专利名称：一种多用户mimo系统中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，特别涉及一种多用户MIMO系统中预编码的方法和装置。
背景技术：
无线通信技术的发展始终围绕着如何在恶劣的信道环境和有限的带宽内提高传输速率和质量。已经证明，在无线信道上提高数据传输率和质量的最有效途径是采用多输入/多输出(MIMO)技术，即在无线通信系统的发送端和/或接收端使用天线阵列来进行信息传输的技术。MMO技术在不增加带宽的情况下，成倍的提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代无线移动通信系统中广泛采用的关键技术之一。MMO技术已经用于WiMax和4G等无线移动通信系统中。随着多天线技术研究的深入，MIMO技术已经从点对点的单用户MIMO技术扩展到 了点对多点的多用户MIMO系统。在多用户MIMO系统中，多个用户同时占用相同的时频资源进行通信。多用户MIMO技术利用多天线提供的空间自由度分离用户，各个用户可以占用相同的时频资源，信号依赖发送端的预编码技术抑制多用户之间的干扰，通过时频资源复用方式有效的提高小区平均吞吐量。在小区负载较重时，通过简单的多用户调度算法就可以获得显著的多用户分集增益，是获得高系统容量的有效手段。MU-MMO (多用户多输入/多输出)预编码技术不仅要获得较大的预编码增益，还 需要有效的降低用户间的干扰。在MU-MMO系统中，共信道干扰包括配对用户的共信道干扰和非配对用户的共信道干扰。基于脏纸编码(DPC, Dirty Paper Coding)的多用户预编码方法可以达到MMO信道容量的上限，然而由于非线性处理的高复杂度，DPC编码并不实用。现有的线性预编码算法根据对共信道干扰的处理不同，可以分为干扰抑制和干扰消除两类。干扰抑制算法允许一部分干扰存在，如最大化接收信干噪比、最大化接收信漏噪比算法(Max Signal to Leakage and Noise Ratio,MSLNR)等。干扰抑制算法综合考虑用户的干扰和噪声，鲁棒性较强，但一般需要各用户的预编码矩阵联合优化。干扰消除算法将用户之间的共信道干扰全部消除，这类算法的优点是物理概念清晰、应用灵活，缺点是由于零空间自由度的限制，往往对天线数目有一定的要求。干扰消除算法中最有代表性的是块对角化(Block Diagonalization,BD)迫零算法。基于MSLNR(最大化接收信漏噪比,Max Signalto Leakage and Noise Ratio)算法的MU-MIM0系统的预编码流程如图I所示,基于BD (块对角化，Block Diagonalization)算法的MU-MIM0系统的预编码流程如图2所示。无论基于MSLNR的MU-MM0预编码还是基于BD的MU-MMO预编码，都需要获得配对用户和非配对用户的信道估计，然后针对每一个需要预编码的用户构造干扰矩阵，然后对这个干扰矩阵进行相应的处理，以达到干扰抑制或者干扰消除。通常情况下，对干扰矩阵的处理占了整个算法计算量的很大部分。多个用户都需要进行这样的处理，就会大大的增加预编码的计算量。在同频干扰存在的情况下，较好的估计出需要预编码的用户的信道响应是很困难的事情，并且要估计出所有的同频干扰用户的信道响应也是很困难的事情。很显然，存在估计误差的信道估计会恶化预编码的性能。
发明内容
本发明提供的多用户MMO系统中预编码的方法和装置，以解决如何有效的降低预编码的计算量，并且在存在不能获得信道信息的同频干扰的情况下，也能进行有效的预编码的问题。本发明公开了一种多用户MIMO系统中预编码的方法，所述方法包括接收用户的导频信号；根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵； 根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。较佳地，所述根据接收的导频信号计算空间相关矩阵具体包括根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵；所述根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵具体包括根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算期望用户的导向矩阵。较佳地，所述根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵前还包括根据相干带宽和相干时间将导频信号划分为基本资源块集，对每个基本资源块提取导频信号；所述根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵具体包括对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；所述根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算导向矩阵具体包括对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块上期望用户的导向矩阵；所述根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵具体包括对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵；对于每个期望用户，按照基本资源块在时频域的位置排列所述期望用户在基本资源块的预编码矩阵，得到所述期望用户的预编码矩阵。较佳地，所述根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵具体包括按如下公式计算基本资源块的空间相关矩阵中元素，rf = (F^b X (F^f)ZNpaot其中，为第1 个基本资源块的空间相关矩阵中元素，表示第i个接收天线端口的第1 个基本资源块的导频和第j个接收天线端口的第nKB个基本资源块的导频的互相关性，为第i个接收天线端口的第I1rb个基本资源块的导频行向量，P=为第j个接收天线端口的第nKB个基本资源块的导频行向量，Npilrt为导频行向量的维数，i = 1，…，Me, j =1，…，Me, Me为接收天线数；nKB =1，…，Neb, Neb为基本资源块的数量。较佳地，所述根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块的导向矩阵具体包括按如下公式计算基本资源块的导向矩阵中元素，
