專利名稱：一種信號(hào)預(yù)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)送技術(shù)，特別涉及一種信號(hào)預(yù)編碼方法。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)送各種信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線信道到達(dá)接收端后，可能發(fā)生了某種變化，接收端利用一定的算法將接收到的信號(hào)恢復(fù)為發(fā)送信號(hào)的過(guò)程，稱為信號(hào)檢測(cè)。
假定接收端接收到的信號(hào)為Y＝Hd+n(1)其中，A為信道矩陣，表示發(fā)送信號(hào)在傳輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)的信道特性，d為發(fā)送信號(hào)，表示發(fā)送端的實(shí)際信息，n為信道噪聲。接收端進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)時(shí)，通常采用的方式為首先求得加權(quán)因子W，再根據(jù)Y＝Wd估計(jì)發(fā)送信號(hào)。
不同的信號(hào)檢測(cè)算法，其加權(quán)因子W的求解方法各不相同。迫零(ZF)算法和最小均方差線性塊均衡(MMSE)算法均是常用的信號(hào)檢測(cè)方法，尤其在多入多出(MIMO)系統(tǒng)中，如TD-SCDMA，ZF和MMSE得到了廣泛的應(yīng)用。
如果利用ZF算法對(duì)上述(1)式表示的接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，則檢測(cè)過(guò)程中所需的加權(quán)因子為WZF=(HHRn-1H)-1HHRn-1---(2)]]>如果利用MMSE算法對(duì)上述(1)式表示的接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，則檢測(cè)過(guò)程中所需的加權(quán)因子為WMMSE=(HHRn-1H+Rd-1)-1HHRn-1---(3)]]>
由(2)式和(3)可以看出，ZF和MMSE算法在求解加權(quán)因子時(shí)，都涉及到矩陣的求逆過(guò)程。為了研究的方便，這里假設(shè)噪聲n是高斯白噪聲，其協(xié)方差矩陣為單位陣，即Rn＝I以ZF算法中加權(quán)因子的求解方法為例，其加權(quán)因子可以簡(jiǎn)化為WZF＝(HHH)-1HH(4)在某些情況下，(4)式中矩陣HHH的求逆可能發(fā)生奇異。
下面舉1個(gè)具體的例子進(jìn)行說(shuō)明。圖1為兩發(fā)兩收的MIMO系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，假設(shè)天線1、2在單位時(shí)間T內(nèi)的發(fā)送信號(hào)為d1，d2，在接收端以N倍的速率進(jìn)行采樣，則接收信號(hào)為y11y12···y1Ny21y22···y2Nh11h21h11h21······h11h21h12h22h12h22······h12h22d1d2+n---(6)]]>式(6)可以簡(jiǎn)化為Y＝Hd+n (7)為了說(shuō)明的方便，這里假設(shè)h11，h12，h21，h22都是1，下面如沒特別說(shuō)明，此假設(shè)成立，很顯然HHH，是一個(gè)奇異矩陣，無(wú)法進(jìn)行求解，則無(wú)法求得加權(quán)因子，進(jìn)而無(wú)法正確估計(jì)發(fā)送信號(hào)d，這樣就將嚴(yán)重的降低系統(tǒng)的性能。在MIMO系統(tǒng)中，當(dāng)信道為高斯信道或信道各支路間相關(guān)性較強(qiáng)時(shí)，矩陣HHH發(fā)生奇異的可能性較大，嚴(yán)重的情況下，會(huì)導(dǎo)致MIMO系統(tǒng)無(wú)法正常檢測(cè)信號(hào)。
事實(shí)上，對(duì)于其它的信號(hào)檢測(cè)算法，在進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)的過(guò)程中，也可能涉及到某矩陣的求逆過(guò)程，如果該矩陣發(fā)生奇異，都會(huì)出現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)性能下降的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種信號(hào)預(yù)編碼方法，提高M(jìn)IMO系統(tǒng)在高斯信道或相關(guān)性較強(qiáng)的信道環(huán)境下的信號(hào)檢測(cè)性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種信號(hào)預(yù)編碼方法，其特征在于，該方法包括a、對(duì)各個(gè)發(fā)射天線上的信號(hào)進(jìn)行延遲；b、對(duì)各個(gè)延遲信號(hào)進(jìn)行相位加權(quán)。
