CN101980467B - 一种多输入多输出***重传线性预编码处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多输入多输出***重传线性预编码处理方法，特征是在支持多码字的MIMO***重传预编码处理过程中，针对每一个子信道配对矩阵，先分配功率给信干噪比达不到解码门限的子信道，再对剩余的功率根据最小化误包率的目标进行功率分配，求得相对该子信道配对矩阵最小的误包率；遍历所有子信道配对矩阵，选择最小误包率中的最小值对应的子信道配对矩阵作为最优子信道配对矩阵，然后根据最优的子信道配对矩阵给各个子信道分配功率。采用本发明方法可以根据各个码字选择的自适应调制编码等级合理的配对子信道及分配功率，达到比传统方法更低的误包率性能。

Description

一种多输入多输出***重传线性预编码处理方法

技术领域

本发明属于多输入多输出(MIMO)移动通信技术领域，特别涉及MIMO通信***中的自动请求重传(ARQ)技术和线性预编码技术。

背景技术

多输入多输出(MIMO)技术可以产生空间分集和复用增益，是***移动通信***中采用的重要技术。线性预编码技术是实现MIMO技术优势的重要手段，传统的线性预编码的设计大都是基于数据包单次传输情况下的设计。而现代通信***中普遍采用的自动请求重传(ARQ)机制中会使一个错误的数据包被重传多次。故数据包重传时的线性预编码设计是一个重要问题。

《声学、语音及信号处理国际会议》(IEEE International Conference on Acoustics，Speech，and Signal Processing Proceedings.Volume：3，pp：iii/425-iii/428，2005)公开的一种在理想信道信息情况下的MIMO ARQ重传线性预编码设计方法是基于最大化容量的设计；《通信学报》(第28卷第9期7-14页)提到的一种MIMO ARQ***非理想信道估计条件下的重传预编码设计方法是基于最大化容量下界的次优设计。以上两种方法都会给先前综合信道状况相对差的子信道配对本次信道状况相对好的子信道并分配更多的功率。对于支持多码字传输的MIMO***，由于每个码字都可以独立的进行自适应调制编码，每个码字要求的保护能力与所选择的自适应调制编码等级有关，故上面所述的两种重传预编码处理方法在应用到支持多码字传输的MIMO***中时就无法达到最优。

发明内容

本发明提出一种支持多码字传输的MIMO***重传预编码处理方法，可以根据各个码字选择的自适应调制编码等级合理的配对子信道及分配功率，达到更低的误包率性能。

本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法，包括：在发射端采用多个码字进行传输，当一个数据包第一次传输时，每个码字独立的添加循环冗余校验，并且独立的进行自适应调制编码，当数据包重传时，发射端重传的信息与数据包初次传输的信息保持一致；发射端先左乘线性预编码矩阵再发送数据，数据包初始传输时的线性预编码矩阵通过信道奇异值分解和功率灌水的方法来得到；在接收端，先对接收信号左乘信道奇异值分解的左酉阵的共轭转置矩阵，然后对每个码字进行接收端的解调解码操作：如果是一个数据包的第一次传输，则直接对各个码字进行解码；如果是重传，则先对各个码字的数据进行最大比合并，然后解码；只有当所有的码字都解对时，接收端才向发送端反馈一比特的解码成功指示，否则反馈一比特的解码失败指示，发射端收到解码失败指示时进行重传操作；

设MIMO***发送端天线数为M_T，接收端天线数M_R大于或等于发送端天线数，自适应调制编码后的信息符号记为其中s_i(i＝1，...，M_T)表示第i个码字，信号功率与噪声功率的比值为γ；

用误码字率模型公式(1)拟合***中各个自适应调制编码等级的误码字率性能曲线：

$f_i\left(\mathrm{SINR}\right)=\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{if}& 0<\mathrm{SINR}<{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}}^i\\ a_i\exp (-g_i*\mathrm{SINR})& \mathrm{if}& \mathrm{SINR}>{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}}^i\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中SINR为接收码字的信号干扰噪声比，a_i和g_i分别为第i个码字选择的自适应调制编码等级对应的误码字率拟合得到的乘数常数和指数常数，

