专利名称：用于多用户多输入多输出无线传输系统的快速广义判决反馈均衡器预编码器实施的制作方法
技术领域：
本发明涉及多输入多输出(MIMO)通信系统。更详细地，本发明涉及一种MIMO系 统中的预编码器配置。
背景技术：
公知基于广义判决反馈均衡器(Generalized Decision Feedback Equalizer⑶FE)的预编码器提供用于多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线系统的最优容 量解决方案。然而，确定与GDFE预编码器相关联的各种过滤器的计算代价通常是非常大的 并且不适用于许多实际的系统。存在已知的多个预编码技术，该技术使得装配有多个天线的基站(BS)能够向多 个用户终端(UT)发送同步数据流从而使得系统容量最优化。通常，对于MU-MIMO系统的预 编码目的是最优化特定标准，该特定标准例如是系统容量或误码率。下面给出了选择的参 考以及参考中提出的技术的相关方面的描述。Q. H Spencer> A. L. Swindlehurst 以 R Μ. Haardt ^ "Zero-forcing methods fordownlink spatial multiplexing in multi-user MIMO channels，，，IEEE Transactionson Signal Processing, pp. 461—471，2004 年 2 月[1]描述了一种线性预编 码技术，已知为块对角化(BD)，通过确保干扰贯穿牺牲UT的信道的零空间来将数据流分开 到不同的UT。BD技术使有效信道矩阵对角化从而创建BS和UT之间的多个隔离的MIMO子 信道。尽管该方案易于实施，但是在某种程度上限制系统容量。C. ffindpassinger> R. F. H Fischer、Τ· Vencel 以及 J. B Huber 的"Precoding inmulti-antenna and multi-user communications，，，IEEE Transactions on WirelessCommunications，pp. 1305-1316，2004 年 7 月[2]描述 了一种已知为 Tomlinson-Harashima预编码(THP)的非线性预编码方案。该方案依赖于在BS的连续干扰 预消除。使用模操作来确保不超过发射功率。与BD不同，THP使有效信道矩阵三角形化并 且提供当与BD相比时在某种程度上更高的系统容量。在 W. Yu 的"Competition and Cooperation in Multi-User CommunicationEnvironments，，，博士论文，Stanford University, 2002 年 2 月[3]以及 W. Yu 禾口 J. Cioffi 的"Sum capacity of Gaussian vector broadcast channels，，，IEEE Transactionson Information Theory, pp. 1875—1892，2004年 9 月[4], Wei Yu 介绍了 GDFE 预编码器并且示出了其实现很高程度的系统容量。该方案的基本部件在图1中示出。GDFE 预编码器包括干扰预消除块101。与上述参考文献[2]中讨论的THP预编码方案相似，干扰 预消除有助于确保在第k个步骤编码的符号矢量将仅受来自(k-Ι)个符号矢量的干扰。干 扰预消除块101处理信息符号u以产生过滤后的矢量符号χ。过滤后的矢量符号χ然后经过由矩阵B指示的发射过滤器103以产生发射的信号1。在参考文献[3]和[4]中，提出了基于和“最差噪声”相对应的协方差矩阵(Szz)的技术以计算GDFE预编码器分量。尽管该技术实现了很高的系统容量，对于大多数实际系统所要 求的实时实施，确定GDFE预编码器分量的计算代价太高。