CN103532671A - 基于延时信道状态信息的mimo-ofdm***比特分配方法 - Google Patents
基于延时信道状态信息的mimo-ofdm***比特分配方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103532671A CN103532671A CN201310484898.XA CN201310484898A CN103532671A CN 103532671 A CN103532671 A CN 103532671A CN 201310484898 A CN201310484898 A CN 201310484898A CN 103532671 A CN103532671 A CN 103532671A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- channel
- max
- mimo
- bit
- ofdm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y02B60/50—
Landscapes
- Radio Transmission System (AREA)
Abstract
基于延时信道状态信息的MIMO-OFDM***比特分配方法,包括:根据延时的信道状态信息估计当前的实际信道;计算空间子信道的星座距离参数
Description
技术领域
本发明涉及无线通信***资源分配技术,尤其针对MIMO-OFDM***物理层的一种基于延时信道状态信息的比特分配方法。
背景技术
各种无线通信***如蜂窝移动通信网、无线局域网和城域网的发展很快,但也面临着不断到来的各种挑战,其根本问题是用户对服务质量(速率,误码率等)要求的不断提高和无线信道有限的传输能力之间的矛盾。数据业务、多媒体业务的增长,使这个矛盾更加突出。但无线信道属于时变衰落信道,而且是带限的,其容量有限而且随机。面对业务的多样化、用户对服务质量要求不断提高的趋势,必须使***无线资源尽可能发挥出最大的效用,自适应传输技术成为了无线通信***的关键技术之一。
自适应传输技术根据信道、网络状况等自适应的调整各种传输参数,达到***速率最大化或功率消耗最小化等目标,如自适应编码调制、自适应功率分配等等。
MIMO-OFDM***比特分配也属于自适应传输的范畴,它根据传输时刻的信道状态自适应的为每个子信道分配比特,在满足服务质量要求的同时使***发射功率最小化。传统的比特分配方法将通过反馈获得的信道状态信息直接用于自适应传输,没有考虑由于接收机信道估计、反馈等产生的延时,在时变衰落信道中往往导致反馈的信道信息与实际信道状态之间的失配,产生传输差错与性能损失。另一方面,很多传统的比特分配方法复杂度很高,虽然达到了优异的性能,但是在实时通信***中实现起来很困难,硬件、软件成本也很高。
发明内容
本发明目的是提供一种降低算法复杂度并保持通信***较优异的性能的基于延时信道状态信息的MIMO-OFDM***比特分配方法,其具体技术方案如下:
所述***比特分配方法,其特征在于包括:
发射端根据延时的信道状态信息,估计当前的实际信道;
根据MIMO-OFDM信道的特征,将所有空间子信道分成两组,并确定两组分配的比特数的分布;
依据所确定的比特数分布、***总速率需求,将***总速率分配到两组,并分配每组比特分布参数;
根据各组所分配的速率及空间子信道的星座距离参数,为组内每个空间子信道计算分配的比特数以及相应的发射功率;
其中n表示子载波序号,n=1,2,…NC。
所述***比特分配方法进一步的设计在于,所述延时的信道状态信息为发射端通过反馈通道获得的自接收端发出包含NC个子载波的信道状态信息Hf(n),与比特传输发生时的信道H(n)相比,延时的信道状态信息Hf(n)是有一定时间滞后的信道状态信息。
所述***比特分配方法进一步的设计在于,所述发射端获得的延时的信道状态信息Hf(n)与当前信道H(n)之间存在相关系数ρ
ρ=J0(2πfDTdelay);
其中:J0(·)第一类零阶Bessel函数,Tdelay为反馈时延,fD为Doppler频移。
所述***比特分配方法进一步的设计在于,所述发射端根据延时的信道状态信息估计当前信道具体为:
所述***比特分配方法进一步的设计在于,所述计算每个空间子信道的星座距离参数包括:
计算最小平方欧氏距离
归一化的平方欧氏距离参数
确定第i个子空间信道上近似的误码率BERi(n)
确定第i个子空间信道上的平均误码率
MT和MR分别表示发射和接收端分别配置天线的个数;MS是H(n)进行奇异值分解产生的空间子信道个数,MS=min(MT,MR);分别是对ρHf(n)进行奇异值分解时产生的左奇异矩阵、奇异值矩阵、右奇异矩阵;分别是对ρHf(n)进行奇异值分解时产生的左奇异向量、右奇异向量g(b)是关于比特数b的函数, bi(n)、Pi(n)分别是第n个子载波上第i个空间子信道加载的比特数和功率,TS是去除循环前缀之后的OFDM符号周期。
