專利名稱：一種信號預編碼方法
技術領域：
本發明涉及移動通信系統的信號發送技術，特別涉及一種信號預編碼方法。
背景技術：
在移動通信系統中，發送端發送各種信號，該信號經過無線信道到達接收端后，可能發生了某種變化，接收端利用一定的算法將接收到的信號恢復為發送信號的過程，稱為信號檢測。
假定接收端接收到的信號為Y＝Hd+n(1)其中，A為信道矩陣，表示發送信號在傳輸過程中經過的信道特性，d為發送信號，表示發送端的實際信息，n為信道噪聲。接收端進行信號檢測時，通常采用的方式為首先求得加權因子W，再根據Y＝Wd估計發送信號。
不同的信號檢測算法，其加權因子W的求解方法各不相同。迫零(ZF)算法和最小均方差線性塊均衡(MMSE)算法均是常用的信號檢測方法，尤其在多入多出(MIMO)系統中，如TD-SCDMA，ZF和MMSE得到了廣泛的應用。
如果利用ZF算法對上述(1)式表示的接收信號進行檢測，則檢測過程中所需的加權因子為WZF=(HHRn-1H)-1HHRn-1---(2)]]>如果利用MMSE算法對上述(1)式表示的接收信號進行檢測，則檢測過程中所需的加權因子為WMMSE=(HHRn-1H+Rd-1)-1HHRn-1---(3)]]>
由(2)式和(3)可以看出，ZF和MMSE算法在求解加權因子時，都涉及到矩陣的求逆過程。為了研究的方便，這里假設噪聲n是高斯白噪聲，其協方差矩陣為單位陣，即Rn＝I以ZF算法中加權因子的求解方法為例，其加權因子可以簡化為WZF＝(HHH)-1HH(4)在某些情況下，(4)式中矩陣HHH的求逆可能發生奇異。
下面舉1個具體的例子進行說明。圖1為兩發兩收的MIMO系統。在該系統中，假設天線1、2在單位時間T內的發送信號為d1，d2，在接收端以N倍的速率進行采樣，則接收信號為y11y12···y1Ny21y22···y2Nh11h21h11h21······h11h21h12h22h12h22······h12h22d1d2+n---(6)]]>式(6)可以簡化為Y＝Hd+n (7)為了說明的方便，這里假設h11，h12，h21，h22都是1，下面如沒特別說明，此假設成立，很顯然HHH，是一個奇異矩陣，無法進行求解，則無法求得加權因子，進而無法正確估計發送信號d，這樣就將嚴重的降低系統的性能。在MIMO系統中，當信道為高斯信道或信道各支路間相關性較強時，矩陣HHH發生奇異的可能性較大，嚴重的情況下，會導致MIMO系統無法正常檢測信號。
事實上，對于其它的信號檢測算法，在進行信號檢測的過程中，也可能涉及到某矩陣的求逆過程，如果該矩陣發生奇異，都會出現信號檢測性能下降的問題。
發明內容
有鑒于此，本發明提供一種信號預編碼方法，提高MIMO系統在高斯信道或相關性較強的信道環境下的信號檢測性能。
為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案一種信號預編碼方法，其特征在于，該方法包括a、對各個發射天線上的信號進行延遲；b、對各個延遲信號進行相位加權。
較佳地，步驟b中可以對各個延遲信號進行隨機相位加權。
較佳地，用于加權的隨機相位可以為 αl，l＝1，2，…，L和βm，m＝1，2，…，M是隨機變化的相位加權值，W為DFT變換中的基頻分量，且有W=e-j2πL,]]>L為可以處理的最大時延數。
較佳地，在所述步驟b前可以進一步包括對信道特性進行估計，并根據估計的信道矩陣，確定步驟b中用于加權的相位。
較佳地，可以在由信道矩陣構成的等效信道矩陣滿足H~HH~=I]]>時，確定所述步驟b中用于加權的相位，其中， 為等效信道矩陣，(·)H表示求矩陣的共軛轉置，I為單位矩陣。
較佳地，其特征在于，所述進行延遲為延遲一個或多個抽樣時間。
較佳地，在步驟a中，可以根據信道窗長，確定對各個發射天線上信號延遲的時間。
較佳地，所述確定對各個發射天線上信號延遲的時間可以為對所有發射天線上的信號，延遲相同的時間，且所述相同的時間小于或等于信道窗長；或者，對不同發射天線上的信號，延遲不同的時間，且延遲的最長時間小于或等于信道窗長。
由上述技術方案可以看出，本發明中，對于各個發射天線上的信號，首先進行延遲，然后對各個延遲信號進行相位加權，經過上述處理后再進行發送。應用上述預編碼過程處理后的信號到達接收端后，對其進行原始信號的檢測時，需要消除加權的相位和延遲的時間，等效于對信道矩陣進行了改造。這樣，在后續的檢測過程中，對于依照原本的信道矩陣會出現奇異的求逆矩陣，這時將不再奇異，因此大大提高系統的信號檢測性能。尤其使MIMO系統在高斯信道或相關性較強的信道下，大大降低了信號檢測過程中出現求逆矩陣發生奇異的機率，改善了MIMO系統的工作性能。
圖1為兩發兩收MIMO系統的結構示意圖。
圖2為本發明一種信號預編碼方法的總體流程圖。
