[发明专利]一种用于MIMO-OFDM的改进的SVD预编码算法

说明书

本发明属于MIMO通信技术领域，具体为一种在频域选择性衰落信道的背景下，用于MIMO‑OFDM的改进的SVD预编码算法。本发明的核心旨在对每一个子载波下的MIMO信道矩阵SVD分解进行优化，以避免传统的基于SVD分解的预编码矩阵破坏信道在频域的平滑性。本发明提供一种量化信道平滑性的建模方法，并设计改进了SVD预编码矩阵的算法。优化仿真结果表明，算法可以显著提高MIMO‑OFDM系统中等效信道在频域上的平滑性，有利于信道估计。

技术领域

本发明属于MIMO通信技术领域，具体涉及用于MIMO-OFDM的改进的SVD预编码算法。

背景技术

在5G无线系统中，面向频率选择性衰落信道，通常将MIMO或大规模MIMO和正交频分复用技术(OFDM)结合在一起。每个子载波对应着各自独立的衰落系数，但在每个子载波上使用不同的SVD预编码，会破坏信道的平滑性，给信道估计带来困难。

针对MIMO-OFDM，设计一种改进的SVD(奇异值分解)预编码算法提高等效信道在频域的平滑性，是一个非常具有实际意义的问题。已有的相关工作可见[1][2]。但这些工作的着眼点是通过内插预编码矩阵，或减少预编码矩阵的反馈量[2]，或使预编码矩阵具有某种平滑性[1]。本发明方法直接面向等效信道矩阵，利用SVD的非唯一性提供的自由度来提高等效信道的平滑性，为信道估计带来方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对SVD分解进行优化的方法，以避免传统的SVD预编码破坏信道在频域的平滑性。

本发明核心在于，在不同子载波上的MIMO信道分别用SVD预编码获得多个正交子信道，在不同子载波上对这些正交子信道的相位进行优化，将所有子载波上对应的每个正交子信道通过离散反傅里叶变换，将其变换到时域。利用时域频域对偶的性质，通过优化不同子载波上的相位使各个子信道在时域的能量集中在时域的头部，以此来提高其在频域的平滑性。本发明算法复杂度低，且能够显著提升信道在频域的平滑性，为信道估计带来方便。

本发明提供的改进的SVD预编码算法，具体步骤如下：

(1)问题的归结

(1.1)考虑有N_f个子载波的MIMO-OFDM系统，发射天线数为M_t，接收天线数为M_r,在第i个子载波上，接收信号可以被表示为：

y⁽ⁱ⁾＝H⁽ⁱ⁾s⁽ⁱ⁾+z⁽ⁱ⁾ (1)

其中，是秩为K的频域信道系数矩阵，表示发送信号，是接收信号。是零均值循环对称复高斯噪声。当信道状态在发送端已知，可计算并利用V_i作为第i预个子载波上的编码矩阵来正交化信道[1]，如此获得等效信道但针对每一个子载波分别进行预编码会破坏信道在频域的平滑性，为后续的信道估计带来困难。现有通行但方案是将同一个预编码矩阵用于多个相邻子载波，但这会带来性能的损失。为此我们提出改进的SVD算法如下。

首先，注意到SVD分解不唯一。事实上，对H进行SVD分解[4]：

H＝UΛV^H (2)

如果令：

利用对角矩阵但互易性，H＝UDΛD^-1V^H；把D吸收进U和V之后得到：有：

注意，对于任何相位式(4)都是SVD。

令进一步得到：

此时，第i个子载波(i＝1,…,N_f)上的等效信道为：