专利名称：：实现自适应mimo-scfde系统低反馈速率的方法
技术领域：
：本发明涉及多天线宽带无线通信传输方法，属于宽带无线通信
技术领域：
。
背景技术：
：随着科技的飞速发展，通信技术对人民的日常生活和国民经济发展的影响日益举足轻重。特别是宽带无线通信技术，如正交频分复用(以下简称OF匿OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)禾口多输入多输出(以下简称MMO:Multiple-inputMultiple-output)受到广泛关注，而且二者的结合MMO-OFDM成为未来宽带无线通信的关键技术。MIMO利用不同天线之间信道的不相关特性，获得高信道容量，从而提高频谱利用率和可靠性。基于分块传输的OFDM，可以有效地对抗多径衰落，因为子载波频谱主瓣重叠，具有较高的频谱效率；循环前缀(以下简称CP:CyclicPrefix)可以很好的吸收帧间干扰；并且可以采取简单的频域均衡方法来消除由于时延扩展引入的信道干扰；调制过程可以用快速傅立叶逆变换(以下简称IFFT:InverseFastFourierTransform)完成，解调过程可以用快速傅立叶变换(以下简称FFT:FastFourierTransform))完成。单载波频域均衡(以下简称SCFDE:SingleCarrierwithFrequencyDomainEqualization)，类似于OFDM的分块传输技术，虽然同样能够有效的对抗多径衰落而且没有OFDM发端的高峰均功率比(PAPR，Peak-to-averagePowerRatio)，但是受关注程度远不及OFDM。移动MMO宽带无线信道面临的主要问题是时、频、空选择性。利用信道状态信息(以下简称CSI:ChannelStateInformation)的自适应技术可以有效地对抗时、频、空选择性，从而更可靠更有效地进行通信。对于频率选择性衰落的MMO信道，现有的自适应MM0-0F匿，无论是自适应调制或是功率分配，还是有效对抗缺秩MMO信道的预编码技术，通常都需要大量的CSI反馈信息供发端选择发送策略，特别是在移动条件下，大量的反馈信息需要频繁地回传，给整个通信系统带来很大的负担，严重影响通信系统的效率。
发明内容本发明针对现有自适应MM0-0F匿技术存在的回传信息量大的问题，提供一种能够实现自适应MIMO-SCFDE系统低反馈速率的方法。本发明的实现自适应MIMO-SCFDE系统低反馈速率的方法，包括以下步骤(1)对于NTXNj勺自适应MMO系统，NT表示发射天线数，^表示接收天线数，收端根据信道状态信息、系统的非理想因素(非理想因素包括同步误差、信道估计误差及器件的非线性特性等)造成的性能损失、所采用的调制方式及所要求的系统误比特性能，从全部的N个频域子信道中选择出可用的Ms个子信道并且确定信道矩阵的最佳秩S，只有可用频域子信道上传输信息符号，而其他频域子信道为禁用子信道不传输信息符号，然后生成子信道标识信息及信道秩信息，并将该子信道标识信息及信道秩信息经由反馈信道发送给发端；(2)发端根据所采用的调制方式和子信道标识信息及信道秩信息，形成S个原始的等效时域数据帧，经过Ms点FFT(快速傅立叶变换)，将原始数据帧的等效时域符号变换成等效频域符号，然后根据子信道标记信息及信道秩信息和收发双方约定的频域子信道映射矩阵将该等效频域符号预编码后映射到Ms个可用频域子信道上，生成NT个N维频域向量，再利用N点IFFT(快速傅立叶逆变换)变回到时域，串并变换加CP后同时被NT个发射天线发送出去；(3)收端将^个接收天线接收到的数据帧去CP后，利用FFT变换到频域，根据子信道标识信息和频域子信道逆映射矩阵选出Ms个可用频域子信道到上传输的信号，然后根据信道秩信息和信道状态信息生成均衡矩阵进行均衡，变换回等效时域后判决出发送信息。为了便于更好的理解，对本发明中所用的符号进行部分说明。