一种用于非线性预编码的天线选择方法与流程

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于th(tomlinson-harashima)非线性预编码的天线选择方法。

背景技术

多输入多输出(multi-inputmulti-output,mimo)技术是一种无线通信系统结构，其指在发射端和接收端配置多个天线进行通信。相较于传统的siso(single-inputsingle-output)系统，mimo系统有着卓越的性能优势，可以用于提高通信可靠性，也可以用于提高频谱利用率，这使得它成为了无线通信研究领域的热点。而预编码则是一种在发射端利用信道信息对发射信号进行预处理的技术。基于不同的信道信息(完美信道信息，有误差信道信息，部分信道信息，统计信道信息等)，将现有的预编码技术可以抽象的分为线性预编码和非线性预编码。

其中的非线性预编码是指在预编码中引入了非线性操作，如模代数求余运算、反馈滤波、格搜索等。现有的非线性预编码主要有脏纸编码、矢量扰动、模代数预编码等等。根据之前的研究发现，非线性预编码的性能优于传统线性预编码性能，但方案可进一步结合发送天线选择技术，提高系统的传输质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于，基于非线性预编码thp结合发送天线选择技术，进一步提高系统的传输质量。发射天线选择的基本思想是：根据信道状态信息和天线选择算法为发射端选择出最优的天线子集，构造出性能较好的信道矩阵进行通信。

多用户mimo的thp的基本算法框图如图1所示，其中，发送端包含求模运算、反馈矩阵b和前馈矩阵f。接收端包括加权矩阵g和求模运算。

在发射端，二进制发送数据经过调制后得到数据向量s，s的每一个元素都属于m-qam星座集合，其星座点集合表示为

整个星座图被约束在一个宽度为的正方形区域之内

数据向量s个元素一次经反馈矩阵预均衡，再由取模运算后得到符号向量x。

由于反馈矩阵b的三角结构，天线上传输符号xk(k＝1,…,k)将从数据符号中连续产生：

其中取模运算用于限制反馈滤波操作带来的功率增加。变量a的取模运算表示如下

其中表示向下取整，re(·)表示取实部，im(·)表示取虚部，a为常数，由调制符号星座图的大小确定，即

取模操作的实质意义为在xk的实部和虚部分别加上一个整数倍的数，即发送符号变为：

其中，使其每一个元素都约束在一个长为的区间内，即

通过式(4)可以看出，反馈模块是将等效数据传递给b^-1，而不是sk。更一般的说，初始信号的星座集a被拓展成周期的，即有效的发送数据符号将从拓展星座集合中选取。

式(4)可以进一步表示为：

发送端通过取模操作与反馈操作，由式(5)可知，天线上的传输数据为：

x＝b^-1v(6)

符号向量x与前馈矩阵f相乘，得到发送向量

在接收端，取模操作用来从接收到的信号中恢复数据向量s。如图1所示，每一个接收到的信号在进入模操作器之前都需要被缩放，缩放系数矩阵为：

g＝diag[g1,1,g2,2,…,gn,n](7)

整个下行链路的接收信号可以表示为：

y＝hx+n(8)

接收端进入取模操作的信号可以表示为：

如果采用zf准则，即要求ghfb^-1＝i。

接收端得到的y'为：

其中这时对y'使用与发射端相同取模操作来把接收数据恢复到原始星座集合的区域。

根据式(10)可知，最后还原得到信号为：

通过上式可以看出，对原始信号的干扰是由高斯白噪声产生的，并且由于接收端均衡的处理，使得噪声的功率被放大，从而对真实数据产生了影响。

为了使得噪声影响最小化，我们就需要选择使得合适的h使得被放大的噪声功率最小。假设天线选择后的信道矩阵为其中为第ik个发射天线对应的列向量，其中1≤i1≤...≤irx≤tx。则通过下式寻找激活天线：

其中为均衡对角阵，由构造。

因而在接收端均衡后，得到的信号会受到功率较小的高斯白噪声干扰，从而获得性能增益。只要选择能使公式(12)能实现的天线，ber性能可以得到改善。不同的信道信息对天线的选择产生不同的影响，因此，本发明通过估计获取的信道信息，来选择最优的天线，从而在不增加发射端功率负载的前提下，改善系统误码率性能。

本发明的技术方案是：

s1、对不同发射天线所经历的信道进行区分：

假定随机选择天线1≤i1≤...≤irx≤tx，其对应的信道矩阵为其中为第ik根发射天线对应的列向量。tx为发射天线总数，rx为接收天线总数；。

s2、计算当前天线选择对应的均衡对角阵

根据已知的信道信息我们对信道矩阵进行qr分解，其中q为酉矩阵，r为正线上三角复矩阵。然后即可获得相应的均衡矩阵其为对角元素为r矩阵对角元素的倒数：

s3、计算其比较值：

在得知均衡对角阵的前提下，我们可以通过下式获取当前天线配置与其他天线配置的比较值：

其中，为信道高斯白噪声n的功率。

s4、对各种天线配置的比较值进行比较，选择最优的天线配置。

寻找使得下式满足的天线配置方案，即为最优的天线选择方案：

本发明的技术方案，针对thp预编码提出一种天线选择方案。

本发明的有益效果是：在不增加发射机负荷前提下，提升系统误码率性能。

附图说明

图1是mu-mimo系统下thp预编码的系统框图；

图2是qpsk调制下，天线选择为5选4的情况下性能对比图；

图3是qpsk调制下，天线选择为6选4的情况下性能对比图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

实施例1

本例中，信道为独立同分布信道，子载波数1024个，调制方式为qpsk调制，预编码方式为thp非线性预编码，天线配置为5根发射天线选择4根发射天线。本例采用以下步骤：

步骤1：传输信号经过qpsk调制；

步骤2：获取5根发射天线选择4根发射天线的所有可能的天线配置的信道矩阵，进行公式(16)的比较，获取最优的天线选择。

步骤3：在最优的天线配置上进行信号thp非线性预编码，进而获得最优的误码率；

根据图2可得在进行天线选择和不进行天线选择的情况下，天线选择方案能获得更好的误码率性能优势。

实施例2

本例中，信道为独立同分布信道，子载波数1024个，调制方式为qpsk调制，预编码方式为thp非线性预编码，天线配置为6根发射天线选择4根发射天线。本例采用以下步骤：

步骤1：传输信号经过qpsk调制；

步骤2：获取6根发射天线选择4根发射天线的所有可能的天线配置的信道矩阵，进行公式(16)的比较，获取最优的天线选择。

步骤3：在最优的天线配置上进行信号thp非线性预编码，进而获得最优的误码率；

根据图3可得在进行天线选择和不进行天线选择的情况下，天线选择方案能获得更好的误码率性能优势。