专利名称：Mu-mimo系统下行链路中的块对角化预编码方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及多用户多输入多输出(简称 MU-MIMO)系统下行链路中的块对角化(Block-diagonalization，BD)预编码技术。
背景技术：
多输入多输出(简称ΜΙΜΟ)技术可以在不增加频谱资源和发射功率的前提下极 大的提高无线通信系统的分集增益和频谱利用率。目前MIMO系统的研究已经从点对点 的单用户扩展到多点对多点的多用户MIMO系统(MU-MIMO)。多用户多输入多输出 (MIMO)系统中，基站端(简称BS)同时向多个用户发射信号，由于多个用户共用同一 时间与频率资源，必然会引入多用户的共信道干扰(简称CCI)。但各个用户间很难相互 协作，因此在MU-MIMO系统下行链路中，可以在基站端通过预编码进行预处理来消除 用户间的CCI。在时分双工复用(简称TDD)模式下，基站端可以通过信道互易性获知用户的信 道信息。当用户端的天线总数小于或等于发射天线数时(即正在通信的用户天线总数量 小于基站的发射天线数)，根据块对角化预编码方法，基站端根据系统中所有用户的信道 状态信息(Channel State Information，CSI)设计出的预编码矩阵，可以完全消除多用户间 的CCI，达到良好的系统性能。为了便于说明和分析MU-MIMO系统下行链路中的BD预编码方法，将 MU-MIMO系统条件设定为Nt > Y^nk，即发射天线数不小于接收天线数。基站端发 射天线数为Nt，总的用户数为K，任意用户k的取值范围为hksK，表示用户k的接收天 线数为nk，nk>l,为了简化分析，假定本发明的各用户进行通信的数据流数分别与各用 户的接收天线数相等。现有的MU-MIMO系统下行链路中的BD预编码方法主要有方法1 传统的BD预编码方法。主要包括如下步骤1.计算场(銜)，其中牮=[珥K H^1 H+1 K H]"为任意用户k的干 扰信道矩阵；式中，rank(g)表示矩阵的取秩运算，Hk表示任意用户k的信道矩阵， [g]T表示矩阵的转置。对任意用户的干扰信道矩阵銜进行奇异值分解(SingularValue Decomposition, SVD)，即牮=锊怂[对1) 1TfT，其中锊是牮的左奇异矩阵，趟是牮的
奇异值对角矩阵，《f和1Tf分别是#的右奇异矩阵的前&列和后列， 示矩阵的共轭转置。根据矩阵理论知识，可以证明^f即为牮的零空间正交基。2.获得完全消除干扰用户CCI的等效信道矩阵HkVf )；3.为获取零CCI的等效信道矩阵最大的预编码增益，对等效信道再次进行SVD 分解Hi^f = V'^iV^f 、Af和Vf〕分别表示等式左端矩阵经SVD分解后的左奇 异矩阵、奇异值对角矩阵和右奇异矩阵。
4.从而获得每个用户的预编码矩阵为Wt =1Tf^f1，其中 λ(1)为Vf的前nk列。
5.整个系统的预编码矩阵为Ws = [W1 W2 K Wk]。方法2 基于QR分解的BD预编码方法。主要包括如下步骤1.对銜进行QR分解埤^fJfto，聘表示任意用户k的干扰信道 矩阵共轭转置，饮表示 进行QR分解后的正交矩阵，^f和^f分别表示饮的前之。列和 后㈧-场)列。2.获得消除CCI的等效信道矩阵。3.为获取零CCI的等效信道矩阵最大的预编码增益，对等效信道再进行SVD分 解扎嫩)=Vck2Wk2Wf，U〖2)、Λ〖2)和Vf〕分别表示等式左端矩阵经SVD分解后的左奇异 矩阵、奇异值对角矩阵和右奇异矩阵。4.从而获得每个用户的预编码矩阵为Wt =嫩义(2)，其中Vf1为Vf1的前nk列； 那么，整个系统的预编码矩阵为Ws = [W1W2KW1^现有的MU-MIMO系统下行链路中的BD预编码方法的主要缺点是运算复杂度 高。