小写字母表示时域和等效时域符号，大写字母表示频域及等效频域符号；对于小写字母(即时域和等效时域符号)的上标表示第n时刻或第m个等效时刻，n=O，l，…，N-l，m二0，1，，Ms_l;大写字母(即频域及等效频域符号)的上标表示第k个频域子信道或第q个等效频域子信道，k二O，l，…，N-l，q二0，1，…，Ms-l;下标中的大写字母Ms表示该向量是等效时域或等效频域的符号，N表示该向量是时域或频域的符号；下标中的小写字母l、i分别表示第1根接收天线与第i根发射天线，如果1和i同时出现，1在前，i在后，表示由第i个发射天线到第l个接收天线，i=1，2，…Nt，1=1，2…，^，下标d表示发端预编码前或收端均衡后的第d个数据流，d=1，2，…，S。在发端，;^，r(《，wl^,…,x:—jf表示Ms维原始等效时域数据帧，对应的原始等效频域数据帧X^,(《"，《^,…,义^—』f=FMsQxMs,d为^s,d的Ms点FFT，其中￡(xMs,dD^s,d)=《、，。x2为信息符号的平均功率，d=1，2，…，S;因为信道矩阵的最佳秩为S，所以只传输S路独立的数据流，^^,c/对应于第d个数据流。《=(《,1^^,2，''',《，^和乂^=(1^,1,^^2,''',^^分别为在第1个等效时刻上传输的原始等效时域符号和第q个等效频域子信道上传输的原始等效频域符号，m二O，l，，Ms-1，q=O，l，，Ms-1;根据信道秩信息生成NtXS的预编码矩阵Q;在第q个等效频域子信道上，利用矩阵跟向量相乘运算预编码将X^变换为0[5^=乂《=(1《,1，义《,2，'",义《^/;然后根据频域子信道标识信息生成^15维的频域子信道映射矩阵P，并将XC&,,=^"《,1，^^,2，'''，^￡—。7映射成第i根发射天线待发送的频域数据帧Xw，,.=(《,.，4',".，《，=P^cU4s,2,".,Zdf-p^Mw，变换回时域为第i根发射天线待发送的时域数据帧x^=(《,,,x^,…,^^f:F-DX^，i=1，2，…，NpXXZ^，^,2，…，《,w/为第k个频域子信道上的待发送符号向量。Hl,ik为第i根发射天线与第1根接收天线间的第k个频域子信道增益；Ak为第k个频域子信道的信道矩阵，其中第l行第i列元素为Huk，i=1，2，…，Nt，1二1，2，…，N^，k二0，1，…，N-l。在接收端去CP后，第l根接收天线接收到iv,,，，《—y:^,+Mv,,，1=1，2…，NK，其中jv,-Oi,，《/，…，《f为有用信号部分，对应的频域形式为Yw,,—",,,^,-",^^=fw[]jv,，^^(wK,,-,^;1/为接收噪声向量，E(Hy,04,H《Iw，其中o/为噪声方差。第n个抽样时刻各个接收天线接收到的信号中的有用信号部分和噪声部分分别为力-o^p^y^U7^,;;—w^m^,"'^;^/，n=0，1，，N-l;第k个频域子信道上，信号分量为Y^二(3^,《2,…,《w/=^DC，其中XXX;^，2,…,《,w/，噪声分量为WX《j,《,2,…,《w/，k二0，1，…，N-1;根据子信道标识信息，选择出可用频域子信道上传输的符号A^[]QCKk+W》=^>nx^+W》，其中^-A、DQ，W》—『^，《;2,…,《:w/，其中kqg{0，1，…，N-ll为可用频域子信道的标号，q=O，l，…，Ms-1;对Ms个可用频域子信道上的受噪声污染的信号进行ZF均衡，相当于V,的M-P逆G、=(A、)t分别左乘Y》=A、DX^和W》，得到G、a^-c^^^Qx^=X^,V^^rU二,2,…，^,s)-G、DW》；MS点IFFT后得到乂'和,^(《卢v]^，…,v;Sf，d=1，2，…，S;均衡后第m个等效时刻的噪声分量为v:s=2,".，《s,s)r，m=O，l，…，Ms-l。对于使用ZF均衡的自适应MMIO-SCFDE系统，第n个抽样时刻的时域均衡前信噪比SNRpren如下仏一irvll"ll2、^5>(^0^f)雄；D2而且可以计算得到第m个等效时刻的等效时域均衡后信噪比SNRp。