专利名称：用于通信系统的线性预编码的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，特别涉及通信领域中用于通信系统的线性预编码的方法和
>J-U ρ α装直。
背景技术：
由于多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output,简称为 “ΜΙΜΟ”)系统中的空分复用接入(Space Division Multiple Access,简称为“SDMA”)带来的系统增益潜力很大，因此多用户(Multiple User，简称为“MU”)MMO成为近年来研究的热点。MIMO技术首先被应用于单用户系统中，在所有发送天线和接收天线上的联合处理带来MMO增益。但是，当MMO技术应用到MU场景时，用户之间无法协调是一个关键问题。对于蜂窝网络中的上下行通信而言，在上行通信中，多个用户同时同频给基站发送信息，基站可以采用类似于多用户检测(Multiple User Detection,简称为“MUD”)技术来分离不同用户的信号；在下行传输中，基站同时发送信号给用户。因此，在每个用户的接收信号中，有一部分就是其他用户信号带来的用户间干扰。尽管在理论上用户可以通过采用多用户检测MUD的多用户干扰(Multi-User Interference，简称为“MUI ”)消除技术，但是考虑到用户低功耗、低复杂度、低成本的要求，通常期望在基站侧消除MUI。在基站侧可以通过线性和非线性预编码技术来消除用户间的干扰。线性预编码 技术具有低计算复杂度的特点，并且在信道状态信息(Channel State Information,简称为“CSI”)不完备的情况下，具有良好的稳健性；而非线性预编码技术相对于线性预编码技术，具有更高的计算复杂度，并且对CSI的准确性很敏感。然而，现有技术中的线性预编码方法通常比较复杂，并且要求发射天线的数量大于接收天线的数量。当前的研究中提出了一种不限制接入点(Access Point，简称为“AP”)和终端用户的接收天线个数的无线通信系统。在该专利中，为了打破发射天线的数量必须大于接收天线的数量的限制，采用由终端用户发送的训练序列，AP产生的接收系数矩阵(ReceiveCoefficient Matrix,也称为接收波束成形矩阵(Receive Beamforming Matrix,简称为“RBFM”))，并且当接收天线的数量不超过发送天线的数量时，该接收系数矩阵乘以信道矩阵以用来形成一个等效发送系数矩阵。采用这种方法可以用来消除多用户间的干扰。因此，可以计算出发送系数矩阵A。接着，在消除多用户干扰之后的等效单用户传输中，采用MIMO传输策略获取接收系数矩阵V和U。在用户侧，需要知道接收系数矩阵B和U才可以进行数据的恢复。但在发送数据之前，发射端必须将接收系数矩阵发送给接收端用户。因此，该方法虽然能够打破对天线数量的限制，但是该方法较复杂，系统开销很大，并容易导致通信时间和频率资源的浪费。因此，需要一种简单且快速地线性预编码方法，并且该线性预编码方法对发射端和接收端的天线的数量没有限制
发明内容
本发明实施例提供了一种用于通信系统的线性预编码的方法和装置，能够快速且简单地获取预编码矩阵，并且对发射端和接收端的天线的数量没有限制。一方面，本发明实施例提供了一种用于通信系统的线性预编码的方法，该通信系统包括具有Mt个发射天线的基站以及K个用户设备，该K个用户设备中的第i个用户设备
具有MKi个接收天线，i = 1、 2.....K，其中MT、K、MKi为自然数，该方法包括根据与该第i
个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵RBFM的初始值if);根据第p-Ι次迭代中该第i个用户设备的RBFM ,确定第p次迭代中该第i个用户设备的等效联合信道补矩阵#f)，其中P为自然数；通过对该第i个用户设备的等效联合信道补矩阵#f)进行奇异值分解，获取构成该等效联合信道补矩阵#f)的左零陷空间的右奇异向量集合0〃’°)，并将该右奇异向量集合0〃’°)设置为第P次迭代中该第i个用户设备的发射波束成形矩阵TBFMfw ;根据收敛规则将该第i个用户设备的TBFMfw设置为该第i个用户设备的预编码矩阵匕。另一方面，本发明实施例提供了一种用于通信系统的线性预编码的装置，该通信系统包括具有Mt个发射天线的基站以及K个用户设备，该K个用户设备中的第i个用户设
备具有MKi个接收天线，i = 1、2.....K，其中MT、K、MKi为自然数，该装置包括第一设置模
