专利名称：非独立多输入多输出信道下的空间复用系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统及其复用信号检测，可适用于各种蜂窝体制下的高速无线通信系统，及高吞吐量无线局域网系统，特别适合于采用第三代移动通信下的各种通信系统。
背景技术：
MIMO(多输入多输出)多天线系统在发射或接收端采用多个天线，主动地利用用户的空间方位信息或空间信道的冗余来提高系统的容量，是新一代无线通信系统最为重要的技术之一。
在实际环境中，各收发天线间的信道衰落的分布不是完全相同的，也不是相互独立，而是介于相同和独立之间，即各天线间的信道衰落存在着一定的相关性，如3rdGeneration Partnership ProjectTechnical Specification Group Radio Access Network；SpatialChannel Model for Multiple Input Multiple Output(MIMO)simulations中所介绍的。
然而，现有的空间复用系统依赖于信道衰落的独立性来区分同时发送的各天线序列，也就是说，为了保证接收端解得同时发送的序列，需要各收发天线间具有独立的衰落特性，信道衰落间的相关性将严重影响空间复用的性能，并增加了接收端检测的难度。当MIMO系统的信道完全相关时，像V-BLAST(Vertical Bell Labs Layered Space-TimeStructure)这样的空间复用算法将完全失效。
为此，需要针对相关MIMO系统，研究空间复用系统发送序列的设计，克服信道衰落相关性的影响，使得MIMO系统更加实用化。
关于相关环境下MIMO系统的研究，更多的研究是集中在相关条件下容量的分析，以及信道特性的分析上，例如Michel T.Ivrlac，Wolfgang Utschickk和Josef A.Nossek发表的题为“Fadingcorrelation in wireless MIMO communication system”的文章，IEEEJSAC，Vol 21，No.5，2003，pp819-828。相关条件下，MIMO系统实用性问题的研究相对较少。针对相关环境，A.F.Molisch，X.Zhang在题为“FFT-Based Hybrid Antenna Selection Schemes forSpatially Correlated MIMO Channel，”(IEEE CommunicationLetters，Vol 8，No.1，Jan.2004)的文章中提出了基于相移的天线选择方法，其实现框图如图1所示。David J.Love在题为“Grassmannian Beamforming on Correlated MIMO Channels”(IEEEGlobecom 2004)的文章中研究了相关环境下的有限反馈技术，利用去相关后的信号，形成码本集。
针对空间复用系统，Zhihong Hong，Ke Liu，Robert W.Heaht，和Akbar Sayeed在题为“Spatial multiplexing in correlatedfading via the virtual channel representation”(IEEE JSAC，vol.21，no.5，2003，pp 856-866)的文章中基于虚拟信道模型对空间复用系统进行了性能分析，并由此得出预编码的加权准则。虚拟信道模型如图2所示，它将MIMO信道分为了3个部分虚拟发送端相关部分，独立信道衰落部分和虚拟接收端相关部分，虚拟发送端和接收端假设在这个部分的各个无线通道间完全相关，独立分量部分表示了各个无线通道衰落的大小。然后，系统求取加权系数最优解。再求最优解时需要通过搜索来实现，复杂的搜索过程阻碍了该方法在实际中的应用。
Michel T.Ivrlac，Wolfgang Utschickk和Josef A.Nossek在题为“On the impact of correlated fading for MIMO-systems，”(in Proc ISCAS，vol.3，pp 655-658，2002)的文章中利用特征值分解求得MIMO信道的时间平均，应用注水算法，提高容量。这导致了对各个天线序列解码后，误码率的不平衡，除非采用自适应编码和调制技术。存在发送端相关时，N.U.Nabar和A.Paulraj在题为“Transmit optimization for spatial multiplexing in thepresence of spatial fading correlation”，(in Proc Globecom，vol.11，pp.131-135，2001)的文章中提出了基于功率分配和相位调整的发送端预编码策略，以减小误码率。N.U.Nabar和A.Paulraj在题为“Cut-off rate based transmit optimization for spatialmultiplexing on general MIMO channels，”(in Proc ICASSP 2003)的文章中提出的预编码方法只采用了天线端相位调整。然而，上述两篇文献中的方法必须经过复杂的最大似然搜索，运算复杂度太高。
