专利名称：多点有限协同多输入多输出通信系统预编码方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于无线通信系统的预编码方法，特别的涉及一种多点有限协 同多输入多输出通信系统的预编码方法，属于无线通信领域。
背景技术：
近年来多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)通信技术得到了充分发 展，并被公认为有效提升未来宽带无线通信系统性能的关键技术之一。根据信息论的研究结 果，例如- E. Telatar， "Capacity of multi-antenna Gaussian channels, ，' European Transactions on Telecomraunication， vol. 10,肌 6， pp. 585-595, Nov/Dec. 1999， 点 对点的多输入多输出系统的容量与收、发天线数中的较小值呈线性增长的关系。空分多址 (Space Division Multiple Access, SDMA)技术利用预编码或波束形成技术可以在相同的时 隙与频率上复用多个空间上可分离的用户，从而显著提升点对多点的多输入多输出系统的容 量性倉旨(详见Q. H. Spencer, A丄Swindlehurst, M. Haardt， "Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIM0 channels, ，， IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 52， no. 2, pp. 461-471， Feb. 2004.)。然而，上述结论都是基于 单发射机系统的，理论推导和算法设计过程中没有考虑来自其他发射机的同信道干扰 (Co-Channel Interference, CCI)。在实际的蜂窝无线通信系统中，往往同时存在着多个发 射机和多个接收机，任一发射机所发射的信号都会对其他发射机服务的接收机造成干扰，整 个系统通常是千扰受限的。可见，在多点对多点的全频率草用系统中，来自其它发射机的同 信道干扰就成为制约多输入多输出技术提升系统性能的关键因素(详见S. Catreux, P. F. Driessen， L J. Greenstein, "Simulation results for an interference-limited multiple-input multiple-output cellular system, " IEEE'Communications Letters, vol. 4, no. 11, pp. 334-336， Nov. 2000.)。
在非集中式的蜂窝无线通信网络系统中，虽然同一发射机服务的多个接收机之间的同信 道千扰可以利用发射端获取的各接收机的瞬时信道状态信息(Channel State Information, CSI)采用传统的点对多点的预编码方案进行有效抑制，但是仍然会对其他发射机服务的接收 机造成一定的干扰。因此，将传统的点对多点的预编码技术直接应用到多点对多点的蜂窝系 统中难以获得较好的性能。为了有效地抑制多点对多点的全频率复用系统中的同信道干扰， 甚至将这种干扰转化为有用信号，近年来基于多个发射机完全协作处理的网络多输入多输出 (Network MIMO)技术得到了广泛关注。如果将多个相互协作的发射机看作一个更大规模的虚 拟发射机，那么包括脏纸编码(dirty paper coding, DPC)以及基于不同准则的预编码方案都 可以应用到多点对多点的多输入多输出系统中，唯一不同的是发射功率的约束不再是总功率 约束，而是每个发射机的功率约束。虽然基于多点协作处理的网络MIMO技术可以有效抑制甚 至消除多点对多点系统中的同信道干扰，从而有效提升系统的频谱效率，但是这一性能的提升是以信令和反馈开销以及计算复杂度的激增为代价的。即便通过将整个系统划分为多个规 模相对较小的簇并在同一个簇内的多个基站之间进行完全协作可以相应地降低系统的信令和 反馈开销(详见A. Papadogiannis, D. Gesbert， E. Hardouin, "A dynamic clustering approach in wireless networks with multi-cell cooperative processing, ，' in Proc. IEEE International Conference on Communications (ICC), pp. 4033-4037, Beijing, Chirm, May 2008.)，进一步降低信道信息反馈和基站之间信息交互所需的系统开销仍然非常重要。
综上所述，现有技术在解决多点对多点的全频率复用多输入多输出通信系统中的 预编码问题时还存在着一定的缺陷，迫切需要一种信令和反馈开销较小，计算复杂度较 低，并且具有较好性能的预编码技术。
发明内容
技术问题针对现有技术的缺点，本发明提供了一种信令与反馈开销较小，计算 复杂度较低，并且具有较好性能的多点有限协同多输入多输出通信系统预编码方法。
