专利名称：多输入多输出系统中多用户收发联合预编码的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信网络技术领域，尤其涉及一种多输入多输出系统中多用户收发联 合预编码的方法及装置。
背景技术：
近来，由于在多用户MIMO系统的下行链路中，通过空分复用可以使系统的容量和 性能得到明显地提高而引起了广泛的关注。由于多输入多输出(MIMO)系统在发射和接收 端都具有多天线，能够充分地利用多径传输来获得发射分集和接收分集，因此使得系统的 容量和频谱效率得到了显著地提高。在多用户MIMO系统的下行链路中，当基站与多个移动 用户都具有多天线时，由于不同的移动用户通常具有不同的空间位置，这时不同用户到基 站间会具有不同的信道信息，通过空分复用不同的用户就可以共用相同的频谱和相同的时 隙，可以使系统的资源得到更充分地利用，进而提高系统的整体性能。在用户的信道信息能 够准确知道的情况下，可以通过在基站端的线性预编码来消除不同用户间的共信道干扰。 其中，信道信息可以通过时分复用(TDD)的上行信道或者频分复用(FDD)的反馈信道来获 得。现有技术中，有的场合针对共信道干扰的抑制采用的是迫零法(ZF)，使用户的信息经过 预处理后，与其他用户的信道信息正交，即通过设置零点来实现对共信道干扰的抑制；而有 的场合则是分别针对于单用户和多用户情况讨论了最小均方误差准则下，优化发射与接收 的联合设计问题。也可以对多用户的线性预编码分别采用的是对多用户联合信道的对角化 及对多用户信号在正交子空间上投影的正交空分复用方法。现有技术的不足在于(1)迫零法在获得预编码矢量的过程中没有考虑到噪声的影响，在接收端进行解 码的过程中会对噪声产生放大作用，从而影响了系统的整体性能的提高；(2)正交化法及其相类似的方法在求得预编码矢量的过程中，通过使各用户的预 编码矢量正交，可以有效地消除多用户间的干扰，但正交化法求解得到的相互正交的预编 码矢量只考虑了相互间的正交性，并不能保证它是最优的，局部最优使得对系统性能的改 善程度受到了限制。
发明内容本发明所要解决的技术问题是，提供一种多输入多输出系统中多用户收发联合预 编码的方法及装置，对MIMO多用户系统的预编码不仅考虑了发射端，而且考虑到了接收 端，并且通过迭代，使多用户接收和发射间的预编码都达到最优，以使得系统在有效地克服 共信道干扰的同时，降低了对噪声的放大作用，从而可以使系统的性能得到改善。为了解决上述问题，本发明提供了一种多输入多输出系统中多用户收发联合预编 码的方法，包括如下步骤(a)给定解码矩阵的初值；(b)采用步骤(a)给定的初值，通过多 次迭代得到最优的编码和解码矩阵。作为可选的技术方案，所述步骤(b)进一步包括如下步骤(bl)用所有用户的信道矩阵和接收矩阵来构成多用户的等效信道矩阵；(b2)根据不同用户传输符号的长度情 况，依次求得各个用户的预编码矩阵，并同时使预编码矩阵的各列归一化；(b!3)根据各个 用户的预编码矩阵得到对应的解码矩阵；(b4)采用步骤(b2)获得的预编码矩阵作为新的 初始值，反复执行步骤(bl)至(b3)，直至前后两次执行后获得的误差小于给定的阈值为止。作为可选的技术方案，所述方法进一步包括如下步骤(C)根据不同用户的预编 码矩阵，在用户间进行动态功率的分配。本发明还提供了一种多输入多输出系统中多用户收发联合预编码的装置，包括如 下模块初始化模块，用于给定解码矩阵的初值；迭代模块，用于采用初始化模块给定的初 值，通过多次迭代得到最优的编码和解码矩阵。作为可选的技术方案，所述迭代模块进一步包括如下单元等效矩阵单元，用于采 用所有用户的信道矩阵和接收矩阵来构成多用户的等效信道矩阵；预编码矩阵求解单元， 用于根据不同用户传输符号的长度情况，依次求得各个用户的预编码矩阵，并同时使预编 码矩阵的各列归一化；解码矩阵求解单元，用于根据各个用户的预编码矩阵得到对应的解 码矩阵；循环控制单元，用于采用预编码矩阵求解单元获得的预编码矩阵作为新的初始值， 反复执行上述等效矩阵单元、预编码矩阵求解单元以及解码矩阵求解单元，直至前后两次 执行后获得的误差小于给定的阈值为止。作为可选的技术方案，所述装置进一步包括如下模块功率分配模块，根据不同用 户的预编码矩阵，在用户间进行动态功率的分配。本发明的优点在于，在获得各用户的预编码矩阵时，同时考虑了各用户的解码矩 阵，把各个用户的信道矩阵和解码矩阵的乘积构成等效的信道矩阵，在获得某一用户的预 编码矩阵及解码矩阵时，要求基站对该用户的信息能够有效传输，而对来自其他用户的干 扰能够有效地进行抑制。通过这样的转化，可以把对多用户的联合预编码转化为波束成形 问题，直接用波束成形的方法对多用户MIMO下行链路系统进行联合线性预编码，通过迭代 使多个用户获得最优的预编码和解码矩阵，这样获得的预编解码矩阵具有波束成形的特 性，对预编码矩阵间没有正交性的要求，对共信道干扰进行了有效的抑制，同时降低了可能 对噪声产生的放大作用，从而可以更有效地提高系统的性能。本发明进一步提供的动态功率分配方案的优点在于，在基站总的发射功率一定的 条件下，根据用户的信道矩阵信息，可以根据用户的信道质量，在不同用户间进行动态的功 率分配；在系统保持一定平均误码率的条件下，信道质量好的用户可以少分配一些功率，而 对信道质量差的用户可以多分配一些功率，这样可以使信道质量较差的用户地误码率性能 得到提升，进而改善了整个系统的性能。