stm，如下纖；□Ms《=o事实上，时域均衡前信噪比为均衡前帧内第n个抽样时刻的信噪比，等效时域均衡后信噪比可理解为均衡后帧内第m个等效时刻的判决信噪比。根据等效时域均衡后信噪比，低反馈速率的自适应MIMO-SCFDE可以看成平均符号功率为ox2的Ms路数据流并行通2M广l过具有相同噪声方差为7^2;WG、a:G、f)的AWGN信道。当调制方式确定后，在不考虑非理想因素情况下低反馈速率的自适应MMO-SCFDE的误比特性能就可以利用已有的AWGN下的误比特计算公式来得到，除此之外还需要Eb/NO与信噪比的转换，例如采用2PSK调制，则预编码自适应MMIO-SCFDE系统的误比特率为《-^^DSTVi^,。上述本发明的步骤中第(1)步的详细实现过程如下收发双方建立通信后，收端根据约定的信道估计方式获取当前信道的信道状态信息，其中信道状态信息为所有频域子信道的信道矩阵，其中各个频域子信道上的信道矩阵为Ak，k=0，1，…，N-1;信道矩阵的最佳秩的确定及可用频域子信道选择的准则为，当采用某种调制方式并且考虑系统的非理想因素造成的性能损失，在系统所要求的误比特性能下传送尽可能多的信息符号，即尽量让信道矩阵的最佳秩与该秩下所选的可用频域子信道数7的乘积MsXS或频谱效率7-l^:最大；信道矩阵的最佳秩S及可用频域子信道k,G{0，1，…，N-1)的选择如下So"在满足《fw^^^")"下，最大化MsXS，其中MS为可用子信道数，MsG{0，1，…，NhSG{1，2，"'，^}，9=0，1，…，Ms_l，ox2为信息符号的平均功率，0/为噪声方差，SNR^为采用某种调制方式并考虑系統非理想因素后所要求的系统误比特性能所对应的等效时域均衡后信噪比；确定信道矩阵的最佳秩S及选出Ms个可用频域子信道后，生成频域子信道标识信息，D二(D(k)，k二0，l…，N-lh其中D(ig=l表示第k,个子信道为可用子信道，k,G{0，1，…，N-lhq二0，1，…，Ms-l，D(k)二O表示第k个子信道为不可用子信道，k半k"当收发双方通信前约定好预编码矩阵的列选择时，比如前S列，还需要生成log2(NT)比特的信道秩信息B，比如当NT=4时B={00，01，10，11}依次标识选定的信道矩阵的最佳秩为1、2、3、4，否则除了反馈回信道的最佳秩信息外还需要额外的反馈信息标识S列的选择；然后将该子信道标识信息及信道秩信息反馈回发端。所述本发明的步骤中第(2)步的详细实现过程如下发端根据所采用的调制方式进行符号映射，形成待传输的S帧Ms个等效时域符号=(4,《,..，xU，d=1，2，…，S，经过Ms点FFT，得到X^,(^^,X]^，…，X^,—jf=FMxDx:Ms，rf;发端根据反馈得到的子信道标记信息D={D(k)，k=0，1，N-1}及信道秩信息B，生成频域子信道映射矩阵P及预编码矩阵Q，其中PfCP=IMs，且P中的元素仅(kq+l，q+1)为1而该列的其它元素为0，kq表示第kq个可用频域子信道，k,G{0，1，，N-l}，q=0，l，…，Ms-l，预编码矩阵Q为单位阵的S列，当S列的选取在收发双方在通信前约定好时，根据信道秩信息，生成Q，在第q个等效频域子信道上，预编码将原始等效频域符号XL/变换为QDX^=X《=(1《,1,^《,2广',义《鳥/，然后频域子信道映射矩阵p，将x、,,-(x^^^^y^c^^^^^uMs个可用频域子信道kq上，生成N维向量Xw，,=(《,，ZL,...，X")r-PDtX^^J^w^Xc^:/=PLKcMs,,，其中,其他X^=0，i=1，2，…Nt，对XN,i做N点IFFT得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>加CP后进行D/A变换再进行载波调制由各个发射天线同时发送出去。