多用户mimo系统中消除多用户干扰的方法

专利名称：：多用户mimo系统中消除多用户干扰的方法
技术领域：
：本发明属于通信
技术领域：
，涉及多用户干扰的消除方法，可用于在多用户MIM0系统中对多用户干扰的消除。
背景技术：
：未来移动通信中日益增加的语音业务数据业务和宽带互联网业务在传输速率性能和系统业务容量等方面对通信系统提出了更高的要求。常规的单天线收发通信系统以无法解决新一代无线通信系统的大容量与高可靠性的需求问题。为了满足日益增长的高传输速率，高传输性能和高系统业务容量的要求，新型的无线通信系统中，无线传输的终端和基站都将装配多个天线，从而构成了多输入多输出的MIM0系统，MIMO系统的应用极大的提高了系统的容量，提供了分集，复用等增益。由于多输入多输出系统能够在不增加带宽的情况下，极大地提高通信系统的容量和频谱利用率，从而成为了研究的热点问题。目前的研究己经开发出了多种适用于单用户MIMO系统SU-MIMO的传输技术，例如，空时码技术，BLAST技术，以及特征模式传输技术等。但是，对于有多个用户条件下的多用户MIMO系统MU-MIMO，因为同时存在多用户干扰和用户自身内部多天线的干扰，使传输方案的设计复杂了很多。一个典型的多用户MIMO系统上行链路如图1所示。该系统由一个基站和多个用户构成。其中，基站和每个用户都装配有多根天线，构成了MIMO系统。每个用户通过装配的多根发射天线将数据发送出去。基站端收到了所有用户发送的信号，由于这些信号是叠加在一起的，相互之间存在干扰，因而基站端就要釆取不同的方法消除多用户干扰，以检测出每个用户发送的信号。对于多用户MIMO系统的上行链路而言，已知最优的方法是非线性的最大似然检测法ML。但是这种方法需要对所有用户的发送信号所构成可能组合进行比较，其运算量随着用户数目的增多，以及每个用户天线数目的增多而成指数级增长，具有极高的复杂度，以至于实现起来十分困难。对于传统的线性检测方法，例如，最小均方误差检测方法MMSE，迫零检测方法zf等，虽说具有复杂度低的优点，但是这些线性方法的一个主要缺点是接收机只能对每个用户其发送的每个数据进行独立的检测，而不能对其发送给接收机的所有数据进行联合检测，从而导致检测性能不高。发明的内容本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种多用户MIMO系统中消除多用户干扰的方法，以实现既能减少运算复杂度，又可提高检测性能的效果。实现本发明目的的技术思路是通过对每个用户在接收端构建一个新的矩阵，并从中提取出相应的线性处理矩阵，将多用户mimo系统分解为多个并行的单用户mimo系统，其具体过程如下(1)从基站端接收到的信号向量^中提取对应于第y个用户的多用户干<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中，；c,为第i'个用户发送的信息数据，H,.为第f个用户的信道矩阵，X为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(2)根据多用户干扰^，由所有对第乂个用户产生多用户干扰的信道矩阵构建一个新的矩阵Hy-tjypiyw.HhpH^p-Hx],该矩阵包括除了矩阵Hj外的所有信道矩阵；(3)对矩阵及y进行奇异值分解，得到开^=[￡^^]式中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>a乂是由及;的非零奇异值构成的对角矩阵，是对应于的非零奇异值的左奇异向量构成的矩阵，[;是对应于^;的零奇异值的左奇异向量构成的矩阵，^是对应于好,的所有奇异值的右奇异向量构成的矩阵，F/是^的共轭转置矩阵；(4)根据及j的奇异值分解式，选择对第乂个用户的线性处理矩阵？；二t^(5)用线性处理矩阵I)左乘接收到的信号向量j;，得到仅包含有第j个用户信息数据的信号向量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>，式中，w为零均值高斯白噪声向量本发明与现有技术相比，具有如下优点1.本发明由于采用线性处理矩阵i;，在接收端将多用户MIMO系统分解成了多个并行的单用户MIMO系统，从而使得适用于单用户MIMO系统的算法可以直接应用。2.相对于直接对所有用户发送的所有数据进行最大似然检测而言，采用本发明可以分别对每个发送的数据进行最大似然检测，从而有效的减少了搜索的范围，极大地降低了运算的复杂度。3.相对于现有的最小均方误差或者是迫零检测方法只能对每个用户发送的每个数据进行独立的检测而言，本发明可支持对每个用户所发送的数据的进行联合检测，从而提高了检测的准确性。