用于多输入多输出通信的系统和方法技术方案

一种用于多输入多输出之用的实施例通信系统和方法。克罗内克模型确定符号编码的形成，实现高信噪比(SNR)的遍历容量。通过形如各向同性分布随机格拉斯曼分量乘以确定分量的输入信号，实现此容量的下限，所述确定分量包括发射机协方差矩阵的本征向量，以及发射机协方差矩阵的本征值的逆矩阵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求享有于2014年5月9日申请的、专利技术名称为“在信噪比独立的间隙中的克罗内克空间相关非相干MIMO信道的遍历高信噪比容量”的61/991,399号美国临时申请的权益，所述申请通过引用结合于此，以及要求享有申请日期为于2015年5月7日申请的、专利技术名称为“用于多输入多输出通信的系统和方法”的、序号为14/706,591的美国专利申请的权益，所述申请的内容通过引用结合于此。
本专利技术涉及一种无线通信的系统和方法，并且在具体的实施例中，涉及一种用于多输入多输出通信的系统和方法。
技术介绍
多输入多输出(MIMO)通信系统为无线信道上的通信提供了一种高效频谱手段。这类系统可分类为接收机可使用可靠的信道状态信息(CSI)的相干系统，以及此信息对发射机或接收机不可用的非相干系统。相干系统相比其非相干系统而言，在设计上较为直接。然而，对相干系统的分析往往没有考虑为获取可靠的CSI而花费的资源代价。在静态和慢衰落的情景中忽略这个代价通常可以容忍。但在具有高移动性的无线系统中出现的快衰落情景中忽略这个代价，将有极大的误导性。行进速度60英里每小时的移动设备具有约为3ms的衰落相干。如果移动系统工作在1.9GHz，且具有每秒30K个符号的符号率，则3ms容许50-100个符号周期。如果每个天线需要若干个训练符号，则在一个衰落相干周期内，只能训练少数几个天线。为求减少在快衰减情境中获取可靠CSI的代价，通常相信使用非相干信令策略更为理想，亦即不要求接收机使用CSI的策略。已经表明的是，对于独立同分布(i.i.d.)分组瑞利衰落系数下的空间白MIMO信道，实现遍历容量的输入矩阵可以各向同性分布式酉分量加具有非负项的对角分量的形式表示(Hochwald和Marzetta的“Unitary space-time modulation multiple-antenna communications in Rayleigh flat fading(瑞利平坦衰落中的酉空时调制多天线通信)”，IEEE Trans.Inf.Theory，vol.46，pp.543-564，Mar.2000，此文全部通过引用结合于此)。在信道的相干时间超过一定阈值且低于一定阈值的情况下，对于这类信道的渐进高信噪比(SNR)遍历容量，已经确定了闭合表达式。当信道的相干时间超过阈值时，已经表明，对于足够高的SNR，就容量方面而言，最优的是让对角分量成为缩放单位矩阵，并让酉矩阵在格拉斯曼流形上各向同性分布，并使得进行发射的天线的数量少于或等于信道相干时间段所跨越的符号持续时间的个数的一半。已经示出了各种技术用于设计具有速率效率的格拉斯曼星座(constellation)(L.Zheng和D.N.C.Tse，“Communication on the Grassmann manifold：A geometric approach to the noncoherent multiple-antenna channel(格拉斯曼流形上的通信：非相干多天线信道的几何方法)，”IEEE Trans.Inf.Theory，vol.48，pp.359-383，Feb.2002，此文全部通过引用结合于此)。对于SNR低于阈值的情况，已经表明酉分量所具有的分布情况与超过阈值时的情况相同，但已表明对角分量的最优分布是贝塔分布的随机矩阵的本征值的平方根。不同于高SNR的情况的是，对于低SNR，已经表明最优对角分量在任意给定时间最多只有一个非零项。在实际的无线系统中，天线之间相互接近，使得要实现空间白信道一般比较困难，即便当天线之间的距离超过多个波长时也是如此。这种接近性引发了发射机侧和接收机侧的信道矩阵的随机项目之间的相关性。要在数学上描述这种相关性特性，一种方便的手段就是俗称的克罗内克模型，在其中，空间相关的信道矩阵分别由空间白信道矩阵与发射机和接收机协方差矩阵的左乘和右乘表示。幸运地，这些矩阵的特征决定于接收机和发射机处天线的位置、几何形状和波束图形。作为其上安装有天线的无线设备的特征，这些矩阵可被准确地估计并提供给发射机和接收机使用。这些矩阵对合理的信令方法和可实现的速率都可有显著的影响。对于信道系数之间的相关性由克罗内克模型描述的情况，已经表明，对于空间白信道，增加发射天线的数量几乎必定是有益的。也已经表明，最优输入协方差可以表示为各向同性分布的酉分量与具有非零项的对角分量和包括发射机协方差矩阵的本征向量的确定性分量的积。
技术实现思路