需要注意的是，如果将该系统中的预编码与频域子信道映射交换位置，即先进行频域子信道映射再预编码，系统性能不变。而且无论预编码与频域子信道映射谁在前谁在后，因为预编码矩阵为单位阵的某几列，所以这时的预编码可以看作是进行天线选择。所述本发明的步骤中第(3)步的详细实现过程如下收端将NK个接收天线接收到的数据帧去CP后，利用FFT变换到频域，根据子信道标识信息和频域子信道逆映射矩阵选出Ms个可用频域子信道到上传输的信号，然后根据信道秩信息和信道状态信息生成均衡矩阵进行均衡，变换回等效时域后判决出发送信息；由于CP的作用，在离散时域上，信号与信道脉冲响应的线性巻积可以转换成离散频域上的乘积，因此在第k个频域子信道上，=A4[]^=A，J^，J^，2,'f，且当k二k,时，X》-QCX^,否则XNk不携带信息，k,G{0，1，...，N-l}，q=0，l，...，Ms-l，k=0，1，…，N-l;在接收端去0后，第1根接收天线接收到有用信号部分,,=(《,,;^,"'，:^1/和接收噪声向量>*V,…,w^Y，做N点FFT得到频域形式分别为Yw,,^Ci,…，^一y=FwqVw,，Ww,y-FwQiV,;然后，收端先根据子信道标识信息生成可用频域子信道逆映射矩阵PT，利用频域子信道逆映射矩阵PT，选出在可用子信道上传输的符号P^Y^+Ww)-(^,I^,…,]^-'f…,《yf，i=i，2...，Nk，即只保留在第k,个子信道上传输的符号A、nQnx^+w》=A~nxLs+w》，kqG{0，1，，N-l}，q=0，1，，Ms-1;利用估计得到的Ak和根据信道秩信息得到的预编码矩阵Q，对选出来的符号进行均衡(本发明中采用ZF均衡和匪SE均衡两种方式)，在第kq个可用子信道上，均衡后的信号为5^二Eq、A、X》+W》hEq、A、QCP^+W》hEq、^X^+W》)，kqe{0，1，…，N-l}，q=O，l，…，Ms-l，其中Eq、为均衡矩阵，当采用ZF均衡时，Eq、=(^)\当采用最小均方误差均衡(以下简称匪SE均衡MinimumMeanSquareErrorequalization)时，Eq、=^(^)"0^^+￡7^>Q^5f)"，将均衡后的等效频域符号进行Ms点IFFT后得到第d个数据流的估计^一=(《,《,...，々，=^改^=FMsa^》,rf,^,d,..，j^f'f，进行判决，d=1，2，…，S。需要注意的是匪SE均衡用于本发明的自适应MMO-SCFDE自适应系统，误比特性能一般优于采用ZF均衡，但计算量会增加。本发明通过选择均衡放大噪声小的频域子信道传输信息使得误比特性能不会过度恶化；当采用迫零均衡时系统BER(BitErrorRate,BER，误比特率)具有简单可控性；同时本发明采用一种简单预编码矩阵来对抗信道的缺秩，而且频谱利用率通常会高于不采用预编码的自适应MIMO-SCFDE系统，具有低反馈速率。图1是实现本发明方法的自适应MMO-SCFDE系统框图。图2给出了采用本发明方法的自适应MM0-SCFDE系统与其它系统的误比特曲线比较图。图中1、信源模块，2、比特映射模块，3、FFT模块(Ms点)，4、预编码模块，5、可用频域子信道映射模块，6、IFFT模块(N点)，7、加循环前缀(CP)模块，8、D/A模块，9、中频及射频调制模块，10、信道，11、射频及中频解调模块，12、A/D模块，13、去CP模块，14、FFT模块(N点)，15、可用频域子信道逆映射模块，16、均衡模块，17、IFFT模块(Ms点)，18、判决及符号逆映射模块，19、信道估计，20、可用频域子信道与预编码矩阵秩选择及子信道标识信息9与信道秩信息生成模块，21、同步模块。具体实施例方式实施例给出的是基带仿真结果，不考虑同步误差的影B向，即同步为理想同步。且信道估计为理想的，即不考虑信道估计误差。图l给出了使用本发明所提出方法的自适应MM0-SCFDE系统框图，其中各模块作用如下信源模块1:产生要传输的比特信息。