专利名称：基于下行mu-miso的非线性预编码方法、装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及下行多用户多输入单输出(Mult1-User Multiple-1nputSingle-Output,简称MU-MIS0)的预编码技术领域，尤其涉及一种基于下行MU-MISO的非线性预编码方法、装置及系统。
背景技术：
对于一个下行MU-MISO系统，基站配置Nt根发送天线，第k个用户端配置NKk=I根接收天线，系统中共有K个用户，系统总的接收天线数为馬二Zt1 二[，用{Ne1, Ne2, Nek} XNt描述系统的天线配置。考虑平坦衰落信道，则用户k的下行信道矢量可以表示为，所有用户构成的系统级联信道可以表示为
H = [H^ Hf…H^]1 GCt"'其中上标T代表对矩阵进行转置。当系统天线配
置满足Nt ^ K时，在基站发送端采用基于最小均方误差准则的汤姆林森哈拉希码预编码(Minimum Mean Square Error Tomlinson-Harashima Precoding,简称MMSE-THP)算法可以完全消除多用户干扰(Multiple User Interference,简称MUI )。在此基础上,若能进一步对各用户的信道矢量进行 合理的排序，则可以更好地利用信道增益，优化系统的整体性能。然而，传统的MMSE-THP算法大多基于信道矩阵的QR分解来设计发送端的排序矩阵、反馈矩阵和预编码矩阵。该算法主要存在两大问题其一，最优排序矩阵的寻找过程较为繁琐，计算量大；其二，发送端的预编码矩阵被强制设定为酉矩阵，系统的整体误码率性能不佳。
发明内容
本发明实施例所要解决的一个技术问题在于，提供一种基于非酉预编码的性能优化的下行MU-MISO的非线性预编码方法。本发明实施例所要解决的另一个技术问题在于，提供一种基于非酉预编码的性能优化的下行MU-MISO的非线性预编码装置。本发明实施例所要解决的又一个技术问题在于，提供一种基于非酉预编码的性能优化的下行MU-MISO的非线性预编码系统。为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种基于下行MU-MISO的非线性预编码方法，所述方法包括初始化步骤首先由基站确定参与下行MU-MISO通信的K个用户及其对应的信道矩阵集合H ；MMSE矩阵计算步骤根据所述信道矩阵集合计算用于发送预处理的MMSE矩阵；排序矩阵罗列步骤根据用户数K即H的行数生成排序集合Γ ;三角对角化分解步骤利用Γ中的每一个排序矩阵P对所述MMSE矩阵计算步骤求得的MMSE矩阵Φ进行行列变换，得到新生成的丽SE矩阵φ,对新生成的丽SE矩阵φ执行三角对角化分解，存储分解生成的下三角矩阵L、对角矩阵D以备用，并取D的对角线元素构成矢量d ;最优排序矩阵寻找步骤根据三角对角化分解步骤的结果，采用预定准则找出集合Γ中的最优排序矩阵索引，并将该索引对应的排序矩阵#输出；以及MMSE-THP预处理矩阵计算步骤找出最优排序索引对应的下三角矩阵I以及对角矩阵0,并依次计算发送端的反馈矩阵B、预编码矩阵F以及用于保证发送总功率能够归一化的功率归一化因子β。相应地，本发明实施例还提出了一种基于下行MU-MISO的非线性预编码装置，所述装置包括确定参与下行MU-MISO通信的K个用户及其对应的信道矩阵集合H的初始化模块；根据所述信道矩阵集合计算用于发送预处理的MMSE矩阵的MMSE矩阵计算模块；根据用户数K即H的行数生成排序集合Γ的排序矩阵罗列模块；利用Γ中的每一个排序矩阵P对所述丽SE矩阵计算模块求得的丽SE矩阵进行行列变换，并对新生成的丽SE矩阵φ执行三角对角化分解的三角对角化分解模块；根据三角对角化分解的结果，采用预定准则找出集合Γ中的最优排序矩阵索引，并将该索引对应的排序矩阵#输出的最优排序矩阵寻找模块；以及找出最优排序索引对应的下三角矩阵L以及对角矩阵0，并依次计算发送端的反馈矩阵B、预编码矩阵F以及发送功率归一化因子β的MMSE-THP预处理矩阵计算模块。此外，本发明实施例还提出了一种基于下行MU-MISO的非线性预编码系统，包括基站和终端，所述基站包括如上所述的基于下行MU-MISO的非线性预编码装置。本发明实施例的有益效果是通过采用三角对角化分解计算基站的排序矩阵、反馈矩阵及预编码矩阵，从而达到了以较低的复杂度获取较优的系统误码率性能的技术效果O