較佳地，步驟b中可以對(duì)各個(gè)延遲信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)相位加權(quán)。
較佳地，用于加權(quán)的隨機(jī)相位可以為 αl，l＝1，2，…，L和βm，m＝1，2，…，M是隨機(jī)變化的相位加權(quán)值，W為DFT變換中的基頻分量，且有W=e-j2πL,]]>L為可以處理的最大時(shí)延數(shù)。
較佳地，在所述步驟b前可以進(jìn)一步包括對(duì)信道特性進(jìn)行估計(jì)，并根據(jù)估計(jì)的信道矩陣，確定步驟b中用于加權(quán)的相位。
較佳地，可以在由信道矩陣構(gòu)成的等效信道矩陣滿足H~HH~=I]]>時(shí)，確定所述步驟b中用于加權(quán)的相位，其中， 為等效信道矩陣，(·)H表示求矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，I為單位矩陣。
較佳地，其特征在于，所述進(jìn)行延遲為延遲一個(gè)或多個(gè)抽樣時(shí)間。
較佳地，在步驟a中，可以根據(jù)信道窗長(zhǎng)，確定對(duì)各個(gè)發(fā)射天線上信號(hào)延遲的時(shí)間。
較佳地，所述確定對(duì)各個(gè)發(fā)射天線上信號(hào)延遲的時(shí)間可以為對(duì)所有發(fā)射天線上的信號(hào)，延遲相同的時(shí)間，且所述相同的時(shí)間小于或等于信道窗長(zhǎng)；或者，對(duì)不同發(fā)射天線上的信號(hào)，延遲不同的時(shí)間，且延遲的最長(zhǎng)時(shí)間小于或等于信道窗長(zhǎng)。
由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明中，對(duì)于各個(gè)發(fā)射天線上的信號(hào)，首先進(jìn)行延遲，然后對(duì)各個(gè)延遲信號(hào)進(jìn)行相位加權(quán)，經(jīng)過(guò)上述處理后再進(jìn)行發(fā)送。應(yīng)用上述預(yù)編碼過(guò)程處理后的信號(hào)到達(dá)接收端后，對(duì)其進(jìn)行原始信號(hào)的檢測(cè)時(shí)，需要消除加權(quán)的相位和延遲的時(shí)間，等效于對(duì)信道矩陣進(jìn)行了改造。這樣，在后續(xù)的檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)于依照原本的信道矩陣會(huì)出現(xiàn)奇異的求逆矩陣，這時(shí)將不再奇異，因此大大提高系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)性能。尤其使MIMO系統(tǒng)在高斯信道或相關(guān)性較強(qiáng)的信道下，大大降低了信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)求逆矩陣發(fā)生奇異的機(jī)率，改善了MIMO系統(tǒng)的工作性能。


圖1為兩發(fā)兩收MIMO系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明一種信號(hào)預(yù)編碼方法的總體流程圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種信號(hào)預(yù)編碼方法的具體流程圖。
圖4為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的信號(hào)檢測(cè)仿真比較圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)手段和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的基本思想是對(duì)于各個(gè)發(fā)射天線上的信號(hào)，首先延遲一定的時(shí)間，然后對(duì)各個(gè)延遲信號(hào)的相位進(jìn)行加權(quán)，經(jīng)過(guò)上述處理后再進(jìn)行發(fā)送。
圖2為本發(fā)明一種信號(hào)預(yù)編碼方法的總體流程圖。如圖2所示，該方法包括步驟201，將各個(gè)發(fā)射天線上的信號(hào)進(jìn)行延遲。
步驟202，對(duì)各個(gè)延遲信號(hào)進(jìn)行相位加權(quán)。