块，用于根据与该第i个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵RBFM的初始值if);第一确定模块，用于根据第p-Ι次迭代中该第i个用户设备的RBFM Dp—1)，确定第P次迭代中该第i个用户设备的等效联合信道补矩阵#f)，其中P为自然数；第二设置模块，用于通过对该第一确定模块确定的该第i个用户设备的等效联合信道补矩阵#f)进行奇异值分解，获取构成该等效联合信道补矩阵#^)的左零陷空间的右奇异向量集合，并将该右奇异向量集合0〃’°)设置为第P次迭代中该第i个用户设备的发射波束成形矩阵TBFMfW ;第二确定模块，用于根据收敛规则将该第二设置模块设置的该第i个用户设备的TBFMi^)确定为该第i个用户设备的预编码矩阵匕。基于上述技术方案，本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法和装置，通过根据用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵的初始值，能够快速且简单地获取预编码矩阵，并能够增加系统的吞吐量，降低系统计算复杂度，对发射端和接收端的天线的数量也没有限制，从而能够全面提升系统的性倉泛。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法的示意性流程图。图2是根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法的应用场景示意图。
图3是根据本发明实施例的方法进行仿真的示意性框图。图4是根据本发明实施例的系统吞吐量的互补累计分布函数比较曲线图。图5是根据本发明实施例的迭代次数的互补累计分布函数比较曲线图。图6是根据本发明实施例的有效信干噪比的互补累计分布函数比较曲线图。图7A和7B是根据本发明实施例的调制编码机制选择的概率比较曲线图。图8是根据本发明另一实施例的系统吞吐量的互补累计分布函数比较曲线图。
图9A和9B是根据本发明另一实施例的调制编码机制选择的概率比较曲线图。图10是根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的装置的示意性框图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。应理解，本发明的技术方案可以应用于各种通信系统，例如全球移动通讯(Global System of Mobile communication,简称为 “GSM”)系统、码分多址(CodeDivision Multiple Access,简称为 “CDMA”)系统、宽带码分多址(Wideband CodeDivision Multiple Access,简称为 “WCDMA”)系统、通用分组无线业务(General PacketRadio Service，简称为“GPRS”)、长期演进(Long Term Evolution，简称为“LTE”)系统、LTE频分双工(Frequency Division Duplex,简称为“FDD”)系统、LTE时分双工(Time DivisionDuplex,简称为 “TDD”)、通用移动通信系统(Universal Mobile TelecommunicationSystem,简称为“UMTS”)、无线局域网系统(Wireless Local Access Network 简称为 WLAN)
坐寸ο还应理解，在本发明实施例中，用户设备(User Equipment，简称为“UE”)可称之为终端(Terminal)、移动台(Mobile Station，简称为“MS”)、移动终端(MobileTerminal)、站点(Station)等，该用户设备可以经无线接入网(Radio Access Network,简称为“RAN”)与一个或多个核心网进行通信，例如，用户设备可以是移动电话(或称为“蜂窝”电话)、具有移动终端的计算机等，例如，用户设备还可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置，它们与无线接入网交换语言和/或数据。在本发明实施例中，基站可以是GSM或CDMA中的基站(Base TransceiverStation，简称为“BTS”)，也可以是WCDMA中的基站(NodeB，简称为“NB”)，还可以是LTE中的演进型基站(Evolutional Node B，简称为“ENB或e-NodeB”)，还可以是WLAN中的接入点(Access Point简称AP)本发明并不限定。但为描述方便，下述实施例将以基站NB和用户设备UE为例进行说明。图I示出了根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法100的示意性流程图。如图I所示，该方法100应用的通信系统包括具有Mt个发射天线的基站以及K个
用户设备，该K个用户设备中的第i个用户设备具有MKi个接收天线，i = 1、2.....K，其中