为第i个码字选择的自适应调制编码等级对应的解码门限；

设数据包第m次重传时***估计出来的信道为

则信道估计误差建模公式为

$E_m=H_m-{\hat{H}}_m---\left(2\right)$

其中H_m为实际的MIMO信道，m等于0表示数据包的初始传输，m大于0表示数据包的重传；误差矩阵E_m的每个元素服从均值为0、方差为

的复高斯分布，如果是理想的信道信息，则方差

为0；

对数据包第m次重传时***估计出的信道

进行奇异值分解得

${\hat{H}}_m=U_m{\mathrm{\&Lambda;}}_m^{1/2}{V}_m^H---\left(3\right)$

对于m等于0，即，数据包初次传输，线性预编码矩阵为

$F_0=V_0{\tilde{F}}_0^H---\left(4\right)$

其中功率分配矩阵为

0_i，i表示括号里的矩阵的第i行第i列的元素值，()₊表示取括号里的值和0两个数值中较大的那个值，灌水算法水平面参数c₀的选择需要满足归一化功率限制条件

其特征在于：对于m大于0，即第m次重传时，线性预编码矩阵表达为

$F_m=V_m{P}^H{\tilde{F}}_m^H---\left(5\right)$

其中置换矩阵P即子信道配对矩阵，功率分配矩阵

满足归一化的功率限制条件

将第j次重传时第i个码字的接收信号干扰噪声比记为

则第m次重传合并后的第i个码字的总接收信干噪比为

定义第i个码字的先前接收错误概率为 $f_i^{\mathrm{previous}}=f_i\left({\mathrm{\&gamma;}}_{G,i}^{m-1}\right);$

支持多码字的MIMO***重传线性预编码矩阵用以下方法得到：

初始化：初始化最优置换矩阵P_G为单位矩阵，即，P_G＝I，全局最小误包率

标记所有置换矩阵的集合为S；

步骤一：

如果置换矩阵集合为空集，则跳转至步骤二；否则，从置换矩阵集合S中任意选择一个置换矩阵把其赋值给置换矩阵P；令经过置换矩阵P置换后的对角阵为

${\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^m={\mathrm{P\&Lambda;}}_m{P}^H/(1+{\mathrm{\&sigma;}}_E^2\mathrm{\&gamma;})---\left(6\right)$

给各个码字预分配功率

$P_i^m=\max (({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}}^i-{\mathrm{\&gamma;}}_{G,i}^{m-1})/\left(\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^m\right)}_{i,i}\right),0)---\left(7\right)$

如果

则从置换矩阵集合S中排除置换矩阵P，跳转至步骤一；

如果则剩余功率根据拉格朗日功率分配公式(8)

${\tilde{F}}_i^m={(-\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^m\right)}_{i,i}}{c}_m+\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^m\right)}_{i,i}}\ln f_i^{\mathrm{previous}}{g}_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^m\right)}_{i,i})}_{+}---\left(8\right)$

寻找满足功率限制条件的参数c_m，根据最小误包率公式(9)

${\mathrm{per}}_{\min }^P=\underset{i=1}{\overset{M_T}{\mathrm{\&Sigma;}}}\min (\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^m\right)}_{i,i}}{e}^{c_m},f_i^{\mathrm{previous}})---\left(9\right)$

得到对应置换矩阵P的最小误包率

如果对应置换矩阵P的最小误包率小于全局最小误包率，即，

则更新全局最小误包率为置换矩阵P对应的最小误包率，即，更新最优置换矩阵P_G为置换矩阵P，即，P_G＝P，从置换矩阵集合S中排除置换矩阵P，然后跳转至步骤一；

步骤二：

根据最优的置换矩阵P_G，进行功率分配；

令经过最优的置换矩阵P_G置换后的对角阵为

给各个码字按公式(7)预分配功率

$P_i^m=\max (({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}}^i-{\mathrm{\&gamma;}}_{G,i}^{m-1})/\left(\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^m\right)}_{i,i}\right),0)$