X. Shao, J. Yuan 禾口 P. Rapajic 的"Precoder design for ΜΙΜΟ broadcastchannelsIEEE International Conference on Communications(ICC), PP. 788-794，2005年5月[5]提出了不同的预编码技术，其实现了与理论最大系统容量接近 的容量。相比与GDFE预编码器技术，该提出的方法的计算复杂性较低。然而，该提出的方 法向所有的数据流分配相同的功率，这对于使用有限数目的量化比特率的实际系统来说可 能不是有效的技术。同时，该提出的技术只局限于不可逆信道矩阵，而情况并不总是这样。N. Jindal、W. Rhee、S. Vishwanath、S. A. Jafar 禾口 k. Goldsmith 的“SumPower Iterative Water-filling for Multi-Antenna Gaussian Broadcast Channels，，， IEEE Transactions on Information Theory, pp. 1570-1580，2005 年 4 月[6]得到被称为 MAC/ BC (多访问信道/广播信道)双重性的非常有用的结果；并且Wei Yu的DIMACS Series in Discrete Mathematics and Theoretical Computer Science, Vol.66, " Advances in Network Information Theory, “ pp. 159-147 [7]提出 了最差噪声的概念。
发明内容
使用了实现用于多用户(MU)MIMO系统的⑶FE预编码器的技术，这极大地将低了 计算代价并同时不导致容量损失。该技术适于改善包括当前规划的未来“4G”蜂窝网络的 各种MU-MIMO无线系统的性能。⑶FE预编码器的上述实施缓解了对于与“最差噪声”相对应的协方差矩阵(Szz)的 了解的要求。这在GDFE预编码器的传统设计中是重要的元素并且要求很大的计算代价。也 提供了用于实现预编码器的统一框架。与传统GDFE预编码器设计不同，当下行信道的输入 协方差矩阵(Sxx)是缺少秩时，所提出的方法不要求信道减少。比起传统⑶FE预编码器，⑶FE预编码器的上述实施实现了在计算代价方面的重 大改进。本发明的一个方面涉及一种配置基于广义判决反馈均衡器⑶FE的预编码器的方 法，所述预编码器在具有k个用户终端UT的多用户多输入多输出MU-MIMO无线系统的基站 中，每个用户终端UT具有与其相关联的前馈过滤器。所述方法包括使用下述本发明的多个 可选公式之一来计算过滤器矩阵C并且基于过滤器矩阵C的计算来计算用于处理在GDFE 预编码器的判决反馈均衡级之后获得的符号矢量的发射过滤器的发射过滤器矩阵B，计算 前馈过滤器矩阵F以及计算干扰预消除矩阵G。本发明的另一个方面涉及一种基于⑶FE的预编码器，所述预编码器在具有k个用 户终端UT的MU-MIMO无线系统的基站中，每个用户终端UT具有与其相关联的前馈过滤器。 GDFE预编码器包括前馈路径；反馈路径；和置于反馈路径的由I-G指示的干扰预消除块， I是单位矩阵，G是干扰预消除矩阵；通过下述的一个新的表达式将前馈过滤器矩阵F与干 扰预消除矩阵相关。本发明的另一个方面涉及一种基于GDFE的预编码器，所述预编码器在具有k个用 户终端UT的MU-MIMO无线系统的基站中，每个用户终端UT具有与其相关联的前馈过滤器。 GDFE预编码器包括前馈路径；反馈路径；和置于反馈路径中的由I-G指示的干扰预消除块，I是单位矩阵，G是干扰预消除矩阵。通过使用下述本发明的多个可选公式之一计算过 滤器矩阵C来确定干扰预消除块中的干扰预消除矩阵G，并且基于过滤器矩阵C的计算来计 算用于处理在GDFE预编码器的判决反馈均衡级之后获得的符号矢量的发射过滤器的发射 过滤器矩阵B，计算前馈过滤器矩阵F以及计算干扰预消除矩阵G。从下面的具体实施方式
、附图以及权利要求中能够显而易见本发明的另外特征和 优势。
从下述具体实施方式
以及本发明的各种实施例的附图能够更加完全地理解本发明，然而，不应当被认为将本发明限制为特定实施例，实施例仅是出于解释和理解的目的。图1是已知⑶FE预编码器的框图；图2是使用⑶FE预编码的通信系统的框图；图3是配置⑶FE预编码器的前馈过滤器的框图；以及