應(yīng)用上述方法將發(fā)送信號(hào)d進(jìn)行信號(hào)預(yù)編碼，得到在發(fā)射天線上發(fā)送的信號(hào)d~=Td,]]>這樣在接收端，接收信號(hào)就可寫成Y=HTd+n=H~d+n,]]>如能適當(dāng)?shù)倪x取預(yù)編碼矩陣T，將使矩陣 發(fā)生奇異的可能性極小。這種方式也等效于將信道矩陣進(jìn)行了改造，改造后的等效信道矩陣可以表示為H~=Σl=1LHldiag(θl)---(8)]]>其中，L為可以處理的最大時(shí)延數(shù)，Hl為第l徑所對(duì)應(yīng)的信道矩陣，θl為隨機(jī)相位矢量，diag(·)表示對(duì)角矩陣。
上式中，αl，l＝1，2，…，L和βm，m＝1，2，…，M是隨機(jī)變化的相位加權(quán)值，W為DFT變換中的基頻分量，且有W=e-j2πL.]]>通過(guò)上述方式也即得到了預(yù)編碼矩陣T。
當(dāng)然也可使用別的方法來(lái)求得隨機(jī)相位，此方法不唯一，其目的是使等效信道矩陣盡量滿足H~HH~=I]]>的條件。
在上述步驟202中，對(duì)延遲信號(hào)進(jìn)行相位加權(quán)時(shí)，可以采用兩種方式一、對(duì)于有反饋鏈路的信道，在已知特定信道特性的情況下，可以根據(jù)信道特性，計(jì)算對(duì)應(yīng)的延遲信號(hào)加權(quán)時(shí)利用的相位，從而得到預(yù)編碼矩陣T。
二、在未知特定信道特性的情況下，可以直接將延遲信號(hào)加權(quán)時(shí)利用的相位隨機(jī)化，從而得到預(yù)編碼矩陣T。
下面以圖1所示的MIMO系統(tǒng)為例，結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施例，說(shuō)明在上述兩種相位加權(quán)情況下，本發(fā)明的信號(hào)預(yù)編碼方法的具體實(shí)施方式
。
實(shí)施例本實(shí)施例中，假定圖1所示的MIMO系統(tǒng)進(jìn)一步為TD-SCDMA系統(tǒng)，其上行和下行業(yè)務(wù)信道是對(duì)稱的，因此可以獲取信道矩陣。
本實(shí)施例繼續(xù)采用式(6)所示的接收信號(hào)模型，并且將其簡(jiǎn)化為
y11y12y21y22=h11h21h11h21h12h22h12h22d1d2+n---(10)]]>對(duì)(10)式中的發(fā)送信號(hào)d1，d2進(jìn)行預(yù)編碼，從而提高系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)性能。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種信號(hào)預(yù)編碼方法的具體流程圖。如圖3所示，該方法包括步驟301，將各個(gè)發(fā)射天線上的信號(hào)進(jìn)行延遲。
通常，信號(hào)進(jìn)行延遲發(fā)送時(shí)，延遲的時(shí)間均以抽樣時(shí)間為單位，延遲一個(gè)或多個(gè)抽樣時(shí)間。對(duì)于不同的發(fā)射天線上的信號(hào)，可以延遲相同的時(shí)間發(fā)送，或者各自延遲不同的時(shí)間發(fā)送。
延遲時(shí)間的確定可以以信道窗長(zhǎng)為依據(jù)，延遲的時(shí)間最好不要超過(guò)信道窗長(zhǎng)，以免發(fā)生信號(hào)間干擾。具體地，當(dāng)所有發(fā)射天線上的信號(hào)延遲相同的時(shí)間發(fā)送時(shí)，延遲的時(shí)間小于或等于信道窗長(zhǎng)；當(dāng)不同發(fā)射天線上的信號(hào)延遲不同的時(shí)間發(fā)送時(shí)，延遲的最長(zhǎng)時(shí)間小于或等于信道窗長(zhǎng)。
步驟302，對(duì)信道特性進(jìn)行估計(jì)。
本實(shí)施例中，由于系統(tǒng)是TD-SCDMA，上下行的業(yè)務(wù)信道互相對(duì)稱，信道特性可以認(rèn)為是相同的。發(fā)送端可以根據(jù)接收端發(fā)來(lái)的訓(xùn)練序列估計(jì)出接收端到發(fā)送端的信道特性，將估計(jì)出的該信道特性作為發(fā)送端到接收端的信道特性，形成信道矩陣H。
步驟303，根據(jù)步驟302得到的信道矩陣，確定用于加權(quán)的相位。
為了簡(jiǎn)便，只考慮一個(gè)接收天線，這樣對(duì)于式(10)的接收信號(hào)，若發(fā)送信號(hào)經(jīng)加權(quán)后發(fā)送，則接收信號(hào)可以寫成y11y12=ejθ1h11ejθ2h21ejθ3h11ejθ4h21d1d2+n=ejθ1ejθ2ejθ3ejθ4·Hd1d2+n=H~d+n---(11)]]>其中，θi為加權(quán)的相位，H~=ejθ1ejθ2ejθ3ejθ4·H.]]>由于 為單位矩陣時(shí)系統(tǒng)的性能最佳，且不會(huì)發(fā)生奇異，因此在確定加權(quán)的相位θi時(shí)，優(yōu)選的方式為根據(jù)步驟302得到的信道矩陣H，計(jì)算當(dāng)?shù)刃Ь仃?滿足H~HH~=1001]]>時(shí)，加權(quán)相位θi的值。