如果

则第i个子信道分配的功率为

跳转至步骤三；

如果

则剩余功率

每个码字分配的剩余功率为公式(8)所示，即，

其中水平面参数c_m的选择必须满足功率限制条件

更新功率分配矩阵元素值

步骤三：

得到功率分配矩阵为

重传线性预编码矩阵为 $F_m=V_m{P}_G^H{\tilde{F}}_m^H;$

第m次重传时，发射端对原始码字信息s进行预编码处理操作：在原始码字信息左边乘预编码矩阵，使用F_ms发送信号。

传统重传线性预编码设计方法会给先前综合信道状况相对差的子信道配对本次信道状况相对好的子信道，形成先前综合信道状况和当前重传信道状况的反向配对关系，并且会分配比独立设计功率灌水算法更多的功率给本次信道状况好的子信道。传统方法的目标是最大化容量，但是对于支持多码字的MIMO***来说，特别是支持的多码字选择的自适应调制等级差距较大的情况，传统的方法可能会把某个支持较低自适应调制编码等级的子信道的保护能力提的很高，而导致对支持较高自适应调制编码等级的子信道的能力保护不够，这样就无法达到较低的重传误包率。与传统的方法相比，本发明在支持多码字的MIMO***重传预编码处理过程中，遍历了所有的子信道配对矩阵，并且针对每一个子信道配对矩阵，本发明先分配功率给信干噪比达不到解码门限的子信道，这样做的原因是如果有子信道接收以后的合并信干噪比达不到解码门限，则本次接收的数据包一定无法解对；本发明对信噪比达不到解码门限的子信道进行预分配功率以后，再对剩余的功率根据最小化误包率的目标进行功率分配，然后求得相对该子信道配对矩阵最小的误包率；本发明会遍历所有子信道配对矩阵，选择最小误包率中的最小值对应的子信道配对矩阵作为最优子信道配对矩阵，然后根据最优的子信道配对矩阵给各个子信道分配功率。本发明根据各个码字选择的自适应调制编码等级合理的配对子信道并最优化分配功率，无论多个码字选择的自适应调制编码等级差距如何，采用本发明的方法都可以配对最优的信道，分配最优的功率给各个信道，达到比传统方法更低的误包率性能。

附图说明

附图1为理想信道信息情况下两个码字都使用自适应调制编码等级5时的性能曲线。

附图2为理想信道信息情况下两个码字分别使用自适应调制编码等级5和等级1时的性能曲线。

附图3为非理想信道信息情况下两个码字分别使用自适应调制编码等级5和MCS等级1时的性能曲线。

具体实施方式

以下结合附图说明本方法的实施例。

实施例1：

本实施例中使用第三代通信技术合作计划(3GPP)的长期演进(LTE)技术标准第八版中的Turbo编解码结构，引入的五种自适应调制编码(MCS)等级如表1中前三列所示。这五种MCS等级速率匹配以后的数据长度都为4008比特，本实施例中首先在高斯信道场景下仿真各种MCS等级的误码字率性能曲线，并根据误码字率模型公式(1)，即

$f_i\left(\mathrm{SINR}\right)=\left\{\begin{array}{ccc}1& \mathrm{if}& 0<\mathrm{SINR}<{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}}^i\\ a_i\exp (-g_i*\mathrm{SINR})& \mathrm{if}& \mathrm{SINR}>{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}}^i\end{array}\right.$

拟合各种MCS等级的性能曲线，拟合的参数如表1中后三列所示。

表1  各种自适应调制编码等级拟合参数表

MCS等级	调制方式	码率	乘数常数	指数常数	解码门限(dB)
						MCS1	QPSK	1/2	9.9771*1026	43.009	1.60
MCS2	QPSK	3/4	1.8254*109	8.1076	4.20
						MCS3	16QAM	9/16	6.3022*1016	6.7222	7.60
MCS4	16QAM	3/4	5.7952*1011	2.4702	10.40
						MCS5	64QAM	3/4	4.1937*1011	0.7371	15.60

