一种mimo无线通信非相干酉空时调制的对跖解调方法及对跖解调器的制造方法

文档序号:7769871阅读:204来源:国知局
一种mimo无线通信非相干酉空时调制的对跖解调方法及对跖解调器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于MIMO无线通信的非相干酉空时调制的对跖解调方法和对跖解调器,所述对跖解调方法要求将非相干酉空时星座图划分为两个子星座图,所述各子星座图内不存在成对的对跖点,而在两个子星座图之间存在一一对应的对跖点,所述对跖解调方法只需在任意一个子星座图内遍历L/2个星座点进行基于最大似然的解调计算,找出L/2个四矩阵乘积的迹最大值ψmax和迹最小值ψmin,然后根据计算出另一个子星座图中星座点矩阵所对应的四矩阵乘积的迹最大值再将ψmax和两者中较大值所对应的星座点作为解调信号输出。上述对跖解调方法降低了传统最大似然解调计算的复杂度,将参与解调计算的星座点个数减少一半,但其解调性能与最大似然解调性能保持一致。
【专利说明】—种MIMO无线通信非相干酉空时调制的对跖解调方法及对跖解调器
【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】,更具体地,涉及一种MIMO无线通信非相干酉空时调制的对跖解调方法及对跖解调器。
【背景技术】
[0002]随着无线通信业务的高速发展,在保证服务质量的前提下尽可能提高数据传输速率已成为下一代无线通信系统需要考虑的核心问题。1995年Telatar的研究表明多输入多输出(ΜΙΜ0, Multiple-1nput Multiple-Output)系统可以线性的增加信道容量,由此激发了无线MMO通信系统的研究热潮,并促使MMO技术成为下一代无线通信中的关键技术。3G的LTE长期演进方案也把空时码作为主要传输技术之一。
[0003]根据解调时需不需要对信道进行估计,可将MMO通信系统分为相干通信系统和非相干通信系统。相干通信需要接收端确切的知道信道状态信息,通常采用的方法是发射端发射接收端已知的导频信号,接收端根据接收的导频信号来估计信道状态信息。显然,导频信号会消耗信道带宽,信道估计会增加解调器的延迟和实现复杂度,这些缺陷阻碍了相干通信在瑞利平坦快衰落信道上的应用。非相干通信是根据非相干空时码的结构特征进行解调的,它不需要发送导频信号,也不必进行信道估计,延迟较小。
[0004]非相干空时码分为差分空时码和一般酉空时码,本发明主要针对一般非相干酉空时码的研究。目前关于非相干酉空时码结构设计的研究成果并不多,已经发表的酉空时码结构包括:系统设计的、正交设计的、基于三角函数的和基于Grassmannian指数映射的酉空时码,还有以最小Frobenius弦距离达到最大的计算机搜索算法所获得的酉空时码。此夕卜,关于非相干酉空时码解调方法的研究成果就更少了,目前,在非相干酉空时码结构设计的实验用仿真平台中,解调方法主要采用最大似然解调。最大似然解调方法是最优方法,但最大似然解调需要所有星座点均参与似然计算,比较选择似然概率最大的星座点,作为解调器输出的星座点信号。显然这种遍历所有星座点的解调方法,计算工作量较大,特别是当星座图以2的幂次方增大时,星座点的数量为L = 2KT,码率为R=(1g2L) / Τ,其中T为相干时间间隔。解调方法的计算复杂度也随2的幂次方增大,这种计算量难以满足工程需要。为此,研究降低复杂度的酉空时码解调方案是势在必行的工作。

【发明内容】