比特映射模块2:调制方式选择QAM或者PSK时，将比特信息映射到星座图对应点上，在本实施例中，采用了QPSK调制。FFT模块(Ms点)3:将原始等效时域数据帧变换到等效频域。预编码模块4:根据反馈信道发送回来的可用频域子信道与预编码矩阵秩选择及子信道标识信息与信道秩信息生成模块20的信道秩信息生成预编码矩阵，并对原始等效频域信息符号进行进行预编码。在本实施例中，收发双方实现约定好预编码矩阵的列选取方式为前几列，即根据信道秩信息得到信道的最佳秩为S，预编码矩阵为Q=C，l:。可用频域子信道映射模块5:根据接收端通过反馈信道发送回来的可用频域子信道与预编码矩阵秩选择及子信道标识信息与信道秩信息生成模块20的子信道标识信息，生成频域子信道映射矩阵并将原始等效频域符号映射到可用频域子信道上，而禁用频域子信道不传输信息符号，生成N维的频域向量。此模块需要按照本发明介绍的方法编程，由通用数字信号处理芯片实现。在本实施例中，收发双方实现约定好频域子信道映射矩阵为满足PTCP二、且P中的元素仅(kq+l，q+1)为1而该列其它元素为0的阶梯形矩阵。IFFT模块(N点)6:将可用频域子信道映射后得到的频域信号变换到时域。加CP模块7:将得到的每帧数据加上循环前缀。D/A模块8:将数字信号变换为模拟信号。中频及射频调制模块9:信号调制到中频上进行中频放大，再做射频调制，最后将已调信号由天线发射。信道10:传输信号的频域选择性MMO信道。同步模块21:通过参数估计(例如盲估计和基于辅助数据的估计)的办法得到系统需要的各种同步数据。同步模块将频率同步数据送给射频及中频解调模块ll;将抽样率同步数据送给A/D模块12;将定时同步数据送给去CP模块13。在本实施例，假设为同步理想。射频及中频解调模块11:将接收天线接收下来信号的频谱从射频或者中频上搬移到低频。在解调之前需要用频率同步数据纠正信号传输过程中引起的频偏。A/D模块12:将解调后模拟信号变换为数字信号。A/D变换需要对模拟信号进行抽样，提供时钟信号的晶振需要跟发射机D/A模块的晶振频率相同，否则就会导致抽样率误差。因此在A/D变换之前要进行抽样率同步。去CP模块13:将循环前缀去掉。这时就存在判断一帧数据从哪开始的问题，则去CP之前需要做定时同步。FFT模块(N点)14:将去掉CP的时域信号变换到频域。信道估计模块19:跟同步类似，也需要通过参数估计来得到CSI，常用的一般是盲信道估计和基于辅助数据的信道估计。在本实施例，假设估计精确。可用频域子信道与预编码矩阵秩选择及子信道标识信息与信道秩信息生成模块20利用估计出的CSI信息，确定预编码矩阵的秩及可用频域子信道，并将生成的子信道标识信息传送给可用频域子信道映射模块5和可用频域子信道逆映射模块15，将信道秩信息传送给预编码模块4和均衡模块16。同时将估计得CSI送给均衡模块16。可用频域子信道逆映射模块15:根据可用频域子信道与预编码矩阵秩选择及子信道标识信息与信道秩信息生成模块20送来的子信道标识信息，选出接收信号中由Ms个可用频域子信道携带的等效频域信号。此模块需要按照本发明介绍的方法编程，由通用数字信号处理芯片实现。均衡模块16:用信道估计模块19送来的CSI及可用频域子信道与预编码矩阵秩选择及子信道标识信息与信道秩信息生成模块20送来的信道秩信息，生成均衡矩阵进行均衡。本实施例采用了ZF均衡和匪SE均衡。IFFT模块(Ms点)17:将均衡后的等效频域符号变换到等效时域。判决及符号逆映射模块18:判决出发送符号，并将其逆映射成比特信息。可用频域子信道与预编码矩阵秩选择及子信道标识信息与信道秩信息生成模块20:根据信道估计模块19得到的估计CSI，考虑系统的非理想因素带来的性能损失及系统所要求的误比特性能，进行预编码矩阵的秩选择及可用频域子信道选择，同时生成子信道标识信息与信道秩信息，供预编码模块4进行预编码及均衡模块16进行均衡，此外可用频域子信道映射模块5和可用频域子信道逆映射模块15利用子信道标识信息分别映射和选择出等效频域信息符号。