摘  要：為了充分利用多天線系統(tǒng)中后合并混臺(tái)自動(dòng)重傳請(qǐng)求(HARQ)構(gòu)的靈活性，合理分配每次重傳數(shù)據(jù)的空間子信道及相應(yīng)的功率，提出基于后合并HARQ的線性預(yù)編碼方案。該方案不僅在單次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)蕕得預(yù)編碼增益，而且利用子信道置換平均重傳符號(hào)之間的性能差異，進(jìn)而獲得更多的空間分集增益。仿真結(jié)果表明，當(dāng)傳輸次數(shù)為4時(shí)，所建議的方案相對(duì)于空間復(fù)用方案在誤比特率為10-4時(shí)約有5．5 dB的信噪比增益，并且隨著重傳次教的增加性能差異更加明顯。
關(guān)鍵詞：無(wú)線通信；多天線系統(tǒng)；混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求；線性預(yù)編碼

    近年來(lái)隨著高數(shù)據(jù)率可靠業(yè)務(wù)需求的迅速發(fā)展，混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求(hybrid automatic repeatrequest，HARQ)協(xié)議成為后3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。相對(duì)于自動(dòng)重傳請(qǐng)求技術(shù)而言，HARQ技術(shù)在接收端出現(xiàn)譯碼錯(cuò)誤時(shí)并不丟棄數(shù)據(jù)塊，而是與重傳數(shù)據(jù)進(jìn)行合并譯碼，從而獲得更高的譯碼可靠性和系統(tǒng)通過(guò)率。根據(jù)接收端數(shù)據(jù)合并方式又可以把HARQ技術(shù)分為Chase合并方案與增量冗余合并方案：前者所需的接收端緩存較小，信令相對(duì)簡(jiǎn)單；后者基于比特級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)合并，相對(duì)比較復(fù)雜且需要更多的緩存，但具有更好的性能。
    另一方面，多入多出(multi-input-multi-output，MIMO)傳輸系統(tǒng)由于在發(fā)送端和接收端各放置多根天線從而使得無(wú)線鏈路的頻譜效率及可靠性有很大提高。文針對(duì)MIMO系統(tǒng)提出了2種合并方案:前合并和后合并。前合并性能較好，但是只能基于符號(hào)級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)合并；后合并雖然性能略差于前合并，但可基于符號(hào)級(jí)和比特級(jí)方式合并，因此非常靈活。
    以上HARQ的研究均基于發(fā)送端不知道任何信道參數(shù)。當(dāng)發(fā)送端具有全部或部分信道狀態(tài)信息(CSI)時(shí)，可通過(guò)在發(fā)送端采用線性預(yù)編碼技術(shù)使系統(tǒng)性能得到進(jìn)一步的提升。一般情況下，發(fā)送端獲得CSI的方式有：在頻分雙工系統(tǒng)中通過(guò)反饋信道獲得CSI；在時(shí)分雙工系統(tǒng)中通過(guò)上下行鏈路間的互惠關(guān)系得到信道估計(jì)值。本文假設(shè)發(fā)送端具有理想CSI，基于后合并方式提出了一種適用于HARQ結(jié)構(gòu)的線性預(yù)編碼方案，并通過(guò)仿真與傳統(tǒng)的空間復(fù)用方案以及簡(jiǎn)單迭加預(yù)編碼器的方案進(jìn)行了比較。

l 系統(tǒng)模型
    圖1給出了基于預(yù)編碼結(jié)構(gòu)的后合并HARQ多天線通信系統(tǒng)框圖。對(duì)于第i次數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，輸入信息比特流經(jīng)過(guò)編碼器和調(diào)制器后輸出調(diào)制符號(hào)矢量s(i),經(jīng)過(guò)預(yù)編碼矩陣F(i)輸出至M根發(fā)送天線并發(fā)射。在接收端通過(guò)N根接收天線并經(jīng)過(guò)接收機(jī)G(i)后得到接收符號(hào)矢量S(i)，然后進(jìn)行與發(fā)送端相對(duì)應(yīng)的解調(diào)和譯碼并最終判決輸出信息比特。如果出現(xiàn)譯碼錯(cuò)誤，則發(fā)送重傳指示符號(hào)至發(fā)送端告之重傳并經(jīng)過(guò)新的預(yù)編碼矩陣F(i+1)后再次發(fā)送，在接收端經(jīng)過(guò)接收機(jī)G(i+1)后與前若干次接收符號(hào)進(jìn)行Chase合并或在軟解調(diào)模塊之后進(jìn)行比特級(jí)的Chase合并，然后經(jīng)過(guò)譯碼判決輸出。重復(fù)上述過(guò)程，直至輸出正確信息比特或達(dá)到最大重傳次數(shù)L。

    第i次數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程可以表示為

其中：為B×1矢量，表示矢量轉(zhuǎn)置且B≤min(M，N);F(i)為M×B線性預(yù)編碼矩陣，與每次數(shù)據(jù)重傳時(shí)的信道參數(shù)及重傳次數(shù)有關(guān)，其具體結(jié)構(gòu)將在后面部分詳述；H(i)為N×M信道矩陣且各元素間相互獨(dú)立并服從均值為零、方差的復(fù)Gauss分布;n(i)為零均值、方差的加性白Gauss噪聲矢量；接收機(jī)G(i)包括非線性(如最大似然接收機(jī))和線性2種�？紤]到實(shí)際運(yùn)用情況，本文基于線性接收機(jī)進(jìn)行研究。對(duì)于最小均方誤差(MMSE)接收機(jī)，表達(dá)式為對(duì)于迫零(ZF)方式，接收機(jī)的表達(dá)式如下：，其中(·)H表示Hermite轉(zhuǎn)置，IB是B維單位矩陣。

2 基于后合并HARQ結(jié)構(gòu)的預(yù)編碼

2．1 非HARQ結(jié)構(gòu)下的最優(yōu)線性預(yù)編碼
    文基于各種準(zhǔn)則研究了收發(fā)兩端均具有完全CSI時(shí)的最優(yōu)線性預(yù)編碼方案。假設(shè)調(diào)制符號(hào)能量已歸一化，則當(dāng)發(fā)送總功率o時(shí)，對(duì)于特定的優(yōu)化準(zhǔn)則需要優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)f(H，F(xiàn)，G)，其中tr(·)表示矩陣的跡。此時(shí)對(duì)于每一次特定
的信道實(shí)現(xiàn)，基于不同的優(yōu)化準(zhǔn)則和接收機(jī)類(lèi)型能夠得到相應(yīng)的最優(yōu)預(yù)編碼矩陣F。對(duì)于MMSE接收機(jī)和ZF接收機(jī)，采