技术方案本发明的实施例所述的通信系统结构包括多个发射机和多个接收机， 其中多个发射机由静态的分簇方法分成多个互不相交的簇，每个簇由多个地理位置邻近 的发射机组成，同一簇内的多个发射机之间可以部分地交互信道状态信息，从而实现有 限协同，而不同簇内的发射机之间不交互信息，无法进行协同。整个通信系统采用全频 率复用的方式，即每个链路可以同时使用整个可用带宽。每个发射机可以同时向多个接 收机发送有用信号，而每个接收机同一时刻至多可以从一个发射机接收有用信号，来自 其它发射机的信号均视为干扰。
本发明的实施例公开了 一种多点有限协同多输入多输出通信系统预编码方法，包含以 下步骤-
步骤l:采用静态的方式将多个发射机分成多个互不相交的簇，每个簇由多个地理位置 邻近的发射机组成；
步骤2:各接收机对其与各发射机之间的信道响应进行估计；
步骤3:各接收机将估计到的信道响应反馈给为其服务的发射机，从而使得每个发射机
获取其所服务的每个接收机的瞬时信道状态信息；
步骤4:同一簇中的不同发射机之间进行部分信息交互，实现有限协同；
步骤5:各发射机通过有限协同获取其到同一簇中其它发射机服务的接收机之间信道的
统计信息；
步骤6:各发射机采用一个标量因子乘上一个单位矩阵的形式对其到其它簇中各接收机 之间信道的统计信息进行逼近；
步骤7:各发射机根据自身获取的其与通信系统中所有接收机之间信道的混合信息设计 其所服务的多个接收机的预编码矩阵，所基于的优化准则是在最大化每个接收机期望信号 能量的同时，最小化该接收机的信号对其它接收机造成的干扰；其中混合信息包括由步骤3 获取的该发射机与其服务的多个接收机之间的瞬时信道状态信息，由步骤4获取的该发射机 到同一簇中其它发射机服务的各接收机之间的统计信道状态信息，以及由步骤6得到的该发射 机到其它簇中各接收机之间信道的统计信息的逼近值；
步骤8:当每个接收机配备一根天线时，每个接收机最多可以支持一个数据流，预编码向量的设计可以描述为如下优化问题:
max
2j mk.b(t)Hf,b(fc)+Kb(" +al
、uei/(b(/t)),"
令A^H")H郇)和ZH:)H導)+Rf/p'鹏+"I，则该优化问题
可以采用解决a;wa = ;lb;w^这一广义特征值问题的算法加以解决,其最优解为最大广义特 征值对应的特征向量；
步骤9:当每个接收机配备多根天线时，每个接收机可以同时支持多个数据流，此时不仅
需要为每个数据流确定其预编码向量，而且要实现发射功率在多个数据流上的优化分配-
① . 首先将每个发射机的可用发射功率平均分配给其所服务的多个接收机，即
对任一的接收机A: e {1,...,iQ令^ = PbW/|W(b(A))|;
② .其次令每个接收机的数据满流发射，即对任一的接收机^￡{1,...,/:}令
③. 再次将每个接收机的可用发射功率平均分配到各个数据流，每个数据流采 用At/ba的特征向量中的一个作为其预编码向量，即对任意的^^{1,...，《}和
. 最后自适应地对每个接收机的数据流数进行调整，并重新将其可用发射功
率在所选定的数据流上进行优化分配A、将每个数据流对应的特征值与预先设定的阈 值进行比较，选择大于等于该阈值的特征值对应的数据流进行数据传输；B、数据流确
定后，采用空间注水算法对每个数据流进行功率分配，即任一接收机/1:￡{1，...，"的第
「 l丫
/€{1,.."^}各数据流分配到的功率为尸4/= 丁 。
'l 义J
其中max"—最大化算子，(.广 一矩阵或向量的共轭转置，—矩阵或向量的Frobenius 范数，WA—接收机Ae化…,/q的预编码矩阵，〖一通信系统中的接收机数，b(A:)—为接 收机A服务的发射机，Hww—发射机b(A:)与接收机A:之间的信道矩阵，HabW—发射机 与接收机"之间的信道矩阵，Rj^「""w" —发射机b(A:)与同一簇中其它发射机服务的接 收机之间信道矩阵的相关矩阵，al —用于逼近发射机b("与其它簇中各发射机服务的接收 机之间信道矩阵的相关矩阵，W(b(yfc))—发射机b(A:)服务的用户组成的集合，—
发射机^A:)服务的用户数，i^)一发射机b("的可用发射功率，《一接收机A:的可用发射 功率，4—接收机A:最多可支持的数据流数，ra^(Htw))—信道矩阵H^("的秩，《,一 接收机Ae仏…,^的第/e(l,…，Z^个数据流的发射功率，；i一Ai和Bt的广义特征值， V,，...,V; — ajb4的A个特征值对应的特征向量，(jc)+ =max{0,x},义,一 at/bt的第 Z e {1，...,￡4}个特征值对应的特征向量，/y —满足功率约束5^^，, S A的注水水平。
有益效果本发明提出了一种多点有限协同多输入多输出通信系统预编码方法。首先，
将多个发射机采用静态的方式进行分簇，每个簇由多个地理位置相邻的多个发射机组成；其
