CN101662340A - Mimo***的信噪比计算和调制方式选择方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MIMO***的等效信噪比计算和调制方式选择方法及装置，涉及无线通信领域，解决了现有技术中对于ML接收机计算SNR不准确，并且选择调制方式不适当的问题。本实施例利用最小欧氏距离和噪声功率计算等效SNR，能够较为准确地反映ML接收机的等效SNR，同时在选择调制方式时，先要计算所有调制方式对应的性能参数，并且该性能参数与上述计算的等效SNR有关，所以，最后选择的调制方式也较为适合ML接收机。本发明实施例主要用于无线通信***，特别是用在采用ML接收机的无线通信***中。

Description

MIMO***的信噪比计算和调制方式选择方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信***，尤其涉及在采用MIMO(多输入多输出，multi-input-multi-output)方式的无线通信***中进行等效信噪比计算和调制方式选择的方法及装置。

背景技术

无线通信***中，信道容量随着天线数的增加而增大，MIMO(多输入多输出)***通过在发送端和接收端处分别放置多根天线，以提高无线链路的频谱效率及无线链路的可靠性。为了有效利用MIMO***中的MIMO信道，研究人员提出了各种方法来提高MIMO信道容量，如空时编码、预编码等。

在蜂窝通信***中，移动终端通常需要对基站发送给移动终端的下行数据进行信噪比(SNR，Signal to Noise Ratio)测量和计算，并将SNR携带在上行信道的CQI(信道质量反馈)中反馈给基站，基站根据CQI中的SNR选择适合的调制编码方式对下行数据进行处理。同样，基站也需要测量上行数据的SNR，并根据SNR为移动终端选择合适的调制编码方式，并通过下行控制信道将调制编码方式信息发送至移动终端，以便移动终端按照相应的调制编码方式发送上行数据。

如图1所示，为MIMO***的结构框图，图中n_T为发射天线数，n_R为接收天线数，发射天线发射出的信号s₁至

组成n_T×1维的发射向量S，接收天线接收到的信号x₁至

组成n_R×1维的接收向量X，发射向量和接收向量之间满足如下关系：X＝HS+N。其中H为n_R×n_T维的信道矩阵，N代表接收天线接收到的方差为σ_n ²的高斯噪声向量。

上述的发射向量S满足：

高斯噪声向量N满足：I表示单位矩阵。

下面以现有技术2×2的MIMO***为例说明的SNR计算方法和调制编码方式选择方法。

由X＝HS+N在2×2的MIMO***中具体表示如下：

$\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\end{array}\right)$

在不去除噪声影响的前提下，计算出的发射向量表示如下：

$\left(\begin{array}{c}{\hat{s}}_1\\ {\hat{s}}_2\end{array}\right)={(H^{H}H+{\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{n_T})}^{-1}{H}^H\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right)=A\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{a}_{11}& a_{12}\\ a_{21}& a_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\end{array}\right)+\left(\begin{array}{cc}{a}_{11}& a_{12}\\ a_{21}& a_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{n}_1\\ n_2\end{array}\right)$

其中A＝(H^HH)^-1H^H

将上式简化后，得出：

$\left(\begin{array}{c}{\hat{s}}_1\\ {\hat{s}}_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{c}_{11}{s}_1+c_{12}{s}_2+d_{11}{n}_1+d_{12}{n}_2\\ c_{21}{s}_1+c_{22}{s}_2+d_{21}{n}_1+d_{22}{n}_2\end{array}\right)$

由于上述计算出的发射向量的元素

的表达式中只有c₁₁s₁是信号分量，其余的都是噪声分量；而对于元素的表达式中只有c₂₂s₂是信号分量，其余的都是噪声分量。所以该MIMO***中两层的信噪比分别表示如下：

${\mathrm{SNR}}_{s_1}=\frac{{\left|c_{11}\right|}^2{E}_s}{{\left|c_{12}\right|}^2{E}_s+({\left|d_{11}\right|}^2+{\left|d_{12}\right|}^2){\mathrm{\σ}}_n^2}$

${\mathrm{SNR}}_{s_2}=\frac{{\left|c_{21}\right|}^2}{{\left|c_{22}\right|}^2{E}_s+({\left|d_{21}\right|}^2+{\left|d_{22}\right|}^2){\mathrm{\σ}}_n^2}$

如果该MIMO***采用单码字，则先计算每一层的SNR，再利用每一层的SNR计算等效信噪比。

每一种调制编码方案要达到一定的误包率需要保证一定的SNR，当给定误包率时，可通过查表获得采用该调制编码方案需要的SNR。从调制编码方案(MCS)中选出达到数据要求的QoS所需SNR小于测量得出的SNR的所有MCS，最后选取能达到最大发送速率的MCS作为发射端的MCS。