另外，授予Medvedev，Irina、Walton，Jay Rod；Wallace；Mark的，题为“Time-domain transmit and receive processing withchannel eigen-mode decomposition for MIMO systems”的美国专利US6,760,388中针对不同的信道环境提出多模的发射机制，针对相关时，接收机不易区分发射符号的问题，提出在发射序列中插入部分CSI(信道状态信息)，接收端利用部分CSI所携带的信道信息，采用MMSE(最小均方误差)算法区分出不同发射天线的信号，这种方法需要占用额外的信道资源。授予Ketchum，John W.；Wallace，Mark；Howard，Steven J.；Walton；Jay Rod的，题为“Multiple-input，multiple-output(MIMO)systems with multiple transmissionmodes”的美国专利US6,862,271中揭示了通过多次的特征值分解，提出信道主分量，结合注水算法，得出时域脉冲成型函数和对天线加权的导向矢量，获得较高的发射效率。这种方法每求解一个导向矢量，则需要多次特征值分解，运算量较大。
发明内容
鉴于上述的问题，完成了本发明。本发明的目的是提供一种在非独立多输入多输出信道下的空间复用系统中使用的复用信号检测方法及其系统，针对空间复用系统在强相关MIMO信道环境下，各复用符号较难被区分的问题，提出了基于干扰对消的空间复用系统加权技术。结合了接收端的干扰对消算法，发送端再调整加权系数，利用复用信号功率的差别区分各复用符号。
根据本发明的第一方案，提出了一种复用信号检测方法，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括以下步骤将信道矩阵H分解为独立信道矩阵H0和发送端相关信道矩阵Rt；将发送端相关信道矩阵Rt反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用；去除独立信道衰落矩阵H0的影响，得到用于信号检测的接收向量z；按照每组内天线信道衰落最大的原则对天线进行分组，每组两个天线，然后求解各个发射天线的功率和相移；从发送端相关信道衰落矩阵Rt的厄密尔顿开方分解矩阵Rt1/2的第一个列向量开始，利用其共轭进行相干检测；以及从用于信号检测的接收向量z中去除估计出的符号，得到对各个复用信号的估计。
优选地，所述信道分离步骤包括以下子步骤求解各个时刻信道矩阵H的自相关矩阵HHH；对各个时刻的自相关矩阵HHH求平均，得到相关矩阵Rt；对相关矩阵Rt进行厄密尔顿开方分解，得到Rt1/2；以及以Rt1/2右乘信道矩阵H的伪逆，从而得到独立信道矩阵H0。
优选地，去除独立信道衰落矩阵H0的影响的步骤包括利用通过MMSE算法得到的滤波器矩阵HM对接收信号进行滤波，得到用于信号检测的接收向量z。
根据本发明的第二方案，提出了一种复用信号生成方法，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括以下步骤对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组；根据接收端反馈回来的信道矩阵H，求解发送端相关信道衰落矩阵Rt；针对一组天线，进行以下操作求解该组的相移元素；按照各个子流具有相同误码率的要求，利用发送端相关信道衰落矩阵Rt的厄密尔顿开方分解矩阵Rt1/2，求解功率分配系数；针对各组发射天线进行上述操作，完成对发射功率的分配；以及根据各个天线的发射功率分配系数，将发射功率分配给发射天线。
优选地，所述发送端相关信道衰落矩阵Rt求解步骤包括以下子步骤求解各个时刻信道矩阵H的自相关矩阵HHH；对各个时刻的自相关矩阵HHH求平均，得到相关矩阵Rt；以及对相关矩阵Rt进行厄密尔顿开方分解，得到Rt1/2。
根据本发明的第三方案，提出了一种接收设备，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，其特征在于包括信道分离装置，用于将信道矩阵H分解为独立信道矩阵H0和发送端相关信道矩阵Rt；信道信息反馈装置，用于将发送端相关信道矩阵Rt反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用；独立信道消除装置，用于去除独立信道衰落矩阵H0的影响，得到用于信号检测的接收向量z；天线分组及功率分配计算装置，用于按照每组内天线信道衰落最大的原则对天线进行分组，每组两个天线，然后求解各个发射天线的功率和相移；以及相干检测及干扰抵消装置，用于从发送端相关信道衰落矩阵Rt的厄密尔顿开方分解矩阵Rt1/2的第一个列向量开始，利用其共轭进行相干检测，并从用于信号检测的接收向量z中去除估计出的符号，得到对各个复用信号的估计。
