基于预编码方案的多用户多输入多输出系统下行链路预编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种无线移动通信方法，特别涉及一种多用户MMO系统下行链 路预编码方法。
【背景技术】
[0002] 多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，ΜΙΜΟ)技术是无线移动通信领 域的重大突破。特别是MMO技术在多用户通信系统的应用中，不仅其分集增益可以有效提 高多用户MM)系统（Multiple User MM)，MU-MM))的误码率性能，而且MMO技术的复用 增益使多用户通信系统容量大大提高。在MU-Mnro系统的下行链路中，由于基站同时向多 个用户端发送数据，因此用户间的共道干扰（Co-Channel Interference，CCI)问题是影响 多用户MMO系统下行链路性能的主要因素之一。
[0003] 针对多用户MMO系统下行链路中用户间的共道干扰问题，线性块对角化预编码 方案使得各用户的预编码矩阵位于其他用户信道矩阵的零空间上，将多用户Mnro系统分 解为多个独立的单用户MIMO系统，以此来消除用户间的共道干扰。Tomlinson-Harashima precoding(THP)预编码方案是一种非线性预编码方案，因其能够有效避免线性预编码方法 的噪声放大问题，从而受到广泛关注。THP预编码技术将接收端连续干扰消除技术应用到下 行链路的发送端，因此编码符号排列顺序对THP预编码的性能影响很大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种能减小多用户MMO系统中用户间的共道干扰，提高 多用户MMO系统下行链路的误比特率性能的基于预编码方案的多用户多输入多输出系统 下行链路预编码方法。
[0005] 本发明的目的是这样实现的：
[0006] 步骤1 :建立多用户MMO系统下行链路模型，基站通过各用户反馈信息确定原始 信道矩阵；
[0007] 步骤2 :确定与用户数相同数目个用户排序矩阵；
[0008] 步骤3 :为每个用户确定与之接收天线数相同数目个天线排序矩阵；
[0009] 步骤4 :对于步骤2中所得的每个用户排序矩阵，每个用户分别随机选择一个自身 的天线排序矩阵替换该用户排序矩阵中与其对应列中值为1的元素，从而得到K个发送矩 阵；将步骤1中得到的原始信道矩阵分别左乘这K个发送矩阵，得到K个等价信道矩阵；
[0010] 步骤5 :将步骤4中得到的K个等价信道矩阵分别正交化变换，得到每个等价信道 矩阵的反馈矩阵、加权矩阵和前馈矩阵，并将每个等价信道矩阵左乘其对应的加权矩阵再 右乘其对应的前馈矩阵，得到其对应的判断矩阵；
[0011] 步骤6 :将步骤5中所得到的每个判断矩阵的主对角线元素取倒数的平方再求和， 得到该判断矩阵的评价值，并选择评价值最小的判断矩阵所对应的等价信道矩阵作为最优 等价信道矩阵，且将该最优等价信道矩阵在步骤5中正交化变换得到的反馈矩阵、加权矩 阵和前馈矩阵分别作为最优反馈矩阵、最优加权矩阵和最优前馈矩阵；
[0012] 步骤7 :将步骤6中得到的最优反馈矩阵、最优加权矩阵和最优前馈矩阵进行THP 预编码处理。
[0013] 本发明还可以包括以下技术特征：
[0014] 1、所述步骤2中确定用户排序矩阵具体步骤为：
[0015] 用户数为K的多用户MIMO系统中，第一个用户排序矩阵If为K阶单位阵。第t个 用户排序矩阵
，其中P为正整数且P = t-2,2 < t < K，It^ p阶单 位阵，〇P,κ P为PX (K-P)零矩阵，〇Kp,p为（Κ-ρ) Xp零矩阵，ΠΚρ为（Κ-ρ)阶副对角线元素为 1，其它元素全为0的矩阵。K个用户排序矩阵中每行每列仅有一个元素为1，其它元素均为 0〇
[0016] 2、所述步骤3中确定天线排序矩阵的具体步骤为：
[0017] 用户数为K的多用户MIMO系统中，第i个用户有II1根接收天线。第i个用户 的第一个天线排序矩阵^:'"为叫阶单位阵。第i个用户的第j个天线排序矩阵T， 1为
，其中q = j-2,2彡j彡η;，Iq为q阶单位阵，为qX (n「q)零矩阵， \^为（叫-q) Xq零矩阵，为（ni-q)阶副对角线元素为丨，其它元素全为〇的矩阵。第 i个用户共有&个天线排序矩阵，且所有天线排序矩阵中每行每列仅有一个元素为1，其它 元素均为0。
[0018] 3、所述步骤5中等价信道矩阵正交化的具体步骤为：
