多输入多输出正交频分复用系统子载波分簇预编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明隶属智能大容量无线通信领域，处理多输入多输出正交频分复用 (MIM0-0FDM)系统中子载波智能分簇预编码的问题。
【背景技术】
[0002] Μ頂0-0FDM系统结合了多输入多输出（M頂0)技术的大容量、抗衰落特性与正交频 分复用（0FDM)技术的抗多径、抗频率选择性衰落的优点，在提高通信系统传输速率的同时 有效提尚系统可靠性。
[0003] 为了支持接收端ΜΜ0信号的解调，发送端需要在已知完整信道状态（CSI)的情况 下对发送信号进行预编码，预编码操作可降低接收端解调复杂度、提升信道利用率，但在很 大程度上增加了发送端的编码复杂度。在天线数与子载波数目较多的情况下，对通信系统 而言，该复杂度会引起严重的系统资源开销。目前有效的解决方案就是对子载波进行分簇， 利用簇中心子载波的CSI近似刻画同簇的子载波信道状态并进行预编码，显著地降低预编 码矩阵的阶数，从而降低编码复杂度。然而，该子载波分簇方法会在编码与子载波信道之间 引入一定的失配，造成信道容量损失。
[0004] 考虑一个MM0-0FDM通信系统如图1所示。发送端天线数目为Nt，接收端天线数 目为队，0FDM子载波数目为K。在该系统中，每一路天线上的信号在发送端经串并转换并进 行K阶-IFFT操作后即被分配到K个0FDM子载波上。将每个子载波上的信号单独提取出 来即为每个0FDM子载波上的ΜΜ0信号。将邻近的几个子载波划分为一簇，同一簇中的子 载波数目记为分簇大小S，使用统一的预编码矩阵对同一簇中的S个子载波进行预编码，BP 为子载波分簇预编码算法。使用该种算法可以有效降低预编码复杂度，但同时也引入了信 道与编码矩阵之间的失配，造成容量损失。因此，在容量损失与系统复杂度之间存在某种权 衡。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明提供一种根据信道容量损失阈值自适应调节分簇预编码中 子载波分簇大的方法。
[0006] 为达到上述发明目的，本发明多输入多输出正交频分复用系统子载波分簇预编码 方法，所述方法包括：
[0007] 利用训练序列Ts估计信道自相关R(t，f);
[0008] 预定信道容量损失阈值Th;
[0009] 计算所述信道容量损失阈值Th约束下的信道自相关阈值ζ ;
[0010] 基于分簇规则将符合分簇规则的子载波（n，k)分为一簇，所述的分簇规则为：
，其中
,表示第k个子载波与第k。个子载波之间的频率差；
表示第η个时隙与第η。个时隙之间的时间差；
[0013] k为载波下标，表示当前子载波为Κ个子载波中第k个子载波；
[0014] k。为中心子载波下标，表示载波分组后中心子载波的下标；
[0015] η为时隙下标，表示从信号传输开始第η个时隙；
[0016] η。中心时隙下标，表示载波分组后中心子载波所在时隙的下标；
[0017] 进一步地，还包括：
[0018] 利用训练序列Ts估计分簇中心子载波（n。，k。）上的信道衰落矩阵 . ，-
[0019] 计算中心载波上的信道容量，并根据损失后的容量分配码流速率；
[0020] 基于载波分簇结果对传输码流进行分簇预编码，得到分簇预编码后的信号序列 Ps。
[0021] 具体地，信道容量损失Th与信道自相关阈值ζ的关系为：
[0025] 其中，
[0026] fABlc]SS为绝对信道容量损失，f RElc]SS为相对信道容量损失；
[0027] 其中，当以第η。时隙、第k。个子载波上的CSI对第η个时隙、第，个子载波进行预 编码时，信道容量损失随信道失配的变化而变化，信道容量损失的上界为：
[0029] 其中
-为每根天线上的功率；