优选地，所述信道分离装置通过以下操作得到独立信道矩阵H0和发送端相关信道矩阵Rt求解各个时刻信道矩阵H的自相关矩阵HHH；对各个时刻的自相关矩阵HHH求平均，得到相关矩阵Rt；对相关矩阵Rt进行厄密尔顿开方分解，得到Rt1/2；以及以Rt1/2右乘信道矩阵H的伪逆，从而得到独立信道矩阵H0。
优选地，独立信道消除装置利用通过MMSE算法得到的滤波器矩阵HM对接收信号进行滤波，从而得到用于信号检测的接收向量z。
根据本发明的第四方案，提出了一种发送设备，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，其特征在于包括天线分组装置，用于对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组；功率分配计算装置，根据接收端反馈回来的信道矩阵H，求解发送端相关信道衰落矩阵Rt，并针对每一组天线，进行以下操作求解该组的相移元素；按照各个子流具有相同误码率的原则，利用发送端相关信道衰落矩阵Rt的厄密尔顿开方分解矩阵Rt1/2，求解功率分配系数；以及针对各组发射天线进行上述操作，完成对发射功率的分配；以及天线功率加载装置，根据各个天线的发射功率分配系数，将发射功率分配给发射天线。
优选地，所述功率分配计算装置通过以下操作得到发送端相关信道衰落矩阵Rt及其厄密尔顿开方分解矩阵Rt1/2求解各个时刻信道矩阵H的自相关矩阵HHH；对各个时刻的自相关矩阵HHH求平均，得到相关矩阵Rt；以及对相关矩阵Rt进行厄密尔顿开方分解，得到Rt1/2。
根据本发明的第五方案，提出了一种复用信号检测方法，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括以下步骤将信道矩阵H反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用；将信道矩阵H的共轭HH与信道矩阵H相乘，得到信道相关矩阵RH；将信道矩阵H的共轭HH与接收信号相乘，得到用于信号检测的接收向量z；按照每组内天线信道衰落最大的原则对天线进行分组，每组两个天线，然后求解各个发射天线的功率和相移；从信道相关RH的第一个列向量开始，利用其共轭进行相干检测；从用于信号检测的接收向量z中去除估计出的符号，得到对各个复用信号的估计。
根据本发明的第六方案，提出了一种复用信号生成方法，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括以下步骤对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组；将从接收端反馈回来的信道矩阵H的共轭HH与信道矩阵H相乘，得到信道相关矩阵RH；针对一组天线，进行以下操作求解该组的相移元素；按照各个子流具有相同误码率的要求，利用信道相关矩阵RH，求解功率分配系数；针对各组发射天线进行上述操作，完成对发射功率的分配；根据各个天线的发射功率分配系数，将发射功率分配给发射天线。
根据本发明的第七方案，提出了一种接收设备，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括信道信息反馈装置，用于将信道矩阵H反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用；独立信道消除装置，用于将信道矩阵H的共轭HH与信道矩阵H相乘，得到信道相关矩阵RH，并将信道矩阵H的共轭HH与接收信号相乘，得到用于信号检测的接收向量z；天线分组及功率分配计算装置，用于按照每组内天线信道衰落最大的原则对天线进行分组，每组两个天线，然后求解各个发射天线的功率和相移；以及相干检测及干扰抵消装置，用于从信道相关矩阵RH的第一个列向量开始，利用其共轭进行相干检测，并从用于信号检测的接收向量z中去除估计出的符号，得到对各个复用信号的估计。
根据本发明的第八方案，提出了一种发送设备，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括天线分组装置，用于对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组；功率分配计算装置，将从接收端反馈回来的信道矩阵H的共轭HH与信道矩阵H相乘，得到信道相关矩阵RH，并针对一组天线，进行以下操作求解该组的相移元素；按照各个子流具有相同误码率的要求，利用信道相关矩阵RH，求解功率分配系数；以及针对各组发射天线进行上述操作，完成对发射功率的分配；以及天线功率加载装置，根据各个天线的发射功率分配系数，将发射功率分配给发射天线。