圖3為本發明實施例的一種信號預編碼方法的具體流程圖。
圖4為本發明與現有技術的信號檢測仿真比較圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術手段和優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明做進一步詳細說明。
本發明的基本思想是對于各個發射天線上的信號，首先延遲一定的時間，然后對各個延遲信號的相位進行加權，經過上述處理后再進行發送。
圖2為本發明一種信號預編碼方法的總體流程圖。如圖2所示，該方法包括步驟201，將各個發射天線上的信號進行延遲。
步驟202，對各個延遲信號進行相位加權。
應用上述方法將發送信號d進行信號預編碼，得到在發射天線上發送的信號d~=Td,]]>這樣在接收端，接收信號就可寫成Y=HTd+n=H~d+n,]]>如能適當的選取預編碼矩陣T，將使矩陣 發生奇異的可能性極小。這種方式也等效于將信道矩陣進行了改造，改造后的等效信道矩陣可以表示為H~=Σl=1LHldiag(θl)---(8)]]>其中，L為可以處理的最大時延數，Hl為第l徑所對應的信道矩陣，θl為隨機相位矢量，diag(·)表示對角矩陣。
上式中，αl，l＝1，2，…，L和βm，m＝1，2，…，M是隨機變化的相位加權值，W為DFT變換中的基頻分量，且有W=e-j2πL.]]>通過上述方式也即得到了預編碼矩陣T。
當然也可使用別的方法來求得隨機相位，此方法不唯一，其目的是使等效信道矩陣盡量滿足H~HH~=I]]>的條件。
在上述步驟202中，對延遲信號進行相位加權時，可以采用兩種方式一、對于有反饋鏈路的信道，在已知特定信道特性的情況下，可以根據信道特性，計算對應的延遲信號加權時利用的相位，從而得到預編碼矩陣T。
二、在未知特定信道特性的情況下，可以直接將延遲信號加權時利用的相位隨機化，從而得到預編碼矩陣T。
下面以圖1所示的MIMO系統為例，結合本發明的具體實施例，說明在上述兩種相位加權情況下，本發明的信號預編碼方法的具體實施方式
。
實施例本實施例中，假定圖1所示的MIMO系統進一步為TD-SCDMA系統，其上行和下行業務信道是對稱的，因此可以獲取信道矩陣。
本實施例繼續采用式(6)所示的接收信號模型，并且將其簡化為
y11y12y21y22=h11h21h11h21h12h22h12h22d1d2+n---(10)]]>對(10)式中的發送信號d1，d2進行預編碼，從而提高系統的信號檢測性能。
圖3為本發明實施例的一種信號預編碼方法的具體流程圖。如圖3所示，該方法包括步驟301，將各個發射天線上的信號進行延遲。
通常，信號進行延遲發送時，延遲的時間均以抽樣時間為單位，延遲一個或多個抽樣時間。對于不同的發射天線上的信號，可以延遲相同的時間發送，或者各自延遲不同的時間發送。
延遲時間的確定可以以信道窗長為依據，延遲的時間最好不要超過信道窗長，以免發生信號間干擾。具體地，當所有發射天線上的信號延遲相同的時間發送時，延遲的時間小于或等于信道窗長；當不同發射天線上的信號延遲不同的時間發送時，延遲的最長時間小于或等于信道窗長。
步驟302，對信道特性進行估計。
本實施例中，由于系統是TD-SCDMA，上下行的業務信道互相對稱，信道特性可以認為是相同的。發送端可以根據接收端發來的訓練序列估計出接收端到發送端的信道特性，將估計出的該信道特性作為發送端到接收端的信道特性，形成信道矩陣H。
步驟303，根據步驟302得到的信道矩陣，確定用于加權的相位。
為了簡便，只考慮一個接收天線，這樣對于式(10)的接收信號，若發送信號經加權后發送，則接收信號可以寫成y11y12=ejθ1h11ejθ2h21ejθ3h11ejθ4h21d1d2+n=ejθ1ejθ2ejθ3ejθ4·Hd1d2+n=H~d+n---(11)]]>其中，θi為加權的相位，H~=ejθ1ejθ2ejθ3ejθ4·H.]]>由于 為單位矩陣時系統的性能最佳，且不會發生奇異，因此在確定加權的相位θi時，優選的方式為根據步驟302得到的信道矩陣H，計算當等效矩陣 滿足H~HH~=1001]]>時，加權相位θi的值。
步驟304，利用步驟303中確定的加權的相位θi對延遲信號進行加權。
至此，本實施例中的信號預編碼方法流程結束。應用上述方法處理后的發送信號，在到達接收端后，其等效的信道矩陣滿足條件 為單位矩陣。這樣，在利用ZF、MMSE算法計算加權因子時，求逆矩陣發生奇異的可能性就很小了，可以大大提高系統的信號檢測性能。
尤其對于相關性很強的信道，就信道本身而言，信道矩陣滿足HHH發生奇異的可能性較大。在此類系統中應用本發明的方法，能夠顯著改善系統的信號檢測性能，使系統正常工作。對于多徑信道，上述方法也能很好地發揮作用。
