專利名稱：：一種多輸入多輸出系統重傳線性預編碼處理方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于多輸入多輸出(MIM0)移動通信
技術領域：
，特別涉及MIM0通信系統中的自動請求重傳(ARQ)技術和線性預編碼技術。
背景技術：
：多輸入多輸出(MIM0)技術可以產生空間分集和復用增益，是第四代移動通信系統中采用的重要技術。線性預編碼技術是實現MIM0技術優(yōu)勢的重要手段，傳統的線性預編碼的設計大都是基于數據包單次傳輸情況下的設計。而現代通信系統中普遍采用的自動請求重傳(ARQ)機制中會使一個錯誤的數據包被重傳多次。故數據包重傳時的線性預編碼設計是一個重要問題?！堵晫W、語音及信號處理國際會議》(IEEEInternationalConferenceonAcoustics,Speech,andSignalProcessingProceedings.Volume3,ppiii/425-iii/428，2005)公開的一種在理想信道信息情況下的MIM0ARQ重傳線性預編碼設計方法是基于最大化容量的設計；《通信學報》(第28卷第9期7-14頁)提到的一種MIM0ARQ系統非理想信道估計條件下的重傳預編碼設計方法是基于最大化容量下界的次優(yōu)設計。以上兩種方法都會給先前綜合信道狀況相對差的子信道配對本次信道狀況相對好的子信道并分配更多的功率。對于支持多碼字傳輸的MIM0系統，由于每個碼字都可以獨立的進行自適應調制編碼，每個碼字要求的保護能力與所選擇的自適應調制編碼等級有關，故上面所述的兩種重傳預編碼處理方法在應用到支持多碼字傳輸的MIM0系統中時就無法達到最優(yōu)。
發(fā)明內容本發(fā)明提出一種支持多碼字傳輸的MIM0系統重傳預編碼處理方法，可以根據各個碼字選擇的自適應調制編碼等級合理的配對子信道及分配功率，達到更低的誤包率性能。本發(fā)明多輸入多輸出系統重傳線性預編碼處理方法，包括在發(fā)射端采用多個碼字進行傳輸，當一個數據包第一次傳輸時，每個碼字獨立的添加循環(huán)冗余校驗，并且獨立的進行自適應調制編碼，當數據包重傳時，發(fā)射端重傳的信息與數據包初次傳輸的信息保持一致；發(fā)射端先左乘線性預編碼矩陣再發(fā)送數據，數據包初始傳輸時的線性預編碼矩陣通過信道奇異值分解和功率灌水的方法來得到；在接收端，先對接收信號左乘信道奇異值分解的左酉陣的共軛轉置矩陣，然后對每個碼字進行接收端的解調解碼操作如果是一個數據包的第一次傳輸，則直接對各個碼字進行解碼；如果是重傳，則先對各個碼字的數據進行最大比合并，然后解碼；只有當所有的碼字都解對時，接收端才向發(fā)送端反饋一比特的解碼成功指示，否則反饋一比特的解碼失敗指示，發(fā)射端收到解碼失敗指示時進行重傳操作；設MIM0系統發(fā)送端天線數為Mt，接收端天線數Mk大于或等于發(fā)送端天線數，自適應調制編碼后的信息符號記為s=[…，，其中Si(i=1，...，Mt)表示第i個碼字，信號功率與噪聲功率的比值為、；用誤碼字率模型公式(1)擬合系統中各個自適應調制編碼等級的誤碼字率性能曲線權利要求一種多輸入多輸出系統重傳線性預編碼處理方法，包括在發(fā)射端采用多個碼字進行傳輸，當一個數據包第一次傳輸時，每個碼字獨立的添加循環(huán)冗余校驗，并且獨立的進行自適應調制編碼，當數據包重傳時，發(fā)射端重傳的信息與數據包初次傳輸的信息保持一致；發(fā)射端先左乘線性預編碼矩陣再發(fā)送數據，數據包初始傳輸時的線性預編碼矩陣通過信道奇異值分解和功率灌水的方法來得到；在接收端，先對接收信號左乘信道奇異值分解的左酉陣的共軛轉置矩陣，然后對每個碼字進行接收端的解調解碼操作如果是一個數據包的第一次傳輸，則直接對各個碼字進行解碼；如果是重傳，則先對各個碼字的數據進行最大比合并，然后解碼；只有當所有的碼字都解對時，接收端才向發(fā)送端反饋一比特的解碼成功指示，否則反饋一比特的解碼失敗指示，發(fā)射端收到解碼失敗指示時進行重傳操作；設MIMO系統發(fā)送端天線數為MT，接收端天線數MR大于或等于發(fā)送端天線數，自適應調制編碼后的信息符號記為其中si(i＝1，...，MT)表示第i個碼字，信號功率與噪聲功率的比值為γ；用下面的誤碼字率模型公式擬合系統中各個自適應調制編碼等級的誤碼字率性能曲線<mrow><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>SINR</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mn>1</mn></mtd><mtd><mi>if</mi></mtd><mtd><mn>0</mn><mo>&lt;</mo><mi>SINR</mi><mo>&lt;</mo><msubsup><mi>&gamma;</mi><mi>th</mi><mi>i</mi></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mo>*</mo><mi>SINR</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>if</mi></mtd><mtd><mi>SINR</mi><mo>></mo><msubsup><mi>&gamma;</mi><mi>th</mi><mi>i</mi></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>其中SINR為接收碼字的信號干擾噪聲比，ai和gi分別為第i個碼字選擇的自適應調制編碼等級對應的誤碼字率擬合得到的乘數常數和指數常數，為第i個碼字選擇的自適應調制編碼等級對應的解碼門限；設數據包第m次重傳時系統估計出來的信道為則信道估計誤差建模公式為<mrow><msub><mi>E</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>H</mi><mi>m</mi></msub><mo>-</mo><msub><mover><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mi>m</mi></msub></mrow>其中Hm為實際的MIMO信道，m等于0表示數據包的初始傳輸，m大于0表示數據包的重傳；誤差矩陣Em的每個元素服從均值為0、方差為的復高斯分布，如果是理想的信道信息，則方差為0；對數據包第m次重傳時系統估計出的信道進行奇異值分解得<mrow><msub><mover><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>U</mi><mi>m</mi></msub><msubsup><mi>&Lambda;</mi><mi>m</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