下面将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述，其中图1是现有技术中相关环境下，MIMO系统天线选择的原理示意图；图2是现有技术的虚拟相关信道模型；图3是根据本发明第一实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的接收端的操作流程图；图4是图3所示的信道分离步骤31的详细操作流程图；图5是根据本发明第一实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的发送端的操作流程图；图6是根据本发明第二实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的接收端的操作流程图；图7是根据本发明第二实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的发送端的操作流程图；图8是强相关环境下，本发明在2×2的空分复用系统下的蒙特卡罗仿真结果的示意图；图9是独立衰落环境下，本发明在2×2的空分复用系统下的蒙特卡罗仿真结果的示意图；图10示出了根据本发明第一实施例的系统方框图；图11示出了根据本发明第二实施例的系统方框图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作具体说明。应该指出，所描述的实施例仅是为了说明的目的，而不是对本发明范围的限制。
系统模型设MIMO系统有N个发射天线，考虑到各个协议中的MIMO系统的发射天线多为偶数，本发明设发射天线的个数N为偶数。系统具有M个接收天线，其中M≥N，MIMO系统的发送端存在一定的相关性。经过匹配滤波和采样后，得到接收信号可由下面的公式(1)表示y＝Hs+n (1)其中H为M×N维的信道矩阵，它的元素[H]ij对应了第i个发射天线到第j个接收天线间的信道衰落，无线信道为平衰落瑞利信道。n为零均值的加性高斯噪声，空域白噪声，服从N(0，N0IN)分布。s为发射的符号向量，它的第i个元素si对应了第i个天线发送的符号，令s=P1s1P2ejφ2s2...PNejφNsN---(2)]]>其中Pi(i＝1，2，…，N)是为si符号所分配的发射能量，满足Σi=1NPi=1.]]>本发明在发送端相关的条件下，研究如何求得功率分配值Pi和相位信息φi。下面介绍具体实施方式
。
实施例一图3是根据本发明第一实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的接收端的操作流程图；图4是图3所示的信道分离步骤31的详细操作流程图；图5是根据本发明第一实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的发送端的操作流程图。图10示出了根据本发明第一实施例的系统方框图。
接收端如图10所示，根据本发明第一实施例的接收端1010包括信道估计装置1011，用于估计信道衰落信息。信道分离装置1012，用于将信道矩阵H分解为两部分即独立信道矩阵H0和发送端相关信道矩阵Rt。信息反馈装置1013，将信道衰落估计反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用。独立信道消除装置1014，用于去除独立信道衰落矩阵H0的影响。天线分组装置1015，可以对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组，求得这两个天线所对应的相关信道矩阵Rt1/2，根据相关信道矩阵Rt1/2确定这两个天线的相移和功率分配系数的值。相干检测和干扰抵消装置1016，用于对复用发送的符号进行相干检测，并利用估计出的符号，从所述独立信道消除装置1014的输出信号中，去除已估计的值得到对各个复用信号的估计。
图3是根据本发明第一实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的接收端的操作流程图。首先，在步骤31，将信道矩阵分解为两部分即独立信道矩阵H0和发送端相关信道矩阵Rt。当MIMO系统只有发送端存在一定的相关性时，信道可以表示为公式(3)H=H0Rt1/2---(3)]]>H0为M×N维的满秩矩阵，由零均值、单位方差的高斯复向量构成，其各元素间相互独立，表示了信道矩阵独立的特性。而Rt对应了发送端的相关特性，为N×N维的奇异矩阵，当各信道相干时，Rt的秩为1。
Rt可以通过公式Rt＝E[HHH]求解，图4是图3所示的信道分离步骤31的详细操作的流程图。在步骤41，求解各个时刻信道矩阵H的自相关HHH，在步骤42，对各个时刻的HHH自相关HHH求平均得到相关矩阵Rt，步骤43对Rt进行厄密尔顿(Hermitian)开方分解得到Rt1/2，步骤44，对H右乘Rt1/2的伪逆，从而得到H0。
返回图3，在接收端的处理流程图中，接下来在步骤32，将发送端的相关信道矩阵Rt反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用。