6次，各接收机估计其与各发射机之间的信道响应，并将该估计反馈该为其服务的发射机；然 后，同一簇中的多个发射机之间进行部分信息交互，从而实现有限协同，每个发射机通过有 限协同获取自身到同一簇中其他发射机服务的接收机之间信道的统计信息；此外，各发射机 采用一个标量因子乘以一个单位矩阵的形式来近似估计其到其他簇中的发射机所服务的接收 机之间信道的统计信息；最后，各发射机根据获得的其自身到所有接收机之间信道的混合信 息对其所服务的多个接收机的发送信号进行预编码，所基于的优化准则是在最大化各接收 机期望信号能量的同时，最小化该接收机的信号对其他接收机造成的干扰。本发明基于多个 发射机之间的有限协同，各发射机在预编码方案设计过程中充分利用了通过有限协同获得的 混合信道信息。与现有的完全分布式的点对多点多输入多输出预编码技术相比，本发明具有 更好地抑制通信系统中固有的同信道干扰的能力，从而可以更好地提升系统的频谱利用率； 与现有的基于多个发射机完全协作的预编码技术相比，本发明需要更低的信令与反馈开销， 具有更低的实现复杂度。
图l是本发明的通信系统组成结构示意图，图中M表示系统中的发射机数，c表示 整个系统中的发射机被划分成的簇数，其中C为M的整数因子，iV-i^f/C表示每个簇 中包含的发射机数，W,表示每个发射机配备的天线数，A^表示每个接收机配备的天线 数。
图2是本发明所述预编码方法的流程图，在图2的最后一个模块中，各发射机根据 所获得的其自身到所有接收机的混合信道信息进行预处理方案设计，该模块简记为"预 处理方案设计模块"。
图3为图2所示的本发明的流程图中"预编码方案设计模块"的具体实现流程图。 图4—图12是发射机与接收机不同天线配置、在不同信噪比的情况下，频谱效率随 干噪比的变化而变化的仿真曲线，其中干噪比是指来自其它发射机服务的接收机的信号 功率与噪声功率的比值。图4: iV, =2， A^^1， SNR=5dB;图5: iV,=2， 乂=1， SNR=10dB;图6: 7V,=2， 7Vr=l， SNR=15dB;图7: iV,-4， iVr=2， SNR=5dB; 图8: iV, =4， iVr =2， SNR-10dB;图9: TV, =4， Wr =2， SNR-15dB;图10: =8， 乂=4， SNR=5dB;图11: W,=8， 乂=4， SNR=10dB;图12: W,=8， Wr=4' SNR=15dB。
具体实施例方式
如图l所示，本发明所述的多点有限协同多输入多输出通信系统包括多个发射机和 多个接收机，其中每个发射机可以同时向多个接收机发送有用信号，而每个接收机同一 时刻至多可以从一个发射机接收有用信号，来自其它发射机的信号均视为干扰。多个发 射机由静态的分簇方法分成多个互不相交的簇，每个簇由多个地理位置邻近的发射机组 成，同一簇内的多个发射机之间可以部分地交互信道状态信息，实现有限协同，而不同 簇内的发射机之间不交互信息，无法逬行协同。整个通信系统采用全频率复用的方式， 即每个链路可以同时使用整个可用带宽。
如图2所示，本发明所述的多点有限协同多输入多输出通信系统预编码方法包括如下步(1) . 采用静态的方式将多个发射机分成多个互不相交的簇，每个簇由多个地理位置 邻近的发射机组成；
(2) .各接收机对其与各发射机之间的信道响应进行估计；
(3) .各接收机将估计到的信道响应反馈给为其服务的发射机，从而使得每个发射机获 取其所服务的每个接收机的瞬时信道状态信息；
(4) .同一簇中的不同发射机之间进行部分信息交互，实现有限协同；
(5) .各发射机通过有限协同获取其到同一簇中其它发射机服务的接收机之间信道的统计 信息；
(6) .各发射机采用一个标量因子乘上一个单位矩阵的形式对其到其它簇中各接收机之间 信道的统计信息进行逼近；
(7) .各发射机根据所获取的其自身与所有接收机之间信道的混合信息设计其所服务的多 个接收机的预编码矩阵，所基于的优化准则是在最大化每个接收机期望信号能量的同时， 最小化该接收机的信号对其它接收机造成的干扰；其中混合信息包括由(3)获取的该发射机 与其所服务的多个接收机之间的瞬时信道状态信息，由(4)获取的该发射机到同一簇中其它发 射机服务的各接收机之间的统计信道状态信息以及由(6)得到的该发射机到其它簇中各接收 机之间信道的统计信息的逼近值。
如图3所示，本发明所述的预编码方案设计包括如下步骤
(l).当每个接收机配备一根天线时，每个接收机最多可以支持一个数据流，预编码向量 的设计可以描述为如下优化问题
max
崎e" ^ lwj,i
令Aa-H^^)H、附)和Bi= ZH:)H,) + Rl:(f 、"1，则该优化问题
可以采用解决A,W^ =义B,Wt这一广义特征值问题的算法加以解决，其最优解为最大广义特 征值对应的特征向量；
(2).当每个接收机配备多根天线时，每个接收机可以同时支持多个数据流，此时不仅需
要为每个数据流确定其预编码向量，而且要实现发射功率在多个数据流上的优化分配
① 首先将每个发射机的可用发射功率平均分配给其所服务的多个接收机，即对任
一的接收机t e 令g = ;
② 其次令每个接收机的数据满流发射，即对任一的接收机zteO,...,iQ令
丄*=簡中柳)；
③ 再次将每个接收机的可用发射功率平均分配到各个数据流，每个数据流采用
At/1^的特征向量中的一个作为其预编码向量，即对任意的接收机A:e(l，...，iQ及其
