MIMO‑OFDM系统下行信息数据的处理方法

摘要

本发明公开了一种MIMO‑OFDM系统下行信息数据的处理方法，主要解决传统下行信息数据的处理方法不能获得最优误码率性能的问题。其处理过程为：(1)对子载波进行分组，并构造每组子载波对应的发送和接收信号矢量及信道矩阵；(2)对每组子载波对应的调制信号进行归一化和扰动；(3)对归一化和扰动后信号矢量进行多流干扰抑制并进行发射功率控制；(4)对每组子载波对应的接收信号矢量进行增益补偿和求模运算；(5)对求模运算后得到的归一化调制信号矢量估计值进行反归一化；(6)对反归一化后的正交振幅调制信号矢量的估计值进行解调。本发明具有误码率低，复杂度可调节的优点，用于MIMO‑OFDM通信系统的收发机设计。

主权项

一种MIMO‑OFDM系统下行信息数据的处理方法，包括如下步骤：(1)对子载波进行分组：发送端将N个子载波分为M组，每个组中包含Q个频率互不相同的子载波，用集合I＝{1,2,…,N}表示第1至第N个子载波集合，用集合I_m＝{n_m,1,n_m,2,…,n_m,Q}表示第m组中第n_m,1至第n_m,Q个子载波的集合，用集合I_m′＝{n_m′,1,n_m′,2,…,n_m′,Q}表示第m′组中第n_m′,1至第n_m′,Q个子载波的集合，则分组的结果用公式表示为N＝MQ，I₁∪I₂∪…∪I_M＝I，式中，表示空集，M的取值范围为1到N；(2)构造每组子载波对应的发送和接收信号矢量及信道矩阵：(2a)将第m组子载波上的发送信号矢量表示为：X_m＝[X(n_m,1)^T,X(n_m,2)^T,…,X(n_m,i)^T,…,X(n_m,Q)^T]^T，其中，X(n_m,i)＝[x₁(n_m,i),x₂(n_m,i),…,x_B(n_m,i)]^T表示第m组的第i个子载波所对应的B个发射天线上的信号矢量，i＝1,…,Q，上标“T”表示矩阵转置；(2b)将第m组子载波上的加性高斯白噪声矢量表示为：Z_m＝[Z(n_m,1)^T,Z(n_m,2)^T,…,Z(n_m,i)^T,…,Z(n_m,Q)^T]^T，其中，Z(n_m,i)＝[z₁(n_m,i),z₂(n_m,i),…,z_R(n_m,i)]^T表示第m组的第i个子载波所对应的R个接收天线上的加性高斯白噪声矢量，i＝1,…,Q；(2c)将第m组子载波对应的信道矩阵表示为：H_m＝diag(H(n_m,1),H(n_m,2),…,H(n_m,i),…,H(n_m,Q))，其中，H(n_m,i)为第m组的第i个子载波上的MIMO信道矩阵，i＝1,…,Q，diag(·)表示生成对角矩阵；(2d)将第m组子载波上的接收信号矢量表示为：Y_m＝[Y(n_m,1)^T,Y(n_m,2)^T,…,Y(n_m,i)^T,…,Y(n_m,Q)^T]^T，其中，Y(n_m,i)＝[y₁(n_m,i),y₂(n_m,i),…,y_R(n_m,i)]^T表示第m组的第i个子载波所对应的R个接收天线上的信号矢量，i＝1,…,Q；(2e)根据每个载波上的接收信号等于发射信号与信道乘积加噪声的模型，及(2a)、(2b)、(2c)、(2d)的对应关系，得到如下关系式：Y_m＝H_mX_m+Z_m；(3)对每组子载波对应的调制信号进行归一化和扰动：(3a)对每组子载波对应的调制信号进行归一化：设A_m＝[A(n_m,1)^T,A(n_m,2)^T,…,A(n_m,i)^T,…,A(n_m,Q)^T]^T为第m组子载波上的正交振幅调制QAM信号矢量，其中A(n_m,i)＝[a₁(n_m,i),a₂(n_m,i),…,a_k(n_m,i),…,a_B(n_m,i)]^T表示第m组的第i个子载波所对应的B个发射天线上的QAM信号矢量，其中a_k(n_m,i)表示第m组的第i个子载波所对应的第k个发射天线上的QAM调制符号；设正交振幅调制QAM星座图中包含μ²个调制星座点，则a_k(n_m,i)的实部和虚部的取值都包含在集合{±1,±3,…,±(μ‑1)}中，为了使a_k(n_m,i)的实部和虚部的绝对值小于等于0.5，发送端对A_m信号矢量用2μ进行归一化，得到归一化后的调制信号矢量S_m为：S_m＝A_m/2μ；(3b)构造归一化后调制信号矢量S_m的扰动矢量：搜索QR维复整数域内所有QR×1维矢量l′_m的取值，选取使函数达到最小值时所对应的l′_m作为S_m的扰动矢量l_m，用公式表示为：式中，argmin表示求使函数达到最小值时自变量的取值，表示QR维复整数域，表示信道矩阵H_m的Moore‑Penrose逆矩阵，||·||²表示2‑范数；(3c)用扰动矢量l_m对归一化调制信号矢量S_m扰动，得到扰动后信号矢量T_m为：T_m＝S_m+l_m；(4)用扰动后信号矢量T_m左乘以抑制多个发送数据流之间的干扰，得到第m组子载波上的发送信号矢量X_m为：(5)发送端对M组发送信号矢量X_m，m＝1,2,…,M，进行功率控制后，通过发射天线同时发送出去；(6)接收端对M组接收信号矢量Y_m，m＝1,2,…,M，进行增益补偿，并对补偿后的接收信号矢量进行求模运算，以去除扰动矢量l_m，得到S_m的估计值式中，表示向下取整，j表示虚数单位，Re(·)表示实部，Im(·)表示虚部；(7)接收端对归一化调制信号矢量的估计值用2μ进行反归一化，得到正交振幅调制QAM信号矢量A_m的估计值${\tilde{A}}_m=2\mu {\tilde{S}}_m,m=1,2,...,M;$(8)接收端对正交振幅调制QAM信号矢量A_m的估计值m＝1,2,…,M，进行解调，恢复出发送端发送的下行信息数据。