在实现上述SNR的计算以及MCS的选择过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有技术中计算SNR并根据SNR进行调制方式选择的方法只能适用于MMSE(最小均方差准则)、ZF(迫零算法)等线性接收机，对于ML(最大似然)这样的非线性接收机，采用现有技术方法不能准确计算出SNR，导致调制方式的选择不恰当。同时，由于ML接收机在调制方式发生变化时，对应的SNR也会发生变化，因而现有技术中完全根据当前调制方式中的SNR来选择将要使用的调制方式，将造成所选择的调制方式并不能较好地符合信道质量的需求。

发明内容

本发明的实施例提供一种MIMO***的等效信噪比计算和调制方式选择方法及装置，使得在采用ML接收机时能够准去计算出SNR，并且选择能够达到发送数据服务质量需求的调制方式。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种MIMO***的等效信噪比计算方法，包括：

估计MIMO接收机的信道矩阵；

计算各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由各层接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定。

一种MIMO***的调制方式选择方法，包括：

获取每种调制方式组合中各层对应的调制比特数；

计算每种调制方式组合中各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由每种调制方式组合中各层接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定；

根据所述调制比特数和等效信噪比确定每种调制方式组合的性能参数；

选取所述性能参数最优的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

一种MIMO***的等效信噪比计算装置，包括：

估计单元，用于估计MIMO接收机的信道矩阵；

计算单元，用于计算各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由各层接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定。

一种MIMO***的调制方式选择装置，包括：

获取单元，用于获取每种调制方式组合中各层对应的调制比特数；

计算单元，用于计算每种调制方式组合中各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由每种调制方式组合中各层接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定；

处理单元，用于根据所述调制比特数和等效信噪比确定每种调制方式组合的性能参数；

选择单元，用于选取所述性能参数最优的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

本发明实施例提供的MIMO***的等效信噪比计算和调制方式选择方法及装置，在进行调制方式选择时，首先要计算每种调制方式组合中由最小欧氏距离决定的等效信噪比，并通过该等效信噪比计算出相应的MIMO***的性能参数，最后选择性能参数最优的调制方式组合作为MIMO***的调制方案，由于本实施例的等效信噪比是由接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定的，可以适用于非线性的ML接收机，并且准确地得出ML接收机的等效信噪比，故而本实施例中选择出的调制方案是较为适合ML接收机的，能够满足信道质量的要求。

附图说明

图1为MIMO***的结构框图；

图2为本发明实施例1中MIMO***的调制方式选择方法的流程图；

图3为本发明实施例1中MIMO***的调制方式选择装置的框图；

图4为本发明实施例2中MIMO***的等效信噪比计算方法的流程图；

图5为本发明实施例2中MIMO***的等效信噪比计算装置的框图；

图6为本发明实施例3中MIMO***的等效信噪比计算方法的流程图；

图7为本发明实施例3中MIMO***的等效信噪比计算装置的框图；

图8为本发明实施例4中MIMO***的调制方式选择方法的流程图；

图9为本发明实施例4中MIMO***的调制方式选择装置的框图；

图10为本发明实施例5中MIMO***的调制方式选择方法的流程图；

图11为本发明实施例5中MIMO***的调制方式选择装置的框图；

图12为采用不同调制方式选择方法得出的性能对比图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例MIMO***的等效信噪比计算和调制方式选择方法及装置进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种MIMO***的等效信噪比计算方法，如图2所示，该方法包括如下步骤：

201、估计MIMO接收机的信道矩阵。

202、计算各层接收到信号对应的等效信噪比，该等效信噪比由各层接收到信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定，欧氏距离是决定信号检测误符号率的一个因素，在其他参数相同的情况下，欧氏距离越小就表示信号判错的概率越大，解调处理后的等效信噪比也就越小。

对应于上述MIMO***的等效信噪比计算方法，本实施例还提供一种MIMO***的等效信噪比计算装置，如图3所示，该装置包括：估计单元31和计算单元32。

其中，估计单元31用于估计MIMO接收机各的信道矩阵；通过计算单元32计算各层接收到信号对应的等效信噪比，该等效信噪比由各层接收到信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定。

对于ML接收机来说，其等效信噪比的推导过程如下：

ML接收机的第k层成对误符号率满足下式：

$P(s^i\→s^j)\≤\frac{1}{{\left(\frac{\mathrm{\ρ}}{4N_T}{\left|\right|H(s^i-s^j)\left|\right|}_F^2\right)}^{N_R}}$