相应的数据流/￡{1,...,^}令Cg/^' W,[V,，...,V,》
8 最后自适应地对每个接收机的数据流数进行调整，并重新将其可用发射功率在 所选定的数据流上进行优化分配，具体实现如下A、将每个数据流对应的特征值与预 先设定的阈值进行比较，选择大于等于该阈值的特征值对应的数据流进行数据传输；B、 数据流确定后，采用空间注水算法对每个数据流进行功率分配，即任一接收机
A: e 的第/ e化…,Z^)各数据流分配到的功率为尸4/ =
「 1、
--
其中max{.} —最大化算子，一矩阵或向量的共轭转置，—矩阵或向量的Frobenius 范数，Wt—接收机A:e(l,...，iQ的预编码矩阵，〖一通信系统中的接收机数，K^0一为接 收机先服务的发射机，H、^)一发射机b(A:)与接收机A:之间的信道矩阵，H"，^)一发射机 与接收机"之间的信道矩阵，Rj^、tae" 一发射机b(;t)与同一簇中其它发射机服务的接 收机之间信道矩阵的相关矩阵，cd —用于遏近发射机b(^)与其它簇中各发射机服务的接收 机之间信道矩阵的相关矩阵，W(b(A:))—发射机b("服务的用户组成的集合，—
发射机&O0服务的用户数，尸^)一发射机KW的可用发射功率，尸4—接收机fc的可用发射 功率，A-接收机A:最多可支持的数据流数，AW^r(H^w)—信道矩阵H、^)的秩，&一 接收机A e {1,…,AT}的第/ e {1，…，ZA}个数据流的发射功率，义—At和B4的广义特征值， Vp…,、一AjB4的A个特征值对应的特征向量，(x)+=max{0,;c}, & —AjBt的第 /€仏...，^}个特征值对应的特征向量，一满足功率约束J^i^ ^尸4的注水水平。
图4一图12给出了发射机、接收机不同天线配置，在不同信噪比的情况下，频谱 效率随干噪比变化而变化的仿真曲线。可见，几乎在所有的实施例中本发明的性能都明 显优于现有的仅仅最大化每个接收机期望信号能量的预编码方案以及传统的完全分布式 的点对多点的迫零(Zero-Forcing, ZF)和最小均方误差(Minimum Mean Squared Error, MMSE)预编码方案，尤其是当收/发天线较多时，本发明的性能增益更加明显。另外，由 于本发明是基于多个发射机有限协同的，而且这种有限的协同仅仅存在于每个簇内的多 个发射机之间，因而，与现有的基于多个发射机之间完全协作的网络多输入多输出技术 相比，本发明所需的信令和反馈开销大大降低，具有更低的实现复杂度。
9
权利要求
1.一种多点有限协同多输入多输出通信系统预编码方法，其特征在于，该方法基于有限协同获取的每个发射机到所有接收机之间的混合信道信息，各发射机根据所获取的混合信道信息对其服务的多个接收机的发送信号进行预编码，以最大化每个接收机期望信号的能量，同时最小化该接收机的发送信号对其它接收机造成的干扰；通信系统中包括多个发射机和多个接收机，其中每个发射机可以同时向多个接收机发送有用信号，而每个接收机在同一时刻至多可以从一个发射机接收有用信号，来自其它发射机的信号均视为干扰；多个发射机由静态的分簇方法分成多个互不相交的簇，同一簇内的多个发射机之间可以部分地交互各自所服务的接收机的信道状态信息，从而实现有限协同，而不同簇内的发射机之间不进行协同；该方法的具体步骤如下步骤1采用静态的方式将多个发射机分成多个互不相交的簇，每个簇由多个地理位置邻近的发射机组成；步骤2各接收机对其与各发射机之间的信道响应进行估计；步骤3各接收机将估计到的信道响应反馈给为其服务的发射机，从而使得每个发射机获取其所服务的每个接收机的瞬时信道状态信息；步骤4同一簇中的不同发射机之间进行部分信息交互，实现有限协同；步骤5各发射机通过有限协同获取其到同一簇中其它发射机服务的接收机之间信道的统计信息；步骤6各发射机采用一个标量因子乘上一个单位矩阵的形式对其到其它簇中各接收机之间信道的统计信息进行逼近；步骤7各发射机根据自身获取的其与通信系统中所有接收机之间信道的混合信息设计其所服务的多个接收机的预编码矩阵，所基于的优化准则是在最大化每个接收机期望信号能量的同时，最小化该接收机信号对通信系统中其它接收机造成的干扰；其中混合信息包括由步骤3获取的该发射机与其服务的多个接收机之间的瞬时信道状态信息，由步骤4获取的该发射机到同一簇中其它发射机服务的各接收机之间的统计信道状态信息，以及由步骤6得到的该发射机到其它簇中各接收机之间信道的统计信息的逼近值；步骤8当每个接收机配备一根天线时，每个接收机最多可以支持一个数据流，预编码向量的设计可以描述为如下优化问题<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>max</mi><mo>{</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>W</mi> <mi>k</mi> <mi>H</mi></msubsup><msubsup> <mi>H</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>b</