一种针对miso下行广播信道的传输机制及预编码方法
【专利说明】一种针对MISO下行广播信道的传输机制及预编码方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一般通信领域，尤其涉及一种针对MISO下行广播信道的传输机制及 预编码方法，适用于无线通信系统中由一个配有多根天线的基站针对多个单天线用户的下 行传输场景。 【【背景技术】】
[0002] 近年来，MMO技术作为一种可以提供更高频谱效率和更高链路容量的具有竞争力 的技术而被广泛研宄，而多用户MIMO则通过利用空分多址技术或多用户分集实现更高的 信道容量。
[0003] 在MMO技术中，下行链路的预编码设计意义重大。通常，发射机预处理用户间 干扰是建立在获知下行链路信道状态信息（CSI)的基础上的，而在广泛应用的频分双工 (FDD)系统中，发射端所获得的信道状态信息（CSIT)是由接收端进行估计并反馈给发射端 的，这意味着系统需要建立从移动终端到基站的反馈链路来承载反馈回基站的信道状态信 息。由于估计误差、反馈延时、量化误差等因素的存在，发射端所获取的CSI与当前信道的 实际CSI之间存在误差，这将导致干扰的残留和系统性能下降。而一种极端的情况则是当 反馈延时大于信道相关时间时，发射端获取的CSI与实际CSI完全不相关，这种情况常见于 在高频环境运作的系统（如毫米波系统）或是移动性高而导致系统相关时间很小的系统。
[0004] 在这种情况下，基于瞬时CSI的预编码方案不再适用。而Maddah-Ali and Tse则 针对这种情况提出了利用过时CSI的时隙化的传输机制（称为MAT)[1]，这种传输机制的场 景是一个基站服务多个用户的MMO广播信道，基站可获得完全过时的CSIT，即基站所接收 到的反馈回来的CSI与当前系统的实际CSI完全不相关。文献[1]证明了这种传输机制可 实现总的自由度大于1。在MAT的基础上，文献[2][3]分别进行了预编码设计，使得系统 性能进一步提升。然而，以二用户场景（共需3个时隙）为例，文献[2]只针对前两个时隙 利用统计CSI进行预编码，第三个时隙不作处理；而文献[3]则只针对第三个时隙利用过时 CSI进行预编码。
[0005] 参考文献
[0006] [1]M. A. Maddah-Ali and D. N. C. Tse，"Completely stale transmitter channel state information is still very useful''，IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 58, no. 7, pp.4418-4432, July 2012.
[0007] [2]Jue Wang,Michail Matthaiou,Shi Jin and Xiqi Gao/^Precoder Design for Multiuser MISO Systems Exploiting Statistical and Outdated CSIT"， IEEE Trans. Commun.，vol. 61，no. 11，pp. 4551，Nov 2013
[0008] [3]X. Yi and D. Gesbert/^Precoding methods for the MISO broadcast channel with delayed CSIT''，IEEE Trans. Wireless Commun.，vol. 12, no. 5, pp. 111，May 2013. 【
【发明内容】
】
[0009] 本发明的目的在于提供一种针对MISO下行广播信道的传输机制及预编码方法， 在文献[2] [3]的基础上进一步提升系统性能，对3个时隙进行整体分析，结合统计CSI和 过时CSI，以优化系统总的平均互信息。
[0010] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0011] -种针对MISO下行广播信道的传输机制及预编码方法，基于MISO系统，所述MISO 系统包括一个基站BS和N个用户，基站BS配有N t根天线，每个用户各配有一根天线；将N 个用户两两一组，每次一组循环发送，每组发送时包括以下步骤：
[0012] 1)、阶段1:
[0013] 时隙1 :基站BS发送A用户波束赋形后的信号向量：
[0014] x(1)=WaSa (2)
[0015] 时隙2 :基站BS发送B用户波束赋形后的信号向量：
[0016] X (2) =WbSb (3)
[0017] 2)、阶段 2:
[0018] 时隙3 :基站BS对时隙1和时隙2发送的信号X(I)和X (2)进行波束赋形，得到 X(3)并发送，其中：
【主权项】
1. 一种针对MISO下行广播信道的传输机制及预编码方法，其特征在于，基于MISO系 统，所述MIS0系统包括一个基站BS和N个用户，基站BS配有Nt根天线，每个用户各配有 一根天线；将N个用户两两一组，每次一组循环发送，每组发送时包括以下步骤： 1) 、阶段1: 时隙1 :基站BS发送A用户波束赋形后的信号向量： x(l) =ffAsA(2) 时隙2 :基站BS发送B用户波束赋形后的信号向量： x (2) = ffBsB (3) 2) 、阶段2: 时隙3 :基站BS对时隙1和时隙2发送的信号x (1)和x (2)进行波束赋形，得到x (3)并发送，其中：
x(j)为第j个时隙BS发送的信号向量，j= 1、2、3 ;S￡eC2xl为基站BS发向用户i(i=A，B)的符号向量，满足
为第1、2个时隙用户i的预编码矩阵，其 中，WA= [WiOJ〗)]，
，~为order-2信号， 满足下述形式：
为第三时隙用户i的预编码向量，其中I|wi(3) | |2= 1，
2.根据权利要求1所述的一种针对MISO下行广播信道的传输机制及预编码方法，其特 征在于，用户A和用户B在三个时隙接收到的信号向量表示如下：
其中yi= [y i(1)yi(2) yi (3)]T为用户i在3个时隙中接收到的信号向量，
为零均值，单位方差的复高斯向量，
P为每个时隙总的传输功率；则 用户A的有效信号和干扰信号对应的等效信道矩阵分别为：
用户B的干扰信号和有效信号对应的等效信道矩阵分别为：
3. 根据权利要求1所述的一种针对MISO下行广播信道的传输机制及预编码方法，其特 征在于，WJPwi(3)通过以下方法计算得到： 4、 最大化式（14)得出^和'的初值^[0]和1[0]:
b)、记k为迭代次数，Wi[k]和Wi⑶[k]为其第k次迭代的值；初始化k= 0,然后重复 步骤⑴至（3): ⑴将1&-1]和WB[k-l]分别代入式（15) (16)，则式（15) (16)化为瑞利熵形式，解 出K⑶[k];
(2) 将wj3)[k]代入式（15) (16)，用梯度下降法解出WA[k] *WB[k]; (3) k=k+1 ； 直至IIWiM-Wjk-1]II<s且I|Wi(3) [k]-Wi(3) [k-1]II<e结束，得到化和~⑶。 4.根据权利要求1所述的一种针对MISO下行广播信道的传输机制及预编码方法，其特 征在于，从最大化总的平均互信息的角度来设计预编码矩阵和预编码向量。
【专利摘要】本发明公开一种针对MISO下行广播信道的传输机制及预编码方法，基于MISO系统，包括一个基站BS和N个用户，基站BS配有Nt根天线，每个用户各配有一根天线；将N个用户两两一组，每次一组循环发送，每组发送时包括：时隙1：基站发送A用户波束赋形后的信号向量；时隙2：基站发送B用户波束赋形后的信号向量；时隙3：基站对时隙1和时隙2发送的信号x(1)和x(2)进行波束赋形，得到x(3)并发送；本发明通过最大化总的平均互信息同时对三个时隙进行预编码设计，并提出了解决该优化问题的迭代算法；仿真数据显示，本发明提出的预编码方法可有效提升系统传输速率。同时，本发明提出的方法可扩展至多用户情况并进一步提升性能。
【IPC分类】H04L1-00
【公开号】CN104780021
【申请号】CN201510151510
【发明人】徐静, 何蕊馨, 罗新民, 张亚
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月1日