本实施例中多输入多输出***天线配置为发送端天线数M_T＝2，接收端天线数M_R＝2，***支持两个码字的传输，即，

两个码字使用的自适应调制编码等级都是表1中的MCS5；数据包各次传输的信道为均值为0，方差为1的独立同分布瑞利信道，并且信道信息理想，即，误差矩阵元素方差实际的MIMO信道与***估计的MIMO信道相同

假设数据包重传一次。

在数据包初始传输时本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法与传统的《声学、语音及信号处理国际会议》(IEEE International Conference on Acoustics，Speech，andSignal Processing Proceedings.Volume：3，pp：iii/425-iii/428，2005)中线性预编码处理方法相同，都采用奇异值分解和功率灌水算法得到。信道奇异值分解过程为公式(3)，即，

功率灌水过程为

${\tilde{F}}_i^0={(c_0-\frac{1}{\mathrm{\&gamma;}{\left({\mathrm{\&Lambda;}}_0\right)}_{i,i}})}_{+},i=\mathrm{1,2}$

其中0_i，i表示括号里的矩阵的第i行第i列的元素值，c₀的选择需要满足功率限制条件

则初始传输功率分配矩阵

初始传输的线性预编码为公式(4)所示，即，

在一个数据包初次传输时，发射端对发送信号进行预编码处理操作，发送信号F₀s。初始传输时接收端首先在接收信号的左边乘以

然后分别对每个码字进行解码；只有两个码字都解对才给发送端反馈一比特解码成功指示，否则反馈一比特解码失败指示，发送端接收到解码成功指示时，继续发送新的数据，发送端接收到解码失败指示时，重传数据s。

对于第一次重传过程的线性预编码设计，传统方法得到的线性预编码闭式表达为

$F_1^{\mathrm{Trad}}=V_1{P}_1^H\mathrm{diag}(\sqrt{{\mathrm{\&lambda;}}_1},\sqrt{{\mathrm{\&lambda;}}_2})P_0$

${\mathrm{\&lambda;}}_i={(\mathrm{\&mu;}-\frac{1+\mathrm{\&gamma;}{\left({\mathrm{\&Lambda;}}_0^{\mathrm{Trad}}\right)}_{i,i}}{\mathrm{\&gamma;}{\left({\mathrm{\&Lambda;}}_1^{\mathrm{Trad}}\right)}_{i,i}})}_{+},i=\mathrm{1,2}---\left(10\right)$

其中传统方法第一次重传发送方向矩阵V₁为信道的奇异值分解得到的酉阵

置换矩阵P₀使初始传输奇异值置换后的矩阵的对角元素按从大到小的顺序排列，置换矩阵P₁使第一次重传奇异值置换后的矩阵

的对角元素按从小到大的顺序排列，传统方法水平面参数μ的取值需要满足功率限制条件λ₁+λ₂＝1。传统方法重传时，接收端首先在接收信号的左边乘以

然后分别对每个码字最大比合并先前接收的数据，然后进行解码。

对于第一次重传过程的线性预编码的设计，本发明按照以下的方法设计线性预编码：

对信道按公式(3)进行奇异值分解，即，

初始传输的第i个码字的信干噪比为

各个码字对应的拟合参数为a₁＝a₂＝4.1937*10¹¹，g₁＝g₂＝0.7371，先前错误概率为

按照以下方法得到预编码矩阵：

初始化：初始化最优置换矩阵为单位矩阵，即，P_G＝I，全局最小误包率

标记所有置换矩阵的集合为

步骤一：

如果置换矩阵集合为空集，则跳转至步骤二，否则，从置换矩阵集合S中任意选择一个置换矩阵把其赋值给置换矩阵P，经过置换矩阵P置换后的对角阵按公式(6)得到，即， ${\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1={\mathrm{P\&Lambda;}}_1{P}^H;$

给各个码字按公式(7)预分配功率，即，

如果

则从置换矩阵集合s中排除置换矩阵P，跳转至步骤一；

如果

则剩余的功率为

根据拉格朗日功率分配公式(8)

${\tilde{F}}_i^1={(-\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}}{c}_1+\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}}\ln f_i^{\mathrm{previous}}{g}_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i})}_{+}$

寻找满足功率限制条件

的参数c₁，根据最小误包率公式(9)

