專利名稱：多用戶mimo系統(tǒng)的預(yù)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線移動通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, ΜΙΜΟ)技術(shù)是無線移動通信 領(lǐng)域技術(shù)的重大突破。MIMO技術(shù)是指數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收都采用了多根天線。研究表明，利 用MIMO技術(shù)可以提高無線通信系統(tǒng)的容量。隨著多天線技術(shù)研究的深入，MIMO技術(shù)已從 點對點的單用戶MIMO技術(shù)擴展到了點對多點的多用戶MIMO系統(tǒng)(Multiple User ΜΙΜΟ, MU-MIMO)。MU-MIMO技術(shù)中，多天線分集增益可以有效降低系統(tǒng)誤碼率，多天線復(fù)用增益使 多用戶系統(tǒng)容量區(qū)域擴大。MU-MIMO通常采用發(fā)送端預(yù)編碼技術(shù)，利用空分多址(Spatial Division Multiple Access, SDMA)技術(shù)在相同時間、頻率資源上傳送多個用戶的信息。MU-MIMO系統(tǒng)中，基站同時向多個用戶端發(fā)送各自的數(shù)據(jù)，多個用戶共享同一時頻 資源，系統(tǒng)中必然存在用戶間的共道干擾(Co-Charmel Interference, CCI)，因此CCI和 噪聲一樣，大大地影響了系統(tǒng)的性能。破零信道逆(Zero forcing channel inversion, ZF-CI)技術(shù)被提出消除多用戶間干擾，但是其卻未考慮噪聲的影響，而且其只適用于接 收端各用戶為1根天線。最小均方誤差信道逆(Minimum mean-squared error channel inversion, MMSE-CI)考慮了噪聲和多用戶間干擾對系統(tǒng)性能的影響，但和ZF-CI —樣，只 適合于接收端各用戶有一根接收天線。信道塊對角化(Block Diagonolization, BD)預(yù)編 碼技術(shù)，被提出完全消除用戶間的干擾，而且接收端各用戶可以有多于1根的天線。但是BD 技術(shù)必須滿足于發(fā)送端的天線數(shù)大于等于所有用戶的接收天線數(shù)之和，因而BD技術(shù)并不 適合于接收端各用戶有任意根接收天線的情況。而且，BD技術(shù)只是消除了用戶間的干擾， 并未考慮噪聲對系統(tǒng)性能的影響，因而在信噪比降低時，其性能比較差。為了改善BD的性 能，RBD(regularized BD)技術(shù)被提出來，然而，其復(fù)雜度過高，在現(xiàn)實中實現(xiàn)此技術(shù)則非常 困難。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何使MU-MIMO系統(tǒng)的各用戶有任意根接收天線， 并減小CCI和噪聲對系統(tǒng)的影響，改善系統(tǒng)性能，尤其是在噪聲較大時使改善更加明顯。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，包括以 下步驟SlOl 通過各用戶反饋或利用時分雙工系統(tǒng)的信道互惠性，獲取所述多用戶多輸 入多輸出MIMO系統(tǒng)中各用戶的信道信息Hi以及噪聲功率of，i = 1,2,…K，K表示多用戶 MIMO系統(tǒng)的用戶數(shù)；
S102 依據(jù)各用戶的信道信息Hi,獲得各用戶的補信道玩，并對其實施信道擴展， 獲得矩陣罵；S103 對矩陣f,實施LQ分解，獲得下三角矩陣Li和酉矩陣Qi ；S104 將Qi的N行N列的子矩陣這的共軛轉(zhuǎn)置矩陣右乘于Hi,獲得各用戶的等效 信道//廠，N為發(fā)送端天線數(shù)；S105 對各用戶的等效信道//嚴實施SVD分解操作，獲得各用戶的預(yù)編碼矩陣Wi ；S106:利用所述預(yù)編碼矩陣Wi對要發(fā)送給各用戶的數(shù)據(jù)及導(dǎo)頻進行預(yù)編碼，并將 預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻發(fā)送給各用戶。