为失配信道的等效信噪比；
[0031] sf为第η个时隙、第k个子载波上的信道状态，公式表示为：
[0032]
[0033] 对上述公式（3)取期望得遍历容量损失为：
[0035] 其中，
[0036] 发送端与接收端天线数中的最大值
[0038] 常数
[0039] α 114与a a为分别代入适配与失配等效信噪比γ 6情况下的a k;
[0040] 等效信噪比丫^定义如下
[0042] 信道自相关与信道失配
的关系表示如下；
[0044] 其中，/<W+」是子载波k与kc之间的频差；
[0045] 表示的是频域自相关值；
[0046] 广~是时隙η与nc之间的时差
[0047] 琴(产~）表示的是时域自相关值。
[0048] 具体地，每一簇中子载波数目S为
[0050] 其中Bt、Bf分别为时域与频域子载波间隔。
[0051] 本发明多输入多输出正交频分复用系统子载波分簇预编码方法，针对MIM0-0FDM 预编码技术中子载波自适应分簇问题，提供一种根据系统服务质量需求来智能调节子载波 分簇大小的方法。从而实现对系统服务质量的有效控制，并使得系统能够在容量损失与复 杂度开销之间取得有效折中。在信道质量较差时，系统能够通过缩减子载波分簇大小的方 式来降低容量损失阈值，即通过增加系统复杂度开销获得了较佳的系统服务质量；而在良 好的信道环境之下，用户对系统服务质量的降低并不敏感，系统则可以通过适当增加子载 波分簇大小的方式来降低系统复杂度开销。
【附图说明】
[0052] 图1是本发明祖M0-0FDM通信系统模型图；
[0053] 图2是本发明多输入多输出正交频分复用系统子载波分簇预编码方法，使用一系 列菱形在不同时间段、不同情境下对载波进行分簇的示意图载波分簇示意图。
【具体实施方式】
[0054] 下面结合附图对本发明做进一步的描述。
[0055] 如图1所示，一个MM〇-〇FDM通信系统模型图。发送端天线数目为Nt，接收端天线 数目为队，0FDM子载波数目为K。在该系统中，每一路天线上的信号在发送端经串并转换并 进行K阶-IFFT操作后即被分配到K个0FDM子载波上。将每个子载波上的信号单独提取 出来即为每个0FDM子载波上的ΜΜ0信号。将邻近的几个子载波划分为一簇，同一簇中的 子载波数目记为分簇大小S，使用统一的预编码矩阵对同一簇中的S个子载波进行预编码， 即为子载波分簇预编码算法。使用该种算法可以有效降低预编码复杂度，但同时也引入了 信道与编码矩阵之间的失配，造成容量损失。因此，在编码复杂度与信道容量之间存在权衡 置换。
[0056] 实施例1
[0057] 本实施例多输入多输出正交频分复用系统子载波分簇预编码方法，所述方法包 括：
[0058] 利用训练序列Ts估计信道自相关R(t，f);
[0059] 预定信道容量损失阈值Th;
[0060] 计算所述信道容量损失阈值Th约束下的信道自相关阈值ζ ;
[0061] 基于分簇规则将符合分簇规则的子载波（n，k)分为一簇，所述的分簇规则为：
，其中
,表示第k个子载波与第k。个子载波之间的频率差；
表示第η个时隙与第η。个时隙之间的时间差；
[0064] k为载波下标，表示当前子载波为Κ个子载波中第k个子载波；
[0065] k。为中心子载波下标，表示载波分组后中心子载波的下标；
[0066] η为时隙下标，表示从信号传输开始第η个时隙；
[0067] η。中心时隙下标，表示载波分组后中心子载波所在时隙的下标。
[0068] 本实施例，根据信道容量损失阈值自适应调节分簇预编码中子载波分簇大小S的 方法。本实施例，根据容量损失阈值Th反推出自相关阈值ζ ( -一对应关系由绝对信道容 量损失fABlciss与相对信道容量损失f RE1_的单调性保证），可得分簇方案为将所有满足分簇 规则的子载波（n，k)分为一簇进行预编码。