此模块需要按照本发明介绍的方法编程，由通用数字信号处理芯片实现。在本实施例中，假设系统的非理想因素未带来性能损失。该实施例仿真参数仿真环境MATLABR2007a子信道总数N=256CP长度64调制方式QPSK抽样率IOMbps仿真所选的平均接收信噪比范围SNR=314.4(dB)仿真信道环境分别采用4X4SUI-4信道，不过本实施例中的SUI-4信道并没有考虑多普勒频偏及天线相关性。(可参考D.S.Baum，"Si咖latingtheSUIchannelmodels,，，IEEE802.16BroadWirelessAccessWorkingGroup,2001，(D.S.Baum，《仿真SUI信道模型》，IEEE802.16宽带无线接入工作组，2001))仿真中没有考虑同步误差(包括载波同步误差、抽样率同步误差和帧定时同步误差)对系统的影响，即假设所有同步参数的误差都为0;没有考虑反向信道回传子信道标识信息及信道秩信息时的传输时延和传输误码的影响，即假设传输时延和误码都为0;没有考虑其他非理想因素的影响(例如器件的非线性等)。仿真结果图2给出了采用本发明方法的低反馈速率的自适应MMO-SCFDE系统的误比特曲线与一种限制回传的基于内插的多模式预编码MIMO-OF匿系统(其中均匀分布的导频6411个，量化预编码矩阵的码本空间含16个预编码矩阵)和AWGN信道的误比特能的比较。需要注意的是标记为菱形的点线横坐标的SNR不再表示接收信噪比而是等效均衡后信噪比，这是为了方便与AWGN信道的BER进行比较。可以看出当使用ZF均衡时，该曲线基本吻合过相同噪声方差的AWGN信道的误比特曲线，从而验证了使用ZF均衡的误比特性能简单可控性.当使用匪SE均衡时，本发明提出的低反馈速率的自适应MMO-SCFDE同样适用，而且性能优于使用ZF均衡。一种限制回传的基于内插的多模式预编码MIMO-OF匿系统采用64个均匀分布的导频和含16个预编码矩阵量化预编码矩阵码本，而且对于4根发射天线的系统每个载波还需要2比特的预编码模式选择，因此回传信息量为64X4+256X2=768比特，当该系统具有与固定S=4时的自适应MMO-SCFDE相同的平均发射功率和相同的比特速率时，在低信噪比下性能优于自适应MIMO-SCFDE，但高信噪比下性能差于自适应MMO-SCFDE，而且自适应MMO-SCFDE需要256+2=258比特的回传信息量。(可参考N.K.Khaled，B.Mondal，G丄eus，RW.Heath，andF.Petre，"Interpolation-BasedMulti-ModePrecodingforMIMO-OFDMsystemwithLimitedFeedback,，，IEEETrans,onWirelessCommunications,vol.6，no.3，pp.1003—1013，Mar.2007(N.K.Khaled，B.Mondal，G.Leus，RW.Heath，andF.Petre，《基于内插的有限回传的MIM0-0FDM多模式预编码》，IEEETrans,onWirelessCommunications，第六巻，第三号，1003-1013页，2007年3月)。下表给出了4X4低反馈速率的自适应MM0-SCFDE系统与其固定S=4时的频谱效率的比较。其中该频谱效率为SNRreq=SNRPM=10dB时固定平均发射功率及相同的系统要求的BER性能下1000次信道样本得到的频谱效率的平均值。可以发现自适应选择信道秩的频谱效率有明显提高，而且系统复杂度并没有多大增加。因此本发明提出的预编码矩阵可以简单有效得对抗MIM0信道的缺秩情况。4X4低反馈速率的自适应MM0-SCFDE系统与其固定S=4时的频谱效率的比较<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>为避免混淆，本说明书中所提到的一些名词或符号做以下解释1、频域子信道MMO-SCFDE的频域子信道概念，等同于MM0-0FDM中的子载波的概念。