${\mathrm{per}}_{\min }^P=\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\min (\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}}{e}^{c_1},f_i^{\mathrm{previous}})$

得到对应置换矩阵P的最小误包率

如果对应置换矩阵P的最小误包率小于全局最小误包率，即，

则更新全局最小误包率为置换矩阵P对应的最小误包率，即，

更新最优置换矩阵P_G为置换矩阵P，即，P_G＝P，从置换矩阵集合s中排除置换矩阵P，然后跳转至步骤一；

步骤二：

根据最优的置换矩阵P_G，进行功率分配；令经过最优的置换矩阵P_G置换后的对角阵为

给各个码字按公式(7)预分配功率，即，

如果

则第i个子信道分配的功率

跳转至步骤三；

如果

则剩余功率

每个码字按公式(8)分配剩余功率，即，

${\tilde{F}}_i^1={(-\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}}{c}_1+\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}}\ln f_i^{\mathrm{previous}}{g}_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i})}_{+}$

其中水平面参数c₁的选择必须满足功率限制条件

更新功率分配矩阵元素值

步骤三：

得到功率分配矩阵为

重传线性预编码矩阵为

第一次重传时发送端使用F₁s重传信号。接收端首先在接收信号的左边乘以

然后分别对每个码字最大比合并先前接收的数据，然后进行解码。

图1为两个码字都使用自适应调制编码等级5，在理想信道信息情况下重传一次以后的本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法和传统重传线性预编码处理方法的误包率性能对比。其中实线A为传统重传线性预编码处理方法的误包率性能曲线，实线A下方的虚线B为本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法的误包率性能曲线。从图1中可以看出相同信噪比情况下，本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法可以达到更小的误包率性能。传统重传线性预编码处理方法在重传时总是反向配对信道，即，初始传输信道状况较差的子信道配对重传时信道状况较好的子信道，初始传输信道状况较好的子信道配对重传时信道状况较差的子信道；并且传统方法会根据子信道置换和功率分配公式(10)分配给重传时较好的子信道更多的功率。本实施例中两个码字采用的自适应编码调制等级是相同的，也就是两个码字需要同样的保护能力才能正确译码。而传统重传线性预编码处理方法无法使两个码字的保护能力达到相同。本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法可以根据各个码字对保护能力的要求自适应的调节子信道配对和功率分配策略，采用本发明方法可以达到更小的误包率性能。从图1中可以看出在误包率为0.01时，本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法比传统方法有1dB左右的增益。

实施例2：

本实施例中使用的编解码结构与实施例1中相同，所使用的五种自适应调制编码等级及拟合的参数与实施例1中相同，可参见表1中所示。与实施例1不同的是：本实施例中支持的两个码字使用的自适应调制编码等级分别为表1中的MCS5和MCS1，第一个码字拟合的参数为a₁＝4.1937*10¹¹，g₁＝0.7371，

第二个码字拟合的参数为a₂＝9.9771*10²⁶，g₂＝43.009，

其他的过程与实施例1中的过程都是相同的。

图2为两个码字都分别使用自适应调制编码等级MCS5和MCS1，理想信道信息情况下，重传一次以后的本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法和传统重传线性预编码处理方法的误包率性能对比。其中实线C为传统重传线性预编码处理方法的误包率性能曲线，实线C下方的虚线D为本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法的误包率性能曲线。

从图2中可以看出，在相同信噪比情况下，采用本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法可以达到更小的误包率性能。本实施例中两个码字采用的自适应编码调制等级差距较大，使用MCS1的码字需要较低的保护能力就可以正确译码，使用MCS5的码字需要较高的保护能力才能正确译码。传统重传线性预编码处理方法在重传时总是反向配对信道，即，初始传输信道状况较差的子信道配对重传时信道状况较好的子信道，初始传输信道状况较好的子信道配对重传时信道状况较差的子信道；并且传统方法会根据子信道置换和功率分配公式(10)分配给重传时较好的子信道更多的功率，则传统重传线性预编码处理方法会把使用自适应调制编码等级MCS1的码字的保护能力提的较高，会浪费一部分能量，并且导致使用自适应调制编码等级MCS5的码字的保护能力不够正确译码。而采用本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法可以根据各个码字对保护能力的要求自适应的调节子信道配对和功率分配策略，因此采用本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法可以达到更小的误包率性能。从图2中可以看出在误包率为0.01时，本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法比传统方法有4dB以上的性能提升。对比实施例1和实施例2的性能曲线图，可以看出两个码字使用自适应调制编码等级差距越大，采用本发明方法的性能提升越明显。