在步骤33，去除独立信道衰落矩阵H0的影响，如可采用MMSE算法得到滤波器矩阵HM(具体内容可参考S Verdue发表的“MultiuserDetection”一书，Cambridge University Press，1998年第一次出版，2003年再版)，从而得到下面的公式(4)给出的用于信号检测的接收向量zz=HMy=Rt1/2s+HMn---(4)]]>在步骤34，对天线进行分组，每组两个天线，按照每组内天线信道衰落最大的原则对天线进行分组，然后求解各个发射天线的功率Pi和相移ejφi，其求解过程与图5所示的发送端的处理过程相似，将在随后对图5的解释中，进行详细的阐述。
在步骤35，从Rt1/2的第一个列向量开始，利用其共轭进行相干检测。发送端处理时，对天线进行了分组，每两个发射天线一组，如果要检测的信号在第i组，该组的互相关矩阵Rt，i1/2，Rt，i1/2可以是R1/2对角线上2×2的方阵，如公式(5)所示。
式中矩阵的非对角线元素对应于不同组天线之间的相关阵，通常其各元素值较小，将对角线元素Rt，i1/2表示为公式(6)。
Rt,i1/2=αβejψβe-jψα---(6)]]>那么，相干检测后的输出可表示为公式(7)。
s^1=[Rt,i1/2]:,1*z=Pi,1s1+2αβej(ψ+φ2)Pi,2s2+αn1+βejψn2+I---(7)]]>其中I为来自其它组复用信号的干扰信号，从 中去除 便可得到对s1的估计。
在步骤36，利用估计出的符号s1，从用于信号检测的接收向量z中去除s1，得到对s2的估计。即公式(8)。
z^=z-αβej-ψP1s1---(8)]]>并对 进行最大比合并，得到s2的估计，由下面的公式(9)表示。
s^2=[Rt1/2]:,2*z^=ejφ2P2s2+βn1+αn2---(9)]]>在步骤37，判断是否检测出了所有的复用信号，如果没有，则跳回步骤35，继续进行检测；否则，输出各符号的估计值，根据本实施例的复用信号检测方法结束。
发送端如图10所示，根据本发明第一实施例的发送端1020包括天线分组装置1021，根据信道衰落将天线相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组，求得这两个天线所对应的发送端信道衰落相关信道矩阵Rt1/2，功率分配系数求解装置1022，根据发送端相关信道衰落矩阵Rt1/2，按照各个子流具有相同误码率的原则，求解功率分配系数以及相移。天线功率加载装置1023，将各天线的发送序列乘以各天线所对应的功率分配系数及其相移，通过各个天线发送出去。
图5是根据本发明第一实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的发送端的操作流程图。
在各个协议中的MIMO系统中，发射天线的个数N为偶数。发送端的操作流程图，如图5所示。首先，在步骤50为了便于发送端和接收端功率分配系数的求解，首先对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组，收发端采用相同的分组原则，两者分组结果相同。在分集MIMO系统中，相邻两个天线间的相关性较高，采用本实施例的方法可以减少每组两个天线间相关性的影响。步骤50还需要求解发送端相关信道衰落矩阵Rt，，其方法和接收端所采用方法相同。
设第i组的相关阵为Rt，i(参见公式(5)和(6))，在步骤51，求解该组的相移元素φi，2，令φi，2＝-ψ。
在步骤52和53，按照各个子流具有相同误码率的原则，求解功率分配系数Pi，1和Pi，2。根据(7)式和(9)式可知，每组内两个复用信号s1和s2的误码率都与噪声有关，而噪声在 和 中具有相同的能量，因此噪声对于s1和s2的误码率具有相同的影响，在决定功率分配系数时，可以忽略噪声部分。当s1和s2有较大距离，即s1＝-s2时， 中信号部分的功率为Ei,1=Pi,1-2αβPi,2,]]> 中信号部分的功率为Ei,2=Pi,2.]]>根据s1和s2具有相同误码率的原则，即Ei，1＝Ei，2，得到Pi,1-2αβPi,2=Pi,2---(10)]]>在能量归一化Pi，1+Pi，2＝1的约束条件下，可以得到Pi,1=(1+ρ)21+(1+ρ)2---(11)]]>Pi,2=11+(1+ρ)2---(12)]]>其中相关系数ρ＝2αβ。
方框54所包括的步骤表示对一组天线进行发射功率分配的各个步骤，然后依次对各组的发射天线进行发射功率的设计，方框55和56分别表示了对第i组和N/2组天线进行发射功率分配。
之后，根据各个天线的发射功率分配系数，将发射功率分配给N个发射天线。
实施例二图6是根据本发明第二实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的接收端的操作流程图；图7是根据本发明第二实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的发送端的操作流程图。图11示出了根据本发明第二实施例的系统方框图。本实施例提出了不基于信道分离的加权方法。
