一种基于宽线性处理的MIMO系统的编码方法及系统与流程

本发明涉及通信，具体为一种基于宽线性处理的mimo系统的编码方法及系统。

背景技术：

1、mimo(multiple-input multiple-output)是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，它与传统的信号处理方式的不同之处在于其同时从时间和空间两个方面研究信号的处理问题，从而能够在不增加带宽与发射功率的前提下，提高系统的数据速率、减少误比特率、改善无线信号的传送质量。mimo技术的无线通信系统可以在不增加带宽或总发送功率的情况下，大幅地增加通信系统的数据吞吐量或者提高发送距离，这使得mimo技术成为现代通信系统的基础技术之一。但是随着使用天线数目的增加，mimo技术实现的复杂度大幅度增高，特别终端侧由于功耗和体积的受限，限制了天线的使用数目，不能充分发挥mimo技术的优势。目前mimo通信系统中主要采用了线性预编码算法，此类算法具有复杂度低、原理简单等优点，其性能依然远小于mimo系统提供的信道容量。非线性预编码算法，如dpc算法等，虽然可以达到容量上限，但其算法复杂度过高从而难以实现工程应用。因此，研究具有较低复杂度和减小系统误码率的一种基于宽线性处理的mimo系统的编码方法及系统是很有必要的。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于宽线性处理的mimo系统的编码方法及系统，具备较低复杂度和减小系统误码率的优点，解决了上述背景技术中的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述较低复杂度和减小系统误码率的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于宽线性处理的mimo系统的编码方法及系统，包括信源编码模块、信道编码模块、调制模块、信道估计模块、分集增益模块、解调模块和解码模块，所述信源编码模块用于将输入的数据进行压缩和编码，信源编码后的数据经过信道编码模块进一步编码，然后传输给调制模块，所述信道编码模块用于对经过信源编码的数据进行进一步编码，增加冗余度，编码后的数据传输给调制模块进行调制，然后通过信道发送，所述调制模块用于将经过信道编码的数据转换成在信道上传输的模拟信号或数字信号，调制后的信号通过信道发送，然后在接收端通过解调模块接收和解调，所述信道估计模块通过接收到的信号估计信道的特性，在解调和解时进行补偿和校正，估计得到的信道信号用于解调和解码模块中，所述分集增益模块用于增强通信系统性能，所述解调模块接收并解调经过信道传输的信号，将其转换回数字信号，解调后的信号通过解码模块进行解码，所述解码模块用于对解调得到的信号进行解码，还原出原始的数据信息，解码模块接收解调后的信号，并根据信道估计模块提供的信道信息进行解码，得到原始的数据信息。

5、根据上述技术方案，所述信源编码模块包括源编码器、信源建模模块和编码参数选择模块，所述源编码器负责对源数据进行编码，所述信源建模模块用于对源数据进行统计建模，根据数据的统计特性，提供给源编码器有关数据概率分布的信息，所述编码参数选择参数用于根据不同的应用场景和要求选择编码参数，平衡压缩率和编码复杂度之间的权衡。

6、根据上述技术方案，所述调制模块包括当mimo系统采用直线调制或qr调制方式时， 相对于lmmse，采用 wlmmse 检测器可以获得额外的性能提升。wlmmse检测器的计算复杂度较小，与lmmse的计算复杂度相近，结合wlmmse准则，对系统的预编码矩阵和解码矩阵进行优化设计，以获取更高的性能。

7、根据上述技术方案，所述信道估计模块具体分析过程为：在通信系统中，如果发送数据的信干噪比低于一定的阈值，则会发生“中断”，通常该阈值以目标通信速率来标识，基于信道容量公式，通信中的中断概率定义为：

8、

9、基于中断概率的定义，并根据公式[ch3:se1:eq:finalapproxpdf]给出的概率分布密度函数,我们可以得到：

10、给定目标速率r，中断概率，可以表示为：

11、

12、根据上述技术方案，所述分集增益模块具体分析过程为：

13、当mimo系统采用直线信号或者qr信号发送数据时，系统的分集增益d为：

14、

15、根据上述技术方案，所述解调模块具体分析过程为：采用直线信号或者qr信号发送数据时，系统的误码率，可以表示为：

16、

17、根据上述技术方案，所述一种基于宽线性处理的mimo系统的编码方法，该方法包括以下步骤：

18、s1：对每个输入信号进行空时编码，将其映射到mimo系统中的多个天线；

19、s2:将编码后的每个信号映射到mimo系统的不同子信道中，利用系统的空间多样性，使用调制和多址技术，将信号映射到复数域上的子信道。

20、s3：在mimo系统中，使用宽线性处理技术来处理多个输入信号和输出信号之间的关系，宽线性处理可以包括矩阵乘法、线性滤波操作，利用系统的空间和频率多样性。

21、s4：在接收端，使用信号检测算法来估计每个输入信号的发送值，使用最大比合并、线性检测方法来估计传输的信号。

22、根据上述技术方案，所述步骤s2进一步包括将mimo系统中的多个天线划分为不同的子信道，每个子信道对应于mimo系统中的一个天线对或天线组合，对每个编码后的信号进行调制，将其映射到复数域上，将调制后的每个信号映射到对应的子信道中，通过空间多址技术来实现，将每个复数形式的信号分配到不同的天线或天线组合上，通过在不同的子信道中分别传输不同的信号，可以实现空间多址和空间分集技术，增强系统的抗干扰能力和信号接收质量，在接收端，针对每个子信道的接收信号进行解调和解码，以恢复原始信息。