[0005]本发明提出了一种适用于MMO非相干酉空时调制的优化解调方法,该方法通过对已有非相干酉空时星座图的分析,得出性能优越的酉空时星座图普遍具有对跖结构,且发现了对跖点在解调过程中的内在关系,由此构造出对跖解调方法,该方法与未经优化的最大似然解调方法相比,在将参与解调过程计算的星座点个数减少一半的同时,其解调性能与最大似然解调方法的性能保持一致。
[0006]为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种MMO无线通信非相干酉空时调制的对跖解调方法,包括:
[0007]I)将基于对跖结构的酉空时星座图
【权利要求】
1.一种MIM0无线通信非相干酉空时调制的对跖解调方法,其特征在于,包括:1)将基于对跖结构的酉空时星座图C= ?{軋t划分为两个子星座图6=1#^和 £,={#,1^,其中L表示星座图中的星座点个数,Oi和黾均为TXM的复数矩阵,其中T是 相干时间间隔,M是发射天线根数,矩阵中元素Oae和?_表示第0根发射天线在第a时 刻发送的信号:所述各子星座图内不存在成对的对跖点,而在两个子星座图之间存在一一 对应的对跖点;2)首先计算子星座图q-丨參,;^2中的L/2个星座点矩阵与接收矩阵Y之间的四矩阵 乘积的迹值的,/ = 1,2,…i/2,确定其中的最大值¥_和最小值V—, 同时计算接收信号矩阵所构成的两矩阵乘积的迹值o = tr(YHY),并由最大值和最 小值¥min分别确定在子星座图中对应的星座点矩阵0,和%,根据对跖点关系,求出0」在另一个子星座图= |^中的对跖点?;,然后根据两个互为对跖的星座点矩阵%和?^与接收信号矩阵Y三者之间存在的关系=^7-%^ =&?(¥?§,.?§?¥)= tr(YHY)-tr(YHm,fY),计算另一个子星座图^ =押/丨=所对应的四矩阵乘积的迹最大值^?,其中接收信号矩阵Y为TXN的复数矩阵,T是相干时间间隔,N是接收天线根数,矩 阵中元素yaY表示第、根接收天线在第a时刻接收到的信号,tr(_)表示对括号中的矩 阵进行求迹运算;3)对所述两个子星座图中星座点所对应的两个迹最大值与巧》进行比较运算, 并作出判决,将两者中较大的一个值所对应的星座点矩阵作为解调信号,即当I 时, 从子星座图丨軋丨^中提取¥_所对应的发射信号矩阵0,作为输出的解调信号矩阵0 = 3?,;当a <?7?时,从子星座图£=丨吞丨々2中提取反所对应的发射信号矩阵#"作t nm t max1 I I i 1=1t maxj为输出的解调信号矩阵A = o
2.—种MIMO无线通信非相干酉空时调制的对跖解调方法,其特征在于,包括:1)将基于对跖结构的酉空时星座图仁=丨0><=1划分为两个子星座图C1=?[氕丨f和 ,其中L表示星座图中的星座点个数,叫和彖均为TXM的复数矩阵,其中T是相干时间间隔,M是发射天线根数,矩阵中元素0。0和$_表示第0根发射天线在第a时刻发送的信号:所述各子星座图内不存在成对的对跖点,而在两个子星座图之间存在一一 对应的对跖点;2)首先计算子星座图q=丨#,丨;^中的L/2个星座点矩阵与接收矩阵Y之间的四矩阵 乘积的迹值妁/ = 1,2,...1/2,确定其中的最大值Vmax和最小值vmin, 并由最大值¥_和最小值Vmin分别确定在子星座图<^=外丨=中对应的星座点矩阵叫 和Op根据对跖点关系,求出在另一个子星座图中的对跖点#然后根据 匕ax^KYiy^Y),计算另一个子星座图所对应的四矩阵乘积的迹最大值rm?,其中接收信号矩阵Y为TXN的复数矩阵,T是相干时间间隔,N是接收天线根数,矩阵中元素yaY表示第Y根接收天线在第a时刻接收到的信号,tr(.)表示对括号中的矩阵进行求迹运算; 3)对所述两个子星座图中星座点所对应的两个迹最大值Vmax与斤.进行比较运算,并作出判决,将两者中较大的一个值所对应的星座点矩阵作为解调信号,即当I 时,从子星座图C1 =丨?」=中提取Vmax所对应的发射信号矩阵Oi作为输出的解调信号矩阵Φ = ;当1 <Ρ_时,从子星座图A中提取L所对应的发射信号矩阵1作为输出的解调信号矩阵命。
