一种基于期望与干扰信号关系的多用户mimo自适应接收方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法，包括两个用户以及一个基站，基站通过获取接收信号的干信比、信噪比，以及干扰与期望信号的空间相关度，确定接收准则并实现自适应的接收方式选择，基于本发明的方法确定最佳的接收滤波方式，根据该接收方式对接收信号进行处理，可分别恢复出两路信号，并获得好的数据速率性能。本发明考虑了信号和干扰的关系，避免了只采用固定的接收方式造成信号的折损过大，通过测量接收信号的信噪比、干信比及相关度确定接收准则，并实现自适应的接收方式选择，改善了信号的数据速率。
【专利说明】一种基于期望与干扰信号关系的多用户ΜΙΜΟ自适应接收 方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动通信【技术领域】，尤其涉及一种基于期望与干扰信号关系的多用户 ΜΙΜΟ自适应接收方法。
【背景技术】
[0002] 随着移动通信的快速发展，传统的时频信号设计已经很难满足人们对无线链路传 输速率越来越高的要求，人们开始尝试从多个维度发掘通信的机会，空域资源便是其中的 一个重要方面。多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,ΜΙΜΟ)技术是近年来无 线通信领域的一项突破性技术，该技术能够使空域资源得到充分利用。
[0003] 随着研究的进展，点对点的单用户ΜΜ0系统的研究已经接近饱和，随着ΜΜ0 系统中用户数的增多，单用户ΜΜ0技术已不满足日益增长的用户数需求，多用户 MMO(Multiple-User MM0，MU-MM0)系统以其较高的可靠性、有效性和相对简单的网络结 构受到越来越多的关注。在多用户ΜΜ0系统中，当多个用户在相同频段中通信时，用户信 号之间会相互干扰，这就是多用户共道干扰问题。多用户共道干扰能恶化通信质量，严重地 限制了系统容量。因此，如何在多用户ΜΙΜΟ通信系统中消除多用户共道干扰，提升通信质 量成为亟待解决的问题。
[0004] 多用户ΜΜ0通信系统中常用干扰管理方法包括预编码、干扰对齐等。文献Jafar S A. Degrees of freedom on the ΜΙΜΟ X channel-optimality of zero forcing and the MMK scheme [Online]. Available:http://www. ece. uci. edu/syed/resume. html(ΜΙΜΟ X 信道自由度分析一迫零和MMK方案最优性）的研究表明，在多用户ΜΜ0信道中，信号空间 可以划分为期望信号子空间和干扰子空间，使用干扰对齐技术可以将期望信号对齐到无干 扰信号的子空间，消除干扰的影响。
[0005] 由于实际中存在一些限制因素，并非所有的发送方式都能使接收端观测到的期望 与干扰信号满足正交关系。当上述正交关系不满足时，共享频谱资源传输信息的多用户之 间存在共道干扰，如何抑制或消除共道干扰成为值得研究的问题。
[0006] 文献牛兰奇，张太镒，孙建成.利用匹配滤波改进ΜΜ0预编码方案.电子科技 大学学报.2010, 39 (5) : 684-687针对多用户ΜΜ0系统下行链路的共信道干扰问题，提出了 一种可以实现发射机和接收机联合设计的传输方案，但在该方案中假定接收机为匹配滤波 器，没有考虑信号和干扰的关系。文献朱世磊，祝锴，崔维嘉，仵国锋.一种基于两级预 编码的认知ΜΙΜ0系统干扰抑制算法.电路与系统学报.2013, 18 (2) : 514-519在认知无线 电系统中解决了认知用户对主用户造成的干扰和认知用户间的共道干扰问题，但在处理认 知用户间共道干扰问题时，接收端采用匹配滤波方式，没有对信号和干扰之间的关系进行 研究。
[0007] 现有的多输入多输出技术没有考虑信号和干扰的关系，只采用固定的接收方式造 成信号的折损过大，信号传输速率较小。
【发明内容】
[0008] 本发明实施例的目的在于提供一种基于期望与干扰信号关系的多用户ΜΜ0自适 应接收方法，旨在解决现有的多输入多输出技术没有考虑信号和干扰的关系，只采用固定 的接收方式造成信号的折损过大，信号传输速率较小的问题。
[0009] 本发明实施例是这样实现的，一种基于期望与干扰信号关系的多用户ΜΜ0自适 应接收方法，该基于期望与干扰信号关系的多用户ΜΙΜΟ自适应接收方法包括以下步骤：
[0010] 第一步，第一用户获取信道信息氏，第二用户获取信道信息Η2，基站获取全部信道 信息，其中Hi、H 2分别表示第一用户与基站之间、第二用户与基站之间的信道矩阵；
[0011] 第二步，第一用户和第二用户采用波束成形的发射方式，分别根据氏、4计算预编 码向量Pl、P2，由于两个用户均按照自己的主特征模式进行传输，所以？1，选取为信道矩阵 Hi、H2的主右奇异向量，与信道矩阵的最大奇异值对应；