图4是配置⑶FE预编码器的流程图。
具体实施例方式下面，首先在子部分A中描述系统模型和相关现有技术，在子部分B描述GDFE预 编码器的实施。本领域普通技术人员将认识到本发明的下述具体实施方式
仅是说明性的并且不 以任何方式起到限制作用。本发明的其它实施例将具有该揭示的优势提供给这样的普通技 术人员。对于本领域普通技术人员来说显而易见不一定需要这些特定细节来实现本发明。 在其它情况下，以框图形式示出公知电路和设备以避免使本发明变得模糊。在下述实施例 的描述中，相同的部分基本上由相同的附图标记指示。首先，给出了下面使用的系统模型和符号。基站(BS)具有N个天线并且有K个用 户终端(UT)，每个UT具有Lk个天线。UT的天线的总和被指示为Z = ZlA^Hk指示BS和 第k个UT之间的信道增益矩阵，维度是{LkxN}。BS和K个UT之间的组合的信道增益矩阵 的维度是{LxN}并且由Η = [ΗHt2 ... Η；；]7给出，其中上标Ig示转置矩阵。Uk指示目的地是第k个UT的输入符号矢量，从而叠加的输入矢量能够被表示为 U = [u[ u'2 ...U〖]7。u的长度被假设为不超过BS的天线的数目。同时，假设额外的约束Suu =E[uuH] = I，其中E[.]指示自己的自变量的时间平均，上标H指示共轭转置并且I指示 单位矩阵。A. 1 定义参考图2，示出具有基站210和用户终端ZZO1-ZZOk的MU-MIM0系统的功能框图。 每个用户终端具有与其相关联的前馈过滤器F1-Fp通过由信道矩阵H表示的信道231进 行通信。基站包括GDFE预编码器，GDFE预编码器包括前馈路径和反馈路径。在前馈路径 中，模单元233产生过滤的矢量符号X的流，该流由发射过滤器235过滤以产生发射的信号 流y。在反馈路径中，符号X被通过干扰预消除块237反馈，由从单位矩阵I减去的干扰预 消除矩阵G表示。用户符号u的流已经从中减去了干扰预消除块237的输出信号，结果被应用至模单元233。下面描述和本系统相关的其它方面/参数1).干扰预消除矩阵(G)如图2所示，该矩阵用在GDFE预编码器的干扰预消除级 处的发射器。该矩阵的主要目的是为了干扰预消除的目的而处理输入符号矢量U。它的结 构是上直角三角形(Upper Right Triangular)矩阵，其块对角子矩阵是每个的大小为ak的 单位矩阵。2).对于下行链路信道的输入协方差矩阵(Sxx)定义为Sxx = E[xxh]并且满足发 射功率限制，即trace (Sxx)彡Pt，其中Pt指示总可用发射功率，并且trace (.)指示矩阵自 变量的对角元素的和。对于下行链路信道的输入协方差矩阵表示从所述N个发射天线的 不同天线发射的符号的依存性；对角矩阵元素的和表示来自N个发射天线的预期总发射功 率。在下文中，将使用其特征值分解(EVD)表示Sxx:
(1)其中V是酉矩阵并且Σ是具有非负元的对角矩阵。3).发射过滤器(B):该矩阵用于处理从图2所示的⑶FE预编码器的DFE级之后 获取的符号矢量X。以下式表示
(2)其中M是酉矩阵并且矩阵{ν，Σ }和(1)中定义的相同。4).最差噪声协方差矩阵(Szz)这可以被认为是当假设在所有的UT间有完全协作 时导致最小系统容量的噪声协方差矩阵。这是正定义Hermitian矩阵，其块对角子矩阵是 大小为ak的单位矩阵。这与参考文献[4]中的Eq. (67)所示的方式相似地定义。5).对于等效上行链路信道的输入协方差矩阵(D)与参考文献[7]的等式(3. 6) 相似地定义作为对于具有信道矩阵Hh的等效上行链路/介质访问信道(MAC)的输入矢量的 符号间的相关性。矩阵D的结构是块对角矩阵并满足发射功率约束，即trace (D) ，其 中Pt指示总可用发射功率。D的每个块对角子矩阵表示对于上行链路信道中的特定UT的 输入协方差矩阵。使用参考文献[6]中给出的方法能够计算容量最优D。A. 2发射器处理如图2所示，⑶FE预编码器包括由I-G指示的干扰预消除块，其中G具有与参
考文献[2]的THP预编码方案相似的块上直角三角形矩阵结构，反馈矩阵G的三角形
