用于卫星通信中阵列天线的mmse解码方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，特别设及卫星通信多天线技术领域，具体是一种 用于卫星通信中阵列天线的MMSE(最小均方误差）解码方法。
【背景技术】
[0002] 卫星通信系统具有覆盖范围广、不受地理限制、组网灵活、通信成本与距离无关等 优点，在军民用领域都得到了十分广泛的应用。卫星通信的一大特点就是其通信覆盖范围 广，多个用户可W通过卫星通信系统而建立起通信。因而具有多址接入能力。其多址接入 技术也基本遵循地面无线通信中的多址接入技术。随着阵列天线技术的日趋成熟，目前已 在卫星上得到越来越多的应用。
[0003] 针对卫星具有阵列天线运一前提假设，本发明考虑借鉴大规模天线系统（Massive MIMO)的相关技术，在卫星通信上采用不同于传统多波束的空分多址接入（SDMA)技术，利 用终端到卫星的信道上和方位角上的差异实现新的SDMA多址接入方法。
【发明内容】
[0004] 本发明是一种应用于卫星通信系统中卫星上采用阵列天线时，用户信息到达卫星 后，卫星对用户信息的一种解码方法，即用于卫星通信中阵列天线的MM沈（最小均方误差） 解码方法。 阳0化]本发明采取如下技术方案：用于卫星通信中阵列天线的MMSE解码方法，按如下步 骤进行：
[0006] 第一步：信道矩阵H的产生
[0007] 假设在卫星上布置了具有M个阵元的直线型天线阵列，阵元间的距离为d。又假 设有K个用户同时同频地向卫星发射信号。由于不同用户所处的地理位置与发射信号的差 异，会引起到达阵列天线的入射角不同。假定第1个用户到达的入射角为0 1，则第i个阵 元在t时刻接收到的信号可W描述为
[0008]
[0009] 其中，j为虚数单位，Si为第一个阵元天线接收到的信号强度，e是自然指数，入为 所采用频率的波长。
[0010] 令：
[0011]
[0012] 其中，上标T表示转置，hi表示第1个用户发送信号到达阵列天线的方向矢量。则 当有K个用户同时同频的发送信号时的信道矩阵为H=比。h,，h3,…，hk]。
[0013] 第二步：阵列天线接收到的信号为
[0014]
[001引其中，Y是天接收到的信号；P是发送信号的信噪比；H=比I，h2，h3,…，hj是MXK的信道矩阵；S= [Si,S2,…，Sk]T是用户发送的数据，S1 (1《i《K)表示第i个用户发送 的数据，它的每个元素均匀地独立地取某个QAM(正交幅度调制信号），运样，S是KX1的矩 阵;W是加性高斯白噪声，是MX1的噪声矩阵，它的元素是均值为零，方差为1的独立的复 高斯变量，且两两相互独立。
[0016] 第^步：解码过程
[0017] 令：
[0018]
[0019] 其中，上标H表示共辆转置。
[0020] 乘上接收信号Y如下
[0021]
[0022] 式中，第j个分量的方程可表不成
[0023]
[0024] 则匪SE的解码准则就可W描述成 阳0巧]
[00%] 下面介绍该设计方法的理论依据：
[0027] 假定系统模型为：
[0028]
[0029] 其中，Y是天接收到的信号；P是发送信号的信噪比；H是MXK的信道矩阵；S是 用户发送的数据，是KXl的矩阵;W是加性高斯白噪声，是MXl的噪声矩阵，它的元素是 均值为零，方差为1的独立的复高斯变量，且两两相互独立。
[0030] W解第j个用户信息为例说明解码方法。
[0031] 第一步：阵列天线接收到的信号为
[0032]
[003引其中，Y是天接收到的信号；P是发送信号的信噪比；H=比I，h2，h3,…，hJ是MXK 的信道矩阵；S= [Si,S2,…，Sk]T是用户发送的数据，S1 (I《i《K)表示第i个用户发送 的数据，它的每个元素均匀地独立地取某个QAM(正交幅度调制信号），运样S是KX1的矩 阵;W是加性高斯白噪声，是MX1的噪声矩阵，它的元素是均值为零，方差为1的独立的复 高斯变量，且两两相互独立。
[0034] 第二步：解码过程
[0035] 1、令
[0036]
[0037] 其中，上标H表示共辆转置。
[003引 2、信道矩阵H中的向量是"几乎处处"相互正交的论证，即要证明
柳40] 当i声j时，因为0 1，0韵匀地随机地取自[0,JT]，则
因为0 1，均匀地随机地取自[0,n]，所WSinej-sin0 1= 0的概率几乎为零。令
[0046] 3、Gmmse乘上接收信号Y如下
[0047]
W48]分别定义K维列向量GmmsJ、GmmseW为Ymms。Wmmse,两向量的第j个分量分别记为 yiwse, ：!、Wmmseu，因此，上式可W写成：
[0049]
[0050] 对于一个给定的j(l《j《K)，要从第j个等式中解出信号S,，其他的传送信号 SkQ《k声j《K)均设及在内，因而运些信号就成为解码过程中的干扰，通常的情况是将 运些干扰当作噪声来处理（因为当接收天线数很大时，信道矩阵H中的向量是"几乎处处" 相互正交的）。可W从上式解出第j个用户的信息。