图1是多用户MIMO系统的上行链路的通信示意图；图2是本发明使用的系统示意图；图3是本发明方法的流程示意图4是采用本发明方法与现有预处理方法的性能比较图。具体实施例方式以下参照附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。参照图2，本发明使用的系统是一个多用户MIMO系统，由一个基站和K个用户构成。其中，基站装配有M个天线，而第j'个用户装配有A^个天线，lSj、尺。本发明假设基站端的第m个发射天线，lSm^M，和第y个用户的第",个接收天线，Bw,、iV,，之间的无线信道/^是平坦衰落信道。并且，各个信道之间是相互独立的。在图2中，^为第y个用户发送给基站的信息数据，j;为基站接收到的所有用户的信号，T)对应于第y个用户的线性处理矩阵，j)为经过线性处理矩阵K处理后的信号向量。针对图2所示的多用户MIMO系统，本发明对上行链路进行多用户干扰消除的过程如图3所示。参照图3，本发明多用户干扰消除过程如下步骤l，确定多用户干扰。将基站端接收到的信号j表示为"2^#1=//",;+Z/f,;c,+M，(1)乂=1式中，x为用户数，isysi，为第乂个用户发送的信息数据，"为零均值高斯白噪声向量，好;为第7'个用户的信道矩阵，从(i)式中可以看出，对第乂个用户而言，f;及,.A是多用户干扰，记为^;步骤2，构建对应于每个用户的新矩阵对第y个用户而言，根据多用户干扰z,，由所有对第y个用户产生多用户干扰的信道矩阵构建一个新的矩阵《=[好,，好2，^，丑w，…/^](2)该新矩阵包括除了矩阵ffj外的所有信道矩阵；步骤3，对矩阵i^进行奇异值分解。假定接收天线的数目大于除了第)个用户之外的所有其他用户的发射天线数目之和，可将矩阵^:.进行奇异值分解为，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(3)式中A,.是由^;的非零奇异值构成的对角矩阵，^是对应于^;的非零奇异值的左奇异向量构成的矩阵,是对应于好J的零奇异值的左奇异向量构成的矩阵，^是对应于/^的所有奇异值的右奇异向量构成的矩阵，F/是^的共轭转置矩阵；步骤4,选择线性处理矩阵由于是所有对应于矩阵《.的零奇异值的左奇异向量构成的矩阵，因此有￡^〃;=0的特性，所以对于第_/个用户而言，选择线性处理矩阵7}=1^;步骤5,消除多用户干扰。对第y'个用户而言，用线性处理矩阵7;左乘接收到的信号向量j;，得到的线性处理后的信号向量为"i(4)由(4)式可以看出，^仅包含与第y个用户所发送数据相关的信息和噪声，来自其他用户的干扰已经被完全消除了。本发明的效果可以通过以下仿真结果进一步说明仿真条件设定一个多用户MIMO系统包括一个基站和2个用户。假设基站装配有4根天线，每个用户装配2根天线。同时，设定一个具有2根发射天线，2根接收天线的单用户MIMO系统。所发数据采用BPSK调制方式，对第A个用户传送的数据在经过线性处理后采用最大似然检测器。仿真内容分别采用本发明消除多用户干扰的方法、传统的迫零检测方法、以及一个单用户MIMO系统进行仿真。仿真结果如图4所示，图4中给出了几种不同的检测方法以及一个单用户MIMO系统的误码率BER相对于信噪比SNR的性能曲线。从图4中可以看出，采用本发明块角化的检测方法所获得的误码率性能曲线明显低于传统的迫零检测方法的误码率性能曲线，而且几乎和单用户系统的性能一样。权利要求1.一种多用户MIMO系统中消除多用户干扰的方法，包括如下过程(1)从基站端接收到的信号向量y中提取对应于第j个用户的多用户干扰<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><msub><mi>z</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>&NotEqual;</mo><mi>j</mi></mrow><mi>K</mi></munderover><msub><mi>H</mi><mi>i</mi></msub><msub><mi>x</mi><mi>i</mi></msub></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0001"file="S2008100183577C00011.gif"wi="24"he="10"top="66"left="40"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