3.—种MIMO无线通信非相干酉空时调制的对跖解调器,其特征在于,所述解调器包括输入缓存器、只读存储模块、矩阵迹计算模块、极值计算模块、寄存器组、最大值计算模块、比较选择模块和输出缓存器,其中: 所述输入缓存器接收并缓存接收信号矩阵Y,并将所述接收信号矩阵Y输出到所述矩阵迹计算模块,其中所述接收信号矩阵Y为TXN的复数矩阵,矩阵中元素yaY表示第Y根接收天线在第a时刻接收到的信号; 所述只读存储模块用于存储基于对跖结构的非相干酉空时码的星座图丨;;的两个子星座图C1=^M12和A =Kg的所有星座点矩阵,其中L表示星座图中的星座点个数,01和揚,均为TXM的复数矩阵,矩阵中元素Φα0和表示第β根发射天线在第a时刻发送的信号; 所述矩阵迹计算模块从所述只读存储模块接收所述子星座图C,=丨Φ,^?中的L/2个星座点矩阵,并从所述输入缓存器接收所述接收信号矩阵Y,计算矩阵迹朽=?r(Y^#fY);和矩阵迹σ = tr(YhY),其中,I≤I≤L/2,tr(.)表示对括号中的矩阵进行求迹运算,并将所述矩阵仞Φ/ΦΡY的L/2个迹Ψ!输出到所述极值计算模块,将所述矩阵YhY的迹σ输出到所述最大值计算模块; 所述极值计算模块完成矩阵:的L/2个迹V1的比较,其中I≤I≤L/2,将最大值¥_和最小值Vnlin存入所述寄存器组中,并将所述最大值所对应的星座点矩阵Oi在所述只读存储模块中的地址值il保存到所述寄存器组中,将所述最小值Vmin所对应的星座点矩阵Φ]在另一个子星座图C1中的对跖点矩阵#;在所述只读存储模块中的地址值jl保存到所述寄存器组中; 所述最大值计算模块接收所述矩阵迹计算模块输出的所述矩阵YhY的迹值σ,并从所述寄存器组中获取所述最小值Vmin,计算匕*,将计算结果U呆存在所述寄存器组中;所述比较选择模块从所述寄存器组获取所述Vmax和匕《,比较所述¥_和^_的大小,并输出控制信号contr,所述控制信号contr用于控制所述寄存器组,将所述¥_和^中的较大值所对应星座点矩阵在所述只读存储模块中的地址值输出到所述只读存储模块;所述寄存器组存储从所述极值计算模块传来的Ψ_、Ψ_、il、jl,以及从所述最大值计算模块传来的匕《,并根据所述比较选择模块输出的所述控制信号contr,将所述和民*中的较大的一个值所对应星座点矩阵在所述只读存储模块中的地址值addr输出到所述只读存储模块,以控制所述只读存储模块将相应的已解调星座点矩阵,输出到所述输出缓存器; 所述输出缓存器,接收并缓存所述只读存储模块输出的已解调星座点矩阵Φ。
4.如权利要求3所述的对跖解调器,其特征在于,所述只读存储模块保存基于对跖结构的非相干酉空时码的两个子星座图C1,其中各子星座图内不存在成对的对跖点,而在两个子星座图之间存在一一对应的对跖点,所述只读存储模块输出子星座图C1 =丨Φ,}=中的L/2个星座点矩阵到矩阵迹计算模块;并接收所述寄存器组传来的的地址值addr,由地址值指出所述只读存储模块中的相应星座点矩阵作为解调信号矩阵备,并将φ输出给输出缓存器。
