[发明专利]无线通信系统中多输入多输出的空间复用的预编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信中的多天线技术领域，尤其涉及使用多输入多输出MIMO(Multiple Input Multiple output)的无线通信系统中预编码的空间复用技术。

背景技术

无线通信领域中MIMO技术的一个突出特点就是能极大地提高系统的频谱效率(或系统容量)和无线链路的可靠性。基于信息论可以推导出，如果各发射天线总的发射功率都相同(即假设发射端对信道矩阵没有先验知识)，MIMO通信系统的容量随min{Mt，Mr}线性增长，其中Mt、Nr分别为发射和接收天线数。同时，一些学者提出，如果发射端完全已知或部分已知信道矩阵，且充分利用已知的信道矩阵信息来调整MIMO通信系统各发射天线的功率，则能进一步提高MIMO通信系统的容量。因此，为了使MIMO通信系统的容量尽可能大，很多专利提出了闭环预编码的MIMO系统，即MIMO通信系统的接收机将估计的全部或部分信道信息反馈给发射机，发射机利用接收到的信道信息对发射信号进行预编码。

在多输入多输出(MIMO)的无线通信系统中，空间复用(spatialmultiplexing)通过将输入数据分成几路独立的并行子序列来同时传送，从而获得了较高的频率利用效率，然而由于多路传输技术在空域上没有冗余，而易受MIMO信道矩阵秩不足的影响。预编码技术首先将发送序列分成M个并行子序列，再与预编码矩阵相乘后分配到不同的发射天线，从而可以有效地抑制MIMO信道矩阵的秩不足对系统性能的影响。

对预编码的研究，大都基于发射端完全已知信道状态信息这一假设条件，然而在很多MIMO系统中，上、下行信道不具有互易性，如FDD系统中，此时发射端只能通过反馈信道来获取信道的状态信息，然而由于有限的频谱资源，在信道的相干时间内反馈信道仅仅可以提供有限的反馈比特数。这种情况下如何利用有限的反馈比特数来提高通信性能，是一个实用而富有挑战性的研究课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种无线通信系统中多输入多输出的空间复用的预编码方法，以利用有限的反馈比特数来提高通信性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无线通信系统中多输入多输出的空间复用的预编码方法，包括如下步骤：

(1)预先定义一组发射机和接收机都已知的预编码矩阵的集合；

(2)接收机根据估计得到的当前信道信息，从所述预定义的预编码矩阵的集合中选择一个预编码矩阵；

(3)接收机将该选择的预编码矩阵的信息反馈到发射机；

(4)发射机根据接收到的所述选择的预编码矩阵的信息，确定当前选择的预编码矩阵；

(5)发射机根据所述当前选择的预编码矩阵对发射信号向量进行预编码操作。

其中，步骤(1)所述预编码矩阵的集合，是以子空间的投影的二范数最小距离最大化的原则而被预先定义，或者是以子空间的Fubini-Study最小距离最大化的原则预定义，或者是以子空间的弦最小距离最大化的原则预定义。其中，在4根发射天线2根接收天线4个反馈比特的情况下，发射机和接收机预定义预编码矩阵的集合是酉码本，其中的任意一个预编码矩阵的列向量是相互正交的。

其中，所述步骤(2)中，所述接收机根据导频估计得到当前信道信息。

其中，所述步骤(2)中，所述当前信道信息包括当前信道的信道状态信息。

其中，所述步骤(2)中，所述当前信道信息包括当前信道的信噪比信息。

其中，所述步骤(2)中，所述从预定义的预编码矩阵的集合中选择一个预编码矩阵的步骤，是按照均方误差矩阵的迹最小化或容量最大化或均方误差矩阵的行列式最小化的原则选择，从所述预编码矩阵集合中选择一个最优的预编码矩阵。

其中，所述步骤(3)中，所述接收机通过反馈信道将该选择的预编码矩阵的信息反馈到发射机。

其中，所述步骤(3)中，所述接收机在信道的相干时间将该选择的预编码矩阵的信息反馈到发射机。

其中，所述步骤(3)、步骤(4)中，所述选择的预编码矩阵的信息是该预编码矩阵的索引。

本发明实现的多输入多输出的空间复用的预编码方法，在无线通信系统中，仅利用有限的反馈比特数提高了通信性能。

附图说明

图1为根据本发明的实施例所述的实现流程图；

图2是非编码系统中使用预编码的空间复用的链路性能的仿真结果。

具体实施方式