实施例3：

本实施例中使用的编解码结构与实施例1中相同，所使用的五种自适应调制编码等级及拟合的参数与实施例1中相同，可见表1中所示。

本实施例中多输入多输出***天线配置为发送端天线数M_T＝2，接收端天线数M_R＝2，***支持两个码字的传输，即，

两个码字使用的自适应调制编码等级分别为表1中的MCS5和MCS1；数据包各次传输的信道为均值为0，方差为1的独立同分布瑞利信道，并且信道信息理想非理想，存在信道估计误差，误差矩阵元素方差

假设数据包重传一次。

在数据包初始传输时本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法与传统的《通信学报》(第28卷第9期7-14页)中线性预编码处理方法相同，都采用奇异值分解和功率灌水算法得到。信道奇异值分解过程为公式(3)，即，

功率灌水过程为

${\tilde{F}}_i^0={(c_0-\frac{1+\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&sigma;}}_E^2}{\mathrm{\&gamma;}{\left({\mathrm{\&Lambda;}}_0\right)}_{i,i}})}_{+},i=\mathrm{1,2}$

其中0_i，i表示括号里的矩阵的第i行第i列的元素值，水平面参数c₀的选择需要满足功率限制条件

则初始传输功率分配矩阵

初始传输的线性预编码为公式(4)给出，即，

初始传输时接收端首先在接收信号的左边乘以

然后分别对每个码字进行解码；只有两个码字都解对才给发送端反馈一比特解码成功指示，否则反馈一比特解码失败指示，发送端接收到解码成功指示时，继续发送新的数据，发送端接收到解码失败指示时，重传数据s。

对于第一次重传过程的线性预编码设计，传统方法得到的线性预编码闭式表达为

$F_1^{\mathrm{Trad}}=V_1{P}_1^H\mathrm{diag}(\sqrt{{\mathrm{\&lambda;}}_1},\sqrt{{\mathrm{\&lambda;}}_2})P_0$

${\mathrm{\&lambda;}}_i={(\mathrm{\&mu;}-\frac{1+\mathrm{\&gamma;}{\left({\mathrm{\&Lambda;}}_0^{\mathrm{Trad}}\right)}_{i,i}/(1+\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&sigma;}}_E^2)}{\mathrm{\&gamma;}{\left({\mathrm{\&Lambda;}}_1^{\mathrm{Trad}}\right)}_{i,i}/(1+\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&sigma;}}_E^2)})}_{+},i=\mathrm{1,2}---\left(11\right)$

其中传统方法第一次重传V₁为信道的奇异值分解得到的酉阵

置换矩阵P₀使初始传输奇异值置换后的矩阵

的对角元素按从大到小的顺序排列，置换矩阵P₁使第一次重传奇异值置换后的矩阵

的对角元素按从小到大的顺序排列，传统方法水平面参数μ的取值需要满足功率限制条件λ₁+λ₂＝1。传统方法重传时，接收端首先在接收信号的左边乘以然后分别对每个码字最大比合并先前接收的数据，然后进行解码。

对于第一次重传过程的线性预编码的设计，本发明按照以下的方法设计线性预编码：

对信道按公式(3)进行奇异值分解

初始传输的第i个码字的信干噪比为

第一个码字拟合的参数为a₁＝4.1937*10¹¹，g₁＝0.7371，

第二个码字拟合的参数为a₂＝9.9771*10²⁶，g₂＝43.009，

先前错误概率为

根据以下算法得到预编码矩阵：

初始化：初始化最优置换矩阵为单位矩阵，即，P_G＝I，全局最小误包率

标记所有置换矩阵的集合为

步骤一：

如果置换矩阵集合为空集，则跳转至步骤二，否则，从置换矩阵集合S中任意选择一个置换矩阵把其赋值给置换矩阵P，经过置换矩阵P置换后的对角阵按公式(6)得到，即， ${\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1={\mathrm{P\&Lambda;}}_1{P}^H/(1+\mathrm{\&gamma;}{\mathrm{\&sigma;}}_E^2);$