其中sⁱ表示发射的信号矢量，s^j表示接收机判决后得到的信号矢量。

故而，接收机的误符号率为：

$P_k\left(e\right)\≈\underset{s^i\∈S}{\mathrm{\Σ}}P\left(s^i\right)\underset{s^j\∈S,s^j\left(k\right)\≠s^i\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}P(s^i\→s^j)$

P(sⁱ)为sⁱ的发送概率。

由接收机误符号率可以得出第k层误比特率为：

${\mathrm{BER}}_k\≈\underset{s^i\∈S}{\mathrm{\Σ}}P\left(s^i\right)\underset{s^j\∈S,s^j\left(k\right)\≠s^i\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{Bits}}_k(s^i,s^j)}{M_k}P(s^i\→s^j)$

其中Bits_k(sⁱ，s^j)表示发射信号矢量sⁱ和s^j的第k层调制符号间不同的调制比特数，M_k为第k层调制编码方式所含的调制比特数。

对于特定的调制编码方式组合而言，Bits_k(sⁱ，s^j)和M_k是确定的值，在发射信号功率和干扰噪声功率不变的情况下，第k层的误比特率主要由第k层元素不同的发射信号间的最小欧氏距离决定，即由

中的分母项中的||H(sⁱ-s^j)||_F ²决定。

如果||H(sⁱ-s^j)||_F ²越小，即欧氏距离越小，其相应的误比特率就越高，故而本实施例中可以通过最小的欧氏距离计算等效信噪比，所以本步骤需要按照如下公式计算每种调制编码方式组合中各层对应的最小欧氏距离。

下面结合具体的实施例2说明等效信噪比的计算。

实施例2：

在进行CQI反馈时需要进行信噪比的计算，为了在使用ML接收机时能够较为准确地计算信噪比，本实施例提供一种MIMO***的等效信噪比计算方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：

401、估计MIMO接收机的信道矩阵。

402、根据各层的调制方式和信道矩阵计算各层对应的最小欧氏距离。

在具体应用时，最小欧氏距离的计算包含两种情况，具体如下：

第一、计算每种调制方式组合中各层对应的符号级最小欧氏距离，第k层符号级最小欧氏距离为

其中s＝[s₁，s₂，...，s_k，...，s_M]^T为发射信号向量，s_k为第k层的发射符号，s′＝[s₁′，s₂′，...，s_k′，...，s_M′]^T为接收机实际判决向量，最大层数为M。

第二、计算每种调制方式组合中各层对应的比特级最小欧氏距离，第k层第j比特的比特级最小欧氏距离为

其中s＝[s₁，s₂，...，s_k(b_k，1，...，b_k，j，...)，...，s_M]^T为发射信号向量，s_k为第k层的发射符号，b_k，j为第k层第j个比特，s′＝[s₁′，s₂′，...，s_k(b_k，1′，...，b_k，j′，...)，...，s_M′]^T为接收机实际判决接收信号。

403、将所述最小欧氏距离除以噪声功率得出等效信噪比，公式如下：

如果步骤402中计算的为符号级最小欧氏距离，则得出的等效信噪比为符号级等效信噪比，具体计算公式为：

其中s＝[s₁，s₂，...，s_k，...，s_M]^T为发射信号向量，s_k为第k层的发射符号，s′＝[s₁′，s₂′，...，s_k′，...，s_M′]^T为接收机实际判决向量，最大层数为M，σ²为噪声功率，即：接收机受到的干扰和热噪声之和；

如果步骤402中计算的为比特级最小欧氏距离，则得出的等效信噪比为比特级等效信噪比，具体计算公式为：

其中s＝[s₁，s₂，...，s_k(b_k，1，...，b_k，j，...)，...，s_M]^T为发射信号向量，s_k为第k层的发射符号，b_k，j为第k层第j个比特，s′＝[s₁′，s₂′，...，s_k(b_k，1′，...，b_k，j′，...)，...，s_M′]^T为接收机实际判决接收信号，最大层数为M，σ²为噪声功率，即接收机受到的干扰和热噪声之和。

对应于上述MIMO***的信噪比计算方法，本实施例还提供一种MIMO***的等效信噪比计算装置，如图5所示，该装置包括估计单元51和计算单元52。

其中，估计单元51用于测量MIMO接收机的信道矩阵；计算单元52用于计算各层接收到信号对应的信噪比，该信噪比由各层接收到信号间的最小欧氏距离和噪声功率决定。

在具体运用时，所述计算单元52包括：第一计算模块521和第二计算模块522。所述第一计算模块521首先根据各层调制方式和信道矩阵计算各层接收到信号对应的最小欧氏距离。