结构有助于确保在第k步骤编码的符号矢量将仅收到来自(k-Ι)个符号矢量的干扰。
x = [xi A 的第Xk个子矢量是使用下述关系生成的 (κ、
(3)其中Gkm指示从Xk预消除由矢量符号Xm导致的干扰所需的子矩阵G。这些子矢量 以相反顺序生成，其中Xk是第一生成的矢量并且X1是最后一个生成的矢量。下面示出了对 于3个UT情形的矩阵G的结构的例子 在该特定例子中，首先生成X3，然后生成X2，其中使用子矩阵G23从X2预先减去由 于&导致的干扰。最后，在由于X2和X3导致的干扰的预先减去之后生成Xl。(3)中矢量 αk的每个复元素从下述集合中选择
其中 S 是星座大小。(5)α k的元素被选择使得结果矢量Xk的元素在宽度2的正方区域之内。该机制在 允许干扰预消除的同时也限制总发射功率。矢量χ然后经过发射过滤器B以产生由下述关系给出的矢量y :y = Bx (6)通过将矢量y的元素映射到基站的各个天线元素来发射矢量y。Α. 3接收器处理第k个UT采用的前馈过滤器由Fk指示，Fk是维度为{akXLk}的矩阵，其中ak指示 矢量Uk的长度。现在，对应于第k个UT的接收的基带矢量由下式给出rk = FkHBx+Fknk(7)其中χ是在如图2所示的干扰预消除步骤之后从输入符号矢量u得到的符号矢 量。过滤器B指示发射过滤器，并且在第k个UT的噪声由nk指示。对应于所有的K个UT 的叠加的接收的基带矢量能够被表示为r = FHBx+Fn(8)其中F = diag^pFy…？》是表示前馈过滤器的块对角矩阵，并且η表示叠加的
噪声矢量。在下文中，给出不同的方法来计算前述定义的矩阵B，G和F。一个方法假设知道 Szz而其它方法提供不需知道Szz而计算⑶FE矩阵的方式。B.⑶FE预编码器矩阵的计算与现有方法不同，在本方法中前馈过滤器F被表示为
(9)其中“最差噪声”Szz可以被认为是当所有UT间完全协作时导致最小系统容量的噪 声协方差矩阵。可以使用参考文献[4]中描述的技术来计算Szz。矩阵{ν，Σ }与(1)中定 义的相同。通过首先计算对于具有信道增益矩阵Hh的等效上行链路/介质访问信道(MAC)的 输入协方差矩阵D可以计算对于下行链路信道的输入协方差矩阵Sxx。提出的GDFE方法实 现的容量与对于等效上行链路信道的选择D实现的容量相等。可以使用参考文献[6]中给 出的方法计算容量最优D。可以使用参考文献[7]中给出的下述等式计算对于下行链路信 道的输入协方差矩阵Sxx
(10)其中对于给定总发射功率Pt，标量变量λ能够被计算作为y=trace{1-[HffDH + 1]-1)/Pl⑴)下面，参考图4，将过滤器矩阵C定义作为
(j 2)(图4中步骤403)。现在，前馈过滤器F能够被表示为
(13)能够注意到F是块对角并且G是具有形成自己的对角块的单元矩阵的块上直角三 角形。假设M是酉矩阵；具有C的预乘Mh必须导致块上直角三角形矩阵R。因而，使用C的 QR分解(QRD)能够得到M (步骤406)。应当注意执行QRD的方式使得贯穿相同矢量空间的C的所有非零列 仅对矩阵M中的一个列矢量贡献。然后如下执行矩阵B、G和F的计算计算B = V Σ 172M (步骤 407)(15)设置F = BlockDiagonal (R)(步骤 408) (16)BlockDiagonal (·)函数从图3所示的矩阵R的块对角提取大小为{akxLk}的子矩 阵F1, F2-, FK。分派给第k个UT的符号ak的数目等于Fk的秩(rank)。计算G= FRt (步骤 409)(17)其中上标1"指示Moore-Penrose广义逆矩阵。B. 1计算C的可诜方法在该方法中，避免使用Szz来计算矩阵C以及GDFE预编码器的后续其它相关矩阵。表达式(12)被重写为
(18)接下来，参考文献[7]中给出的表达式Hh[HSxxH1^SzzF1H = λ I可选地被表示为[HSxxHh+SzJ = X-1HHh(19)其中λ是使用(11)计算得到的接下来，将表达式(19)带入(18)以获得下述等式CHHh = λ (V Σ 1/2)ηΗη (20)现在，对于秩大于或等于其行数的信道矩阵H，可以将矩阵C唯一地确认为