5.如权利要求3所述的对跖解调器,其特征在于,所述极值计算模块,接收所述矩阵迹计算模块中F1计算单元输出的矩阵的L/2个迹值F1,求出其中的最大值Fmax和最小值Vnlin,将最大值¥_和最小值Vnlin输出到所述寄存器组保存,并将由最大值所确定的星座点矩阵Oi在所述只读存储模块中的地址值il输出到所述寄存器组中保存,将由最小值Fmin所确定的星座点矩阵Φ」在另一个子星座图C1中的对跖点在所述只读存储模块中的地址值jl输出到所述寄存器组中保存,其中I < I < L/2。
6.如权利要求3所述的对跖解调器,其特征在于,所述最大值计算模块,接收从所述矩阵迹计算模块中σ计算单元输出的所述矩阵YhY的迹σ,并从所述寄存器组中获取最小值V—,计算^max =cr^Wmn,然后将民《输出到所述寄存器组中保存。
7.如权利要求3所述的对跖解调器,其特征在于,所述寄存器组接收并保存由所述极值计算模块传来的Vmax和Vmin,以及与Vmax相对应的星座点矩阵Oi在所述只读存储模块中的地址值il和与Vmin相对应的星座点矩阵φ]在另一个子星座图C1 二丨夺丨岔中的对跖点 在所述只读存储模块中的地址值jl ;所述寄存器组将保存的Vmin输出给所述最大值计算模块,接收并保存所述最大值计算模块传来的L;所述寄存器组将保存的Vmax和匕《输出给所述比较选择模块。
8.如权利要求3至7任一项所述的对跖解调器,其特征在于,所述比较选择模块,完成Vmax和Fm?的比较运算,输出用于操作寄存器组的控制信号contr -Mwtmx则输出控制信号contr到所述寄存器组,以使寄存器组将所述最大值所确定的星座点矩阵Oi在所述只读存储模块中的地址值i I传递给所述只读存储模块;若1 " 则输出控制信号contr到所述寄存器组,以使寄存器组将所述最大值灰所确定的星座点矩阵%在所述只读存储模块中的地址值jl传递给所述只读存储模块。
9.一种MIMO无线通信非相干酉空时调制的对跖解调器,其特征在于,所述对跖解调器包括输入缓存器、只读存储模块、矩阵迹计算模块、极值计算模块、寄存器组、比较选择模块和输出缓存器,其中: 所述输入缓存器接收并缓存接收信号矩阵Y,并将所述接收信号矩阵Y输出到所述矩阵迹计算模块,其中所述接收信号矩阵Y为TXN的复数矩阵,矩阵中元素yaY表示第Y根接收天线在第α时刻接收到的信号; 所述只读存储模块用于存储所述非相干酉空时码的星座图C=﹛Φl﹜L1=1 的两个子星座图C1=﹛ΦI﹜L221=1和,C1=﹛Φ1﹜L21=1其中L表示星座图中的星座点个数,O1和Φ,均为TXM的复数矩阵,矩阵中元素Φα0和^^表示第β根发射天线在第α时刻发送的信号; 所述矩阵迹计算模块从所述只读存储模块接收所述子星座图C1 =丨#^2中的L/2个星座点矩阵,并从所述输入缓存器接收所述接收信号矩阵Y,计算矩阵迹朽,其中,I≤I ≤( L/2,tr(.)表示对括号中的矩阵进行求迹运算,并将所述矩阵的L/2个迹V1输出到所述极值计算模块;所述矩阵迹计算模块从所述只读存储模块接收星座点矩阵Φ汁算矩阵迹巧.=lr(Y//#/?f¥),并将输出到所述寄存器组,其中^是所述子星座图S1 =丨黾^中所对应的四矩阵乘积的迹最大值,Φ)是与^^所对应的星座点矩阵; 所述极值计算模块计算所述L/2个矩阵迹Ψι的比较,其中I ≤ I ≤L/2,找出最大值Vniax和最小值Vmin,并将最大值存入所述寄存器组中,所述极值计算模块将所述最大值Vmax所对应的星座点矩阵Oi在所述只读存储模块中的地址值il保存到所述寄存器组中,将所述最小值Vmin所对应的星座点矩阵Φ]在另一个子星座图A中的对跖星座点矩阵.Φ)在所述只读存储模块中的地址值jl保存到所述寄存器组中; 所述比较选择模块从所述寄存器组获取所述Vfflax和^?C,比较所述¥_和^?的大小,并输出控制信号contr,所述控制信号contr用于控制所述寄存器组将所述¥_和伊.