msubsup><msubsup><mi>V</mi><mi>m</mi><mi>H</mi></msubsup></mrow>對于m等于0，即，數據包初次傳輸，線性預編碼矩陣為<mrow><msub><mi>F</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mn>0</mn></msub><msubsup><mover><mi>F</mi><mo>~</mo></mover><mn>0</mn><mi>H</mi></msubsup></mrow>其中功率分配矩陣為0i，i表示括號里的矩陣的第i行第i列的元素值，()+表示取括號里的值和0兩個數值中較大的那個值，灌水算法水平面參數c0的選擇需要滿足歸一化功率限制條件其特征在于對于m大于0，即第m次重傳時，線性預編碼矩陣表達為<mrow><msub><mi>F</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>V</mi><mi>m</mi></msub><msup><mi>P</mi><mi>H</mi></msup><msubsup><mover><mi>F</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi><mi>H</mi></msubsup></mrow>其中置換矩陣P即子信道配對矩陣，功率分配矩陣滿足歸一化的功率限制條件將第j次重傳時第i個碼字的接收信號干擾噪聲比記為則第m次重傳合并后的第i個碼字的總接收信干噪比為定義第i個碼字的先前接收錯誤概率為<mrow><msubsup><mi>f</mi><mi>i</mi><mi>previous</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>f</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>&gamma;</mi><mrow><mi>G</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow><mrow><mi>m</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow>支持多碼字的MIMO系統重傳線性預編碼矩陣用以下方法得到初始化初始化最優(yōu)置換矩陣PG為單位矩陣，即，PG＝I，全局最小誤包率標記所有置換矩陣的集合為S；步驟一如果置換矩陣集合為空集，則跳轉至步驟二；否則，從置換矩陣集合S中任意選擇一個置換矩陣把其賦值給置換矩陣P；令經過置換矩陣P置換后的對角陣為<mrow><msup><mover><mi>&Lambda;</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>=</mo><msub><mi>P&Lambda;</mi><mi>m</mi></msub><msup><mi>P</mi><mi>H</mi></msup><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msubsup><mi>&sigma;</mi><mi>E</mi><mn>2</mn></msubsup><mi>&gamma;</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>給各個碼字預分配功率<mrow><msubsup><mi>P</mi><mi>i</mi><mi>m</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>&gamma;</mi><mi>th</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>&gamma;</mi><mrow><mi>G</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow><mrow><mi>m</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mi>&gamma;</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>&Lambda;</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>如果則從置換矩陣集合S中排除置換矩陣P，跳轉至步驟一；如果則剩余功率根據拉格朗日功率分配公式<mrow><msubsup><mover><mi>F</mi><mo>~</mo></mover><mi>i</mi><mi>m</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>&gamma;</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>&Lambda;</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><msub><mi>c</mi><mi>m</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>&gamma;</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>&Lambda;</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mi>ln</mi><msubsup><mi>f</mi><mi>i</mi><mi>previous</mi></msubsup><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>&gamma;</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>&Lambda;</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo></msub></mrow>尋找滿足功率限制條件的參數cm，根據最小誤包率公式<mrow><msubsup><mi>per</mi><mi>min</mi><mi>P</mi></msubsup><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>M</mi><mi>T</mi></msub></munderover><mi>min</mi><mrow><mo>(</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>&gamma;</