所述***比特分配方法进一步的设计在于,所述所有空间子信道分成两组的方法包括:
每个OFDM载波上的空间子信道1和空间子信道2划分入第一组,其他子信道划分入第二组;
如果每个OFDM载波上只有两个空间子信道,则子信道1划分入第一组,子信道2划分入第二组。
所述***比特分配方法进一步的设计在于,所述两组分配的比特数的分布包括:bmax与bmax-2;bmax-2与bmax-4;bmax是待比特数并为偶数。
所述***比特分配方法进一步的设计在于,所述比特数分布的具体参数的确定包括:
a.令bmax=4;
b.第一组全部子信道加载bmax-2比特,第二组全部加载bmax-4比特;
c.若步骤b中所得比特数小于0,则取为0比特,两组信道达到的总的速率Rtotal;
d.若Rtotal>Rneed,进入下一步e;否则bmax=bmax+2,返回b;
e.bmax=bmax-2;
则:两组分配的比特数分别为bmax与bmax-2以及bmax-2与bmax-4;
若上述比特数出现负值,则取为0比特,即保证分配的比特数是非负值。
所述***比特分配方法进一步的设计在于,所述组内每个空间子信道计算所分配的比特数的方法包括:
a.令第一组子信道全部加载bmax-2比特所达到的速率为Ra,第二组子信道全部加载bmax-4比特所所达到的速率为Rb,则剩余比特为Rrem=Rneed-Ra-Rb;
b.为第一组分配比特数R1=Ra+Rrem/2,第二组分配比特数R2=Rb+Rrem/2;
所述***比特分配方法进一步的设计在于,所述组内每个空间子信道根据分配相应的发射功率的方法包括:
设定第p(p=1,2)组内两个比特数分别为bup与blow,且该组分配的总比特数是Rp。
将组内所有升序排列,形成数组
对所有子信道的发射功率求和,就得到***的发射功率。
本发明利用延时的信道状态信息计算星座距离参数并考虑延时的影响,从而降低了信道失配的影响;利用OFDM/MIMO信道的特点,简单有效的实现了信道分组,降低了算法复杂度;通过组间分配、组内分配两步法,降低了比特分配的复杂度,最终获得每个空间子信道上的比特数以及相应的发射功率。由此,本发明方法产生如下有益技术效果:1)降低总发射功率;2)降低通信***中比特加载的复杂度;3)避免由于延时产生的CSI失配与算法性能降低。
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明做进一步的说明。
本发明的***比特分配方法主要包括下述的步骤:
2)计算星座距离参数
3)子信道分组及分配每组比特分布参数
依据所确定的比特数分布、***总速率需求,将***总速率分配到两组,并确定比特分布参数;
4)分配的比特数以及相应的发射功率
根据各组所分配的速率,以及空间子信道的星座距离参数,为组内每个空间子信道计算所分配的比特数以及相应的发射功率。
上述步骤中的所述延时的信道状态信息Hf(n)是指与比特传输发生时的信道相比,有一定时间滞后的信道状态信息。在频分双工***中,经过反馈通道到达发射端。采用Jakes模型描述信道时变特征,反馈时延为Tdelay秒,Doppler频移为fD。那么发射端得到的信道状态信息Hf(n)即有延时的信道状态信息,它与当前信道H(n)之间的相关系数为ρ=J0(2πfDTdelay),J0(·)是第一类零阶Bessel函数。发射端根据Hf(n)估计当前信道为
本发明的子信道是MIMO空间子信道,它是在每个OFDM子载波上通过奇异值分解(SVD)产生的空间子信道。假设MIMO-OFDM***在发射和接收端分别配置MT和MR个天线,共有NC个子载波;每对发射-接收天线间经历统计特性相同的频率选择性衰落。那么,经过收发两端联合处理后,在第n个子载波上得到平坦衰落MIMO信道矩阵H(n)=[Hμν(n)],1≤μ≤MT,1≤ν≤MR。如果天线间距足够远,Hμν(n)之间将互不相关。对H(n)进行奇异值分解(SVD)产生MS=min(MT,MR)个空间子信道,即
式(2)中λi(n)是按降序排列的奇异值,ui(n)与vi(n)分别是与λi(n)对应的左/右奇异向量。
所述星座距离指空间子信道上使用QAM星座时,经过归一化的平方欧氏距离参数。去除循环前缀之后的OFDM符号周期为TS,第n个子载波上第i个空间子信道加载的比特数和功率为{bi(n),Pi(n)}。在使用正方形和矩形QAM星座的条件下,星座的最小平方欧氏距离为
其中
归一化的平方欧氏距离参数为
在定义了归一化的平方欧氏距离参数之后,子信道i上的误码率(BER)可以近似为
上式中σ2是空间子信道i上的噪声功率。
那么第i个子空间信道上的平均BER为