2、等效时域符号MS点FFT前及Ms点IFFT后的符号。3、等效频域符号MS点FFT后及Ms点IFFT前的符号。4、时域信号N点FFT前及N点IFFT后的符号。5、频域信号N点FFT后及N点IFFT前的符号。6、(q)t:矩阵的M-P逆。权利要求一种实现自适应MIMO-SCFDE系统低反馈速率的方法，其特征是，包括以下步骤(1)对于NT×NR的MIMO系统，NT表示发射天线数，NR表示接收天线数，收端根据信道状态信息、系统的非理想因素造成的性能损失、所采用的调制方式及所要求的系统误比特性能，从全部的N个频域子信道中选择出可用的MS个子信道并且确定信道矩阵的最佳秩S，只有可用频域子信道上传输信息符号，而其他频域子信道为禁用子信道不传输信息符号，然后生成子信道标识信息及信道秩信息，并将该子信道标识信息及信道秩信息经由反馈信道发送给发端；(2)发端根据所采用的调制方式和子信道标识信息及信道秩信息，形成S个原始的等效时域数据帧，经过MS点FFT，将原始数据帧的等效时域符号变换成等效频域符号，然后根据子信道标记信息及信道秩信息和收发双方约定的频域子信道映射矩阵将该等效频域符号预编码后映射到MS个可用频域子信道上，生成NT个N维频域向量，再利用N点IFFT变回到时域，串并变换加CP后同时被NT个发射天线发送出去；(3)收端将NR个接收天线接收到的数据帧去CP后，利用FFT变换到频域，根据子信道标识信息和频域子信道逆映射矩阵选出MS个可用频域子信道到上传输的信号，然后根据信道秩信息和信道状态信息生成均衡矩阵进行均衡，变换回等效时域后判决出发送信息。2.根据权利要求1所述的实现自适应MIMO-SCFDE系统低反馈速率的方法，其特征是，所述第(1)步的详细实现过程如下收发双方建立通信后，收端根据约定的信道估计方式获取当前信道的信道状态信息，其中信道状态信息为所有频域子信道的信道矩阵，其中各个频域子信道上的信道矩阵#，k=O，l，…，N-1;信道矩阵的最佳秩的确定及可用频域子信道选择的准则为，当采用某种调制方式并且考虑系统的非理想因素造成的性能损失，在系统所要求的误比特性能下传送尽可能多的信息符号，即尽量让信道矩阵的最佳秩与该秩下所选的可用频域子信道数的乘积MsXS或频谱效率7-l^:最大；信道矩阵的最佳秩S及可用频域子信道k,G{0，1，…，N-1}的选择如下在满足^1"I^(G、G"H)-呵下，最大化MsXS，其中Ms为可用子信道数，^=oMsG{0，1，…，NhSG{1，2，"'，^}，9=0，1，…，Ms_l，ox2为信息符号的平均功率，0/为噪声方差，SNR^为采用某种调制方式并考虑系統非理想因素后所要求的系统误比特性能所对应的等效时域均衡后信噪比；确定信道矩阵的最佳秩S及选出Ms个可用频域子信道后，生成频域子信道标识信息，D=(D(k)，k二0，l…，N-lh其中D(ig=l表示第k,个子信道为可用子信道，kqG{0，1，…，N-lhq二0，1，…，Ms-l，D(k)二O表示第k个子信道为不可用子信道，k半k"当收发双方通信前约定好预编码矩阵的列选择时，还需要生成log2(NT)比特的信道秩信息B，否则除了反馈回信道的最佳秩信息外还需要额外的反馈信息标识S列的选择；然后将该子信道标识信息及信道秩信息反馈回发端。3.根据权利要求1所述的实现自适应MIMO-SCFDE系统低反馈速率的方法，其特征是，所述第本发明的步骤中第(2)步的详细实现过程如下发端根据所采用的调制方式进行符号映射，形成待传输的S帧Ms个等效时域符号^^-(《,rf,《卢…，^^)、d二1，2，…，S，经过Ms点FFT，得到原始等效频域数据帧XMs，rf=(《s,rf，《s,",《￡—rf'f=FMsQ^,d;发端根据反馈得到的子信道标记信息D={D(k)，k=0，1，N-1}及信道秩信息B，生成频域子信道映射矩阵P及预编码矩阵Q，其中P^P-I仏，且P中的元素仅(kq+l，q+1)为l而该列的其它元素为0，k,表示第k,个可用频域子信道，k,G{0，1，，N-l}，q=0，l，…，Ms-l，预编码矩阵Q为单位阵的S列，当S列的选取在收发双方在通信前约定好时，根据信道秩信息，生成Q，在第q个等效频域子信道上，预编码将原始等效频域符号X^变换为QnX^=X《s二(Xc^"Z4一，…,Zc^,f，然后频域子信道映射矩阵P，将XcMs，,.