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>H</mi></msubsup><msub> <mi>H</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>b</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><msub> <mi>W</mi> <mi>k</mi></msub> </mrow> <mrow><msubsup> <mi>W</mi> <mi>k</mi> <mi>H</mi></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <munder><mi>Σ</mi><mrow> <mi>u</mi> <mo>∈</mo> <mi>u</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>b</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>u</mi> <mo>≠</mo> <mi>k</mi></mrow> </munder> <msubsup><mi>H</mi><mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow></mrow><mi>H</mi> </msubsup> <msub><mi>H</mi><mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow></mrow> </msub> <mo>+</mo> <msubsup><mi>R</mi><mrow> <mi>b</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow></mrow><mrow> <mi>intra</mi> <mo>-</mo> <mi>cluster</mi></mrow> </msubsup> <mo>+</mo> <mi>αI</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>k</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>}</mo> </mrow>]]></math></maths>subject to<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>W</mi> <mi>k</mi></msub><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mi>F</mi> <mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2009100248330002C2.tif" wi="16" he="6" top= "236" left = "71" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>令<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>A</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msubsup> <mi>H</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>b</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>H</mi></msubsup><msub> <mi>H</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>b</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2009100248330002C3.tif" wi="31" he="5" top= "247" left = "25" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>和<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>B</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><munder> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>u</mi><mo>∈</mo><mi>u</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>b</