其中，所述步驟SlOl中通過各用戶反饋獲取各用戶的信道信息Hi包括步驟發(fā)送端發(fā)送非預(yù)編碼的下行導(dǎo)頻；各用戶利用所述下行導(dǎo)頻信息進行信道估計；各用戶向發(fā)送端反饋利用所述下行導(dǎo)頻所估計出的信道信息；發(fā)送端接收各用戶反饋的信道信息，從而獲取系統(tǒng)各用戶的信道信息氏。其中，所述步驟101中通過時分雙工系統(tǒng)獲取各用戶的信道信息Hi包括步驟用戶端發(fā)送非預(yù)編碼的上行導(dǎo)頻；發(fā)送端利用所述上行導(dǎo)頻進行信道估計，獲得上行信道信息，依據(jù)時分雙工系統(tǒng) 的上下行信道互惠性，獲得下行信道信息。其中，所述步驟S102具體包括根據(jù)所述各用戶的信道信息Hi,獲得多用戶MIMO系統(tǒng)的信道信息
權(quán)利要求
一種多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征在于，包括以下步驟S101通過各用戶反饋或利用時分雙工系統(tǒng)的信道互惠性，獲取所述多用戶多輸入多輸出MIMO系統(tǒng)中各用戶的信道信息Hi以及噪聲功率i＝1，2，…K，K表示多用戶MIMO系統(tǒng)的用戶數(shù)；S102依據(jù)各用戶的信道信息Hi，獲得各用戶的補信道并對其實施信道擴展，獲得矩陣S103對矩陣實施LQ分解，獲得下三角矩陣Li和酉矩陣Qi；S104將Qi的N行N列的子矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣右乘于Hi，獲得各用戶的等效信道N為發(fā)送端天線數(shù)；S105對各用戶的等效信道實施SVD分解操作，獲得各用戶的預(yù)編碼矩陣Wi；S106利用所述預(yù)編碼矩陣Wi對要發(fā)送給各用戶的數(shù)據(jù)及導(dǎo)頻進行預(yù)編碼，并將預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻發(fā)送給各用戶。FSA00000329813200011.tif,FSA00000329813200012.tif,FSA00000329813200013.tif,FSA00000329813200014.tif,FSA00000329813200015.tif,FSA00000329813200016.tif,FSA00000329813200017.tif
2.如權(quán)利要求1所述的多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述步驟SlOl中 通過各用戶反饋獲取各用戶的信道信息Hi包括步驟發(fā)送端發(fā)送非預(yù)編碼的下行導(dǎo)頻；各用戶利用所述下行導(dǎo)頻信息進行信道估計；各用戶向發(fā)送端反饋利用所述下行導(dǎo)頻所估計出的信道信息；發(fā)送端接收各用戶反饋的信道信息，從而獲取系統(tǒng)各用戶的信道信息氏。
3.如權(quán)利要求1所述的多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述步驟101中 通過時分雙工系統(tǒng)獲取各用戶的信道信息Hi包括步驟用戶端發(fā)送非預(yù)編碼的上行導(dǎo)頻；發(fā)送端利用所述上行導(dǎo)頻進行信道估計，獲得上行信道信息，依據(jù)時分雙工系統(tǒng)的上 下行信道互惠性，獲得下行信道信息。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征在于，所 述步驟S102具體包括根據(jù)所述各用戶的信道信息Hi,獲得多用戶MIMO系統(tǒng)的信道信息 η = (Η'{,···,Η!,···Η'[)τ ，各用戶的補信道互,=(//「, .",ZfiK1,…/Zi2Y;對各用戶的補信道茂實施信道擴展，獲得矩陣弄,=■{藎，a/}，其中a表示噪聲系數(shù)，其中，5=’1為nwχ ^μ^^的單位矩陣，隊表示用戶k的接收天線數(shù)。
5.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征在于，所 述步驟S104中獲得各用戶的等效信道//廠的方式為選取由Qi的前N列和后N行的元素組成的子矩陣這,將g的共軛轉(zhuǎn)置矩陣右乘于Hi，獲 得各用戶的等效信道//廣=HiQi"。