本专利技术的实施例是一种包含多个天线的通信系统。包含有预编码器，用于将待传输数据与编码矩阵组合，形成传输符号。所述编码矩阵通过将包括格拉斯曼流形分布的格拉斯曼矩阵与发射机协方差矩阵的函数组合而形成。发射机与多个天线连接，并被配置为发射传输符号。编码矩阵可根据此公式形成：其中，QX是各向同性分布的酉矩阵，D是具有非零项的随机对角矩阵，并且UA是包含有发射机协方差矩阵的本征向量的矩阵，在这种情况下，表示这是该矩阵的共轭转置。随机对角矩阵可根据此公式确定：其中，T是相干时间，P是发射功率，Tr是迹函数，并且∧A是由发射机协方差矩阵的本征值所组成的矩阵。另一个实施例是一种包含基站的通信系统，所述基站包含多个天线，被配置为向多个移动接收机进行传输。基站包含有预编码器，用于将待传输数据与编码矩阵组合，产生传输符号。所述编码矩阵通过将包括格拉斯曼流形分布的格拉斯曼矩阵与发射机协方差矩阵的函数组合而形成。发射机连接着多个天线，并被配置为发射传输符号。编码矩阵可根据此公式形成：其中，QX是各向同性分布的酉矩阵，D是具有非零项的随机对角矩阵，并且UA是包含有发射机协方差矩阵的本征向量的矩阵，在这种情况下，表示这是该矩阵的共轭转置。随机对角矩阵可根据此公式确定：其中，T是相干时间，P是发射功率，Tr是迹函数，并且∧A是发射机协方差矩阵的本征值。另一个实施例是一种通信方法，包括将使用多个天线待无线传输的数据与编码矩阵组合以产生传输符号，然后发射所述传输符号，所述编码矩阵通过将包括格拉斯曼流形分布的格拉斯曼矩阵与发射机协方差矩阵组合而形成。编码矩阵可根据此公式形成：其中，QX是各向同性分布的酉矩阵，D是具有非零项的随机对角矩阵，并且UA是包含有发射机协方差矩阵的本征向量的矩阵，在这种情况下，表示这是该矩阵的共轭转置。随机对角矩阵可根据此公式确定：其中，T是相干时间，P是发射功率，Tr是迹函数，并且∧A是发射机协方差矩阵的本征值。附图说明为更全面地理解本专利技术及其优点，现在将结合附图进行以下描述，其中：图1是示例MIMO通信系统的示意图；图2是所描述实施例的实施方式的方框图；并且图3是本公开实施例的流程图。具体实施方式以下详细讨论目前优选实施例的结构、制造和使用。但是，应当理解的是，本专利技术提供了许多可以在广泛的具体上下文中实施的可适用的创造性概念。所讨论的具体实施例仅为制作及使用本专利技术的具体方式的示意，并非限制本专利技术的范围。图1是一个基本MIMO系统的示意图。接入点(AP)10是包括多个天线的基站。作为一个示例，AP 10可被配置为UMTS蜂窝通信系统中的NodeB，或LTE通信系统中的eNodeB。AP 10具有M个天线12。具体的传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通信节点，包括：预编码器，被配置为用编码矩阵对数据进行预编码以产生传输符号，其中所述编码矩阵由具有格拉斯曼流形分布的格拉斯曼矩阵与根据发射机协方差矩阵确定的矩阵的矩阵相乘而形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.09 US 61/991,399;2015.05.07 US 14/706,5911.一种通信节点，包括：预编码器，被配置为用编码矩阵对数据进行预编码以产生传输符号，其中所述编码矩阵由具有格拉斯曼流形分布的格拉斯曼矩阵与根据发射机协方差矩阵确定的矩阵的矩阵相乘而形成。2.如权利要求1所述的通信节点，其中所述格拉斯曼矩阵在所述格拉斯曼流形上的分布是各向同性分布。3.如权利要求2所述的通信节点，其中所述各向同性分布是幺正的。4.如权利要求1-3中任一个所述的通信节点，其中所述通信节点操作性地连接到发射机，用于无线发射产生的所述传输符号。5.如权利要求1-4中任一个所述的通信节点，其中所述根据发射机协方差矩阵确定的矩阵是所述发射机协方差矩阵的本征分解。6.如权利要求1-4中任一个所述的通信节点，其中所述根据发射机协方差矩阵确定的矩阵是所述发射机协方差矩阵。7.如权利要求4所述的通信节点，其中所述发射机与移动接收机通信，所述移动接收机被配置为接收所述传输符号。8.如权利要求1-7中任一个所述的通信节点，其中所述通信节点用于非相干通信。9.如权利要求1-8中任一个所述的通信节点，其中所述编码矩阵X根据下式形成：其中，QX是各向同性分布的酉矩阵，D是具有非零项的随机对角矩阵，并且UA是包含所述发射机协方差矩阵的本征向量的矩阵。10.如权利要求9所述的通信节点，其中所述随机对角矩阵根据下式确定： D = T P TrΛ A - 1 Λ A - 1 / 2 ]]>其中，T...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑞米·古哈瑞，哈利姆·亚尼蔻米若格鲁，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44