MT、K、MKi为自然数，该方法100包括S110，根据与该第i个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵(Receive Beamforming Matrice,简称为“RBFM”)的初始值 B;。)；S120，根据第p-Ι次迭代中该第i个用户设备的RBFM ,确定第p次迭代中该第i个用户设备的等效联合信道补矩阵，其中P为自然数；S130，通过对该第i个用户设备的等效联合信道补矩阵进行奇异值分解，获取构成该等效联合信道补矩阵#f)的左零陷空间的右奇异向量集合巧^^，并将该右奇异向量集合0设置为第P次迭代中该第i个用户设备的发射波束成形矩阵(TransmitBeamforming Matrice,简称为 “TBFM”)；S140，根据收敛规则将该第i个用户设备的TBFMfM设置为该第i个用户设备的预编码矩阵Fi。在本发明实施例的方法中，对于特定用户设备而言，首先设置该用户设备的当前·子载波的接收波束成形矩阵RBFM的初始值，根据该RBFM的初始值，可以计算出第一次迭代过程中该用户设备的等效联合信道补矩阵，并通过对该等效联合信道补矩阵进行奇异值分解(Singular Value Decomposition,简称为“SVD”)，可以获取第一次迭代过程中该用户设备的发射波束成形矩阵TBFM，如果第一次迭代过程后不满足收敛规则，则进行下一次迭代过程，直至收敛规则得到满足，将该迭代过程中得到的发射波束成形矩阵TBFM设置为该用户设备的预编码矩阵。应理解，在下一次迭代过程中需要使用的接收波束成形矩阵RBFM，可以在确定前一次迭代过程是否满足收敛规则之前或之后进行计算。由于该方法采用的RBFM的初始值考虑了与当前子载波相关的子载波的信道特性，即考虑了相关子载波的信道相关性，从而能够加速迭代过程，减小迭代次数，由此简化方法的复杂度。因此，本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法，通过根据用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵的初始值，能够快速且简单地获取预编码矩阵，并能够增加系统的吞吐量，降低系统计算复杂度，对发射端和接收端的天线的数量也没有限制，从而能够全面提升系统的性能。下面将结合图2所示的应用场景，对根据本发明实施例的用于通信系统的线性预编码的方法进行详细说明。如图2所示，本发明实施例应用的通信系统包括具有Mt个发射天线的基站，以及K个用户设备，该K个用户设备中的第i个用户设备具有Mri个接收天线，该K个用户设备
具有的接收天线的总数为Μκ，其中，i = 1、2.....K，MT、K、MKi为自然数，1^可以由下列等式
(I)确定
KMr = [Mft.( I )
/=1应理解，该通信系统可以包括一个基站，该基站具有Mt个发射天线，该通信系统也可以包括两个或两个以上的基站，这些基站总共具有Mt个发射天线。如图2所示，第i个用户设备的发送信号定义为^i-维的向量Xi，其中^是发送给第i个用户设备的数据流的个数。K个向量可以由下列等式(2)表示
权利要求
1.一种用于通信系统的线性预编码的方法，其特征在于，所述通信系统包括具有Mt个发射天线的基站以及K个用户设备，所述K个用户设备中的第i个用户设备具有MKi个接收天线，i = 1、2.....K，其中MT、K、MKi为自然数，所述方法包括 根据与所述第i个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置所述当前子载波的接收波束成形矩阵RBFM的初始值if)； 根据第P-I次迭代中所述第i个用户设备的RBFMZ^—1)，确定第P次迭代中所述第i个用户设备的等效联合信道补矩阵#f)，其中P为自然数； 通过对所述第i个用户设备的等效联合信道补矩阵#f)进行奇异值分解，获取构成所述等效联合信道补矩阵#f)的左零陷空间的右奇异向量集合^一，并将所述右奇异向量集合0〃’°)设置为第P次迭代中所述第i个用户设备的发射波束成形矩阵TBFMi^)； 根据收敛规则将所述第i个用户设备的TBFMfM设置为所述第i个用户设备的预编码矩阵F”
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，如果所述第i个用户设备采用最小均方误差MMSE接收器，则所述第i个用户设备的RBFM Z^—1)由下列等式确定1) =+ σ//Μκ )—1 H1F^， 其中，P为第P-I次迭代中所述第i个用户设备的TBFM，％2为接收天线的噪声功率，7MffiSMKiXMKi维单位矩阵； 如果所述第i个用户设备采用最大比合并MRC接收器，则所述第i个用户设备的RBFM Dp—C由下列等式确定D\p^l) = Η#-1)。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述根据与当前子载波相关的子载波的信道特性，设置所述当前子载波的接收波束成形矩阵RBFM的初始值Ζ) °)，包括 如果所述当前子载波不是所述第i个用户设备的第一个子载波，则将所述当前子载波的RBFM的初始值if)设置为用于确定与所述当前子载波相邻的子载波的预编码矩阵的RBFM。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述等效联合信道补矩阵#f)由下列等式确定_「H 其中，第P次迭代中所述第i个用户设备的等效信道矩阵^f) = Dip-vfiHi ,Hi为所述第i个用户设备的信道矩阵。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述收敛规则包括多用户干扰MUIUl、TBFM变化和迭代次数P < ε 3中的至少一个，所述多用户干扰由下列等式确定