步驟304，利用步驟303中確定的加權(quán)的相位θi對(duì)延遲信號(hào)進(jìn)行加權(quán)。
至此，本實(shí)施例中的信號(hào)預(yù)編碼方法流程結(jié)束。應(yīng)用上述方法處理后的發(fā)送信號(hào)，在到達(dá)接收端后，其等效的信道矩陣滿足條件 為單位矩陣。這樣，在利用ZF、MMSE算法計(jì)算加權(quán)因子時(shí)，求逆矩陣發(fā)生奇異的可能性就很小了，可以大大提高系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)性能。
尤其對(duì)于相關(guān)性很強(qiáng)的信道，就信道本身而言，信道矩陣滿足HHH發(fā)生奇異的可能性較大。在此類系統(tǒng)中應(yīng)用本發(fā)明的方法，能夠顯著改善系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)性能，使系統(tǒng)正常工作。對(duì)于多徑信道，上述方法也能很好地發(fā)揮作用。
在上述實(shí)施例中，步驟301對(duì)信號(hào)進(jìn)行延遲的操作和步驟302對(duì)信道特性進(jìn)行估計(jì)的操作是順序執(zhí)行的。在實(shí)際系統(tǒng)中，步驟301和302可以同時(shí)執(zhí)行或以任意順序執(zhí)行。
上述實(shí)施例中，對(duì)延遲信號(hào)進(jìn)行的相位加權(quán)，是根據(jù)已知的信道特性進(jìn)行的。在某些未知信道特性的條件下，從統(tǒng)計(jì)意義上講，將加權(quán)的相位隨機(jī)化，也可以使得等效矩陣滿足 為單位矩陣的條件。這時(shí)，在對(duì)延遲信號(hào)進(jìn)行相位加權(quán)時(shí)，可以不需要執(zhí)行步驟302和303，直接執(zhí)行步驟304，對(duì)延遲信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)相位加權(quán)，具體計(jì)算θi時(shí)可以采用前述的式(8)和(9)所示的方式。
下面通過(guò)與現(xiàn)有技術(shù)的仿真對(duì)比說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中信號(hào)預(yù)編碼方法對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)性能的改善效果。
在一個(gè)兩根發(fā)射天線、八根接收天線的MIMO系統(tǒng)中，分別利用本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行信號(hào)發(fā)送，再利用相同的MMSE算法對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。圖4為兩種情況下信號(hào)檢測(cè)后信噪比與誤塊率的關(guān)系圖。
其中，曲線401對(duì)應(yīng)的是現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)送信號(hào)，該信號(hào)自形成后未經(jīng)過(guò)處理直接在各個(gè)發(fā)射天線上進(jìn)行發(fā)送；曲線402對(duì)應(yīng)的是本發(fā)明的發(fā)送信號(hào)，該信號(hào)是經(jīng)過(guò)圖3所示的方法進(jìn)行信號(hào)預(yù)編碼后在各個(gè)發(fā)射天線上發(fā)送的，并且，相位加權(quán)采用的是隨機(jī)加權(quán)的方式。
由圖4可以看出，按照現(xiàn)有技術(shù)的方法發(fā)送信號(hào)后，系統(tǒng)在進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)時(shí)，無(wú)法正確檢測(cè)出信號(hào)，而應(yīng)用本發(fā)明的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼后，系統(tǒng)在進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)時(shí)，可以正常工作，對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并且隨信噪比的提高，性能提高越大。