(21)(图4中步骤404)其中上标1·指示Moore-Penrose广义逆矩阵。另外，在上述表达 式中省略标量运算λ并不改变GDFE预编码器的性能。因而，在H的秩大于或等于H的行 数的任何时候，下述表达式能够用于信道 对于秩小于自己的行数的信道矩阵H，通过求解下述极限能够确定矩阵C 其中X是具有与H相同行数的任意矩阵。X中的列数被选择使得结果矩阵[H X] 的秩大于或等于H中的行数。这里，矩阵Sxx指示对于有效下行链路信道矩阵[H X]的输入协方差矩阵。使用(10)以及一些矩阵操作能够将(23)中的表达式简化为 使用矩阵逆变换单元能够将该表达式进一步简化为 这里(25)中的矩阵乘积(HV)tHV等于对角矩阵，领先对角元为1并且其它尾随的元为0。等于1的对角元的数目与H的秩相同。观察到矩阵乘积HV的秩总是大于或等于Σ 中的数目，能够确保矩阵乘积(HV)+ HV中的尾随零的数目总是小于或等于Σ中的数目。因而(25)中的上述表达式能够被进一步简化为 (图4中的步骤405)。这里应当注意表达式(24)，(25)和(26)能够用于任何任 意信道矩阵H。然而，当信道矩阵的秩大于或等于其行数时，由于可能的计算效率，可以使用 (21)或(22)中的表达式。B. 2数字例子例-1 使用等式(12)来计算C下述数字例子示出了对于当预先知道Szz的情况下在GDFE预编码器的设计中涉及 的各种矩阵的计算，即使用等式(12)计算C。考虑具有4个天线的BS以及每个都具有2个天线的2个用户，从而与两个用户都 关联的信道矩阵的维度是2x4。整个信道矩阵如下 对于固定的发射功率20，通过首先计算[6]中描述的对于等效上行链路/MAC信道 的最优输入协方差矩阵D并且然后使用等式(10)能够计算对于下行链路的最优输入协方
差矩阵Sxx。
Sxx的特征值分解(EVD)能够被计算为 以及 同时，可以使用参考文献[4]中描述的技术来将“最差噪声”协方差矩阵Szz计算 为 在方法I中给出的细节之后，首先计算下述QR分解 接下来，方法将发射过滤器矩阵B计算作为 有效前馈过滤器能够被计算为 因而，两个用户能够对于等式(7)中所示的基带信号处理采用下述前馈过滤器 同时，干扰预消除矩阵G能够被计算为
(36)例-2 使用等式(22)来计算C下述数字例子示出了当不知道Szz时在GDFE预编码器的设计中涉及的各种矩阵的 计算。假设与例-1中的系统相同，具有固定为20的发射功率，从而矩阵H、SXX、V和E分别 由等式(27)-(30)给出。在B. 1中给出细节之后，计算矩阵C以及其QR分解C =(V∑1/2)HH-1 接下来，该方法将发射过滤器矩阵B计算为
同时，有效前馈过滤器被计算作为
(39) 因而，两个用户对于等式(7)中所示的基带信号处理采用下述前馈过滤器 同时，干扰预消除矩阵G被计算为
(41)例-3 使用等式(22)来计算C考虑系统与前面例子中的系统相同，但是将发射功率固定为10而不是如前两个 例子中的20。在这种情况下，与GDFE预编码器相关联的矩阵能够被示为 从等式(42)显而易见B的第2列为零，表示\中的第二元素被分配了 0的发射功 率。因而暗示仅向UT-I发射1个符号并且仅向UT-2发射2个符号，即设置U1 = [un 0]τ， U2 = [u21 u22]T从而u = [uf Μ]7'。与⑶FE预编码器相关联的其它矩阵能够被示为 例4 使用等式(26)来计算C下述数字例子示出了当信道矩阵H是矩形时在GDFE预编码器的设计中涉及的各 种矩阵的计算。考虑具有4个天线的BS以及每个都具有3个天线，从而与两个用户都关联 的信道矩阵的维度是3x4。整个信道矩阵是非正方形的，例如
“ 现在，对于固定的发射功率20，通过使用参考文献[6]的MAC/BC双重性能够计算 对于下行链路信道的最优输入协方差矩阵Sxx并且如下表示 Sxx的特征值分解(EVD)能够被计算为
接下来，该方法将发射过滤器矩阵B计算为
有效前馈过滤器能够被计算为
(51)
(52)因而，两个用户对于等式(7)中所示的基带信号处理采用下述前馈过滤器 从等式52和53显而易见第一用户仅被分配1个符号而第二用户被分配3个符号< 即屮=[un] , U2 = [u21 U22 1!23]\从而11 = [11丨U〗 ]7'。干扰预消除矩阵G因而能够被计算为
