[发明专利]一种有限块长度内联合角度旋转的符号级预编码方法

说明书

本发明属于通信技术领域，具体来说涉及一种有限块长度内联合角度旋转的符号级预编码方法。本发明提出了新的有限块长度内联合星座点旋转的符号级预编码算法，该算法通过直接构造角度旋转矩阵，与原有算法带来的庞大的角度组合数量相比，不但大大减少了计算复杂度，而且实现了与原有算法一致的性能。本发明还提出了码本可以直接用来构造角度旋转矩阵，并且结合已有工作发现Kerdock码本性能良好，其所需要的存储空间低、有比较系统的构造方法、易于前馈，适合在实际系统中使用。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体来说涉及一种有限块长度内联合角度旋转的符号级预编码方法。

背景技术

在大规模MIMO中，随着天线数量的大量增加，系统容量也呈线性增长。为了满足高速通信的需求，MIMO系统充分利用空间资源，但是多径效应和频率选择性衰落也会带来严重干扰。通过发射端的预编码处理，可以有效地消除多用户干扰，从而大大提高系统容量，同时可以大大简化接收机的算法，在移动台的功耗和体积的受限的情况下也能达到良好的性能。现有的预编码算法主要分为线性预编码和非线性预编码算法，通常后者以更高的复杂度、额外的信号处理环节来获取更优的性能表现。因此寻求较低复杂度且能够兼容现有接收机的预编码算法是MIMO技术的关键。

便于说明，这里以多用户MISO系统为例。

假设系统发送天线数为N_t，接收端有N_r个单天线用户(即收端总天线数为N_r，N_t＞＞N_r)，迫零预编码矩阵数据符号矢量其中坐标k表示符号时间尺度，通过预编码的作用，得到发送信号矢量

x[k]＝W_ZF·s[k]   (1)

传统符号级预编码(SLP)，针对不同调制方式具有不同的处理，但是都是将优化问题转为NNLS问题，保证在无噪声的情况下接收端的符号都能够处于CI区域，从而提高抗噪和检测能力。便于说明，这里省略符号时间尺度k。对于SLP，优化问题统一建模为

其中，||·||₂表示向量2范数，表示第n个用户的信道，γ_m表示第n个用户的功率缩放因子，表示与第n个用户的数据符号相对应的CI区域。如图1，QPSK非严格相位对齐，的所有情况为4个阴影区域(包括边界)，而最差的情况只是星座点保持不动(黑点，说明此时无CI)。例如对应j为虚数单位。

当前有限块长度内联合星座点旋转的符号级预编码算法(Joint-CR CI)相比传统的单个符号级预编码，增加了对星座点旋转的操作，以较高的复杂度获取了更大的灵活性，因而性能提升明显，下面根据文献“Kisseleff S，Martins W A，Chatzinotas S，etal.Symbol-Level Precoding With Constellation Rotation in the Finite BlockLength Regime[J].IEEE Communications Letters，2021，25(7)：2314-2318.”说明该算法的原理和步骤。

现有的技术方案利用了星座点的圆对称性：如图2所示，将QPSK调制的星座图旋转一定角度后星座点的绝对位置仍然保持不变，A、B、C、D的星座点始终只有4个绝对位置。因此SLP优化可以扩展到旋转后的多个CI区域内。后续将该方案简称为Joint-CI。

对于PSK，可选旋转角度其中M为PSK的阶数；对于QAM，可选旋转角度为了最大限度地降低发送功率，同时节省传输角度带来的额外信令开销，Joint-CI假定L长时间内的CSI几乎不变，对传输块内的数据符号统一优化，即满足