图1是本发明实施例的MMSE-THP算法的信号处理流程图。图2是本发明实施例的三角对角化分解的具体操作流程图。图3是本发明实施例的MMSE-THP算法的下行MU-MISO的非线性预编码系统误码率性能仿真曲线和基于QR分解的现有排序准则下的MMSE-THP算法的误码率性能仿真曲线比较图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。首先对本说明书所需用到的常见矢量及矩阵运算表达式进行说明如下对于矢量a, Ilall2代表对a求2范数。对于矩阵A，At代表对A进行转置，Ah代表对A求共轭转置，A*代表取A的共轭，A-1代表对A求逆运算，a_h对A的共轭转置求逆运算，MaMf代表对A求Frobenius范数，Ik代表K阶单位矩阵，OK代表K阶零矩阵。请参考图广图3，下面结合图档来说明新的基于三角对角化分解的MMSE-THP算法的信号处理流程。初始化步骤S1:首先由基站确定参与下行MU-MISO通信的K个用户及其对应的信道矩阵集合H = HfH]TeC“v，其中， 代表基站配置的发送天线数，Hi代表第i个用户的信道矩阵，下标i取值为I到K。丽SE矩阵计算步骤S2 :基站根据所获取的信道矩阵集合计算用于发送预处理的MMSE矩阵，符号信噪比定义为
权利要求
1.一种基于下行MU-MISO的非线性预编码方法，其特征在于，所述方法包括 初始化步骤首先由基站确定参与下行MU-MISO通信的K个用户及其对应的信道矩阵集合H; MMSE矩阵计算步骤根据所述信道矩阵集合计算用于发送预处理的MMSE矩阵； 排序矩阵罗列步骤根据用户数K即H的行数生成排序集合Γ ； 三角对角化分解步骤利用Γ中的每一个排序矩阵P对所述MMSE矩阵计算步骤求得的丽SE矩阵Φ进行行列变换，得到新生成的丽SE矩阵φ ,对新生成的丽SE矩阵φ执行三角对角化分解，存储分解生成的下三角矩阵L、对角矩阵D以备用，并取D的对角线元素构成矢量d ； 最优排序矩阵寻找步骤根据三角对角化分解步骤的结果，采用预定准则找出集合Γ中的最优排序矩阵索引，并将该索引对应的排序矩阵#输出；以及 MMSE-THP预处理矩阵计算步骤找出最优排序索引对应的下三角矩阵:L以及对角矩阵D,并依次计算发送端的反馈矩阵B、预编码矩阵F以及用于保证发送总功率能够归一化的功率归一化因子β。
2.如权利要求1所述的基于下行MU-MISO的非线性预编码方法，其特征在于，所述三角对角化分解步骤包括 初始化子步骤初始化生成矩阵D = Ok，其中，Ok表示K阶零矩阵； 外层循环启动子步骤对于索引k从I到K，依次计算出D(t，幻=Φ沐,幻， Φ(/ν: K'k) = Φ{!<: K, k) / XiikJi)； 内层循环启动子步骤对于索引i从k+Ι到K，依次计算出Φ(/: Kj) = Φ(/: Α",/)-Φ(/: K,kW{Lk)O(k.k) ,Φ(/,/: K) = Φ(/: Kjf ;及 矩阵获得子步骤取Φ的下三角部分得到矩阵L。
3.如权利要求1所述的基于下行MU-MISO的非线性预编码方法，其特征在于，所述预定准则为最小化最大最小对角元差值的准则。
4.一种适用于如权利要求1所述方法的基于下行MU-MISO的非线性预编码装置，其特征在于，所述装置包括 确定参与下行MU-MISO通信的K个用户及其对应的信道矩阵集合H的初始化模块； 根据所述信道矩阵集合计算用于发送预处理的MMSE矩阵的MMSE矩阵计算模块； 根据用户数K即H的行数生成排序集合Γ的排序矩阵罗列模块； 利用Γ中的每一个排序矩阵P对所述MMSE矩阵计算模块求得的MMSE矩阵进行行列变换,并对新生成的MMSE矩阵φ执行三角对角化分解的三角对角化分解模块； 根据三角对角化分解的结果，采用预定准则找出集合Γ中的最优排序矩阵索引，并将该索引对应的排序矩阵#输出的最优排序矩阵寻找模块；以及 找出最优排序索引对应的下三角矩阵 以及对角矩阵6，并依次计算发送端的反馈矩阵B、预编码矩阵F以及发送功率归一化因子β的MMSE-THP预处理矩阵计算模块。
5.如权利要求4所述的基于下行MU-MISO的非线性预编码装置，其特征在于，所述三角对角化分解模块包括 初始化生成K阶零矩阵矩阵D = Ok的初始化子模块；对于索引k从I到K,依次计算出輝，k) 二 k)以及
6.如权利要求4所述的基于下行MU-MISO的非线性预编码装置，其特征在于，所述预定准则为最小化最大最小对角元差值的准则。
7.一种基于下行MU-MISO的非线性预编码系统，包括基站和终端，其特征在于，所述基站包括如权利要求4至6中任一项所述的基于下行MU-MISO的非线性预编码装置。
全文摘要
本发明实施例公开了一种基于下行MU-MISO的非线性预编码方法、装置及系统，所述方法包括初始化步骤、MMSE矩阵计算步骤、排序矩阵罗列步骤、三角对角化分解步骤、最优排序矩阵寻找步骤及MMSE-THP预处理矩阵计算步骤。本发明实施例通过采用三角对角化分解计算基站的排序矩阵、反馈矩阵及预编码矩阵，从而达到了以较低的复杂度获取较优的系统误码率性能的技术效果。
文档编号H04L1/00GK103067123SQ20121053864
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者周智勋, 梁尧, 周维鸥, 徐迪宇, 米涛, 胥小武 申请人:深圳清华大学研究院