空间子信道分组与组间比特分布:在OFDM***中,其子载波信道之间具有连续变化的特点。而MIMO信道中,最强的两个空间子信道具有更大的增益,其也较其他空间子信道小得多。从这两个特点出发,将所有空间子信道按照顺序划分为两组:每个OFDM载波上的空间子信道1和空间子信道2划分入第一组,其他子信道划分入第二组。那么两组之内的动态范围在16倍以内;两组之间有一定的重叠区域。当组内所有信道的的动态范围在16倍以内,可以近似认为各子信道上加载的比特数是两个连续的偶数之一,与最优比特加载方法相比,引起的额外功率增长极小。于是据此设定两组子信道的比特数分别为为:bmax与bmax-2以及bmax-2与bmax-4(bmax是一个待定的偶数)。然后根据需要传输的比特总数Rneed,以及每组子信道上的星座距离确定比特分布参数bmax。
确定两组信道各自的速率R1、R2:两组内所有子信道分别加载bmax-2、bmax-4比特之后,如果还有剩余的比特,则采用剩余比特平均分配的准则,将剩余的比特在两组间平均分配,得到两组信道各自的速率R1、R2,具体包括:
a.令第一组子信道全部加载bmax-2比特所达到的速率为Ra,第二组子信道全部加载bmax-4比特所所达到的速率为Rb,则剩余比特为Rrem=Rneed-Ra-Rb;
b.为第一组分配比特数R1=Ra+Rrem/2,第二组分配比特数R2=Rb+Rrem/2;
每组内按照二分法分配所有比特,按照分配的比特数为所有子信道计算需要的发射功率,具体包括:
a.两组分别按照二分法加载比特,设第p(p=1,2)组内两个比特数分别为bup与blow;Rp是为第p组分配的总比特数;
d.根据子信道上加载的比特数从下表1得到相应功率需求因子F,通过计算得到相应的发射功率。
e.对所有子信道的发射功率求和,就得到***的发射功率。
目前实际***中,调制一个符号所用的比特数低于10。
两组之内均按照上述方法为每个空间子信道分配了比特,并分别计算相应的发射功率;所有子信道加载的比特数之和即为***的目标速率Rneed,所有子信道的发射功率之和即为***的总发射功率。
本发明的比特加载方法为物理层各子信道、OFDM各载波分配适当的比特数,以便进行后续的调制、MIMO空分复用等操作。目的是在满足***对信息传输速率与通信质量(误码率)的前提下,尽可能降低***发射功率;同时降低执行比特加载算法的复杂度。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM***比特加载方法,其特征在于所述延时的信道状态信息为发射端通过反馈通道获得的自接收端发出包含NC个子载波的信道状态信息Hf(n),与比特传输发生时的信道H(n)相比,延时的信道状态信息Hf(n)是有一定时间滞后的信道状态信息。
3.根据权利要求2所述的MIMO-OFDM***比特加载方法,其特征在于所述发射端获得的延时的信道状态信息Hf(n)与当前信道H(n)之间存在相关系数ρ
ρ=J0(2πfDTdelay);
其中:J0(·)第一类零阶Bessel函数,Tdelay为反馈时延,fD为Doppler频移。
归一化的平方欧氏距离参数
确定第i个子空间信道i上近似的误码率BERi(n)
6.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM***比特加载方法,其特征在于所述所有空间子信道分成两组的方法包括:
每个OFDM载波上的空间子信道1和空间子信道2划分入第一组,其他子信道划分入第二组;
如果每个OFDM载波上只有两个空间子信道,则子信道1划分入第一组,子信道2划分入第二组。
7.根据权利要求6所述的MIMO-OFDM***比特加载方法,其特征在于所述两组分配的比特数的分布包括:bmax与bmax-2;bmax-2与bmax-4;bmax是待确定比特数并为偶数。
8.根据权利要求7所述的MIMO-OFDM***比特加载方法,其特征在于所述比特数分布的具体参数的确定包括:
a.令bmax=4;
b.第一组全部子信道加载bmax-2比特,第二组全部加载bmax-4比特;
c.若步骤b中所得比特数小于0,则取为0比特,两组信道达到的总的速率Rtotal;
d.若Rtotal>Rneed,进入下一步e;否则bmax=bmax+2,返回b;
e.bmax=bmax-2;
则:两组分配的比特数分别为bmax与bmax-2以及bmax-2与bmax-4;
若上述比特数出现负值,则取为0比特。
9.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM***比特加载方法,其特征在于所述组内每个空间子信道计算所分配的比特数的方法包括:
a.令第一组子信道全部加载bmax-2比特所达到的速率为Ra,第二组子信道全部加载bmax-4比特所所达到的速率为Rb,则剩余比特为Rrem=Rneed-Ra-Rb;