[0012] 第三步，第一用户和第二用户的数据分别经过？1和？2的预处理向基站发送，基站 接收到混合信号y，并将其分为两路；
[0013]
【权利要求】
1. 一种基于期望与干扰信号关系的多用户ΜΙΜΟ自适应接收方法，其特征在于，该基于 期望与干扰信号关系的多用户ΜΙΜΟ自适应接收方法包括以下步骤： 第一步，第一用户获取信道信息氏，第二用户获取信道信息Η2，基站获取全部信道信 息，其中Hi、H2分别表示第一用户与基站之间、第二用户与基站之间的信道矩阵； 第二步，第一用户和第二用户采用波束成形的发射方式，分别根据氏、H2计算预编码向 量口1、&，由于两个用户均按照主特征模式进行传输，所以口1^2选取为信道矩阵氏、!1 2的主 右奇异向量，与信道矩阵的最大奇异值对应； 第三步，第一用户和第二用户的数据分别经过Pl和p2的预处理向基站发送，基站接收 到混合信号y，并分为两路；
其中，Xl和x2分别表示第一用户和第二用户发送的符号，PT1表示 Xl的发送功率，PT2为 χ2的发送功率，η表示加性高斯白噪声，噪声分量的方差均为
第四步，基站根据获取的信道矩阵计算表征数据Xl和x2空间传输的单位方向向量：
第五步，基站获取Xl和x2的接收干信比，即干扰信号与期望信号的功率比kji = 1，2)，信噪比
以及干扰与期望信号的空间相关度cos2 Θ，并计算Xi的接 收准则
其中，i = l，2，
为信噪比，
对于i = l，
对于 i = 2, E2 = H2p2，
第六步，基站分别将两路信号的干信比h与第五步确定的
进行比较，以选取能够获 得最佳数据速率的接收方式；当
时，采用正交投影接收；当
时，采用匹配接 收；基站根据最佳接收方式分别设计Xl、x2的接收滤波向量f\、f2，当采用匹配接收时，接收 滤波向量4选取
当采用正交投影接收时，接收滤波向量fi选取
其中i = 1，2, j = 1，2,并且i关j ; 第七步，基站利用第六步设计的滤波向量f\、f2对两路与y相同的混合信号进行滤波处 理，恢复出Xi和χ2 ;对Xi的解码如下式：
2. 如权利要求1所述的基于期望与干扰信号关系的多用户ΜΙΜΟ自适应接收方法，其特 征在于，当用户数大于2时，先进行用户调度，选取2个用户共享信道，再采用基于期望与干 扰信号关系的多用户ΜΜ0自适应接收方法。
3. 如权利要求1所述的基于期望与干扰信号关系的多用户ΜΜ0自适应接收方法，其 特征在于，基站根据第五步获得关于接收信号的干信比h、信噪比
，以及干扰与期 望信号的空间相关度cos2 Θ，通过计算
确定接收准则
其中i =1，2 ;基站分别将两路信号的干信比&与
进行比较，以选取能够获得最佳数据速率的 接收方式；当
时，采用正交投影接收；当
时，采用匹配接收。
4. 如权利要求1所述的基于期望与干扰信号关系的多用户MM0自适应接收方法，其特 征在于，基于期望与干扰信号关系的多用户ΜΙΜΟ自适应接收方法适用于多天线通信场景 中接收端恢复存在共道干扰的两路信号的场景，如小区边缘用户恢复来自两个相邻基站的 相互干扰的信号和ΜΜ0多址接入信道。
5. 如权利要求1所述的基于期望与干扰信号关系的多用户ΜΙΜΟ自适应接收方法，其特 征在于，对于发射机均配置1根天线的情况 ： 第一步，第一用户获取信道信息1，第二用户获取信道信息Η2，基站获取全部信道信 息，其中Hi、H2分别表示第一用户与基站之间、第二用户与基站之间的信道矩阵； 第二步，第一用户和第二用户向基站发送数据，基站接收到混合信号y，并分为两路；
其中，Xl和x2分别表示第一用户和第二用户发送的符号，PT1表示 Xl的发送功率，PT2为 χ2的发送功率，η表示加性高斯白噪声，噪声分量的方差均为
第三步，基站根据获取的信道矩阵计算表征数据Xl和χ2空间传输的单位方向向量：
第四步，基站获取Xl和x2的接收干信比，即干扰信号与期望信号的功率比h (i = 1，2)，信噪比
以及干扰与期望信号的空间相关度cos2 Θ，并计算Xi的接 收准则
其中，i = l，2，
为信噪比，_
对于i = l，
对于 i = 2, E2 = H2,
第五步，基站分别将两路信号的干信比h与第四步确定的
.进行比较，以选取能够 获得最佳数据速率的接收方式；当
时，采用正交投影接收；当
时，采用匹配 接收；基站根据最佳接收方式分别设计Xl、x2的接收滤波向量f\、f2，当采用匹配接收时，接 收滤波向量&选取
当采用正交投影接收时，接收滤波向量fi选取
其中i = 1，2, j = 1，2,并且i关j ; 第六步，基站利用第五步设计的滤波向量f\、f2对两路与y相同的混合信号进行滤波处 理，恢复出Xi和χ2 ;对Xi的解码如下式：
0
【文档编号】H04B7/08GK104104425SQ201410379673
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】李钊, 戴晓琴, 李建东, 赵林靖, 刘勤, 黄鹏宇 申请人:西安电子科技大学