如果计算符号级最小欧氏距离，其计算公式为：

其中s＝[s₁，s₂，...，s_k，...，s_M]^T为发射信号向量，s_k为第k层的发射符号，s′＝[s₁′，s₂′，...，s_k′，...，s_M′]^T为接收机实际判决向量，最大层数为M。

如果计算比特级最小欧氏距离，其计算公式为：

其中s＝[s₁，s₂，...，s_k(b_k，1，...，b_k，j，...)，...，s_M]^T为发射信号向量，s_k为第k层的发射符号，b_k，j为第k层第j个比特，s′＝[s₁′，s₂′，...，s_k(b_k，1′，...，b_k，j′，...)，...，s_M′]^T为接收机实际判决接收信号。

第二计算模块522用于将所述最小欧氏距离除以噪声功率后得出各层接收到信号对应的信噪比。

在本实施例中通过最小欧氏距离来计算信噪比，能够较为准确地反映ML接收机的性能。

实施例3：

本实施例提供一种MIMO***的调制编码方式选择方法，如图6所示，该调制编码方式选择方法包括如下步骤：

601、获取每种调制方式组合中各层对应的调制比特数，这里的调制比特数就是调制出的符号中包含的比特数，对于不同的调制方式而言调制出的符号中包含的调制比特数不同。

602、计算每种调制方式组合中各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由每种调制方式组合中各层接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定；欧氏距离是决定信号检测误符号率的一个因素，在其他参数相同的情况下，欧氏距离越小就表示信号判错的概率越大，解调处理后的等效信噪比也就越小。

603、根据所述调制比特数和等效信噪比确定每种调制方式组合的性能参数。

604、选取所述性能参数最优的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

一般情况下，如果采用多码字的MIMO***，可以通过上述计算出的等效信噪比确定该调制方式组合对应的编码方式；如果采用单码字的MIMO***，则在最后确定调制方式组合后，可以通过选好的调制方式组合和相应的信道矩阵确定SNR，并根据该SNR确定该调制方式组合对应的编码方式和编码速率，具体的方式见下述的实施例4和实施例5。

对应于上述调制方式的选择方法，本实施例还提供一种MIMO***的调制方式选择装置，如图7所示，该装置包括：获取单元71、计算单元72、处理单元73和选择单元74。

其中，获取单元71用于获取每种调制方式组合中各层对应的调制比特数，调制比特数为不同的调制方式调制出的符号中包含的调制比特数；计算单元72用于计算每种调制方式组合中各层对应的等效信噪比，该信噪比由每种调制方式组合中各层接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定；处理单元73用于根据所述调制比特数、各层数据的服务质量要求和等效信噪比确定每种调制方式组合的性能参数；选择单元74用于选取所述性能参数最优的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

本发明实施例提供的MIMO***的调制方式选择方法及装置，在进行调制方式选择时，首先要计算每种调制方式组合中由接收到信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率的等效信噪比，并通过该信噪比计算出相应的MIMO***的性能参数，最后选择性能参数最优的调制方式组合作为MIMO***的调制方案，由于本实施例的信噪比是由最小欧氏距离和噪声功率决定的，可以适用于非线性的ML接收机，并且准确地得出ML接收机的SNR，故而本实施例中选择出的调制方案是较为适合ML接收机的，能够满足信道质量的要求。

并且由于本实施例中在选择调制方式时，是对每种调制方式组合都进行了性能参数的计算，不会出现现有技术中忽略当前调制方式对SNR的影响来选择将要使用的调制方式的情况，使得调制方式的选择更加准确。

实施例4：

本实施例提供一种MIMO***的调制方式选择方法，本实施例的应用场景是采用多码字编码的MIMO***，当采用多码字编码时，MIMO***的容量是每一层的容量之和，因此调制方式的选择可以通过最大的总容量来决定，即该MIMO***通过MIMO***容量参数来衡量其性能，如图8所示，该方法包括如下步骤：

801、在实际的MIMO***中，每一层需要满足一定的QoS(服务质量)，该MIMO***的容量可以转化为满足QoS所需要的编码速率与调制比特数的乘积，故而该方法需获取每种调制方式组合中各层对应的调制比特数。

802、为了得出满足QoS所需要的编码速率，本实施例需要计算MIMO***需要满足的等效信噪比，对于特定的调制方式组合而言，Bits_k(sⁱ，s^j)和M_k是确定的值，在发射信号功率和噪声功率不变的情况下，第k层的误比特率主要由第k层元素不同的发射信号间的最小欧氏距离决定，即由