接收端如图11所示，根据本发明第二实施例的接收端1110包括信道估计装置1111，用于估计信道衰落信息。信息反馈装置1112，将发送端信道估计信息反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用。独立信道消除装置1113，用于去除独立信道衰落矩阵的影响。天线分组装置1114，将相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组，求得这两个天线所对应的相关信道矩阵，根据相关信道矩阵，确定这两个天线的功率分配系数的值。相干检测和干扰抵消装置1115，用于对复用发送的符号进行相干检测，并利用估计出的符号，从所述独立信道消除装置的输出信号中，去除已估计的值，得到各个复用信号的估计。
如图3所示，在对信道进行分离(参见图4中的步骤31)时，由于要进行求逆运算，运算量较大。
在本实施例所提出的加权方法中，去除了信道分离步骤31，其它步骤也相应地进行修改。首先，在步骤61，将信道矩阵H反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用。
在步骤62，用H的共轭HH与接收信号相乘，得到用于信号检测的接收向量z，如下面的公式(13)所示z＝HHy＝HHHs+HHn (13)＝RHs+HHn其中RH＝HHH为信道相关矩阵。
在步骤63，对天线进行分组，每组两个天线，按照每组内天线信道衰落相关性最大的原则对天线进行分组，然后求解各个发射天线的功率Pi和相移ejφi，其求解过程与图7所示的发送端的处理过程相似，将在随后对图7的解释中，进行详细的阐述。
在步骤64，从RH的第一个列向量开始，利用其共轭进行相干检测。发送端处理时，对天线进行了分组，每两个发射天线一组，如果要检测的信号在第i组，该组的互相关矩阵RH，i，RH，i可以是RH对角线上2×2的方阵，如公式(14)所示 式中矩阵的非对角线元素对应于不同组天线之间的相关阵，通常其各元素值较小，将对角线元素RH，i表示为公式(15)RH,i=abejδbe-jδa---(15)]]>
那么，相干检测后的输出由公式(16)表示如下s^1=[RH,i]:,1*z=P1s1+2abej(δ+φi,2)P2s2+an1+bejδn2---(16)]]>其中I为来自其它组用户的干扰，从 中去除 便可得到对s1的估计。
在步骤65，利用估计出的s1，从用于信号检测的接收向量z中去除s1，得到对s2的估计。即下面的公式(17)z^=z-abej-δPi,1s1---(17)]]>并对 进行最大比合并，得到公式(18)所示的对s2的估计，s^1=[RH,i]:,2*z=ejφi,2Pi,2s2+bn1+an2---(18)]]>在步骤66，判断是否检测出了所有的复用信号，如果没有，则跳回步骤64，继续进行检测；否则，输出各符号的估计值，根据本实施例的复用信号检测方法结束。
发送端如图11所示，根据本发明第二实施例的发送端1120包括天线分组装置1121，将天线相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组，求得这两个天线所对应的相关信道矩阵RH，功率分配系数求解装置1122，根据相关信道矩阵RH，按照各个子流具有相同误码率的原则，求解功率分配系数以及相移。天线功率加载装置1123，将各天线的发送序列乘以各天线所对应的功率分配系数及其相移，通过各个天线发送出去。
图7是根据本发明第二实施例的复用信号检测方法在非独立环境下的发送端的操作流程图。
首先，在步骤70为了便于发送端和接收端功率分配系数的求解，首先对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组，收发端采用相同的分组原则，两者分组结果相同。在步骤70，还需求解相关信道衰落矩阵RH，，其方法和接收端所采用方法相同。
本实施例和第一实施例的主要不同在于每组天线发射功率的计算，为了简明，这里只对不同之处进行详细说明，而省略了对相同部分的描述。在步骤71，求解φi，2，令φi，2＝-ψ。
在功率分配系数求解单元72和73，按照各个子流具有相同误码率的原则，求解功率分配系数Pi，1和Pi，2，与第一实施例相同，在决定功率分配系数时，仍忽略噪声部分。当s1和s2有较大距离，即s1＝-s2时， 中信号部分的功率为E1=Pi,1-2abPi,2,]]> 中信号部分的功率为Ei,2=Pi,2.]]>根据s1和s2具有相同误码率的原则，即Ei，1＝Ei，2，得到公式(19)Pi,1-2abPi,2=Pi,2---(19)]]>在能量归一化Pi，1+Pi，2＝1的约束下，可以得到公式(20)和(21)Pi,1=(1+η)21+(1+η)2---(20)]]>Pi,2=11+(1+η)2---(21)]]>其中η＝2ab方框74所包括的步骤表示对一组天线进行发射功率分配的各个步骤，然后依次对各组的发射天线进行发射功率的设计，方框75和76分别表示了对第i组和N/2组天线进行发射功率分配。
