过调制的CPM信号从Nt根天线发射。接收端也要通过多个天线(Nr代表接收天线的数目)进行信号的接受。接收到的信号可表示为：
Figure BDA0003024270350000041
其中，nr＝1，…，Nr，
Figure BDA0003024270350000042
Figure BDA0003024270350000043
代表信道矩阵
Figure BDA0003024270350000044
里的每个子项。Nr代表接收天线的数目。w(t)代表双边功率谱密度为N0/2的加性白色高斯噪声(AWGN)。s(t；D)为基带CPM信号，即要通过Nt根天线进行发送的数据信号。
接收端通过信道估计获得H信道矩阵，具体估计过程为：信道估计算法借助于参考信号或发送数据的统计特性，估计衰落信道中各多径分量的衰落系数。从信道估计算法先验信息的角度，则可分为基于参考信号的估计、盲估计、半盲估计三种。一般来讲第一种比较常用，即通过设计训练序列或在数据中周期性地插入导频符号来进行估计的方法。具体做法可以在一帧当中插入导频序列(发送、接收端均已知)，由于在一帧当中，信道可以视为不变。那么导频估计的信道矩阵，可以视为信息序列所经历的信道，也可以通过计算其Frobenius范数来作为选择空时码的标准。
计算信道矩阵的Frobenius范数，所述计算信道矩阵的Frobenius范数为
Figure BDA0003024270350000051
其中，
Figure BDA0003024270350000052
就是信道矩阵的里的每个子项，代表每条子信道。
接收端将信道矩阵的Frobenius范数反馈回发射端，作为发送端三类基本空时码机制的切换标准。发送端根据F值，进一步调控发送端发送合适的空时码发送信号s(t，D)，接收端接收到r(t，D)后，并针对不同的空时码机制，进行相应的时空分离将信号分离成多路信号流，即从接收到的
Figure BDA0003024270350000053
中将s(t，D)分离出来，具体的时空分离可采用矩阵重构法。以4根天线数为例，对于OSTBC设计，发送的信号矩阵如下所示：
Figure BDA0003024270350000054
由此，接收的ROD可以表示为
Figure BDA0003024270350000055
假定上式的4个时隙m、m+1、m+2和m+3都共享同样的信道矩阵H。为简便计，后面的分析中用s替代s(t)。对一个空时叠加的CPM信号，使用矩阵重构的方法，可以获得下式
Figure BDA0003024270350000061
同理，对于hybrid STC设计，发送的信号矩阵是
Figure BDA0003024270350000062
由此，接收的RhSTC可以表示为
Figure BDA0003024270350000063
与之前OSTBC的分析类似，采用矩阵重构的方法，把接收的信号向量具体表示为
Figure BDA0003024270350000071
如图1所示，经过空时分离后，得到的d(t，D)信号，再对信号进行CPM解调过程得到符号数据(包括信息和导频)，具体调制过程为：与一般的线性调制方式相比，CPM信号在数学表达式上比较复杂，给设计发射机和接收机带来很大难度。CPM信号是有记忆性的，即在连续的符号间隔内发送信号是相互关联的，最佳检测器须通过连续信号间隔内接收信号的观测序列来判决。最大似然序列估计(ML)是一种可直接使误码率最小的均衡技术，通过Bayes估计可使传输符号序列的错误概率最小，从而达到误码率最小。具体由下式表示：
Figure BDA0003024270350000072
Figure BDA0003024270350000073
其中，r(t)为接收的信号，
Figure BDA0003024270350000074
为可能的传输信号，
Figure BDA0003024270350000075
为可能的传输序列。ML原理就是将无噪时可能的传输序列，与有噪时接收的信号序列进行比较，来选择最接近发射信号的数据序列。目前，比较公认的关于CPM的译码主要有两种：一种是基于状态格形图的维特比(Viterbi)算法；另一种是基于软信息的最大后验概率的译码算法，最具代表性的就是BCJR算法。本发明涉及的CPM解调主要采用Viterbi算法。每路信号流被解调提取信息比特。