中的分母项中的||H(sⁱ-s^j)||_F ²决定。

如果||H(sⁱ-s^j)||_F ²越小，即欧氏距离越小，其相应的误比特率就越高，故而本实施例中可以通过最小的欧氏距离计算等效信噪比，所以本步骤需要按照如下公式计算每种调制编码方式组合中各层对应的最小欧氏距离：

$d_{i,j}^k=\underset{s_k\≠{s_k}^{\′}}{\min }{\left|\right|\mathrm{Hs}-{\mathrm{Hs}}^{\′}\left|\right|}_F^2$

其中s＝[s₁，s₂，...，s_k，...，s_M]^T为发射信号向量，s_k为第k层的发射符号，s′＝[s₁′，s₂′，...，s_k′，...，s_M′]^T为接收机实际判决向量。

803、取最小欧式距离与噪声功率之比得到第k层的等效信噪比

${\mathrm{SNR}}_k=\frac{\underset{s_k\≠{s_k}^{\′}}{\min }{\left|\right|\mathrm{Hs}-{\mathrm{Hs}}^{\′}\left|\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2}.$

804、在达到QoS要求的前提下，确定每种调制方式组合中各层等效信噪比对应的编码速率。

在确定编码速率的同时，还可以确定每种调制方式组合对应的编码方式，这样每种调制方式组合和其对应的编码方式共同构成调制编码方式。

805、分别将每种调制编码方式组合中各层对应的调制比特数和编码速率相乘，公式如下：

M_i·R(SNR_i)，其中M_i为各层对应的调制比特数，R(SNR_i)为各层对应的编码速率。

806、将每种调制编码方式组合中相乘的结果分别相加得到MIMO***容量参数，所述MIMO***容量参数就是本实施例中调制编码方式组合的性能参数。

807、一般来说，容量越大表示该MIMO***的性能越优，所以，选取所述MIMO***容量参数值最大的调制编码方式组合作为MIMO***的调制编码方式组合，所选出的调制编码方式组合中包含了所需要选择的调制方式组合。

从上述步骤805至步骤807可知，本实施例选出的调制编码方式组合的容量最大，选出的调制编码方式组合满足如下公式：

$(M_1,M_2,...,M_N)=\underset{M_1,M_2,...,M_N}{\arg \max }\{M_{1}R\left({\mathrm{SNR}}_1\right)+M_{2}R\left({\mathrm{SNR}}_2\right)+...+M_{N}R\left({\mathrm{SNR}}_N\right)\}$

其中，M_i为各层对应的调制比特数，R(SNR_i)为各层对应的编码速率。

对应于上述调制方式选择方法，本实施例还提供一种MIMO***的调制方式选择装置，如图9所示，该装置包括：获取单元91、计算单元92、处理单元93和选择单元94。

获取单元91用于获取每种调制方式组合中各层对应的调制比特数，即不同调制方式调制出的符号中包含的调制比特数；计算单元92用于计算每种调制方式组合中各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由每种调制方式组合中各层接收信号间的最小欧氏距离和噪声功率决定。

所述计算单元92具体实现时包括：第一计算模块921和第二计算模块922。第一计算模块921用于计算每种调制方式组合中各层对应的最小欧氏距离，其计算公式为：

其中s＝[s₁，s₂，...，s_k，...，s_M]^T为发射信号向量，s_k为第k层的发射符号，s′＝[s₁′，s₂′，...，s_k′，...，s_M′]^T为接收机实际判决向量；第二计算模块722用于将所述最小欧氏距离除以噪声功率得出等效信噪比。

处理单元93用于根据所述调制比特数和等效信噪比确定每种调制编码方式组合的性能参数，本实施例中的性能参数为MIMO***容量参数，在具体实施时，所述处理单元93包括：预处理模块931、乘法模块932和加法模块933。在满足QoS要求的前提下，预处理模块931用于确定每种调制方式组合中各层等效信噪比对应的编码速率，在确定编码速率的同时，所述的预处理模块931还可以确定每种调制方式组合对应的编码方式，这样每种调制方式组合和其对应的编码方式共同构成调制编码方式。；乘法模块932用于分别将每种调制编码方式组合中各层对应的调制比特数和编码速率相乘；加法模块933用于将每种调制编码方式组合中相乘的结果分别相加得到MIMO***容量参数。然后通过选择单元94选取所述MIMO***容量参数值最大的调制编码方式组合作为MIMO***的调制编码方式组合。