6.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征在于，所 述步驟S105包括步驟對按照SVD分解公式/T"=t/,A,[K,。f進行分解操作，其中Ui為左酉矩陣，Ai為對角矩陣，Vi為右酉矩陣，Via由Vi的前Mi列組成，Vij0由Vi的后N-Mi列組成，Pf表 示矩陣\的復(fù)共軛轉(zhuǎn)置矩陣，Mi表示用戶i的接收天線數(shù)，N表示發(fā)送端的天線數(shù)；根據(jù)K = Q1V1,,獲得預(yù)編碼矩陣Wi。
7.如權(quán)利要求1或2所述的多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述步驟 S106具體為將所述要發(fā)送給各用戶的數(shù)據(jù)Xi及第一導(dǎo)頻分別右乘于各用戶的預(yù)編碼矩陣Wi,不預(yù) 編碼第二導(dǎo)頻，并將第二導(dǎo)頻、預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)和預(yù)編碼后的第一導(dǎo)頻發(fā)送給各用戶。
8.如權(quán)利要求7所述的多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述步驟S106之 后還包括步驟各用戶分別利用自己的天線接收第二導(dǎo)頻、預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)和預(yù)編碼后的第一導(dǎo)頻， 并利用預(yù)編碼后的第一導(dǎo)頻進行信道估計，獲得各自的用于譯碼的信道//廣，〃廣為實際信 道與所述預(yù)編碼矩陣Wi的乘積，i = 1，2，…K;利用//廣并采用破零準則對接收到的預(yù)編碼數(shù)據(jù)進行譯碼，獲得譯碼后數(shù)據(jù)；利用未預(yù)編碼的第二導(dǎo)頻進行信道估計，得到用于反饋的信道信息氏。
9.如權(quán)利要求1或3所述的多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述步驟 S106具體為將所述要發(fā)送給各用戶的數(shù)據(jù)Xi及導(dǎo)頻分別右乘于各用戶的預(yù)編碼矩陣Wi,并將預(yù)編 碼后的數(shù)據(jù)和預(yù)編碼后的導(dǎo)頻發(fā)送給各用戶。
10.如權(quán)利要求9所述的多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述步驟S106 之后還包括步驟各用戶分別利用自己的天線接收預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)和預(yù)編碼后的導(dǎo)頻，并利用預(yù)編碼后 的導(dǎo)頻進行信道估計，獲得各自的用于譯碼的信道^廣，//廣為實際信道與所述預(yù)編碼矩陣 Wi的乘積，i = 1，2，…K ；利用//廣并采用破零準則對接收到的預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)進行譯碼，獲得譯碼后的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多用戶MIMO系統(tǒng)的預(yù)編碼方法，包括通過各用戶反饋或時分雙工系統(tǒng)特有的信道互惠性，獲取多用戶MIMO系統(tǒng)各用戶的信道信息Hi以及噪聲功率i＝1，2，…K，K為多用戶MIMO系統(tǒng)的用戶數(shù)；依據(jù)各用戶的信道信息Hi，獲得各用戶的補信道并對其實施信道擴展，獲得矩陣對矩陣實施LQ分解，獲得下三角矩陣Li和酉矩陣Qi；將Qi的子矩陣共軛轉(zhuǎn)置與Hi相乘，獲得各用戶的等效信道對等效信道實施SVD分解，獲得各用戶的預(yù)編碼矩陣Wi；利用Wi對要發(fā)送給各用戶的數(shù)據(jù)及導(dǎo)頻進行預(yù)編碼，并將預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)和導(dǎo)頻發(fā)送給各用戶。本發(fā)明在用戶端有多天線的情況下，排除了多用戶間干擾和噪聲這兩個因素對系統(tǒng)的影響，改善了多用戶MIMO系統(tǒng)性能，降低了發(fā)送端的復(fù)雜度。
文檔編號H04L25/03GK101986575SQ20101052904
公開日2011年3月16日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者宋磊, 張平, 李立華, 王化磊, 高向川 申請人:北京郵電大學(xué)