使用参考文献[6]中描述的方法能够将对于等效上行链路/MAC信道的最优输入 协方差矩阵计算为 D =现
(49) 上述方法提供了以合理范围内的计算代价改善MU-MIMO系统的频谱效率的方式。 性能改善与更加计算复杂的GDFE预编码器提供的性能改善相同。因而，该方法非常适用于 高速数字蜂窝电话，包括例如IMT-Advanced的开发标准以及其其它形式的高速数字通信， 包括有线通信。上述方法可以多种形式体现并且可以实施作为方法、处理、系统和例如集成电路 的部件。在一个典型的实施中，该方法由数字信号处理器执行的软件来执行。尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，对于本领域普通技术人员来说基于 这里的教示在不偏离本发明的范围和更广的方面的前提下能够进行改变和变型。因而，所 附的权利要求意欲将所有这样的变化和变型包括在它们的范围内，如同包括在本发明的真 实精神和范围内。
权利要求
一种配置基于广义判决反馈均衡器GDFE的预编码器的方法，所述预编码器在具有k个用户终端UT的多用户多输入多输出MU-MIMO无线系统的基站中，每个用户终端UT具有与其相关联的前馈过滤器，所述前馈过滤器由F1，F2…，Fk表示，所述方法包括使用下述表达式之一来计算过滤器矩阵C，下述表达式包括(i)C＝(HV∑1/2)H[HSxxHH+Szz]-1其中V是酉矩阵，∑是具有非负元的对角矩阵，并且Szz是最差噪声协方差矩阵，其中Szz是对于下行链路信道的输入协方差矩阵， <mrow><msub> <mi>S</mi> <mi>xx</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>I</mi><mo>-</mo><msup> <mrow><mo>[</mo><msup> <mi>H</mi> <mi>H</mi></msup><mi>DH</mi><mo>+</mo><mi>I</mi><mo>]</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup> </mrow> <mi>λ</mi></mfrac><mo>,</mo> </mrow>其中I是单位矩阵，H是表示用于在无线系统中进行通信的信道的信道矩阵，D是对于被选择作为容量最优的无线系统中的等效上行链路/介质访问信道MAC的输入协方差矩阵，并且λ是对于给定总发射功率Pt的标量变量，λ＝trace(I-[HHDH+I]-1)/Pt，(ii)对于秩大于或等于自己的行数的信道矩阵H，其中上标指示Moore-Penrose广义逆矩阵，(iii)对于秩大于或等于自己的行数的信道矩阵H，以及(iv)其中前馈过滤器矩阵F由F＝GMHC表示，M是酉矩阵，G是在GDFE预编码器的干扰预消除级处的发射器中使用的干扰预消除矩阵；使用C的QR分解QRD将矩阵M计算为C＝MR；计算用于处理在GDFE预编码器的判决反馈均衡级之后获得的符号矢量的发射过滤器的发射过滤器矩阵BB＝V∑1/2M；将前馈过滤器矩阵F计算为F＝BlockDiagonal(R)其中BlockDiagonal(.)函数从矩阵R的块对角线提取大小为{ak x Lk}的子矩阵F1，F2…，Fk，并且ak是分派给第k个用户终端UT的符号数目并且等于Fk的秩；以及将干扰预消除矩阵G计算为其中上标指示Moore-Penrose广义逆矩阵。FSA00000047290000012.tif,FSA00000047290000013.tif,FSA00000047290000014.tif,FSA00000047290000015.tif,FSA00000047290000021.tif,FSA00000047290000022.tif
2.根据权利要求1所述的方法，还包括从单位矩阵I中减去干扰预消除矩阵G以获取干扰预消除块； 其中GDFE预编码器包括前馈路径和反馈路径，通过置于前馈路径中的模单元产生过 滤后的矢量符号X的流，并且通过置于反馈路径中的干扰预消除块反馈过滤后的矢量符号Xo
