多天线系统中基于迫零判决反馈检测的功率控制方法

摘要

本发明多天线系统中基于迫零判决反馈检测的功率控制方法，特征是在最小化误块率的准则下，计算功率分配矩阵，通过部分反馈信道信息即只反馈功率信息，把信道矩阵与功率矩阵的乘积分解成一个酉阵和一个上三角阵，通过用功率矩阵加权发送信号，使分解得到的上三角矩阵具有等对角线的特点，以优化迫零判决反馈检测的检测顺序和检测性能，从而降低了平均误比特率和误块率。这种检测算法同时具有较低的复杂度和较低的系统平均误比特率和误块率，在实际系统中较易于实现。

主权项

1.一种多天线系统中基于迫零判决反馈检测的功率控制方法，首先将M个发射天线和N个接收天线的迫零判决反馈检测系统中的接收信号表示为r＝Hx+n的形式，其中，H是N×M信道增益矩阵，发送信号向量x＝[x₁ x₂ …x_M]^T，噪声向量n＝[n₁ n₂ …n_N]^T；在接收端把矩阵H分解成一个酉阵Q和一个上三角阵R，即：做QR分解H＝[Q Q′][R 0]^T，左乘Q^H，变换后的接收信号$\tilde{r}={\left[\begin{array}{cccc}{\tilde{r}}_1& {\tilde{r}}_2& ...& {\tilde{r}}_M\end{array}\right]}^T=Q^{H}r,$变换后的噪声向量$\tilde{n}={\left[\begin{array}{cccc}{\tilde{n}}_1& {\tilde{n}}_2& ...& {\tilde{n}}_M\end{array}\right]}^T=Q^{H}n,$得到中的第k个元素${\tilde{r}}_k=R_{k,k}{x}_k+{\Sigma }_{i=k+1}^M{R}_{k,i}{x}_i+{\tilde{n}}_k$k＝1，2，...，M，其中，R的对角线元素R_k，k k＝1，2，...，M，R的第k行第i列元素R_k，i k＝1，2，...，M，i＝k+1，k+2，...，M；然后进行初始化检测，检测发送信号向量的第M个元素x_M，定义$y=\frac{{\tilde{r}}_M}{R_{M,M}},$通过硬判决${\hat{x}}_M=q\left(y\right)$得到x_M的估计值再进行干扰抵消检测，当k＝M-1时，将代入公式${\tilde{r}}_k=R_{k,k}{x}_k+{\Sigma }_{i=k+1}^M{R}_{k,i}{x}_i+{\tilde{n}}_k$作干扰抵消，得到$y=\frac{{\tilde{r}}_{M-1}-R_{M-1,M}{\hat{x}}_M}{R_{M,M}},$并硬判决得到发送信号向量的第M-1个元素x_M-1的估计值循环该操作直到检测出发送信号向量的第1个元素x₁的估计值恢复出原始发送数据；其特征在于：将所述接收信号表示为考虑了功率控制的r＝HPx+n的形式，其中，P是发送功率矩阵，在接收端对矩阵HP作QR分解HP＝[Q Q′][R 0]^T，进行左乘Q^H的操作，其中Q和Q′分别是N×M和N×(N-M)酉阵，0是(N-M)×M全零矩阵，R是M×M上三角方阵，变换后的接收信号$\tilde{r}={\left[\begin{array}{cccc}{\tilde{r}}_1& {\tilde{r}}_2& ...& {\tilde{r}}_M\end{array}\right]}^T=Q^{H}r,$变换后的噪声向量$\tilde{n}={\left[\begin{array}{cccc}{\tilde{n}}_1& {\tilde{n}}_2& ...& {\tilde{n}}_M\end{array}\right]}^T=Q^{H}n,$得到中的第k个元素${\tilde{r}}_k=R_{k,k}{x}_k+{\Sigma }_{i=k+1}^M{R}_{k,i}{x}_i+{\tilde{n}}_k$k＝1，2，...，M，其中，R的对角线元素R_k，k k＝1，2，...，M，R的第k行第i列元素R_k，i k＝1，2，...，M，i＝k+1，k+2，...，M；采用无编码的q个星座点的正交幅度调制，将第k个被检测的符号的误比特率表示为P_e，k，信噪比表示为ρ_k，在高信噪比范围下有$P_{e,k}\approx 0.2\exp (-\frac{{1.6\rho }_k}{q-1})=0.2\exp (-\frac{1.6}{q-1}\frac{R_{k,k}^2}{{\sigma }^2})$k＝1，2，...，M，对某一确定的总发射功率，在接收端计算最小化误块率的优化的发送功率矩阵$P=\arg \underset{\mathrm{tr}\left(P^{H}P\right)=P_t}{\max }\left\{{\Sigma }_{k=1}^M\ln (1-P_{e,k})\right\},$使得R矩阵是等对角矩阵；令R＝RP，其中R是M×M的上三角方阵，且满足H＝QR，求出各个天线优化的发送功率的解：$P_k=P_t\frac{{\bar{R}}_{k,k}^{-2}}{{\Sigma }_{i=1}^M{\bar{R}}_{i,i}^{-2}}$k＝1，2，...，M，$P=\mathrm{diag}(\sqrt{P_1},\sqrt{P_2},...,\sqrt{P_M}),$将该优化的发射功率矩阵P通过反馈信道从接收端反馈给发送端，各天线在发送端对信号乘以优化的发送功率矩阵P，通过各天线发送信号；接收端对优化的功率控制的发送符号进行迫零判决反馈检测，检测出原始发送数据。