b.为第一组分配比特数R1=Ra+Rrem/2,第二组分配比特数R2=Rb+Rrem/2 。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310484898.XA CN103532671B (zh) | 2013-10-16 | 2013-10-16 | 基于延时信道状态信息的mimo-ofdm***比特分配方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201310484898.XA CN103532671B (zh) | 2013-10-16 | 2013-10-16 | 基于延时信道状态信息的mimo-ofdm***比特分配方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103532671A true CN103532671A (zh) | 2014-01-22 |
CN103532671B CN103532671B (zh) | 2016-08-17 |
Family
ID=49934388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201310484898.XA Expired - Fee Related CN103532671B (zh) | 2013-10-16 | 2013-10-16 | 基于延时信道状态信息的mimo-ofdm***比特分配方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103532671B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105245253A (zh) * | 2015-09-09 | 2016-01-13 | 嘉兴国电通新能源科技有限公司 | 基于ofdm的plc***子载波比特位并行加载方法 |
CN105262524A (zh) * | 2015-09-06 | 2016-01-20 | 西安电子科技大学 | 基于反馈补偿的mimo***的多用户调度方法 |
CN107171702A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-15 | 重庆大学 | 基于pca演进的大规模mimo信道反馈方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101631003A (zh) * | 2009-08-20 | 2010-01-20 | 北京邮电大学 | 一种用于mimo-ofdm***的旋转调制信号的方法 |
US20110293031A1 (en) * | 2010-05-28 | 2011-12-01 | Fujitsu Limited | Method and apparatus for bit and power allocation, and communication system |
-
2013
- 2013-10-16 CN CN201310484898.XA patent/CN103532671B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101631003A (zh) * | 2009-08-20 | 2010-01-20 | 北京邮电大学 | 一种用于mimo-ofdm***的旋转调制信号的方法 |
US20110293031A1 (en) * | 2010-05-28 | 2011-12-01 | Fujitsu Limited | Method and apparatus for bit and power allocation, and communication system |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
魏仁: "MIMO-OFDM***中的自适应比特和功率分配研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105262524A (zh) * | 2015-09-06 | 2016-01-20 | 西安电子科技大学 | 基于反馈补偿的mimo***的多用户调度方法 |
CN105262524B (zh) * | 2015-09-06 | 2018-06-05 | 西安电子科技大学 | 基于反馈补偿的mimo***的多用户调度方法 |
CN105245253A (zh) * | 2015-09-09 | 2016-01-13 | 嘉兴国电通新能源科技有限公司 | 基于ofdm的plc***子载波比特位并行加载方法 |