23、（三）有益效果

24、与现有技术相比，本发明提供一种基于宽线性处理的mimo系统的编码方法及系统，具备以下有益效果：

25、该基于宽线性处理的mimo系统的编码方法及系统，通过仿真数据看出，采用wlmmse，无论对小规模天线配置还是大规模天线配置，wlmmse检测器的误码率理论值与仿真结果匹配的非常好。在大规模天线配置的情况下，相对于lmmse检测器，wlmmse检测器极大地减小了系统的误码率。

技术特征：

1.一种基于宽线性处理的mimo系统的编码系统，包括信源编码模块、信道编码模块、调制模块、信道估计模块、分集增益模块、解调模块和解码模块，其特征在于，所述信源编码模块用于将输入的数据进行压缩和编码，信源编码后的数据经过信道编码模块进一步编码，然后传输给调制模块，所述信道编码模块用于对经过信源编码的数据进行进一步编码，增加冗余度，编码后的数据传输给调制模块进行调制，然后通过信道发送，所述调制模块用于将经过信道编码的数据转换成在信道上传输的模拟信号或数字信号，调制后的信号通过信道发送，然后在接收端通过解调模块接收和解调，所述信道估计模块通过接收到的信号估计信道的特性，在解调和解时进行补偿和校正，估计得到的信道信号用于解调和解码模块中，所述分集增益模块用于增强通信系统性能，所述解调模块接收并解调经过信道传输的信号，将其转换回数字信号，解调后的信号通过解码模块进行解码，所述解码模块用于对解调得到的信号进行解码，还原出原始的数据信息，解码模块接收解调后的信号，并根据信道估计模块提供的信道信息进行解码，得到原始的数据信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于宽线性处理的mimo系统的编码系统，其特征在于：所述信源编码模块包括源编码器、信源建模模块和编码参数选择模块，所述源编码器负责对源数据进行编码，所述信源建模模块用于对源数据进行统计建模，根据数据的统计特性，提供给源编码器有关数据概率分布的信息，所述编码参数选择参数用于根据不同的应用场景和要求选择编码参数，平衡压缩率和编码复杂度之间的权衡。

3.根据权利要求1所述的一种基于宽线性处理的mimo系统的编码系统，其特征在于：所述调制模块包括当mimo系统采用直线调制或qr调制方式时，相对于lmmse，采用wlmmse检测器可以获得额外的性能提升，wlmmse检测器的计算复杂度较小，与lmmse的计算复杂度相近，结合wlmmse准则，对系统的预编码矩阵和解码矩阵进行优化设计，以获取更高的性能。

4.根据权利要求1所述的一种基于宽线性处理的mim0系统的编码系统，其特征在于：所述信道估计模块具体分析过程为：在通信系统中，如果发送数据的信干噪比低于一定的阈值，则会发生“中断”，通常该阈值以目标通信速率r来标识，基于信道容量公式，通信中的中断概率定义为：

5.根据权利要求1所述的一种基于宽线性处理的mim0系统的编码系统，其特征在于：所述分集增益模块具体分析过程为：

6.根据权利要求4所述的一种基于宽线性处理的mim0系统的编码系统，其特征在于：所述解调模块具体分析过程为：采用直线信号或者qr信号发送数据时，系统的误码率pe(ρ)，可以表示为：

7.一种基于宽线性处理的mimo系统的编码方法，应用于如权利要求1-4中任意一项所述的编码系统，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种基于宽线性处理的mimo系统的编码方法其特征在于，所述步骤s2进一步包括将mimo系统中的多个天线划分为不同的子信道，每个子信道对应于mimo系统中的一个天线对或天线组合，对每个编码后的信号进行调制，将其映射到复数域上，将调制后的每个信号映射到对应的子信道中，通过空间多址技术来实现，将每个复数形式的信号分配到不同的天线或天线组合上，通过在不同的子信道中分别传输不同的信号，可以实现空间多址和空间分集技术，增强系统的抗干扰能力和信号接收质量，在接收端，针对每个子信道的接收信号进行解调和解码，以恢复原始信息。

技术总结本发明涉及通信技术领域，且公开了一种基于宽线性处理的MIMO系统的编码方法及系统，包括信源编码模块、信道编码模块、调制模块、信道估计模块、分集增益模块、解调模块和解码模块，所述信源编码模块用于将输入的数据进行压缩和编码，所述信道编码模块用于对经过信源编码的数据进行进一步编码，所述调制模块用于将经过信道编码的数据转换成在信道上传输的模拟信号或数字信号，所述信道估计模块在解调和解时进行补偿和校正，所述分集增益模块用于增强通信系统性能，所述解调模块接收并解调经过信道传输的信号，所述解码模块用于对解调得到的信号进行解码，本发明具有较低复杂度和减小系统误码率的特点。技术研发人员：王海港,朱兵,蒋志刚,任黎明,戴晨,蒋加锋受保护的技术使用者：安徽明生恒卓科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14