本发明实施例提供的MIMO***的调制方式选择和等效信噪比计算方法及装置，在进行调制方式选择时，首先要计算每种调制方式组合中由最小欧氏距离决定的等效信噪比，并通过该等效信噪比和各层数据的服务质量要求确定编码速率和编码方式，再计算出相应的MIMO***容量参数，最后选择容量最大的调制方式组合作为MIMO***的调制方案，由于本实施例的等效信噪比是由最小欧氏距离决定的，可以适用于非线性的ML接收机，并且准确地得出ML接收机的SNR，故而本实施例中选择出的调制方案是较为适合ML接收机的，能够满足信道质量的要求。

并且由于本实施例中在选择调制方式时，是对每种调制方式组合都进行了容量的计算，不会出现现有技术中忽略当前调制方式对SNR的影响来选择将要使用的调制方式的情况，使得调制方式的选择更加准确。

实施例5：

本实施例提供一种MIMO***的调制编码方式选择方法，本实施例的应用场景是采用单码字编码的MIMO***，当采用单码字编码时，由于只存在一个编码器，因此调制编码方式的选择可以通过最小的比特信噪比来决定，即该MIMO***通过MIMO***的比特信噪比来衡量其性能，如图10所示，该方法包括如下步骤：

1001、在实际的MIMO***中，该MIMO***的比特信噪比可以转化为等效信噪比与调制比特数的乘积，故而该方法需获取每种调制方式组合中各层对应的调制比特数。

1002、本实施例需要计算MIMO***需要满足的等效信噪比，对于ML接收机来说，第k层误比特率为：

${\mathrm{BER}}_k\≈\underset{s^i\∈S}{\mathrm{\Σ}}P\left(s^i\right)\underset{s^j\∈S,s^j\left(k\right)\≠s^i\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{Bits}}_k(s^i,s^j)}{M_k}P(s^i\→s^j)$

其中Bits_k(sⁱ，s^j)表示发射信号矢量sⁱ和s^j的第k层调制符号间不同的调制比特数，M_k为第k层调制方式所含的调制比特数。

对于特定的调制方式组合而言，Bits_k(sⁱ，s^j)和M_k是确定的值，在发射信号功率和噪声功率不变的情况下，第k层的误比特率主要由第k层元素不同的发射信号间的最小欧氏距离决定，即由中的分母项中的||H(sⁱ-s^j)||_F ²决定。

如果||H(sⁱ-s^j)||_F ²越小，即欧氏距离越小，其相应的误比特率就越高，故而本实施例中可以通过最小的欧氏距离计算等效信噪比，所以本步骤需要按照如下公式计算每种调制方式组合中各层对应的最小欧氏距离：

$d_{i,j}^k=\underset{s_k\≠{s_k}^{\′}}{\min }{\left|\right|\mathrm{Hs}-{\mathrm{Hs}}^{\′}\left|\right|}_F^2$

其中s＝[s₁，s₂，...，s_k，...，s_M]^T为发射信号向量，s_k为第k层的发射符号，s′＝[s₁′，s₂′，...，s_k′，...，s_M′]^T为接收机实际判决向量。

1003、取最小欧式距离与噪声功率之比得到第k层的等效信噪比

${\mathrm{SNR}}_k=\frac{\underset{s_k\≠{s_k}^{\′}}{\min }{\left|\right|\mathrm{Hs}-{\mathrm{Hs}}^{\′}\left|\right|}^2}{{\mathrm{\σ}}^2}.$

1004、分别将每种调制方式组合中各层对应的调制比特数和等效信噪比相乘，公式如下：

M_i·SNR_i，其中M_i为各层对应的调制比特数，SNR_i为各层对应的等效信噪比。

1005、在上述每种调制方式组合的相乘结果中选取一个的最小值作为MIMO***最小比特信噪比，所述MIMO***最小比特信噪比就是本实施例中调制编码方式组合的性能参数。

1006、一般来说，MIMO***最小比特信噪比越大表示该MIMO***的性能越优，所以，选取所述MIMO***最小比特信噪比最大的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

从上述步骤1004至步骤1006可知，本实施例选出传送一个编码后的比特信噪比最大的调制方式组合，即满足如下公式：

$(M_1,M_2,...,M_N)=\underset{M_1,M_2,...,M_N}{\arg \max }\left\{\min (M_1{\mathrm{SNR}}_1,M_2{\mathrm{SNR}}_2,...,M_N{\mathrm{SNR}}_N)\right\}$