CN105245253B (zh) * | 2015-09-09 | 2017-11-17 | 嘉兴国电通新能源科技有限公司 | 基于ofdm的plc***子载波比特位并行加载方法 |
CN107171702A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-15 | 重庆大学 | 基于pca演进的大规模mimo信道反馈方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103532671B (zh) | 2016-08-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9819408B2 (en) | Transmission method, transmission device, receiving method, and receiving device | |
CN101827060B (zh) | 基于分数阶傅里叶变换的自适应调制解调方法 | |
EP1531594A1 (en) | Apparatus and method for sub-carrier allocation in a multiple-input and multiple-output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) communication system | |
CN101720093B (zh) | 一种基于正交矩阵的认知无线电频谱共享方法 | |
CN100527721C (zh) | 一种用于ofdm***自适应调制的比特和功率分配方法 | |
WO2011087039A1 (ja) | 送信機及びmimo多重伝送方法 | |
CN102355672A (zh) | 认知正交频分复用***中的自适应资源分配方法 | |
CN103780528B (zh) | 通信***及其信号发送方法与装置、信号接收方法与装置 | |
CN114337751A (zh) | 一种时间反转ofdm多用户通信***的功率分配方法 | |
CN104796371B (zh) | 一种降低无线信道pmd效应影响的ofdm自适应极化调制方法 | |
Karami et al. | Channel adaptive power allocation and pilot optimization for OFDM systems | |
CN102255707A (zh) | 针对sc-fdma mu- mimo***的基于互信息的空间频率调度方法 | |
CN103532671A (zh) | 基于延时信道状态信息的mimo-ofdm***比特分配方法 | |
CN104052568A (zh) | 针对定时同步互易性误差的协作多点传输预编码算法 | |
KR20160136520A (ko) | Mimo-ofdm 기반 블록 amc 환경에서 전송 전력 분배 및 파라미터 결정 방법 및 시스템 | |
Lee et al. | A utility-approached radio resource allocation algorithm for downlink in OFDMA cellular systems | |
CN104320170A (zh) | 大规模mimo***中导频污染抑制波束赋形方法 | |
CN105939541A (zh) | 多用户时频编码分集mt-cdma的等效子载波分配***及方法 | |
CN104023400A (zh) | 针对ofdm基站***的下行信道按需分配方法 | |
CN103220025B (zh) | 一种应用于vmimo***的多用户配对算法 | |
CN102487368B (zh) | Per-tone均衡器的设计方法及实现装置 | |
Giuliano et al. | Fractional frequency reuse planning for WiMAX over frequency selective channels | |
CN101540748B (zh) | 具有非均匀载波间距的多载波调制解调方法 | |
CN101459645B (zh) | 一种多天线正交频分复用***中的基于子带的检测方法 | |
Afifi et al. | A new adaptive channel estimation for frequency selective time varying fading OFDM channels |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160817 Termination date: 20171016 |