3.根据权利要求2所述的方法，还包括从用户符号流中减去干扰预消除块的输出信号并且将减去后的结果应用到前馈路径 中的模单元。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括通过由发射过滤器矩阵B代表的发射过滤器来过滤由置于前馈路径中的模单元产生 的过滤后的矢量符号X的流。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括将发射过滤器的输出引导至由信道矩阵H代表的信道，通过所述信道进行无线系统中 与用户终端的通信。
6.一种基于广义判决反馈均衡器GDFE的预编码器，所述预编码器在具有k个用户终 端UT的多用户多输入多输出MU-MIMO无线系统的基站中，每个用户终端UT具有与其相关 联的前馈过滤器，所述前馈过滤器由F1, F2…，Fk表示，⑶FE预编码器包括前馈路径； 反馈路径；和置于反馈路径中由I-G指示的干扰预消除块，I是单位矩阵，G是干扰预消除矩阵； 其中前馈过滤器矩阵F是 F = BlockDiagonal(R)其中BlockDiagonal (.)函数从矩阵R的块对角线提取大小为Iak χ Lk}的子矩阵F1, F2…，Fk,并且ak是分派给第k个用户终端UT的符号数目并且等于Fk的秩；以及 其中 其中M是酉矩阵，V是酉矩阵，Σ是具有非负元的对角矩阵，并且Szz是最差噪声协方差 矩阵，其中Szz是对于下行链路信道的输入协方差矩阵， 其中I是单位矩阵，H是表示用于在无线系统中进行通信的信道的信道矩阵，D是对于 被选择作为容量最优的无线系统中的等效上行链路/介质访问信道MAC的输入协方差矩 阵，并且λ是对于给定总发射功率Pt的标量变量，
7.根据权利要求6所述的GDFE预编码器，其中干扰预消除块中的干扰预消除矩阵G如 下确定使用下述表达式之一来计算过滤器矩阵C，下述表达式包括 ⑴ C = (HV Σ “2)H [HSxxH1^Szz]-1 对于秩大于或等于自己的行数的信道矩阵H，其中上标指示M00re-Penr0se广义逆矩 阵，以及 其中前馈过滤器矩阵FfiF = GMhC代表； 使用C的QR分解QRD将矩阵M计算为 C = MR ；计算用于处理在GDFE预编码器的判决反馈均衡级之后获得的符号矢量的发射过滤器 的发射过滤器矩阵B B = VE 172M ；将前馈过滤器矩阵F计算为 F = BlockDiagonal(R)其中BlockDiagonal (.)函数从矩阵R的块对角线提取大小为Iak χ Lk}的子矩阵F1, F2…，Fk,并且ak是分派给第k个用户终端UT的符号数目并且等于Fk的秩；以及 将干扰预消除矩阵G计算为G =FR+其中上标1"指示Moore-Penrose广义逆矩阵。
8.根据权利要求6所述的⑶FE预编码器，还包括模单元，置于前馈路径中，用于产生过滤后的矢量符号X的流，所述过滤后的矢量符号 X通过置于反馈路径中的干扰预消除块反馈。
9.根据权利要求8所述的⑶FE预编码器，其中从用户符号流中减去干扰预消除块的输出信号并且将减去后的结果应用到前馈 路径中的模单元。
10.根据权利要求8所述的⑶FE预编码器，还包括由发射过滤器矩阵B代表的发射过滤器，用于过滤由置于前馈路径中的模单元产生的 过滤后的矢量符号X的流。
11.一种MU-MIMO无线系统，包括包括权利要求10所述的GDFE预编码器的基站； k个用户终端；以及用于接收发射过滤器的输出的信道，所述信道由信道矩阵H代表，通过所述信道进行 无线系统中与用户终端的通信。
12.根据权利要求11所述的MU-MIMO无线系统，其中所述无线系统包括N个天线和k个用户终端UT，每个用户终端UT都具有Lk个天线，其中UT的天线的和被表示为: ,其中Hk指示基站和第k个UT之间的维度为{Lk χ N}的信道增益矩阵， 其中基站和k个UT之间的组合的信道增益矩阵的维度是{L χ N}并且由信道矩阵 给出，其中上标^皆示矩阵转置。