6.根据权利要求I至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述通信系统的发射天线的数量Mt小于或等于所述K个用户设备的接收天线的总数Mk，其中所述接收天线的总数Mk由下列等式确定
7.根据权利要求I至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述通信系统包括多用户MU多输入多输出MMO多载波系统。
8.一种用于通信系统的线性预编码的装置，其特征在于，所述通信系统包括具有Mt个发射天线的基站以及K个用户设备，所述K个用户设备中的第i个用户设备具有MKi个接收天线，i = 1、2.....K，其中MT、K、MKi为自然数，所述装置包括 第一设置模块，用于根据与所述第i个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置所述当前子载波的接收波束成形矩阵RBFM的初始值if)； 第一确定模块，用于根据第P-I次迭代中所述第i个用户设备的RBFM 1^—^，确定第P次迭代中所述第i个用户设备的等效联合信道补矩阵，其中P为自然数； 第二设置模块，用于通过对所述第一确定模块确定的所述第i个用户设备的等效联合信道补矩阵进行奇异值分解，获取构成所述等效联合信道补矩阵#f)的左零陷空间的右奇异向量集合巧〃’°)，并将所述右奇异向量集合0〃’°)设置为第P次迭代中所述第i个用户设备的发射波束成形矩阵TBFMfw ； 第二确定模块，用于根据收敛规则将所述第二设置模块设置的所述第i个用户设备的TBFMfw确定为所述第i个用户设备的预编码矩阵F”
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，如果所述第i个用户设备采用最小均方误差MMSE接收器，则所述第i个用户设备的RBFM Z^—1)由下列等式确定
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一设置模块具体用于 如果所述当前子载波不是所述第i个用户设备的第一个子载波，则将所述当前子载波的RBFM的初始值if)设置为用于确定与所述当前子载波相邻的子载波的预编码矩阵的RBFM。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述等效联合信道补矩阵由下列等式确定
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述收敛规则包括多用户干扰MUI) Ul、TBFM变化1#〃)-F0"1)和迭代次数P彡ε 3中的至少一个，所述多用户干扰由下列等式确定
13.根据权利要求8至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述通信系统的发射天线的数量Mt小于或等于所述K个用户设备的接收天线的总数Mk，其中所述接收天线的总数Mk由下列等式确定
14.根据权利要求8至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述通信系统包括MUMIMO多载波系统。
全文摘要
本发明公开了一种用于通信系统的线性预编码的方法和装置。该方法包括根据与第i个用户设备的当前子载波相关的子载波的信道特性，设置该当前子载波的接收波束成形矩阵RBFM的初始值根据第p-1次迭代中该第i个用户设备的RBFM确定第p次迭代中该第i个用户设备的等效联合信道补矩阵其中p为自然数；获取构成该等效联合信道补矩阵的左零陷空间的右奇异向量集合并将该右奇异向量集合设置为第p次迭代中该第i个用户设备的发射波束成形矩阵TBFM根据收敛规则将该第i个用户设备的TBFM设置为该第i个用户设备的预编码矩阵Fi。本发明实施例的方法和装置能够快速且简单地获取预编码矩阵，并能够增加系统的吞吐量，提升系统性能。
文档编号H04L1/00GK102957502SQ20111025460
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者董明杰, 程瑶, 李胜, 弗洛里安·罗默, 张建树, 马丁·哈特, 宋斌 申请人:华为技术有限公司