有限反馈系统中基于信漏噪比的预编码构造方法

文档序号:7724622
专利名称:有限反馈系统中基于信漏噪比的预编码构造方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域,涉及多用户多天线系统中的传输预处理技术,为 一种有限反馈系统中基于信漏噪比的预编码构造方法。
背景技术
研究表明,当基站端拥有M根发送天线,用户端拥有N根接收天线时,对于这种多 输入多输出MIMO的单用户通信系统相对于单输入单输出SISO的系统可以获得min{M,N} 倍的系统容量增益,其中min{M,N}表示Μ、N中较小的那个数。但是,在移动用户的接收端 往往受产品尺寸和生产成本的限制,接收天线的数目往往都会远远小于基站发送端的天线 数目,这就很大程度上限制了 MIMO系统的通信容量。尤其在时分复用多址接入TDMA系统 中,由于基站同一时刻只能服务一个用户,因此多天线技术并不能让该系统的分集度获得 有效的提高。解决这一问题的办法就是能够实现在同一时刻同时服务多个用户。一种被称为 污纸编码的技术可以实现这一目标,同时还能够解决由多用户通信带来的用户间干扰的问 题。虽然污纸编码已经被证实可以获得MIMO通信系统的最优容量,但是,由于污纸编码在 算法上过于复杂,实际系统中至今很难实现它。因此,一种次优的被称为波束成形的方法应 运而生,它可以让多天线系统实现同一时刻为多个用户提供传输服务,并且较污纸编码却 有较低的计算复杂度,非常易于实际系统实现。已经证实,在多输入单输出MISO系统中,当 用户数很大时,波束成形方案达到的系统容量接近于污纸编码方法可以达到的最佳系统容 量。传统的波束成形向量设计方法是基于优化用户接收端的信干噪比SINR来设计 的。但是,由于最大化SINR是一个非凸优化难题,基于SINR设计出最优的波束成形向量 同样也是个难题。一方面,迫零波束成形技术ZFBF已经是一个被广泛接受的次优波束成形 方法,它很简单地通过将系统联合信道矩阵取逆或者伪逆来构造预编码矩阵,从而完美地 解决了用户间互相干扰的问题并且避免了最大化SINR所带来的非凸优化难题。已经有文 献证实,在用户数和信噪比都很大的情况下,如果基站具有完全的信道状态信息,通过ZFBF 方案带来的系统容量接近于最优污纸编码方法。但是,当信噪比较低时,环境噪声对整个通 信系统的影响就占据了主导作用,此时的ZFBF性能则较差。另一方面,当实际系统中基站 侧无法获得完全的下行链路信道状态信息时,根据信道信息有限反馈设计的ZTOF性能则 跟最优的系统预编码设计方案有着较为明显的性能差距,特别是在信噪比较高的情况下, 这一现象更为明显。

发明内容
本发明要解决的问题是波束成形方案有利于通信系统实现最优容量,但传统的 波束成形向量设计方法在信噪比较低时性能较差,需要在有限反馈系统中提高波束成形技 术的性能。
本发明的技术方案为有限反馈系统中基于信漏噪比的预编码构造方法,用于采 用显式有限反馈技术的多用户MIMO通信系统中,由用户端估计下行链路信道信息,并将之 归一化和量化,通过有限反馈链路将量化后的信道信息传给基站端,基站基于获得的量化 后的信道方向信息计算并最大化每位用户的信漏噪比,来计算波束成形向量,基站将计算 出来的每位用户的波束成形向量合并成预编码矩阵,并将需要发送的信号乘以预编码矩阵 进行发送。具体实现步骤为1)基站端预先利用劳埃德算法为每个用户生成一个独立的码本,将码本信息告知 用户端;2)用户k利用最小方差和最小均方误差信道估计算法估计出此时从基站到用户k 的信道信息hk;3)用户将获得到的瞬时信道信息hk归一化,根据基站分配的码本按照最小相关性 准则量化到码本中的一个码字,记为I将该码字在码本中对应的索引号通过有限反馈链 路反馈给基站端;4)基站根据接收到的用户反馈的索引号,读出对应的用户码本中的码字I此码 字即代表着从基站到该用户之间无线信道的量化信道状态信息;5)基站将每位用户的量化信道状态信息代入预编码构造公式,根据信漏噪比准则 计算出每位用户的预编码向量,也就是波束成形向量,预编码向量Wk构造公式为
权利要求
1.有限反馈系统中基于信漏噪比的预编码构造方法,其特征是用于采用显式有限反馈 技术的多用户MIMO通信系统中,由用户端估计下行链路信道信息,并将之归一化和量化, 通过有限反馈链路将量化后的信道信息传给基站端,基站基于获得的量化后的信道方向信 息计算并最大化每位用户的信漏噪比,来计算波束成形向量,基站将计算出来的每位用户 的波束成形向量合并成预编码矩阵,并将需要发送的信号乘以预编码矩阵进行发送。
2.根据权利要求1所述的有限反馈系统中基于信漏噪比的预编码构造方法,其特征是 具体实现步骤为1)基站端预先利用劳埃德算法为每个用户生成一个独立的码本,将码本信息告知用户端;2)用户k利用最小方差和最小均方误差信道估计算法估计出此时从基站到用户k的信 道信息hk ;3)用户将获得到的瞬时信道信息hk归一化,根据基站分配的码本按照最小相关性准则 量化到码本中的一个码字,记为、,将该码字在码本中对应的索引号通过有限反馈链路反馈给基站端;4)基站根据接收到的用户反馈的索引号,读出对应的用户码本中的码字^,此码字即 代表着从基站到该用户之间无线信道的量化信道状态信息;5)基站将每位用户的量化信道状态信息代入预编码构造公式,根据信漏噪比准则计算 出每位用户的预编码向量,也就是波束成形向量,预编码向量Wk构造公式为其中Pk表示基站为第k个用户分配的发射功率,ζω()表示返回括号内矩阵最大的特 征值所对应的特征向量,矩阵rk是为了计算出预编码向量Wk的中间变量,rk按照如下公 式计算(KΛΓ V1..V^ U ffu , ivO TU HC\i=\Mk^k J其中O—1表示对括号内的矩阵取逆,^ff表示对^构成的矩阵求共轭转置,Ntl是噪声功 率,Im为M维单位矩阵,M为基站天线数;6)基站将获得到的预编码向量直接堆叠成预编码矩阵W,乘以需要发送的信源信号并 发送。
全文摘要
有限反馈系统中基于信漏噪比的预编码构造方法,用于采用显式有限反馈技术的多用户MIMO通信系统中,由用户端估计下行链路信道信息,并将之归一化和量化,通过有限反馈链路将量化后的信道信息传给基站端,基站基于获得的量化后的信道方向信息计算并最大化每位用户的信漏噪比,来计算波束成形向量,基站将计算出来的每位用户的波束成形向量合并成预编码矩阵,并将需要发送的信号乘以预编码矩阵进行发送。本发明可以实现在不同的信噪比情况下都可以获得较高的系统容量和可靠性,比起现有的迫零波束成形ZFBF方案,本发明可以获得更高的系统通信容量和可靠性,而且和ZFBF具有相当的复杂度。
文档编号H04L1/06GK102142938SQ20111007677
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者戴斌斌, 许威, 赵春明 申请人:东南大学
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