13.一种基于广义判决反馈均衡器GDFE的预编码器，所述预编码器在具有k个用户终 端UT的多用户多输入多输出MU-MIMO无线系统的基站中，每个用户终端UT具有与其相关 联的前馈过滤器，所述前馈过滤器由F1, F2…，Fk表示，⑶FE预编码器包括前馈路径；反馈路径；和置于反馈路径中由I-G指示的干扰预消除块，I是单位矩阵，G是干扰预消除矩阵； 其中干扰预消除块中的干扰预消除矩阵G如下确定使用下述表达式之一来计算过滤器矩阵C，下述表达式包括 其中V是酉矩阵，Σ是具有非负元的对角矩阵，并且Szz是最差噪声协方差矩阵， 其中Szz是对于下行链路信道的输入协方差矩阵， i-[hwdh+i]"' 其中I是单位矩阵，H是表示用于在无线系统中进行通信的信道的信道矩阵，D是对于 被选择作为容量最优的无线系统中的等效上行链路/介质访问信道MAC的输入协方差矩 阵，并且λ是对于给定总发射功率Pt的标量变量， λ = trace(I-[HHDH+I]_1)/Pt, 对于秩大于或等于自己的行数的信道矩阵H，其中上标t指示M00re-Penr0se广义逆矩阵， 对于秩大于或等于自己的行数的信道矩阵H，以及 其中前馈过滤器矩阵F由F = GMhC表示，M是酉矩阵，G是在⑶FE预编码器的干扰预 消除级处的发射器中使用的干扰预消除矩阵； 使用C的QR分解QRD将矩阵M计算为 C = MR ；计算用于处理在GDFE预编码器的判决反馈均衡级之后获得的符号矢量的发射过滤器 的发射过滤器矩阵B B = VE 172M ；将前馈过滤器矩阵F计算为 F = BlockDiagonal(R)其中BlockDiagonal (.)函数从矩阵R的块对角线提取大小为Iak χ Lk}的子矩阵F1, F2…，Fk,并且ak是分派给第k个用户终端UT的符号数目并且等于Fk的秩；以及 将干扰预消除矩阵G计算为G =FR+其中上标1"指示Moore-Penrose广义逆矩阵。
14.根据权利要求13所述的⑶FE预编码器，还包括模单元，置于前馈路径中，用于产生过滤后的矢量符号X的流，所述过滤后的矢量符号 X通过置于反馈路径中的干扰预消除块反馈。
15.根据权利要求14所述的⑶FE预编码器，其中从用户符号流中减去干扰预消除块的输出信号并且将减去后的结果应用到前馈 路径中的模单元。
16.根据权利要求14所述的⑶FE预编码器，还包括由发射过滤器矩阵B代表的发射过滤器，用于过滤由置于前馈路径中的模单元产生的 过滤后的矢量符号X的流。
17.一种MU-MIMO无线系统，包括包括权利要求16所述的GDFE预编码器的基站； k个用户终端；以及用于接收发射过滤器的输出的信道，所述信道由信道矩阵H代表，通过所述信道进行 无线系统中与用户终端的通信。
18.根据权利要求17所述的MU-MIMO无线系统，其中所述无线系统包括N个天线和k个用户终端UT，每个用户终端都具有Lk个天线， 其中UT的天线的和被表示为:L = Dk ,其中Hk指示基站和第k个UT之间的维度为{Lk χ N}的信道增益矩阵， 其中基站和k个UT之间的组合的信道增益矩阵的维度是{L χ N}并且由信道矩阵 H = [H「H丨...H^f给出，其中上标1指示矩阵转置。
全文摘要
本发明公开了用于多用户多输入多输出无线传输系统的快速广义判决反馈均衡器预编码器实施。使用了一种技术来实现用于多用户多输入多输出(MU-MIMO)系统的广义判决反馈均衡器GDFE预编码器，其极大地降低了计算代价并同时不导致容量损失。提出了一种配置GDFE预编码器的方法，所述预编码器在具有k个用户终端UT的MU-MIMO无线系统的基站中，每个用户终端UT具有与其相关联的前馈过滤器。该方法包括使用本发明的多个可选公式之一来计算过滤器矩阵C，并且基于过滤器矩阵C的计算来计算用于处理在GDFE预编码器的判决反馈均衡级之后获得的符号矢量的发射过滤器的发射过滤器矩阵B、前馈过滤器矩阵F以及干扰预消除矩阵G。
文档编号H04B7/04GK101841396SQ201010136250
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者苏当舒·高尔 申请人:株式会社日立制作所