[发明专利]空时分组编码MIMO系统中的两阶段预编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空时分组编码MIMO系统中基于最大容量、最小成对错误概率、迫零准则和最小均方误差准则的预编码设计方法，属于通信技术领域。

背景技术

随着移动通信系统以及Internet的飞速发展，未来移动通信系统的设计目标不仅要求通信速率的提高，还要求实现更大的系统容量和更好的通信质量，同时如何降低手机终端的接收复杂度，使其在全球范围内更好地实现无缝漫游及为用户提供包括语音、数据和图像等的多媒体业务也是我们追求的目标。如何实现这个目标已成为世界通信和信息科学学术界研究的热点。为了在有限的频谱资源上提高传输速率，MIMO技术已成为一种重要的物理层传输技术，主要包括空间复用和空间分集两种形式。正交空时分组编码是一种典型的空间分集形式，它能有效地抵抗无线信道的衰落。发射端在获得信道状态信息的情况下，MIMO系统利用信道状态信息对发送信号进行预处理，能够提高系统的性能。MIMO系统的预编码技术主要是为了抵抗信道衰落造成的干扰，提高频带利用率，减少多用户的干扰以及适应信道传输等，同时预编码技术还可以用于预均衡。

预编码技术可以有效地利用信道信息，将其和空时编码相结合，可以充分发挥两者的优势，因此成为了一个重要的研究方向。

对于空时编码MIMO系统中的预编码设计问题，在已有的研究中，主要侧重基于空时编码的基础上进行预编码的设计以提高系统性能，或者是将预编码矩阵和空时编码的设计相结合构建出新的空时编码矩阵，此时的空时编码矩阵可能不再正交。如何以简单的预编码设计来改善系统性能并简化某侧设备的复杂度，正是本发明的出发点。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种空时分组编码MIMO系统中的两阶段预编码方法，针对2根发送天线和1根接收天线的MIMO系统，设计了两阶段的预编码方案，一次预编码在空时编码之前进行，一次预编码在空时编码之后进行，其目的各不相同。空时编码之后的预编码设计是为了提高系统的性能（容量或误符号率），空时编码之前的预编码设计是为了进行预均衡以降低接收端的复杂度。此两阶段预编码设计与其它方案相比，更充分利用了信道信息，实现简单，提高了系统性能，减少了接收复杂度。

技术方案：一种空时分组编码MIMO系统中的两阶段预编码方法，包括如下步骤：

（1）对空时分组编码后的信号，根据预编码设计准则进行设计，即进行第一阶段预编码矩阵设计；

（2）根据第一阶段预编码矩阵的设计结果，结合空时编码过程，对空时分组编码之前的信号进行预均衡，即第二阶段预编码设计；

（3）接收端进行常量处理和共轭处理，恢复发送信号。

所述的步骤（1）包括：

系统定义预编码矩阵，并根据设计准则——最小成对错误概率或最大系统容量，建立优化问题表达式，同时考虑发送功率约束条件，然后求解出最优预编码矩阵。

所述的步骤（2）包括：

A、把步骤（1）的预编码设计结果代入系统发送传输过程中，建立新的传输过程表达式；

B、根据空时分组编码的正交性对系统传输过程表达式进行一定的转换；

C、根据新建立的表达式，设定第二阶段预编码设计准则——迫零准则或最小均方误差准则，结合发送功率约束条件，建立优化问题表达式，并求解。

所述的步骤（3）包括：

发送端采用设计好的预编码矩阵进行发送后，接收端只需要做简单常量处理和共轭处理，并判定接收信号，即可恢复发送信号。

所述第一阶段预编码矩阵设计是为提高MIMO系统性能，第二阶段预编码矩阵设计是进行预均衡，降低接收端的复杂度。第一阶段的预编码设计位于空时编码之后，第二阶段预编码设计位于空时编码之前。

本发明中，步骤（1）包括

所述的预编码矩阵设计包含三个部分，分别为整形部分、波束成型部分和功率分配部分。

即其中，所述的为输入整形部分，为波束成型部分，为功率分配部分。

步骤A包括：

把步骤（1）中求解出的预编码矩阵F₁代入接收信号的表达式，此时F₁当作已知量，隐含的未知量仅为需要设计的第二阶段预编码矩阵F₂。

所述的步骤B包括：

根据空时分组编码的正交性，对接收信号的某个元素取共轭，对表达式进行转换，以建立关于预编码矩阵F₂的显性表达式。

所述的步骤C包括：