[0051] 4、匪沈解码方法为
[0052]
[0053] 本发明的有益效果如下：
[0054] 在阵列天线中充分利用大规模天线系统的相关原理，随着阵列天线数的无限增 加，用户间的非相关干扰和加性噪声会随着天线数的增加而消失，在信道状态信息即入射 角能够精确估计的情况下运用MMSE解码方法，进一步减小解码复杂度和提高解码性能。
【附图说明】 阳化5] 图1是实施例1的系统误码率的仿真图。
【具体实施方式】
[0056] 下面对本发明优选实施例作详细说明。 阳化7] 实施例1
[0058] 假设系统有128根直线型阵列天线，阵元天线间的距离为d=A/2。有5个单天 线用户。则MMSE解码方法如下：
[0059] 步骤一：假设第一个用户到达阵列天线的入射角是0 1，第二个用户的入射角为 02,依次类推，则第五个用户的入射角为05。其中，均匀地随机地取自 [0,n]。贝Ij
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] 阳0化]
[0066] 故得到信道矩阵H=比1，1?,…，hs]。
[0067] 步骤二：阵列天线接收到的信号为
[0068] Y二而揽+抑' W例其中，Y是接收到的信号，为5维列向量；S= [Si,S2,…，&]T为用户发射的信号， 每个元素均匀地独立地取某个QAM(正交幅度调制信号），为5X1矩阵；P是发送信号的信 噪比；W是加性高斯白噪声，是128X1的噪声矩阵，它的元素是均值为零，方差为1的独立 的复高斯变量，且两两相互独立。 W70] 步骤立：令
[0071]
[0072] 乘上接收信号Y如下
[0073]
W74]分别定义K维列向量GmmsJ、GmmseW为Ymms。Wmmse,两向量的第j个分量分别记为yMMSE,.，、WMMSE,.，，A.，,.，指的是矩阵A的化如个分量。因此，上式可W写成： 阳0巧]
[0076]
阳077] 步骤四憂SE解码方法为
[0078]
[0079] 图1为本发明在上述实例条件下，关于系统误码率的仿真图。
[0080] 本领域的普通技术人员应当认识到，W上实例仅是用来说明本发明，而并非作为 对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对W上实例的变化，变形都将落在本发明的保护 范围。
【主权项】
1.用于卫星通信中阵列天线的MMSE解码方法，其特征是按如下步骤进行： 第一步：信道矩阵H的产生 假设在卫星上布置了具有M个阵元的直线型天线阵列，阵元间的距离为d ;又假设有K 个用户同时同频地向卫星发射信号；假定第1个用户到达的入射角为Θ i，则第i个阵元在 t时刻接收到的信号描述为其中，j为虚数单位，S1为第一个阵元天线接收到的信号强度，e是自然指数，λ为所 采用频率的波长； 令：其中，上标T表示转置，Ill表示第1个用户发送信号到达阵列天线的方向矢量；则当有 K个用户同时同频的发送信号时的信道矩阵为H= D^h2A3，…，hk]; 第二步：阵列天线接收到的信号为其中，Y是天线接收到的信号；P是发送信号的信噪比；H = [hi，h2, h3，…，hk]是MXK 的信道矩阵；S = [Sl，S2，…，sk]τ是用户发送的数据，s D I < i < K，表示第i个用户发送 的数据，它的每个元素均匀地独立地取某个QAM，这样，S是KX 1的矩阵；W是加性高斯白噪 声，是MX 1的噪声矩阵，它的元素是均值为零，方差为1的独立的复高斯变量，且两两相互 独立； 第三步：解码过程 令：其中，上标H表示共辄转置； 乘上信号Y如下上式中，第j个分量的方程可表不成,!(则MMSE的解码准则就描述成
【专利摘要】本发明公开了用于卫星通信中阵列天线的MMSE解码方法：第一步：信道矩阵H的产生；第i个阵元在t时刻接收到的信号描述为：<maths num="0001"></maths>令：<maths num="0002"></maths>第二步：阵列天线接收到的信号为：<maths num="0003"></maths>第三步：解码过程：令：<maths num="0004"></maths>乘上信号Y如下：<maths num="0005"></maths>上式中，第j个分量的方程可表示成：<maths num="0006"></maths>，则MMSE的解码准则就描述成：<maths num="0007"></maths>。
【IPC分类】H04B7/08
【公开号】CN105429689
【申请号】CN201510706404
【发明人】王海泉, 乔德跃, 岳晓春, 营梦云
【申请人】杭州电子科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月27日