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi>u</mi><mo>≠</mo><mi>k</mi> </mrow></munder><msubsup> <mi>H</mi> <mrow><mi>u</mi><mo>,</mo><mi>b</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>H</mi></msubsup><msub> <mi>H</mi> <mrow><mi>u</mi><mo>,</mo><mi>b</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub><mo>+</mo><msubsup> <mi>R</mi> <mrow><mi>b</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>intra</mi><mo>-</mo><mi>cluster</mi> </mrow></msubsup><mo>+</mo><mi>αI</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2009100248330002C4.tif" wi="78" he="8" top= "247" left = "66" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>则该优化问题可以采用解决AkWk＝λBkWk这一广义特征值问题的算法加以解决，其最优解为最大广义特征值对应的特征向量；步骤9当每个接收机配备多根天线时，每个接收机可以同时支持多个数据流，此时不仅需要为每个数据流确定其预编码向量，而且要实现发射功率在多个数据流上的优化分配。
2.根据权利要求1所述的多点有限协同多输入多输出通信系统预编码方法，其特征在 于在步骤9中，对每个数据流确定其预编码向量，并实现发射功率在多个数据流上的优化 分配方法为① . 首先将每个发射机的可用发射功率平均分配给其所服务的多个接收机， 即对任一的接收机A: e {1，...,《}令A -尸b("/l"(b(的)1;② . 其次令每个接收机的数据满流发射，即对任一的接收机^€仏...，〖}令③ . 再次将每个接收机的可用发射功率平均分配到各个数据流，每个数据流 采用A4/BA的特征向量中的一个作为其预编码向量，即对任意的te(l，...，iQ和 . 最后自适应地对每个接收机的数据流数进行调整，并重新将其可用发射功率在所选定的数据流上进行优化分配A、将每个数据流对应的特征值与预先设定 的阈值进行比较，选择大于等于该阈值的特征值对应的数据流进行数据传输；B、数 据流确定后，釆用空间注水算法对每个数据流进行功率分配，即任一接收机A: €仏…，iQ的第/ € {1,…，A}各数据流分配到的功率为& =^ 1、+、其中maxf}—最大化算子，(.广 一矩阵或向量的共轭转置，I, 一矩阵或向量的Frobenius 范数，、^一接收机^€{1,...,《}的预编码矩阵，〖一通信系统中的接收机数，b(/t)—为 接收机A服务的发射机，H^^—发射机b("与接收机A:之间的信道矩阵，H^(w—发射 机b(A:)与接收机《之间的信道矩阵，Rj:广血* 一发射机b(A:)与同一簇中其它发射机服务 的接收机之间信道矩阵的相关矩阵，al —用于逼近发射机b(A:)与其它簇中各发射机服务的 接收机之间信道矩阵的相关矩阵，—发射机b(A:)服务的用户组成的集合，—发射机&(A:)服务的用户数，/;w —发射机KW的可用发射功率，A —接收机 6的可用发射功率，^一接收机&最多可支持的数据流数，mMt(Hww)—信道矩阵 Hw(w的秩，接收机&e{1,...,夂}的第/^{1,个数据流的发射功率，义—At和 Bt的广义特征值，VP...,V4 — AJB4的^个特征值对应的特征向量，(jc)+ =max{0,x}， 4 一 At/B*的第/e(l,…,A〉个特征值对应的特征向量，// —满足功率约束2 《 的注水水平。
全文摘要
本发明揭示了一种多点有限协同多输入多输出通信系统预编码方法，该方法基于有限协同获取每个发射机到所有接收机之间的混合信道信息，各发射机根据所获取的信道信息对其服务的多个接收机的发送信号进行预编码，以最大化每个接收机期望信号的能量，同时最小化对其它接收机的干扰；通信系统中包括多个发射机和多个接收机，每个发射机可以同时向多个接收机发送有用信号，而每个接收机在同一时刻至多可以从一个发射机接收有用信号，来自其它发射机的信号均视为干扰；多个发射机分成多个互不相交的簇，同一簇内的发射机之间可以有限协同，不同簇内的发射机之间不进行协同。本发明与现有技术相比更好地获得了通信系统性能与实现复杂度的折中。
文档编号H04L25/03GK101557367SQ20091002483
公开日2009年10月14日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者仲崇显, 菲 俞, 李春国, 杨绿溪, 睿 赵 申请人:东南大学