给各个码字按公式(7)预分配功率，即，

如果

则从置换矩阵集合s中排除置换矩阵P，跳转至步骤一；

如果

则剩余的功率为

根据拉格朗日功率分配公式(8)

${\tilde{F}}_i^1={(-\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}}{c}_1+\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}}\ln f_i^{\mathrm{previous}}{g}_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i})}_{+}$

寻找满足功率限制条件

的水平面参数c₁；根据最小误包率公式(9)

${\mathrm{per}}_{\min }^P=\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\min (\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}}{e}^{c_1},f_i^{\mathrm{previous}})$

得到对应置换矩阵P的最小误包率

如果对应置换矩阵P的最小误包率小于全局最小误包率，即，

则更新全局最小误包率为置换矩阵P对应的最小误包率，即，

更新最优置换矩阵P_G为置换矩阵P，即，P_G＝P，从置换矩阵集合s中排除置换矩阵P，然后跳转至步骤一；

步骤二：

根据最优的置换矩阵，进行功率分配；令经过最优的置换矩阵P_G置换后的对角阵为

给各个码字按公式(7)预分配功率，即，

$P_i^1=\max (({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}}^i-{\mathrm{\&gamma;}}_{G,i}^0)/\left(\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}\right),0);$

如果则第i个子信道分配的功率为

跳转至步骤三；

如果则剩余功率

每个码字按公式(8)分配剩余功率，即，

${\tilde{F}}_i^1={(-\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}}{c}_1+\frac{1}{g_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i}}\ln f_i^{\mathrm{previous}}{g}_i\mathrm{\&gamma;}{\left({\widetilde{\mathrm{\&Lambda;}}}^1\right)}_{i,i})}_{+}$

其中水平面参数c₁的选择必须满足功率限制条件

更新功率分配矩阵元素值

步骤四：

得到功率分配矩阵为

重传线性预编码矩阵为

发送端使用F₁s重传信号。接收端首先在接收信号的左边乘以

然后分别对每个码字最大比合并先前接收的数据，然后进行解码。

图3为两个码字都分别使用自适应调制编码等级MCS5和MCS1，在非理想信道信息情况下重传一次以后的本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法和传统重传线性预编码处理方法的误包率性能对比。其中实线E为传统重传线性预编码处理方法的误包率性能曲线，实线E下方的虚线F为本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法的误包率性能曲线。从图3中可以看出相同信噪比情况下本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法可以达到更小的误包率性能。

本实施例中两个码字采用的自适应编码调制等级差距较大，使用MCS1的码字需要较低的保护能力就可以正确译码，使用MCS5的码字需要较高的保护能力才能正确译码。传统重传线性预编码处理方法在重传时总是反向配对信道，即，初始传输信道状况较差的子信道配对重传时信道状况较好的子信道，初始传输信道状况较好的子信道配对重传时信道状况较差的子信道；并且传统方法会根据公式(11)分配给重传时较好的子信道更多的功率，则传统重传线性预编码处理方法会把使用自适应调制编码等级MCS1的码字的保护能力提的较高，会浪费一部分能量，并且导致使用自适应调制编码等级MCS5的码字的保护能力不够正确译码。而本发明多输入多输出***重传线性预编码处理方法可以根据各个码字对保护能力的要求自适应的调节子信道配对和功率分配策略，可以达到更小的误包率性能。

Claims (1)