/-->式中，xi为第i个用户发送的信息数据，Hi为第i个用户的信道矩阵，K为用户数，1≤j≤K；(2)根据多用户干扰zj，由所有对第j个用户产生多用户干扰的信道矩阵构建一个新的矩阵Hj′＝[H1，H2，…Hj-1，Hj+1，…HK]，该矩阵包括除了矩阵Hj外的所有信道矩阵；(3)对矩阵Hj′进行奇异值分解，得到<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><msubsup><mi>H</mi><mi>j</mi><mo>&prime;</mo></msubsup><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>U</mi><mi>js</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>U</mi><mi>jn</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>&Lambda;</mi><mi>j</mi></msub></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mrow><mo>[</mo><msubsup><mi>V</mi><mi>j</mi><mi>H</mi></msubsup><mo>]</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0002"file="S2008100183577C00012.gif"wi="50"he="11"top="125"left="112"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/-->式中Λj是由Hj′的非零奇异值构成的对角矩阵，Ujs是对应于Hj′的非零奇异值的左奇异向量构成的矩阵，Ujn是对应于Hj′的零奇异值的左奇异向量构成的矩阵，Vj是对应于Hj′的所有奇异值的右奇异向量构成的矩阵，VjH是Vj的共轭转置矩阵；(4)根据Hj′的奇异值分解式，选择对第j个用户的线性处理矩阵<math-cwu><![CDATA[<math><mrow><msub><mi>T</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>U</mi><mi>jn</mi><mi>H</mi></msubsup><mo>;</mo></mrow></math>]]></math-cwu><!--imgid="icf0003"file="S2008100183577C00013.gif"wi="15"he="5"top="198"left="159"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/-->(5)用线性处理矩阵Tj左乘接收到的信号向量y，得到仅包含有第j个用户信息数据的信号向量yj′＝Tjy＝TjHjxj+Tjn，式中，n为零均值高斯白噪声向量。2.根据权利要求1所述的消除多用户干扰的方法，其中步骤(5)按如下过程进行，(5a)写出基站端接收到的信号向量J<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中，is:为用户数，ls)^jr，为第y个用户发送的信息数据，"为零均值高斯白噪声向量，H,.为第乂个用户的信道矩阵，S^,^为多用户干扰；(5b)将线性处理矩阵7;.与接收到的信号向量j;相乘，得到消除多用户干扰后的信号向量全文摘要本发明公开了一种多用户MIMO系统中消除多用户干扰的方法。其具体过程为(1)从基站端接收到的信号向量y中提取对应于第j个用户的多用户干扰z_j；(2)根据多用户干扰z_j，由所有对第j个用户产生多用户干扰的信道矩阵构建一个新的矩阵H′_j；(3)对新矩阵H′_j进行奇异值分解并选择对第j个用户的线性处理矩阵T_j；(4)用线性处理矩阵T_j左乘接收端接收到的信号向量y，得到仅包含有第j个用户信息数据的信号向量y′_j，完全消除了来自其他用户的干扰。本发明具有消除多用户干扰彻底的优点，可用于实现对多用户MIMO系统的低复杂度和高性能检测。文档编号H04B7/08GK101286779SQ20081001835公开日2008年10月15日申请日期2008年6月2日优先权日2008年6月2日发明者伟刘,勤刘,张文柱,川李,李建东,李红艳,杨家玮,赵林靖,黄鹏宇申请人:西安电子科技大学