由上述實(shí)施例以及仿真結(jié)果可以看出，本發(fā)明中，對(duì)于各個(gè)發(fā)射天線上的信號(hào)，首先延遲一定的時(shí)間，然后對(duì)各個(gè)延遲信號(hào)的相位進(jìn)行加權(quán)，經(jīng)過(guò)上述處理后再進(jìn)行發(fā)送。應(yīng)用上述預(yù)編碼過(guò)程處理后的信號(hào)到達(dá)接收端后，對(duì)其進(jìn)行原始信號(hào)的檢測(cè)時(shí)，需要消除加權(quán)的相位和延遲的時(shí)間，等效于對(duì)信道矩陣進(jìn)行了改造。這樣，在后續(xù)的檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)于依照原本的信道矩陣會(huì)出現(xiàn)奇異的求逆矩陣，這時(shí)將不再奇異，因此大大提高系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)性能。尤其使MIMO系統(tǒng)在高斯信道或相關(guān)性較強(qiáng)的信道下，大大降低了信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)求逆矩陣發(fā)生奇異的機(jī)率，改善了MIMO系統(tǒng)的工作性能。
以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)預(yù)編碼方法，其特征在于，該方法包括a、對(duì)各個(gè)發(fā)射天線上的信號(hào)進(jìn)行延遲；b、對(duì)各個(gè)延遲信號(hào)進(jìn)行相位加權(quán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b中對(duì)各個(gè)延遲信號(hào)進(jìn)行隨機(jī)相位加權(quán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，用于加權(quán)的隨機(jī)相位為 α1，l＝1，2，..，L和βm，m＝1，2，..，M是隨機(jī)變化的相位加權(quán)值，W為DFT變換中的基頻分量，且有W=e-j2πL,]]>L為可以處理的最大時(shí)延數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟b前進(jìn)一步包括對(duì)信道特性進(jìn)行估計(jì)，并根據(jù)估計(jì)的信道矩陣，確定步驟b中用于加權(quán)的相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在由信道矩陣構(gòu)成的等效信道矩陣滿足H~HH~=I]]>時(shí)，確定所述步驟b中用于加權(quán)的相位，其中， 為等效信道矩陣，(·)H表示求矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，I為單位矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述進(jìn)行延遲為延遲一個(gè)或多個(gè)抽樣時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟a中，根據(jù)信道窗長(zhǎng)，確定對(duì)各個(gè)發(fā)射天線上信號(hào)延遲的時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述確定對(duì)各個(gè)發(fā)射天線上信號(hào)延遲的時(shí)間為對(duì)所有發(fā)射天線上的信號(hào)，延遲相同的時(shí)間，且所述相同的時(shí)間小于或等于信道窗長(zhǎng)；或者，對(duì)不同發(fā)射天線上的信號(hào)，延遲不同的時(shí)間，且延遲的最長(zhǎng)時(shí)間小于或等于信道窗長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種信號(hào)預(yù)編碼方法，其特征在于，該方法包括將各個(gè)發(fā)射天線上的信號(hào)進(jìn)行延遲；對(duì)各個(gè)延遲信號(hào)進(jìn)行相位加權(quán)。應(yīng)用上述預(yù)編碼過(guò)程處理后的信號(hào)到達(dá)接收端后，對(duì)其進(jìn)行原始信號(hào)的檢測(cè)時(shí)，需要消除加權(quán)的相位和延遲的時(shí)間，等效于對(duì)信道矩陣進(jìn)行了改造。這樣，在后續(xù)的檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)于依照原本的信道矩陣會(huì)出現(xiàn)奇異的求逆矩陣，這時(shí)將不再奇異，因此大大提高系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)性能。
文檔編號(hào)H04L1/06GK1968070SQ20061014524
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者程型清 申請(qǐng)人:普天信息技術(shù)研究院