之后，根据各个天线的发射功率分配系数，将发射功率分配给N个发射天线。
效果本发明针对空间复用系统在强相关MIMO信道环境下，各复用符号较难被区分的问题，提出了基于干扰对消的空间复用系统加权技术。它直接得到加权系数的闭式解，无需经过复杂的搜索过程，接收端只需将该发送端相关信道矩阵反馈回接收端，节约了反馈信道的带宽。
图8和图9给出了9000次的蒙特卡罗仿真结果。发送端和接收端具有2个天线，噪声服从高斯分布，各接收天线上的噪声信号相互独立，发送符号采用BPSK调制方式，各个时刻的发送符号相互独立。信道为平衰落信道，仿真中假设信道准确估计，不存在信道估计误差。仿真了不同相关系数下的，加权和未加权效果对比图，相关系数为发送端相关矩阵的开方阵对角线之积的模。
图8为强相关信道环境下，相关系数为0.9时，采用加权和未采用加权算法的误码率随信噪比变化曲线的对比示意图。图9为独立信道环境下，误码率随信噪比变化曲线的对比示意图。从图中可以看出，随着信道相关性的加强，本发明加权算法的效果变得越明显。
尽管已经针对典型实施例示出和描述了本发明，本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其他的改变、替换和添加。因此，本发明不应该被理解为被局限于上述特定实例，而应当由所附权利要求所限定。
权利要求
1.一种复用信号检测方法，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括以下步骤将信道矩阵H分解为独立信道矩阵H0和发送端相关信道矩阵Rt；将发送端相关信道矩阵Rt反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用；去除独立信道衰落矩阵H0的影响，得到用于信号检测的接收向量z按照每组内天线信道衰落最大的原则对天线进行分组，每组两个天线，然后求解各个发射天线的功率和相移；从发送端相关信道衰落矩阵Rt的厄密尔顿开方分解矩阵Rt1/2的第一个列向量开始，利用其共轭进行相干检测；以及从用于信号检测的接收向量z中去除估计出的符号，得到对各个复用信号的估计。
2.根据权利要求1所述的复用信号检测方法，其特征在于所述信道分离步骤包括以下子步骤求解各个时刻信道矩阵H的自相关矩阵HHH；对各个时刻的自相关矩阵HHH求平均，得到相关矩阵Rt；对相关矩阵Rt进行厄密尔顿开方分解，得到Rt1/2；以及以Rt1/2右乘信道矩阵H的伪逆，从而得到独立信道矩阵H0。
3.根据权利要求1所述的复用信号检测方法，其特征在于去除独立信道衰落矩阵H0的影响的步骤包括利用通过MMSE算法得到的滤波器矩阵HM对接收信号进行滤波，得到用于信号检测的接收向量z。
4.一种复用信号生成方法，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括以下步骤对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组；根据接收端反馈回来的信道矩阵H，求解发送端相关信道衰落矩阵Rt；针对一组天线，进行以下操作求解该组的相移元素；按照各个子流具有相同误码率的要求，利用发送端相关信道衰落矩阵Rt的厄密尔顿开方分解矩阵Rt1/2，求解功率分配系数；针对各组发射天线进行上述操作，完成对发射功率的分配；以及根据各个天线的发射功率分配系数，将发射功率分配给发射天线。
5.根据权利要求4所述的复用信号生成方法，其特征在于所述发送端相关信道衰落矩阵Rt求解步骤包括以下子步骤求解各个时刻信道矩阵H的自相关矩阵HHH；对各个时刻的自相关矩阵HHH求平均，得到相关矩阵Rt；以及对相关矩阵Rt进行厄密尔顿开方分解，得到Rt1/2。
6.一种接收设备，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，其特征在于包括信道分离装置，用于将信道矩阵H分解为独立信道矩阵H0和发送端相关信道矩阵Rt；信道信息反馈装置，用于将发送端相关信道矩阵Rt反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用；独立信道消除装置，用于去除独立信道衰落矩阵H0的影响，得到用于信号检测的接收向量z；天线分组及功率分配计算装置，用于按照每组内天线信道衰落最大的原则对天线进行分组，每组两个天线，然后求解各个发射天线的功率和相移；以及相干检测及干扰抵消装置，用于从发送端相关信道衰落矩阵Rt的厄密尔顿开方分解矩阵Rt1/2的第一个列向量开始，利用其共轭进行相干检测，并从用于信号检测的接收向量z中去除估计出的符号，得到对各个复用信号的估计。
7.根据权利要求6所述的接收设备，其特征在于所述信道分离装置通过以下操作得到独立信道矩阵H0和发送端相关信道矩阵Rt求解各个时刻信道矩阵H的自相关矩阵HHH；对各个时刻的自相关矩阵HHH求平均，得到相关矩阵Rt；对相关矩阵Rt进行厄密尔顿开方分解，得到Rt1/2；以及以Rt1/2右乘信道矩阵H的伪逆，从而得到独立信道矩阵H0。