在上述實施例中，步驟301對信號進行延遲的操作和步驟302對信道特性進行估計的操作是順序執行的。在實際系統中，步驟301和302可以同時執行或以任意順序執行。
上述實施例中，對延遲信號進行的相位加權，是根據已知的信道特性進行的。在某些未知信道特性的條件下，從統計意義上講，將加權的相位隨機化，也可以使得等效矩陣滿足 為單位矩陣的條件。這時，在對延遲信號進行相位加權時，可以不需要執行步驟302和303，直接執行步驟304，對延遲信號進行隨機相位加權，具體計算θi時可以采用前述的式(8)和(9)所示的方式。
下面通過與現有技術的仿真對比說明本發明實施例中信號預編碼方法對系統檢測性能的改善效果。
在一個兩根發射天線、八根接收天線的MIMO系統中，分別利用本發明和現有技術的方法進行信號發送，再利用相同的MMSE算法對接收信號進行檢測。圖4為兩種情況下信號檢測后信噪比與誤塊率的關系圖。
其中，曲線401對應的是現有技術的發送信號，該信號自形成后未經過處理直接在各個發射天線上進行發送；曲線402對應的是本發明的發送信號，該信號是經過圖3所示的方法進行信號預編碼后在各個發射天線上發送的，并且，相位加權采用的是隨機加權的方式。
由圖4可以看出，按照現有技術的方法發送信號后，系統在進行信號檢測時，無法正確檢測出信號，而應用本發明的方法對信號進行預編碼后，系統在進行信號檢測時，可以正常工作，對信號進行檢測，并且隨信噪比的提高，性能提高越大。
由上述實施例以及仿真結果可以看出，本發明中，對于各個發射天線上的信號，首先延遲一定的時間，然后對各個延遲信號的相位進行加權，經過上述處理后再進行發送。應用上述預編碼過程處理后的信號到達接收端后，對其進行原始信號的檢測時，需要消除加權的相位和延遲的時間，等效于對信道矩陣進行了改造。這樣，在后續的檢測過程中，對于依照原本的信道矩陣會出現奇異的求逆矩陣，這時將不再奇異，因此大大提高系統的信號檢測性能。尤其使MIMO系統在高斯信道或相關性較強的信道下，大大降低了信號檢測過程中出現求逆矩陣發生奇異的機率，改善了MIMO系統的工作性能。
以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種信號預編碼方法，其特征在于，該方法包括a、對各個發射天線上的信號進行延遲；b、對各個延遲信號進行相位加權。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b中對各個延遲信號進行隨機相位加權。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，用于加權的隨機相位為 α1，l＝1，2，..，L和βm，m＝1，2，..，M是隨機變化的相位加權值，W為DFT變換中的基頻分量，且有W=e-j2πL,]]>L為可以處理的最大時延數。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟b前進一步包括對信道特性進行估計，并根據估計的信道矩陣，確定步驟b中用于加權的相位。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在由信道矩陣構成的等效信道矩陣滿足H~HH~=I]]>時，確定所述步驟b中用于加權的相位，其中， 為等效信道矩陣，(·)H表示求矩陣的共軛轉置，I為單位矩陣。
6.根據權利要求1到5中任意一項所述的方法，其特征在于，所述進行延遲為延遲一個或多個抽樣時間。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟a中，根據信道窗長，確定對各個發射天線上信號延遲的時間。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述確定對各個發射天線上信號延遲的時間為對所有發射天線上的信號，延遲相同的時間，且所述相同的時間小于或等于信道窗長；或者，對不同發射天線上的信號，延遲不同的時間，且延遲的最長時間小于或等于信道窗長。
全文摘要
本發明公開了一種信號預編碼方法，其特征在于，該方法包括將各個發射天線上的信號進行延遲；對各個延遲信號進行相位加權。應用上述預編碼過程處理后的信號到達接收端后，對其進行原始信號的檢測時，需要消除加權的相位和延遲的時間，等效于對信道矩陣進行了改造。這樣，在后續的檢測過程中，對于依照原本的信道矩陣會出現奇異的求逆矩陣，這時將不再奇異，因此大大提高系統的信號檢測性能。
文檔編號H04L1/06GK1968070SQ20061014524
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月24日 優先權日2006年11月24日
發明者程型清 申請人:普天信息技術研究院