[发明专利]一种低复杂度最小距离收发信端编译码构建方法

说明书

技术领域

本发明属于多输入多输出(MIMO)宽带无线和移动通信物理层收发信号传输和处理技术领域，具体涉及在发射端实现基于最小距离最大化准则的线性预编码，而在接收端实现相应的低复杂度最大似然检测的高数据速率MIMO无线通信系统的收发信端编译码构建方法。

背景技术

为了满足不断增长的数据传输速率需求，在多输入多输出(MIMO)宽带无线和移动通信系统中，目标接收机通常采用非线性最大似然检测译码方案恢复信源数据。相比于线性接收机，最大似然接收机已经被证明是适合先验等概信源的误码率性能最佳接收机。而且，由于完整的信道状态信息(CSI)可以通过多种途径被发射机获取，因此线性预编码技术同样引起业界广泛关注并被付诸实施。该项技术可进一步提升MIMO系统吞吐率，提高传输链路可靠性。据此，研究解决基于发送功率约束的最小距离预编码及最大似然接收联合优化问题极具理论价值和现实意义。《国际电气与电子工程师协会-信号处理汇刊》(IEEE Transactions on Signal Processing,vol.52,no.3,pp.617–627,Mar.2004)所公开的“适合MIMO空分复用系统的最优最小距离预编码方法”(Optimal minimum distance-based precoder for MIMO spatial multiplexing systems)一文中首次利用参数化模型提出一种基于数值穷尽搜索的预编码方法，可获得适合双流数据传输的复值预编码矩阵。然而，这种方法受搜索空间规模和最大似然检测复杂度约束，只能适用于采用低阶调制的低维MIMO系统中。鉴于优化问题的复杂性，随着MIMO系统所采用的调制阶数和传输数据流数目的提升，不论是发射端的最小距离预编码设计复杂度，还是接收端的最大似然检测复杂度都将呈现指数级增长，从而导致现有方法和装置无法有效在这类高维数据传输系统中实施，亟需发展实时性较高的低复杂度最小距离收发信端编译码构建方法，以满足TD-LTE-Advanced等新一代宽带无线和移动通信系统的需求。

发明内容

本发明的目的是提出一种低复杂度最小距离收发信端编译码构建方法，将最大化接收信号空间中相邻点之间的最小距离作为优化准则，联合实现在高传输速率驱动下的低复杂度发射端预编码和接收端最大似然译码，从而有效降低MIMO点对点无线通信系统的误码率，增强传输可靠性。

本发明低复杂度最小距离收发信端编译码构建方法，设发射端配置M根发射天线，接收端配置N根接收天线，每一符号持续周期的多输入多输出数据块长为a比特，采用正交相移键控(QPSK)产生信源数据流s，发送信号功率为P且N×M维信道矩阵H在发射端已知；其特征在于具体操作步骤为：

第一步：发射端依据数据流计算式b＝a/2计算获得正交相移键控数据流数b，然后按照模2运算式b＝2q+r计算获得正交相移键控数据流数目b的模2商q及模2余数r；初始化预编码生成矩阵其中矩阵符号“G_x,y”表示对应于传输x路正交相移键控数据流的秩y预编码生成矩阵；

第二步：发射端根据信道矩阵H的奇异值分解式计算获得信道矩阵H的左奇异矩阵U，信道矩阵H的奇异值对角阵Λ，以及信道矩阵H的右奇异矩阵V，其中上标符号表示矩阵共轭转置操作；

第三步：发射端根据信道矩阵H的奇异值对角阵Λ主对角线所包含的非零奇异值λ_k,k＝1,2,…,K，确定信道矩阵H的秩K，并根据奇异值比较式k＝1,2,…,K，计算获得使得该式成立的最大奇异值索引号c；

第四步：发射端根据正交相移键控数据流数目b的模2余数r的具体数值构造预编码生成矩阵W，本步细分为两个具体操作子步骤：

第一子步骤：若正交相移键控数据流数目b的模2余数r等于0，则当信道矩阵H的秩K满足第一类秩约束关系式K≥b-c时，依第一类预编码生成矩阵构造式构造获得预编码生成矩阵W，其中符号“I_z”表示z×z维单位矩阵，符号和则分别表示克罗内克乘积和矩阵直和运算；而当信道矩阵H的秩K满足第二类秩约束关系式q≤K＜b-c时，则依第二类预编码生成矩阵构造式构造获得预编码生成矩阵W；再则，当信道矩阵H的秩K满足第三类秩约束关系式K＜q时，则依第三类预编码生成矩阵构造式构造获得预编码生成矩阵W；