8.根据权利要求6所述的接收设备，其特征在于独立信道消除装置利用通过MMSE算法得到的滤波器矩阵HM对接收信号进行滤波，从而得到用于信号检测的接收向量z。
9.一种发送设备，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，其特征在于包括天线分组装置，用于对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组；功率分配计算装置，根据接收端反馈回来的信道矩阵H，求解发送端相关信道衰落矩阵Rt，并针对每一组天线，进行以下操作求解该组的相移元素；按照各个子流具有相同误码率的原则，利用发送端相关信道衰落矩阵Rt的厄密尔顿开方分解矩阵Rt1/2，求解功率分配系数；以及针对各组发射天线进行上述操作，完成对发射功率的分配；以及天线功率加载装置，根据各个天线的发射功率分配系数，将发射功率分配给发射天线。
10.根据权利要求9所述的发送设备，其特征在于所述功率分配计算装置通过以下操作得到发送端相关信道衰落矩阵Rt及其厄密尔顿开方分解矩阵Rt1/2求解各个时刻信道矩阵H的自相关矩阵HHH；对各个时刻的自相关矩阵HHH求平均，得到相关矩阵Rt；以及对相关矩阵Rt进行厄密尔顿开方分解，得到Rt1/2。
11.一种复用信号检测方法，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括以下步骤将信道矩阵H反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用；将信道矩阵H的共轭HH与信道矩阵H相乘，得到信道相关矩阵RH；将信道矩阵H的共轭HH与接收信号相乘，得到用于信号检测的接收向量z；按照每组内天线信道衰落最大的原则对天线进行分组，每组两个天线，然后求解各个发射天线的功率和相移；从信道相关RH的第一个列向量开始，利用其共轭进行相干检测；从用于信号检测的接收向量z中去除估计出的符号，得到对各个复用信号的估计。
12.一种复用信号生成方法，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括以下步骤对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组；将从接收端反馈回来的信道矩阵H的共轭HH与信道矩阵H相乘，得到信道相关矩阵RH；针对一组天线，进行以下操作求解该组的相移元素；按照各个子流具有相同误码率的要求，利用信道相关矩阵RH，求解功率分配系数；针对各组发射天线进行上述操作，完成对发射功率的分配；根据各个天线的发射功率分配系数，将发射功率分配给发射天线。
13.一种接收设备，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括信道信息反馈装置，用于将信道矩阵H反馈回发送端，供发送端进行天线功率分配时使用；独立信道消除装置，用于将信道矩阵H的共轭HH与信道矩阵H相乘，得到信道相关矩阵RH，并将信道矩阵H的共轭HH与接收信号相乘，得到用于信号检测的接收向量z；天线分组及功率分配计算装置，用于按照每组内天线信道衰落最大的原则对天线进行分组，每组两个天线，然后求解各个发射天线的功率和相移；以及相干检测及干扰抵消装置，用于从信道相关矩阵RH的第一个列向量开始，利用其共轭进行相干检测，并从用于信号检测的接收向量z中去除估计出的符号，得到对各个复用信号的估计。
14.一种发送设备，用于非独立多输入多输出信道下的空间复用系统，包括天线分组装置，用于对天线进行分组，将信道衰落相关性较大的天线分为一组，每两个天线一组；功率分配计算装置，将从接收端反馈回来的信道矩阵H的共轭HH与信道矩阵H相乘，得到信道相关矩阵RH，并针对一组天线，进行以下操作求解该组的相移元素；按照各个子流具有相同误码率的要求，利用信道相关矩阵RH，求解功率分配系数；以及针对各组发射天线进行上述操作，完成对发射功率的分配；以及天线功率加载装置，根据各个天线的发射功率分配系数，将发射功率分配给发射天线。
全文摘要
公开了一种非独立MIMO系统下的空间复用技术。本发明针对空间复用系统在强相关MIMO信道环境下，各复用符号较难被区分的问题，提出了基于干扰对消的空间复用系统加权技术。它结合接收端的干扰对消算法，在发射端调整加权系数，利用复用信号功率的差别区分各复用符号，克服由于相关性所造成区分信号困难。它将信道分为两个部分独立信道矩阵和发射端相关信道矩阵，发射端求解加权系数时，只需知道发射端相关信道矩阵，接收端只需将该矩阵反馈回发射端，而该矩阵随时间变化较慢，这种处理节约了反馈信道的带宽。另外，发射天线数较多时加权算法会变得较为复杂，针对这一问题，本发明提出了易于实现的简化算法。
文档编号H04L1/00GK1905400SQ20051008792
公开日2007年1月31日 申请日期2005年7月27日 优先权日2005年7月27日
发明者赵铮, 李继峰 申请人:松下电器产业株式会社