其中，M_i为各层对应的调制比特数，SNR_i为各层对应的比特级等效信噪比。

对于单码字MIMO***而言，在确定了调制方式组合后，还需要根据选择的调制方式组合和信道矩阵确定能达到的等效MIMO容量及其对应的SNR，并根据该SNR确定该调制方式组合对应的编码速率和编码方式，这样就确定了一个完整的调制编码方式。

对应于上述调制编码方式选择方法，本实施例还提供一种MIMO***的调制编码方式选择装置，如图11所示，该装置包括：获取单元111、计算单元112、处理单元113和选择单元114。

获取单元111用于获取每种调制方式组合中各层对应的调制比特数，即不同调制编码方式调制出的符号中包含的调制比特数；计算单元112用于计算每种调制方式组合中各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由每种调制方式组合中各层接收信号间的最小欧氏距离和噪声功率决定。

所述计算单元112具体实现时包括：第一计算模块1121和第二计算模块1122。第一计算模块1121用于计算每种调制方式组合中各层对应的最小欧氏距离，其计算公式为：其中s＝[s₁，s₂，...，s_k，...，s_M]^T为发射信号向量，s_k为第k层的发射符号，s′＝[s₁′，s₂′，...，s_k′，...，s_M′]^T为接收机实际判决向量；第二计算模块1122用于将所述最小欧氏距离除以噪声功率后得出等效信噪比。

处理单元113用于根据所述调制比特数和等效信噪比确定每种调制方式组合的性能参数，本实施例中的性能参数为MIMO***比特信噪比，在具体实施时，所述处理单元113包括：乘法模块1131和选取模块1132。所述乘法模块1131用于分别将每种调制方式组合中各层对应的调制比特数和等效信噪比相乘，然后通过选取模块1132选择取每种调制方式组合中相乘结果的最小值作为MIMO***比特信噪比。所述选择单元114选取所述MIMO***比特信噪比最大的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

由于本实施例中在选择调制方式时，是对每种调制方式组合都进行了比特信噪比的计算，不会出现现有技术中忽略当前调制方式对SNR的影响来选择将要使用的调制方式的情况，使得调制方式的选择更加合理。

对于单码字MIMO***而言，在确定了调制方式组合后，还需要根据选择的调制方式组合和信道矩阵确定能达到的等效MIMO容量及其对应的SNR，并根据该SNR确定该调制方式组合对应的编码速率和编码方式，这样就确定了一个完整的调制编码方式。

本实施例在计算比特等效信噪比时采用了由最小欧氏距离决定的等效信噪比，最小欧氏距离能够较为准确地反映ML等非线性接收机的性能，故而使得本实施例中选取的调制编码方式更加准确并适合ML接收机。

由于本实施例在选择调制方式的时候采用较为准确的方法，这样可以提高本实施例中MIMO***的容量，如图12所示，在调制比特为3bits的情况下，其SNR还要比调制比特为2bits的SNR小，所以本实施例中选出的调制方式，能够提高MIMO***的容量。

MIMO***中可以通过预编码等方式改善MIMO***的性能，如降低接收机的复杂度或提高MIMO***容量，在上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5中可以进行预编码，在采用预编码的情况下，可以将预编码矩阵和信道矩阵联合起来等效为一个新的等效信道矩阵H′，将H′取代实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5中的信道矩阵H即可完成相应的信噪比计算，或者调制编码方式选择。

本发明实施例主要用于无线通信***中，特别适用于采用ML接收机的无线通信***。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1、一种MIMO***的等效信噪比计算方法，其特征在于，包括：

估计MIMO接收机的信道矩阵；计算各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由各层接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定。

2、根据权利要求1所述的MIMO***的等效信噪比计算方法，其特征在于，所述计算各层接收到信号对应的等效信噪比包括：

根据各层的调制方式和信道矩阵计算各层对应的最小欧氏距离；

将所述最小欧氏距离除以噪声功率得出各层接收到信号对应的等效信噪比。

3、根据权利要求1所述的MIMO***的等效信噪比计算方法，其特征在于，进一步包括：当采用预编码时，将所述预编码矩阵和所述信道矩阵联合起来作为等效信道矩阵。

4、根据权利要求3所述的MIMO***的等效信噪比计算方法，其特征在于，所述计算各层接收到信号对应的等效信噪比具体为：

根据各层的调制方式和所述等效信道矩阵获取各层对应的最小欧氏距离；

将所述最小欧氏距离除以噪声功率得出各层接收到信号对应的等效信噪比。

5、根据权利要求2所述的MIMO***的等效信噪比计算方法，其特征在于，所述最小欧氏距离为接收信号的符号级最小欧式距离，或者所述最小欧氏距离为接收信号的比特级最小欧式距离。