本发明在工程上具有一定的应用价值，发射端可以根据信道的状态和用户的需求，实时地调整和选择合适的空时码作为传输方案：当信道条件较好时，发射端可以采用垂直分层空时码(VBLAST)机制；当信道条件较差且用户进行语音、短信等数据通信时，发射端可以采用混合空时码(Hybrid STC)机制；当信道条件较差且用户进行图像、视频等流量通信时，发射端可以采用正交空时组码(OSTBC)机制。
实施例2
本实施例还提供了一种与实施例1相对应的自适应空时码CPM-MIMO系统，该系统采用实施例1提供的自适应空时码机制调整方法，该系统中的发送端包括：参数信息获取模块、空时编码机制选择模块和信息发送模块。该系统的接收端包括信道估计模块和信息反馈模块。
其中，参数信息获取模块，用于获取信道质量信息以及通信数据特征信息，所述信道质量信息表示信道当前的质量，所述通信数据特征信息表示当前通信数据的特征。
空时编码机制选择模块，用于根据所述信道质量信息以及所述通信数据特征信息，确定空时编码机制。
信息发送模块，用于采用所述空时编码机制发送所述通信数据的CPM信号。
信道估计模块，用于根据接收信号进行信道估计，得到信道质量信息。
信息反馈模块，用于将所述信道质量信息反馈给发送端。
其余与实施例1内容相同，此处不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种CPM-MIMO系统的空时码自适应调整方法，其特征在于，包括：
获取信道质量信息以及通信数据特征信息，所述信道质量信息表示信道当前的质量，所述通信数据特征信息表示当前通信数据的特征；
根据所述信道质量信息以及所述通信数据特征信息，确定空时编码机制；
采用所述空时编码机制发送所述通信数据的CPM信号。
2.根据权利要求1所述的CPM-MIMO系统的空时码自适应调整方法，其特征在于，所述信道质量信息包括基于信道矩阵计算得到的信道质量特征值。
3.根据权利要求2所述的CPM-MIMO系统的空时码自适应调整方法，其特征在于，所述信道质量特征值为信道矩阵的Frobenius范数。
4.根据权利要求1或2所述的CPM-MIMO系统的空时码自适应调整方法，其特征在于，所述通信数据特征信息包括所述通信数据的流量。
5.根据权利要求2或3所述的CPM-MIMO系统的空时码自适应调整方法，其特征在于，所述根据所述信道质量信息以及所述通信数据特征信息，确定空时编码机制，具体包括：
当所述信道质量特征值大于等于第一质量预设值时，确定垂直分层空时码机制为CPM信号的发送机制；
当所述信道质量特征值小于第一质量预设值时，基于所述通信数据特征信息确定CPM信号的空时编码发送机制。
6.根据权利要求5所述的CPM-MIMO系统的空时码自适应调整方法，其特征在于，所述基于所述通信数据特征信息确定CPM信号的空时编码发送机制，具体包括：
当通信数据的流量大于等于第一流量预设值时，确定正交空时组码机制为CPM信号的发送机制；当通信数据的流量小于第一流量预设值时，确定混合空时码机制为CPM信号的发送机制；所述通信数据特征信息包括通信数据的流量。
7.一种CPM-MIMO系统的空时码自适应调整方法，其特征在于，包括：
根据接收信号进行信道估计，得到信道质量信息；
将所述信道质量信息反馈给发送端。
8.根据权利要求7所述的CPM-MIMO系统的空时码自适应调整方法，其特征在于，所述信道质量信息包括信道矩阵的Frobenius范数。
9.一种自适应空时码CPM-MIMO系统，其特征在于，包括：
参数信息获取模块，用于获取信道质量信息以及通信数据特征信息，所述信道质量信息表示信道当前的质量，所述通信数据特征信息表示当前通信数据的特征；
空时编码机制选择模块，用于根据所述信道质量信息以及所述通信数据特征信息，确定空时编码机制；
信息发送模块，用于采用所述空时编码机制发送所述通信数据的CPM信号。
10.一种自适应空时码CPM-MIMO系统，其特征在于，包括：
信道估计模块，用于根据接收信号进行信道估计，得到信道质量信息；
信息反馈模块，用于将所述信道质量信息反馈给发送端。
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