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>&Lambda;</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><msup><mi>e</mi><msub><mi>c</mi><mi>m</mi></msub></msup><mo>,</mo><msubsup><mi>f</mi><mi>i</mi><mi>previous</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mrow>得到對應置換矩陣P的最小誤包率如果對應置換矩陣P的最小誤包率小于全局最小誤包率，即，則更新全局最小誤包率為置換矩陣P對應的最小誤包率，即，更新最優(yōu)置換矩陣PG為置換矩陣P，即，PG＝P，從置換矩陣集合S中排除置換矩陣P，然后跳轉至步驟一；步驟二根據最優(yōu)的置換矩陣PG，進行功率分配；令經過最優(yōu)的置換矩陣PG置換后的對角陣為給各個碼字預分配功率<mrow><msubsup><mi>P</mi><mi>i</mi><mi>m</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>max</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>&gamma;</mi><mi>th</mi><mi>i</mi></msubsup><mo>-</mo><msubsup><mi>&gamma;</mi><mrow><mi>G</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow><mrow><mi>m</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mi>&gamma;</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>&Lambda;</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>如果則第i個子信道分配的功率為跳轉至步驟三；如果則剩余功率每個碼字分配的剩余功率為<mrow><msubsup><mover><mi>F</mi><mo>~</mo></mover><mi>i</mi><mi>m</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>&gamma;</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>&Lambda;</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><msub><mi>c</mi><mi>m</mi></msub><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>&gamma;</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>&Lambda;</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mi>ln</mi><msubsup><mi>f</mi><mi>i</mi><mi>previous</mi></msubsup><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><mi>&gamma;</mi><msub><mrow><mo>(</mo><msup><mover><mi>&Lambda;</mi><mo>~</mo></mover><mi>m</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo></msub></mrow>其中水平面參數cm的選擇必須滿足功率限制條件更新功率分配矩陣元素值步驟三得到功率分配矩陣為重傳線性預編碼矩陣為第m次重傳時，發(fā)射端對原始碼字信息s進行預編碼處理操作在原始碼字信息左邊乘預編碼矩陣，使用Fms發(fā)送信號。FSA00000328488300011.tif,FSA00000328488300013.tif,FSA00000328488300014.tif,FSA00000328488300016.tif,FSA00000328488300017.tif,FSA00000328488300018.tif,FSA00000328488300022.tif,FSA00000328488300023.tif,FSA00000328488300024.tif,FSA00000328488300026.tif,FSA00000328488300027.tif,FSA00000328488300028.tif,FSA00000328488300029.tif,FSA000003284883000211.tif,FSA000003284883000214.tif,FSA00000328488300031.tif,FSA00000328488300032.tif,FSA00000328488300034.tif,FSA00000328488300036.tif,FSA00000328488300037.tif,FSA00000328488300038.tif,FSA00000328488300039.tif,FSA000003284883000311.tif,FSA000003284883000312.tif,FSA000003284883000313.tif,FSA000003284883000314.tif,FSA000003284883000316.tif,FSA000003284883000317.tif,FSA00000328488300041.tif,FSA00000328488300042.tif全文摘要本發(fā)明公開了一種多輸入多輸出系統重傳線性預編碼處理方法，特征是在支持多碼字的MIMO系統重傳預編碼處理過程中，針對每一個子信道配對矩陣，先分配功率給信干噪比達不到解碼門限的子信道，再對剩余的功率根據最小化誤包率的目標進行功率分配，求得相對該子信道配對矩陣最小的誤包率；遍歷所有子信道配對矩陣，選擇最小誤包率中的最小值對應的子信道配對矩陣作為最優(yōu)子信道配對矩陣，然后根據最優(yōu)的子信道配對矩陣給各個子信道分配功率。采用本發(fā)明方法可以根據各個碼字選擇的自適應調制編碼等級合理的配對子信道及分配功率，達到比傳統方法更低的誤包率性能。文檔編號H04L1/18GK101980467SQ201010528299公開日2011年2月23日申請日期2010年10月28日優(yōu)先權日2010年10月28日發(fā)明者張正宇,邱玲申請人:中國科學技術大學