一种基于hf mimo预编码系统的信道预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种基于HF Mnro预编码系统的信道 预测方法。
【背景技术】
[0002] 预编码技术通过将信道状态信息（Channel State Information，CSI)反馈回发 送端，能够提升MMO系统的容量和传输质量，其中一个重要假设是反馈信道零延迟和信道 估计完美。而在实际系统中，接收端信道估计获得的CSI，发送端信号发射时的CSI，由于信 道的时变性和反馈延迟的存在，这两个时刻的CSI并不是完全一致的。接收端信道估计是 获得CSI的起点，CSI的准确性很大程度上依赖于信道估计的准确性。对于一个时变信道， CSI必须不断地更新，否则过期的CSI将会严重影响发射预编码矩阵的准确性，因此反馈延 迟会降低预编码系统的性能。
[0003] 短波（High Frequency，HF)的传播依靠电离层的反射，传播过程中可能存在多次 反射，因此信号的传播延时较大，在设计HF MHTO预编码系统时需要考虑反馈延迟的问题。 Lebrun G等人在 IEEE Transactions 上的文献"ΜΙΜΟ transmission over a time-varying channel using SVD"中提出米用 ZF(Zero Forcing)或MMSE (Minimum Mean Square Error) 接收机代替信道的奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD)准则来进行解码接 收，可以降低反馈延迟的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于HF Mnro 预编码系统的信道预测方法，有效解决了短波时变信道存在反馈延迟的问题，对于部署HF Mnro预编码系统有参考意义。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006] 一种基于HF M頂0预编码系统的信道预测方法，其特征在于，将短波时变信道建模 为一个ARMA滤波器，提取短波信道的时域特征进行参数估计，根据信道预测值的SVD分解 来进行预编码，从而降低了反馈延迟对系统性能的影响。
[0007] 该预测方法具体包括以下步骤：
[0008] 步骤1 :采用P阶ARMA滤波器对短波时变信道进行建模，根据第k个数据块前的P 个信道估计值，去预测反馈延迟Q个数据块后的信道，信道预测值
t表示为：
[0010]其中 Wjl= [W jl(0)，…，Wjl (P-I)]τ表示 P 阶 ARM 滤波器系数，
表示第k个数据块前的P个信道估计值，Lb为每个数 据块的长度；
[0011] 步骤2 :根据信道预测值与实际值的最小均方差MMSE准则选取W]1，均方差σ表示 为：
[0013] 其中((k+Q) Lb)表示第k个数据块信道响应的实际值；
[0014] 步骤3 :为使σ最小化，最优的滤波器系数Wjl表示为：
[0017] 步骤4 :在ITS短波信道模型中，信道的冲激响应h (t，τ )是传播时间t和各路径 传播时间延迟τ的函数：
[0019] 其中η为传输模式的数目！Pi ( τ )为第i个模式的延时功率分布，代表了短波信道 的时间延迟扩展特性A (t，τ)为确定性相位函数，代表了短波信道的多普勒频率偏移特 性；Mt, τ)为随机调制函数，代表了短波信道的多普勒频率扩展特性，信道冲激响应的 时间自相关特性由最大多普勒频移fd决定，BP
[0021] 其中！^表示符号周期，Jj ·)表示零阶第一类Bessel函数，η和n'分别表示不 同的时刻；
[0022] 步骤5 :用r]1表示步骤3中矩阵R的元素，1^表示向量u的元素，根据步骤4信道 的时间自相关特性，它们表示为：
[0025] 其中j，i e [0, P-ι]，δ ( ·)表示单位脉冲函数，N。表示噪声功率，E P表示信号功 率，δ (j-i)表示j-i时刻的冲激函数；
[0026] 步骤6 :用&表示信道矩阵的预测值，其元素为 进行SVD分 解：
[0028] 其中*表示共辄转置，那么发射预编码矩阵
,.表 不奇异值矩阵。
[0029] 该方法基于PSAM的信道估计方法，用队和N ^分别表示M頂0系统发射和接收天 线数目，在每个发射端数据块的头部周期性插入已知的导频序列，每个数据块的长度为Lb 个符号，用表示在第i个发射天线第k个数据块上插入的符号，并乘以正交序列C1 =[Ci(O),…，Ci(Nt-I)]1^持不同天线间导频序列的正交性；在时刻n = kLb+l，其中1 = 0,…，Nt-I，导频序列表示为下式，共包含Nt个时隙：
[0031] 假设信道在一个长度为Lb的数据块中是不变的，即UkLb) (kLb+l)，1 = 0, ...，Nt-l〇
[0032] 用乃(10 = [7]〇^)，*"，7]〇^+队-1)^表示第」个接收天线处第1^个数据块的导 频接收序列：
[0034] 其中n] (k)表示第j个接收天线处第k个数据块的噪声信号。
[0035] 根据导频序列的正交性，获得每个数据块的信道估计值：
表示信道估计的误差，用E表示信道矩阵H的估 计值，其元素为
，反馈延迟用Q个基于PSAM的数据块结构进行表示。
[0038]与现有技术相比，本发明考虑了短波信道中的反馈延迟以及信道估计误差，利用 信道矩阵的预测值进行预编码矩阵和接收合并矩阵的设计，该方法设计的HFMHTO预编码 系统能够降低反馈延迟对系统性能的影响。
【附图说明】
[0039] 图1为本发明的结构原理图；
[0040] 图2为基于PSAM的发射端帧结构；
[0041] 图3为预编码系统的归一化均方信道误差随导频序列信噪比的变化曲线图；
[0042] 图4为反馈延迟Q = 2时的不同预编码系统BER性能；
[0043] 图5为反馈延迟Q = 4时的不同预编码系统BER性能。
【具体实施方式】
[0044] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0045] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0046] 一种基于信道预测的HF MHTO预编码系统设计方法，如图1所示，考虑带有队根 发射天线和Nr根接收天线的MMO系统，发送符号向量s = [s i (n)，S2 (η)，…，sM (n) ]T，M代 表子流数目，η表示离散时间序号。发送符号功率满足trksl =P。。假设MMO信道是 频率平坦性衰落和时变的，Iijl (η)表示发射天线i到接收天线j之间的子信道冲激响应。
元素服从独立同分布的高斯随机变量
，根据Jakes信道模型，信道 冲激响应的时间自相关特性由最大多普勒频移fd决定，BP
[0048] 其中！^表示符号周期，JQ( ·)表示零阶第一类Bessel函数。令§代表接收符号向 量，可以表示为
[0050] 其中F表示发送预编码矩阵，G表示接收合并矩阵，信道矩阵H的元素为
η表示加性高斯白噪声
[0051] 采用基于PSAM的信道估计方法，发射端帧结构如图2所示。在每个发射端数据块 的头部周期性插入已知的导频序列，每个数据块的长度为L b个符号，我们用.表示在 第i个发射天线第k个数据块上插入的符号，并乘以正交序列C1 = [c i (0)，…，C1 (Nt-I) ]τ 保持不同天线间导频序列的正交性。在时刻n = kLb+l，其中1 = 0,…，Nt-1，导频序列可以 表示为下式，共包含队个时隙。
[0053] 假设信道在一个长度为Lb的数据块中是不变的，即h u(kLb) zh^kU+l)，1 = 0,…，Nt-I。用y j (k) = [y j (kLb)，…，y j (kLb+Nt-l) ]τ表示第j个接收天线处第k