[发明专利]利用信道几何均值分解的多天线通信系统的发送装置、接收装置、发送方法及接收方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用信道几何均值分解的多天线通信系统的发送装置、接收装置、发送方法及接收方法。

背景技术

近年来，在发射端和接收端同时使用多天线(MIMO)的通信系统受到了人们极大地重视，因为相对于传统的单天线通信系统而言，多天线通信系统能极大地提高数据传输率及性能，大量的研究表明，多天线系统的性能和容量取决于发射端的信道状态信息(CSIT)和接收端的信道状态信息(CSIR)，即使仅利用部分CSIT，也能极大地提高系统的性能和容量，因此，对于发射端采用无需信道状态信息(channel state information，CSI)的开环多天线技术，当其信道条件变差(如天线间具有衰落相关)时，其通信系统的性能将变差，为此，现已提出众多有效利用信道状态信息的技术，其包括利用预编码的闭环空分复用系统、闭环空时编码系统及联合最优收发技术。在一些现有文献中也已证明了预编码技术能使发射信号与当前信道条件相适应，可有效地提高空分复用系统对各种信道条件的鲁棒性及空-时编码系统的阵列增益。签于闭环多天线技术具有能提高通信系统性能和容量的优点，目前闭环多天线技术已开始运用于实际通信系统中，如在第三代合作伙伴计划(3GPP)宽带码分多址(WCDMA)中在基站发射端利用信道状态信息进行特征波束形成；在3GPP LTE的TR 25.814中也充分地讨论了用于增强通信链路质量和提高数据率的多天线技术；在3GPP的一些提案中，研究了不同信道条件下不同发射模式(空分复用、空间分集及波束形成)之间的切换以使系统的性能达到最优；在UTRA MIMO的评估中，着重讨论了基于发射自适应阵列(TxAA)的MIMO方案及采用PARC的MIMO方案；3GPP LTE的提案中评估了基于发射自适应阵列(TxAA)的MIMO方案的系统级仿真结果并分析了单数据流和双数据流两种模式的性能；另一提案中比较了采用线性最小均方误差(LMMSE)接收机时TxAA与PARC的性能。在基于PARC的MIMO方案中，由于每根发射天线上数据流的调制与编码方式的需要独立控制，所以这种方案的缺点是所需的反馈量比较多，而且调制与编码方式的选择比较复杂。而基于预编码的MIMO方案及基于预编码的MIMO方案的反馈方法则具有很多优点，这类技术通过对发射信号进行预编码，使之适应当前的信道条件，从而提高多天线通信系统的性能及数据的传输率，使多码流之间的干扰最小，而且能降低接收机的复杂度，由于基于预编码技术的PRAC的性能优于不采用预编码技术的PRAC的性能，且实现的复杂度比较低，这类基于预编码的MIMO通信系统已成为解决实用、鲁棒MIMO方案的一个主要研究方向。

但是，目前这些MIMO收发方案常采用信道矩阵的奇异值(SVD)分解，将MIMO信道分成多个并行特征子信道，由于各特征子信道的增益相差很大，因此这些方案具有调制与编码方式复杂、功率分配复杂、接收端算计复杂等缺点，进而使这些方案难以达到实用化阶段。以下将更为具体说明目前这些方案中存在的缺陷与不足之处：

当发射端和接收端都具有完全信道状态信息时，在上面所提到的基于预编码的闭环MIMO收发方案中，最常用的一种方案是，通过利用奇异值分解(singular value decomposition，SVD)将MIMO信道分解成并行特征子信道，并利用“注水算法”(waterfilling algorithm)将功率分配到这些特征子信道上，这种方案可达到MIMO信道的最大容量。在最近提出的很多基于预编码技术的LTE提案中均使用基于信道矩阵SVD分解的预编码技术。

然而，由于在SVD分解中，各子信道上的信道增益不同，通常差别很大，因此为了达到最大信道容量和预先规定的误码率(BER)，常需要复杂的功率分配和调制方式的选择，这样不仅增加了编码与解码的复杂度，而且因为星座的有限性，导致实际信道容量将产生损失。此外，这类方案除了反馈用于MIMO发射预处理的预编码矩阵外，还需要反馈回各特征子信道的增益以进行调制编码方式的选择及功率分配。所以，基于SVD的MIMO收发方案的反馈量较多，从而反馈开销比较大。在与无线局域网(WLANs)有关的欧洲标准HIPERLAN/2和IEEE 802.11标准中，采用了一种降低复杂度的方法，即在所有的子信道上使用相同的星座(即调制方式)，然而，对于这种方法，其误码率(BER)由增益最低的特征子信道所决定，为了优化BER性能，要求使用“逆注水”之类的算法分配功率，较差的子信道上分配到较多的功率，其结果是导致比较大的容量损失。由上可知，这类基于SVD的MIMO收发方案在BER性能和数据率两个方面难于同时实现最优。