一种用于大规模天线系统中低复杂度的解码方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，特别设及无线通信的多小区多用户大规模天线技 术领域，具体是指一种低复杂度的解码方法在大规模天线系统中的应用。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的高速发展，传统的MIMO技术已经不能满足人们对传输无线 数据的要求。因此，多用户多输入多输出（MU-MIMO)无线通信系统得到了广泛地应用，因 为它能够在多个小区多个用户同时通信的同时保证无线数据传输的速率和准确率。然而， MU-MIMO无线通信系统相比于传统的MIMO系统，存在着信道状态信息的随机性W及小区间 用户的干扰等问题。
[0003] 大规模天线系统（Massive MIMO)通过直接增加基站的天线数目就可W使系统容 量增加，而且当基站的天线数目不断增加到很大时，不同用户与基站之间的信道趋于正交， 运时通常严重影响整个通信系统性能的小区间的干扰就可W忽略不计。因此，在大规模天 线系统中，当基站的天线数目很大时，可W忽略小区间用户的干扰，采用一种较简洁的直接 解码方法进行数据解码，可W实现降低解码复杂度的目的，且不影响系统的性能。
【发明内容】
[0004] 针对现有解码方法复杂度高的不足，本发明提出了一种用于上行多小区多用户大 规模天线系统中低复杂度的解码方法。 阳005]本发明采取如下技术方案：
[0006] 一种用于大规模天线系统中低复杂度的解码方法，其按如下步骤进行：
[0007]一 .设计发送与接收信号方程
[0008] 假定系统有L个小区，每个小区有一个基站和K个用户，每个基站配有M根天线， 且小区之间存在同频干扰。假定第1个小区的第k个用户先发送长度为T的训练序列， 即巫Ik= (4 1M，本化,2,…，4ik,T)，其中 4ik,i，&ik,2,…，4ik,I，k = 1，2,…，K 是第 1 个 小区的第k个用户分别在第1，2,…，T时刻发送的训练符号。令…，Ak-)' 为KX T矩阵，O =(巫1，巫2,…，巫为LKX T的训练矩阵，上标t表示向量或矩阵的 转置（W下同）。然后发送长度为Ti的信息序列，形成输入信号矩阵X。其中X=技1 …Xi…XJt, Xi= [Xn X12…Xjt为第1个基站内的用户所发送的信号，且每个分量 XikQ《1《L 1《k《K)均独立地取自某一个QAM (正交幅度调制信号）。假设第1个基 站中与O和X对应的接收信号分别为：
[0009] ^+
[0010]取拓MBX+Wi W11] 其中，H =出1，…，Hi,…，HJ，Hi表示第1个基站中的用户到第1个基站天线的信 道增益，显然Hi为MXK的矩阵。B = diag怔1，…，Bi,…，Bl],其中Bi为KXK的对角矩阵， 表示第I个基站中的用户到第I个基站天线的大尺度衰弱因子。在本发明中，令?=[IkIk…IJt，巫中包含L个Ik,每个I康示K阶单位阵（W下同），P。和P巧为信噪比，W。 和Wi均表示高斯白噪声。
[0012] 为了降低系统的解码复杂度，本发明在估计信道信息H的基础上，提出一种对输 入信号矩阵X进行低复杂度解码的方法。具体如下所述：
[0013] 二.解码输入信号矩阵X
[0014] 1.估计信道
[0015] 根据发送的训练矩阵O和相应的接收信号Y。，用MMSE估计方法估计信道H，可得 估计信道
[0016] k=麻+化妒B2够f如护.
[0017] 其中台为MXLK的矩阵。令合=I苗…H ..姑j.其中立/为MXK的矩阵。 阳0化]2.数据解码
[0019] W解第1 (1《1《L)个基站中的第k(l《k《K)个用户的信息Xik为例。具体 步骤为：
阳02引其中，（?）H表示矩阵的复共辆矩阵（W下同）。 阳02引第2步：在MIMO系统中，当M远大于LK且M很大时，有H" H。滅1^，令 阴；…也.../y, 沾塔'[屈4 ...屈1，则G可近似表示为
[00巧]第3步：对于给定的第1 (1《1《L)个基站中的第k(l《k《K)个用户的数据 信息Xik,其解码方法为
[0027] 第4步：利用上述步骤2数据解码的第1至3步，即可解出所有用户的数据信息 U < / ^ Z.J W，完成对输入信号矩阵X的解码。
[0028] 本发明提出的解码方法与现有的MMSE解码方法相比，其系统性能相近，但本发明 的方法解码复杂度较低。
【附图说明】
[0029] 图1为实施例1的条件下关于系统误码率的仿真图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。 阳0川 实施例1 阳0巧假设天线数为M= 128, 1 = 3个小区，每个小区有K = 3个用户，首先发送T = 3的训练序列，然后再发送Ti= 1的信息序列。B取随机对角矩阵（对角线上第一个元素 为1，其余元素为按照从大到小顺序依次排列的0至1之间的随机数）。按如下步骤：
[0033] 一 .设计发送与接收信号方程
[0034] 假定系统有3个小区，每个小区有一个基站和3个用户，每个基站配有128根天 线，且小区之间存在同频干扰。假定第1个小区的第k个用户先发送长度为T = 3的训练 序列，然后发送长度为Ti= 1的信息序列，形成输入信号矩阵X，且满足X=技1 Xz XJt, Xi= [Xn Xi2 xjt，其中XikQ = l，2,3，k = 1，2，：3)均取自标准4-QAM，为第1个基站内第 k个用户所发送的信号。假设第1个基站中与O和X对应的接收信号分别为：
[0035] 爲二爲雜參牛陳,
[0036] 兩=:若為跟T +巧
[0037] 其中，H =化&站，且Hi, &和H 3均为128X3的信道矩阵。在本发明中，B取 随机对角矩阵，令巫1= 13(1 = 1，2,3)，则训练矩阵巫=[巫1巫2巫3]t，维数为9X3, P。 和P 1均为信噪比，W。和W 1均表示高斯白噪声。
[0038] 二.解码输入信号矩阵X
[0039] 1.估计信道 W40] 根据发送的训练矩阵O和相应的接收信号Y。，用MMSE估计方法估计信道H，可得 估计信道 阳041] 身=:衣^蘇+裸护扳解?4彭诚挥 阳0创其中各为128X9的矩阵。令//=的占苗，其中占，（K/<3)为I 28XS的矩 阵。 阳0创 2.数据解码 W44] W解第1个基站中的第1个用户的信息Xii为例。具体步骤为： W45]第 1 步：令化=(Y, - H BX)" H BX)，则有 阳046] G = Yi"Yi-^：XWbWHX-^YiKHBX + cXWbWHHBX
[0047] 第2步：在MIMO系统中，当M = 128远大于LK = 9时，有H H S A/ly，令 巧=的/y，巧=航/过風/?,,属,]，则G可进一步简化为
[0049] 第3步：对于给定的第1个基站中的第1个用户的数据信息Xii,