方法1所述的传统的BD方法需要两次SVD分解。虽然在方法2所述的基于QR分 解的BD预编码方法，用QR分解取代了 SVD分解，复杂度有所降低，但是仍然较高。 由于现有方法的这些不足，造成在通信系统的发送端对信号进行预编码的复杂度增大， 线性预编码效率降低。因此，MU-MIMO系统的BD方法的复杂度仍有降低的空间。下 面对上述两种现有方法的复杂度作具体分析表1 MU-MIMO系统参数设置
权利要求
1.MU-MIMO系统下行链路中的BD预编码方法，包括步骤步骤1 各用户根据接收的导频数据进行信道估计以获取自身当前的基站端到用户 的MIMO信道矩阵；步骤2: TDD模式下，基站端通过信道互易性获知各用户端的MIMO信道状态信息；步骤3 基站端计算用户的干扰信道矩阵的零空间正交基；步骤4 根据计算出的干扰信道矩阵的零空间正交基计算单个用户的预编码矩阵；步骤5:依次遍历所有用户，重复步骤3和4，得到所有用户的预编码矩阵。
2.根据权利要求1所述的MU-MIMO系统下行链路中的BD预编码方法，其特征在 于，上述步骤3的具体步骤包括如下分步骤(31.基站端根据从用户端获知各用户的MIMO信道增益，利用GSO方法计算任意用 户的干扰信道矩阵銜的正交基:fiif。(32.根据干扰信道矩阵銜的正交基辦…和零空间基的关系 傲ψ衡)衡)=ι ’ 1为NtXNt维的单位矩阵，基站端计算出用户的干扰信道矩 阵牮的零空间基:fiif之间的乘积形式(^if y^f。(33.基站针对矩阵的前W-A))列向量再次利用GSO方法(具体 操作类似上述步骤3)，得到任意用户的干扰信道矩阵的零空间基。脚标j用来表示对 所有用户的遍历，Σ二 表示所有用户的接收天线总和。
3.根据权利要求2所述的MU-MIMO系统下行链路中的BD预编码方法，其特征在 于，上述步骤31的具体操作为(311.把干扰信道矩阵:#按列分块可得到銜=( ia2LαΝι)·,(312.对列向量组应用GSO(Gram-SchmidtOrthogonalization)求出对应的标准正交向量
4.根据权利要求1所述的MU-MIMO系统下行链路中的BD预编码方法，其特征在 于，上述步骤4的具体步骤包括如下分步骤(41.基站将用户的信道矩阵Hk和其相应的干扰矩阵的零空间正交基相乘，可获得 用户的零干扰等效信道矩阵Hit^f ；(42.为获取零CCI的等效信道矩阵最大的预编码增益，基站对用户的零CCI的等效块 对角化信道矩阵Hi^f做SVD分解，获取零CCI的等效信道矩阵的右酉矩阵前nk列；·43.基站对用户干扰信道矩阵的零空间正交基和其相应的零CCI的等效信道矩阵的右 酉矩阵前nk列作相乘运算，将乘积的结果作为用户的预编码矩阵。
全文摘要
本发明涉及MU-MIMO系统下行链路中的BD预编码方法，包括步骤步骤1各用户根据接收的导频数据进行信道估计以获取自身当前的基站端到用户的MIMO信道矩阵；步骤2TDD模式下，基站端通过信道互易性获知各用户端的MIMO信道状态信息；步骤3基站端计算用户的干扰信道矩阵的零空间正交基；步骤4根据计算出的干扰信道矩阵的零空间正交基计算单个用户的预编码矩阵；步骤5依次遍历所有用户，重复步骤3和4，得到所有用户的预编码矩阵。本发明的有益效果是在保证系统性能不受任何损失的情况，有效的降低了算法复杂度。
文档编号H04L1/00GK102025462SQ201010590338
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者方舒, 李少谦, 杨阳, 罗旬 申请人:电子科技大学