6、一种MIMO***的调制方式选择方法，其特征在于，包括：

获取每种调制方式组合中各层对应的调制比特数；

计算每种调制方式组合中各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由每种调制方式组合中各层接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定；

根据所述调制比特数和等效信噪比确定每种调制方式组合的性能参数；

选取所述性能参数最优的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

7、根据权利要求6所述的MIMO***的调制方式选择方法，其特征在于，计算每种调制方式组合中各层对应的等效信噪比包括：

计算每种调制方式组合中各层接收信号矢量间的最小欧氏距离；

将所述最小欧氏距离除以噪声功率之和得出等效信噪比。

8、根据权利要求6或7所述的MIMO***的调制方式选择方法，其特征在于，所述MIMO***采用多码字MIMO***，所述性能参数为MIMO***容量参数；

根据所述调制比特数和等效信噪比确定每种调制方式组合的性能参数包括：

确定每种调制方式组合中各层等效信噪比对应的编码速率；

分别将每种调制方式组合中各层对应的调制比特数和编码速率相乘；

将每种调制方式组合中相乘的结果分别相加得到MIMO***容量参数。

9、根据权利要求8所述的MIMO***的调制方式选择方法，其特征在于，选取所述性能参数最优的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合为：选取所述MIMO***容量参数值最大的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

10、根据权利要求6或7所述的MIMO***的调制方式选择方法，其特征在于，所述MIMO***采用单码字MIMO***，所述性能参数为MIMO***为编码后的最小比特信噪比，所述等效信噪比为比特级等效信噪比；

根据所述调制比特数和比特级等效信噪比确定每种调制方式组合的性能参数包括：

分别将每种调制方式组合中各层对应的调制比特数和比特级等效信噪比相乘；

取每种调制方式组合中相乘结果的最小值作为MIMO***最小比特信噪比。

11、根据权利要求10所述的MIMO***的调制方式选择方法，其特征在于，选取所述性能参数最优的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合为：选取所述MIMO***最小比特信噪比最大的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

12、一种MIMO***的等效信噪比计算装置，其特征在于，包括：

估计单元，用于估计MIMO接收机的信道矩阵；

计算单元，用于计算各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由各层接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定。

13、根据权利要求12所述的MIMO***的等效信噪比计算装置，其特征在于，所述计算单元包括：

第一计算模块，用于根据各层调制方式和信道矩阵计算各层对应的最小欧氏距离；

第二计算模块，用于将所述最小欧氏距离除以噪声功率之和后得出各层号对应的等效信噪比。

14、一种MIMO***的调制方式选择装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取每种调制方式组合中各层对应的调制比特数；

计算单元，用于计算每种调制方式组合中各层对应的等效信噪比，该等效信噪比由每种调制方式组合中各层接收信号矢量间的最小欧氏距离与噪声功率决定；

处理单元，用于根据所述调制比特数和等效信噪比确定每种调制方式组合的性能参数；

选择单元，用于选取所述性能参数最优的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

15、根据权利要求14所述的MIMO***的调制方式选择装置，其特征在于，所述计算单元包括：

第一计算模块，用于计算每种调制方式组合中各层接收信号矢量间的最小欧氏距离；

第二计算模块，用于将所述最小欧氏距离除以噪声功率后得出等效信噪比。

16、根据权利要求14或15所述的MIMO***的调制方式选择装置，其特征在于，所述性能参数为MIMO***容量参数；所述处理单元包括：

预处理模块，用于根据各层的服务质量要求确定每种调制方式组合中各层等效信噪比对应的编码速率；

乘法模块，用于分别将每种调制方式组合中各层对应的调制比特数和编码速率相乘；

加法模块，用于将每种调制方式组合中相乘的结果分别相加得到MIMO***容量参数。

17、根据权利要求16所述的MIMO***的调制方式选择装置，其特征在于，

所述选择单元选取所述MIMO***容量参数值最大的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

18、根据权利要求14或15所述的MIMO***的调制编码方式选择装置，其特征在于，所述性能参数为MIMO***最小比特信噪比，所述等效信噪比为比特级等效信噪比；所述处理单元包括：

乘法模块，用于分别将每种调制方式组合中各层对应的调制比特数和比特级等效信噪比相乘；

选取模块，用于选取每种调制方式组合中相乘结果的最小值作为MIMO***最小比特信噪比。

19、根据权利要求18所述的MIMO***的调制方式选择装置，其特征在于，

所述选择单元选取所述MIMO***最小比特信噪比最大的调制方式组合作为MIMO***的调制方式组合。

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