附图1所示为本发明所述多输入多输出系统中多用户收发联合预编码的方法具 体实施方式的实施步骤示意图；附图2为上述具体实施方式
的实施效果示意图；附图3所示为本发明所述多输入多输出系统中多用户收发联合预编码的装置具 体实施方式的结构示意图。
具体实施方式下面结合附图对本发明提供的多输入多输出系统中多用户收发联合预编码的方 法及装置的具体实施方式
做详细说明。首先结合附图给出本发明所述多输入多输出系统中多用户收发联合预编码的方 法的具体实施方式
。附图1所示为本具体实施方式
的实施步骤示意图，包括如下步骤步骤S10，给定 解码矩阵的初值；步骤S21，用所有用户的信道矩阵和接收矩阵来构成多用户的等效信道 矩阵；步骤S22，根据不同用户传输符号的长度情况，依次求得各个用户的预编码矩阵，并 同时使预编码矩阵的各列归一化；步骤S23，根据各个用户的预编码矩阵得到对应的解码 矩阵；步骤S24，采用步骤S23获得的预编码矩阵作为新的初始值，反复执行步骤S21至 S23，直至前后两次执行后获得的误差小于给定的阈值为止。所述步骤SlO的初始化的步骤中，给解码矩阵&，k = 1，…，K赋以初值，使&为 相应维数的全一矩阵，即&中的各元素均赋予初值为1。接下来，定义预编码矩阵为T= [T1, T2,…，Τκ]τ，相应的解码矩阵为R= [R1, R2, ···，&]。则在多用户MIMO系统中，为了尽可能地抑制用户间的共信道干扰，期望联合地 获得最优的编解码矩阵T和R，以使期望用户输出最大的同时，受其他用户共信道干扰的影 响最小。因此，最优的编解码矩阵联合求解的优化问题可以用公式表示为
权利要求
1.一种多输入多输出系统中多用户收发联合预编码的方法，其特征在于，包括如下步骤(a)给定解码矩阵的初值；(b)采用步骤(a)给定的初值，通过多次迭代得到最优的编码和解码矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)进一步包括如下步骤 (bl)用所有用户的信道矩阵和接收矩阵来构成多用户的等效信道矩阵；(b2)根据不同用户传输符号的长度情况，依次求得各个用户的预编码矩阵，并同时使 预编码矩阵的各列归一化；(b3)根据各个用户的预编码矩阵得到对应的解码矩阵；(b4)采用步骤( )获得的预编码矩阵作为新的初始值，反复执行步骤(bl)至(b3)， 直至前后两次执行后获得的误差小于给定的阈值为止。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤(c)根据不同用户的预编码矩阵，在用户间进行动态功率的分配。
4.一种多输入多输出系统中多用户收发联合预编码的装置，其特征在于，包括如下模块初始化模块，用于给定解码矩阵的初值；迭代模块，用于采用初始化模块给定的初值，通过多次迭代得到最优的编码和解码矩阵。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述迭代模块进一步包括如下单元等效矩阵单元，用于采用所有用户的信道矩阵和接收矩阵来构成多用户的等效信道矩阵；预编码矩阵求解单元，用于根据不同用户传输符号的长度情况，依次求得各个用户的 预编码矩阵，并同时使预编码矩阵的各列归一化；解码矩阵求解单元，用于根据各个用户的预编码矩阵得到对应的解码矩阵； 循环控制单元，用于采用预编码矩阵求解单元获得的预编码矩阵作为新的初始值，反 复执行上述等效矩阵单元、预编码矩阵求解单元以及解码矩阵求解单元，直至前后两次执 行后获得的误差小于给定的阈值为止。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括如下模块 功率分配模块，根据不同用户的预编码矩阵，在用户间进行动态功率的分配。
全文摘要
一种多输入多输出系统中多用户收发联合预编码的方法，包括如下步骤(a)给定解码矩阵的初值；(b)采用步骤(a)给定的初值，通过多次迭代得到最优的编码和解码矩阵。本发明的优点在于，对共信道干扰进行了有效的抑制，同时降低了可能对噪声产生的放大作用，从而可以更有效地提高系统的性能。
文档编号H04L25/03GK102104451SQ20091020128
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者孟银阔 申请人:上海电机学院