中的较大值所对应星座点矩阵在所述只读存储模块中的地址值输出到所述只读存储模块; 所述寄存器组用于存储从所述极值计算模块传来的比较,其中特征在于,所述寄存器组将星座点矩阵在所述只读存储模块中的地址值jl输出到只读存储模块;根据所述比较选择模块传来的所述控制信号contr,将所述¥_和^--中的较大的一个值所对应星座点矩阵在所述只读存储模块中的地址值addr输出到所述只读存储模块; 所述输出缓存器,接收并缓存所述只读存储模块输出的已解调星座点矩阵Φ。
10.一种MIMO无线通信非相干酉空时调制的对跖解调器,其特征在于,所述对跖解调器包括输入缓存器、只读存储模块、矩阵迹计算模块、极值计算模块、寄存器组、最大值计算模块、比较选择模块和输出缓存器,其中: 所述输入缓存器接收并缓存接收信号矩阵Y,并将所述接收信号矩阵Y输出到所述矩阵迹计算模块,其中所述接收信号矩阵Y为TXN的复数矩阵,矩阵中元素yaY表示第Y根接收天线在第a时刻接收到的信号; 所述只读存储模块用于存储所述非相干酉空时码的星座图C1=﹛ΦI﹜L221=1的两个子星座图C1=﹛ΦI﹜L221=1和C1=﹛ΦI﹜L221=1的所有星座点矩阵及其所对应的二进制信息,其中L表示星座图中的星座点个数,Φ和#均为TXM的复数矩阵,矩阵中元素Φα0和表示第β根发射天线在第a时刻发送的信号;所述矩阵迹计算模块从所述只读存储模块接收所述子星座图C1 ={Φ,}?中的L/2个星座点矩阵,并从所述输入缓存器接收所述接收信号矩阵Y,计算矩阵迹朽Y)和矩阵迹σ = tr(YHY),其中,I < I ^L/2,tr(.)表示对括号中的矩阵进行求迹运算,并将所述矩阵ΥΗΦ/Φ^Υ的L/2个迹V1输出到所述极值计算模块,将所述矩阵YhY的迹σ输出到所述最大值计算模块; 所述极值计算模块完成所述L/2个矩阵迹F1的比较,其中I≤I≤L/2,将最大值Vmax和最小值Vniin存入所述寄存器组中,并将所述最大值所对应的星座点矩阵Oi在所述只读存储模块中的地址值il和/或所述星座点矩阵Oi对应二进制信息序列在所述只读存储模块中的地址值i2保存到所述寄存器组中,将最小值Vmin所对应的星座点矩阵关于另一个子星座图6 =.[龟;中的对跖星座点矩阵Φ;在所述只读存储模块中的地址值jl保存到所述寄存器组中和/或所述星座点矩阵1对应二进制信息序列在所述只读存储模块中的地址值j2保存到所述寄存器组中; 所述最大值计算模块接收所述矩阵迹计算模块输出的矩阵迹σ,并从所述寄存器组中获取所述最小值,计算伊.将计算结果U呆存在所述寄存器组中; 所述比较选择模块从所述寄存器组获取所述Vmax和匕《,比较所述¥_和^?的大小,并输出控制信号contr到所述寄存器组; 所述寄存器组由7个寄存器构成,用于存储从所述极值计算模块传来的Vmax、Vmin、il和/或i2、jl和/或j2,以及从所述最大值计算模块传来的P.,并根据所述比较选择模块输出的所述控制信号contr,将所述¥_和尹--中的较大的一个值所对应星座点矩阵和/或该点所对应二进制信息序列在所述只读存储模块中的地址值输出到所述只读存储模块;所述输出缓存器,接收并缓存所述只读存储模块输出的已解调星座点矩阵Φ及该点所对应已解调二进制信息序列。
【文档编号】H04L27/00GK103516650SQ201310409889
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】彭立, 符达伟 申请人:华中科技大学
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