1.一种多输入多输出***重传线性预编码处理方法，包括：在发射端采用多个码字进行传输，当一个数据包第一次传输时，每个码字独立的添加循环冗余校验，并且独立的进行自适应调制编码，当数据包重传时，发射端重传的信息与数据包初次传输的信息保持一致；发射端先左乘线性预编码矩阵再发送数据，数据包初始传输时的线性预编码矩阵通过信道奇异值分解和功率灌水的方法来得到；在接收端，先对接收信号左乘信道奇异值分解的左酉阵的共轭转置矩阵，然后对每个码字进行接收端的解调解码操作：如果是一个数据包的第一次传输，则直接对各个码字进行解码；如果是重传，则先对各个码字的数据进行最大比合并，然后解码；只有当所有的码字都解对时，接收端才向发送端反馈一比特的解码成功指示，否则反馈一比特的解码失败指示，发射端收到解码失败指示时进行重传操作；

设MIMO***发送端天线数为M_T，接收端天线数M_R大于或等于发送端天线数，自适应调制编码后的信息符号记为 

其中s_i(i＝1，...，M_T)表示第i个码字，信号功率与噪声功率的比值为γ；

用下面的误码字率模型公式拟合***中各个自适应调制编码等级的误码字率性能曲线：

其中SINR为接收码字的信号干扰噪声比，a_i和g_i分别为第i个码字选择的自适应调制编码等级对应的误码字率拟合得到的乘数常数和指数常数， 

为第i个码字选择的自适应调制编码等级对应的解码门限；

设数据包第m次重传时***估计出来的信道为 

则信道估计误差建模公式为

其中H_m为实际的MIMO信道，m等于0表示数据包的初始传输，m大于0表示数据包的重传；误差矩阵E_m的每个元素服从均值为0、方差为 的复高斯分布，如果是理想的信道信息，则方差 

为0；

对数据包第m次重传时***估计出的信道 

进行奇异值分解得

对于m等于0，即，数据包初次传输，线性预编码矩阵为 

其中功率分配矩阵为 

()_i，i表示括号里的矩阵的第i行第i列的元素值，( )₊表示取括号里的值和0两个数值中较大的那个值，灌水算法水平面参数c₀的选择需要满足归一化功率限制条件 

其特征在于：对于m大于0，即第m次重传时，线性预编码矩阵表达为

其中置换矩阵P即子信道配对矩阵，功率分配矩阵 

满足归一化的功率限制条件 

将第j次重传时第i个码字的接收信号干扰噪声比记为 

则第m次重传合并后的第i个码字的总接收信干噪比为 

定义第i个码字的先前接收错误概率为 

支持多码字的MIMO***重传线性预编码矩阵用以下方法得到：

初始化：初始化最优置换矩阵P_G为单位矩阵，即，P_G＝I，全局最小误包率 标记所有置换矩阵的集合为S；

步骤一：

如果置换矩阵集合为空集，则跳转至步骤二；否则，从置换矩阵集合S中任意选择一个置换矩阵把其赋值给置换矩阵P；令经过置换矩阵P置换后的对角阵为

给各个码字预分配功率

如果 

则从置换矩阵集合S中排除置换矩阵P，跳转至步骤一； 

如果 

则剩余功率 

根据拉格朗日功率分配公式

寻找满足功率限制条件 

的参数c_m，根据最小误包率公式

得到对应置换矩阵P的最小误包率 

如果对应置换矩阵P的最小误包率小于全局最小误包率，即， 则更新全局最小误包率为置换矩阵P对应的最小误包率，即， 

更新最优置换矩阵P_G为置换矩阵P，即，P_G＝P，从置换矩阵集合S中排除置换矩阵P，然后跳转至步骤一；

步骤二：

根据最优的置换矩阵P_G，进行功率分配；

令经过最优的置换矩阵P_G置换后的对角阵为 

给各个码字预分配功率

如果 

则第i个子信道分配的功率为 

跳转至步骤三；

如果 

则剩余功率 

每个码字分配的剩余功率为

其中水平面参数c_m的选择必须满足功率限制条件 

更新功率分配矩阵元素值 

步骤三： 

得到功率分配矩阵为

重传线性预编码矩阵为

第m次重传时，发射端对自适应调制编码后的信息符号s进行预编码处理操作：在自适应调制编码后的信息符号s左边乘预编码矩阵，使用F_ms发送信号。 

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