[0019] 首先将等价信道矩阵按行依次从上到下取出&行作为第i个用户的信道子矩阵。 接着将第一个用户的信道子矩阵作为第一个用户的正交化矩阵并对其进行奇异值分解，得 到UXV三个矩阵乘积的形式，矩阵U的前&列的共辄转置矩阵作为第一个用户的加权子 矩阵，矩阵V的共辄转置矩阵的前Ii 1列作为第一个用户的前馈子矩阵。用第二个用户的信 道子矩阵减去第二个用户的信道子矩阵右乘第一个用户的前馈子矩阵和第一个用户前馈 子矩阵的共辄转置，得出第二个用户的正交化矩阵，再对第二个用户的正交化矩阵进行奇 异值分解，得到U Σ V三个矩阵乘积的形式，矩阵U的前η2列的共辄转置矩阵作为第二个用 户的加权子矩阵，矩阵V的共辄转置矩阵的前η 2列作为第二个用户的前馈子矩阵。用第三 个用户的信道子矩阵减去第三个用户的信道子矩阵右乘第一个用户的前馈子矩阵与第一 个用户前馈子矩阵共辄转置的积，再减去第三个用户的信道子矩阵右乘第二个用户的前馈 子矩阵与第二个用户前馈子矩阵共辄转置的积，得出第三个用户的正交化矩阵，对第三个 用户的正交化矩阵进行奇异值分解，得到U Σ V三个矩阵乘积的形式，矩阵U的前η3列的共 辄转置矩阵作为第三个用户的加权子矩阵，矩阵V的共辄转置矩阵的前11 3列作为第三个用 户的前馈子矩阵。依次类推，用第K个用户的信道子矩阵减去第K个用户的信道子矩阵右 乘第一个用户的前馈子矩阵与第一个用户前馈子矩阵共辄转置的积，再减去第K个用户的 信道子矩阵右乘第二个用户的前馈子矩阵与第二个用户前馈子矩阵共辄转置的积，一直减 到第K个用户的信道子矩阵右乘第K-I个用户的前馈子矩阵与第K-I个用户前馈子矩阵共 辄转置的积，得出第K个用户的正交化矩阵。再对第K个用户的正交化矩阵进行奇异值分 解，得到U Σ V三个矩阵乘积的形式，矩阵U的前ηκ列的共辄转置矩阵作为第K个用户的加 权子矩阵，矩阵V的共辄转置矩阵的前~列作为第K个用户的前馈子矩阵。
[0020] 最后将K阶单位阵中的第i列值为1的元素用第i个用户的加权子矩阵代替，其 它位置用0填充，从而得到该等价信道矩阵的加权矩阵；将每个用户的前馈子矩阵按用户 顺序依次按列排列，从而得到该等价信道矩阵的前馈矩阵；将等价信道矩阵左乘其对应的 加权矩阵，右乘其对应的前馈矩阵得到的下三角矩阵中主对角线元素用1代替，从而得到 该等价信道矩阵对应的反馈矩阵。
[0021] 本发明基于THP预编码方法，通过对原始信道矩阵的优化，从而有效地去除用户 间的共道干扰问题，提高多用户MMO系统下行链路的性能。
[0022] 本发明在THP预编码方案的基础上，通过用户以及用户天线排序的方式，并基于 奇异值分解的正交化方法优化信道矩阵，从而有效的去除用户间的共道干扰问题，提高多 用户M頂0系统下行链路的误比特率性能。
【附图说明】
[0023] 图1多用户MIMO系统下行链路模型图；
[0024] 图2用户排序矩阵生成流程图；
[0025] 图3天线排序矩阵生成流程图；
[0026] 图4等价信道矩阵生成流程图；
[0027] 图5等价信道矩阵正交化流程图；
[0028] 图6选择最优等价信道矩阵流程图；
[0029] 图7 THP预编码方法流程图；
[0030] 图8 THP预编码方法与本发明预编码方法性能比较；
[0031 ] 图9本发明预编码方法总流程图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图对本发明做详细说明：
[0033] 图1为多用户MMO系统下行链路模型图，结合图1，基站有Nt根发射天线，接收端 有K个用户，第i个用户有Ii 1根接收天线，并且满足
[0034] 图2为用户排序矩阵生成流程图。结合图2, 201模块生成第一个用户排序矩阵为 K阶单位阵；202模块初始化t = 2 ;203模块生成第t个用户排序矩阵
[0036]式⑴中 p = t-2，It^ p 阶单位阵，0 ρ,κ。为 pX (K-p)零矩阵，0 κ p,p为（K-p) Xp 零矩阵，Πκ ρ为Κ-ρ阶副对角线元素为1，其它元素为0的矩阵；204模块执行t = t+1 ;205 模块判断t是否大于用户数K，如果是流程结束；反之则跳回203模块。
[0037]图3为天线排序矩阵生成流程图。结合图3,301模块初始化i = 1，302模块生成 第i个用户的第一个天线排序矩阵为Ii1阶单位阵；303模块判断η 1是否大于1，如果是则 执行304模块初始化j = 2,反之则执行308模块i = i+Ι ;305模块生成第i个用户的第j 个天线排序矩阵为：
[0039] 公式⑵中q = j_2，Iq为q阶单位阵，为qX (n「