=(^4,,,X《,2,…，Z《if映射到Ms个可用频域子信道k,上，生成N维向量，即第i根发射天线待发送的频域数据帧x力=dU;,'，…，《71)71=PP^《"z《,2，…,义cHf=p[KCMs,,.'其中《,=，其他《,0，i=1，2，…NT，对Xw,i做N点IFFT得到第i根发射天线待发送的时域数据帧^-(^Kw^f-F^OXw,,"=1，2，…，NT，加CP后进行D/A变换再进行载波调制由各个发射天线同时发送出去。4.根据权利要求1所述的实现自适应MIMO-SCFDE系统低反馈速率的方法，其特征是，所述第(3)步的详细实现过程如下由于CP的作用，在离散时域上，信号与信道脉冲响应的线性巻积可以转换成离散频域上的乘积，因此在第k个频域子信道上，信号分量为Y力=A404=A力X;《,2,…,Xj^f，且当k=kq时，X》=QDX^，否则XNk不携带信息，kqG{0，1，，N-1}，q=0，1，…，Ms-l，k=0，1，…，N-1，其中X^—^^,J^,2，…,XU为在第q个等效频域子信道上传输的原始等效频域符号，X^"XK，2，…,X;f为第k个频域子信道上的待发送符号向量；在接收端去CP后，第l根接收天线接收到有用信号部分jv,—3^,《,，…，3^f和接收噪声向量v^,…,M^f，做N点FFT得到频域形式分别为Yw—《,，4,…,《「y-Fw口jv,和W"y=^0^,,;然后，收端先根据子信道标识信息生成可用频域子信道逆映射矩阵PT，利用频域子信道逆映射矩阵PT，选出在可用子信道上传输的符号？"0^,,+\^,,)=(^,"','.,《:^)"+(《)，《),...,《7-')"，[1=1，2…，Nk，即只保留在第k,个子信道上传输的符号A、OQDX^+wi、^CX^+W》，kqG{0，l，…，N-l}，q=O，l，…，Ms-l;利用估计得到的Ak和根据信道秩信息得到的预编码矩阵Q，对选出来的符号进行均衡，在第k,个可用子信道上，均衡后的信号为^^Eq、A、X》+W》)二Eq、A、QCP^+W》hEqH^X^+W》)，kqG{0，l，…，N_l}，q=O，l，…，Ms_l，其中Eq、为均衡矩阵，当采用ZF均衡时，Eq~=(A、)t，当采用最小均方误差均衡时，Eq、=o"(^fp^、广，将均衡后的等效频域符号进行Ms点IFFT后得到估计第d个数据流的估计<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>全文摘要本发明提供了一种实现自适应MIMO-SCFDE系统低反馈速率的方法，包括以下步骤(1)收端选择出可用的子信道并且确定信道矩阵的最佳秩，只有可用频域子信道上传输信息符号，然后生成子信道标识信息及信道秩信息，经由反馈信道发送给发端；(2)发端形成S个原始的等效时域数据帧，变换成等效频域符号，将该等效频域符号预编码后映射到可用频域子信道上，生成N维频域向量，再发射天线发送出去；(3)收端选出个可用频域子信道到上传输的信号，进行均衡，变换回等效时域后判决出发送信息。本发明通过选择均衡放大噪声小的频域子信道传输信息使得误比特性能不会过度恶化；采用简单的预编码矩阵来对抗MIMO信道的缺秩。文档编号H04L1/02GK101719816SQ20091022978公开日2010年6月2日申请日期2009年11月6日优先权日2009年11月6日发明者杜岩,董雪申请人:山东大学