其中，g；2—为第IIeb个基本资源块的导向矩阵的列向量^的第t个元素，表示第t个接收天线端口的第nKB个基本资源块的接收导频和第s个期望用户的第1 个基本资源块的发送的导频的互相关性，为第t个接收天线端口的第I1rb个基本资源块的导频行向量，d 8为第s个期望用户发送的导频的第nKB个基本资源块的导频行向量，s = 1，…，Nd，Nd为期望用户数量，t = 1，…，Me, Me为接收天线数；Mpil(rt为导频行向量的维数。较佳地，所述根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵具体包括按如下公式计算期望用户在基本资源块的预编码矩阵Ww^ =((RW^ )_1GW^ )*其中，xr—的维数为MkXNdjWh- = [W；-,…,W，…,W= ]，W，为第k个期望用户在第nKB个基本资源块的预编码矩阵，RM为第nKB个基本资源块的空间相关矩阵，G&为第Heb个基本资源块的导向矩阵，Nd为期望用户数量。较佳地，所述接收用户的导频信号后还包括如果接收到的导频信号已包含所有同频用户的信道信息，则不做处理；如果没有同时得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号，则将在相关时间内得到的各个包含同频用户的信道信息的导频信号叠加，得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号。较佳地，所述对每个基本资源块提取导频信号具体包括将每个基本资源块的每个接收天线端口的导频按先频率后时间或先时间后频率的次序提取来形成导频行向量。较佳地，按所述公式计算基本资源块的空间相关矩阵的上三角中元素，下三角中元素与上三角中元素共轭对称。本发明还公开了一种多用户MMO系统中预编码的装置，所述装置包括导频信号模块，用于接收用户的导频信号；参数矩阵计算模块，用于根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵；预编码计算模块，用于根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。较佳地，所述参数矩阵计算模块在根据接收的导频信号计算空间相关矩阵时具体用于根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵；所述参数矩阵计算模块在根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵时具体用于根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算期望用户的导向矩阵。较佳地,所述装置还包括划分模块，用于根 据相干带宽和相干时间将导频信号划分为基本资源块集，对每个基本资源块提取导频信号；所述参数矩阵计算模块具体包括空间相关矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；导向矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块上期望用户的导向矩阵；所述预编码计算模块具体用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵；对于每个期望用户，按照基本资源块在时频域的位置排列所述期望用户在基本资源块的预编码矩阵，得到所述期望用户的预编码矩阵。本发明实施例的有益效果是通过接收用户的导频信号；根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵；根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。本发明能够减少预编码矩阵计算量，提高系统速度，并且在存在不能获得信道信息的同频干扰的情况下，也能进行有效的预编码；按照基本资源块的方法来计算预编码矩阵，在预编码增益和计算量之间获得良好的折衷；仅对基本资源块的空间相关矩阵的上三角中元素进行计算，进一步减少计算量；计算预编码矩阵不需要进行任何的信道估计，既节省了计算量，又避免了信道估计的误差传递；只需要进行一次矩阵求逆，不需要进行其他复杂的运算，比如SVD，特征值分解等，提高了系统的计算预编码矩阵的速度；由于本发明在抑制干扰的情况下，最大限度的适配信道特性，所以对于系统可以获得较高的赋形增益。
图I为现有技术中MSLNR算法的MU-MIM0系统的预编码流程图；图2为现有技术中BD算法的MU-MMO系统的预编码流程图；图3为本发明的多用户MIMO系统中预编码的方法的流程图；图4为本发明的多用户MIMO系统中预编码的方法的实施例的流程图；图5为本发明的多用户MIMO系统中预编码的装置的结构图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。对于时分双工(TDD)系统而言，由于上下行链路占用相同的频率资源，因此可以利用上下行信道的互易性来进行预编码。其中，为了从信道互易性中获益，要求对输入信道进行观察的时刻和使用这个信道信息时刻之间的延时小于信道相干时间。系统可以通过接收到的各个用户的导频信号来获得用户的信道信息，比如在TD-LTE中，就可以利用解调的参考导频和探测导频来获得用户的信道信息，进行预编码。在MU-MMO系统中，基站经过预编码的发射信号可以表示为
权利要求
1.一种多用户MIMO系统中预编码的方法，其特征在于，所述方法包括 接收用户的导频信号； 根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵； 根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于， 所述根据接收的导频信号计算空间相关矩阵具体包括 根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵； 所述根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵具体包括 根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算期望用户的导向矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于， 所述根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵前还包括 根据相干带宽和相干时间将导频信号划分为基本资源块集，对每个基本资源块提取导频信号； 所述根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵具体包括对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵； 所述根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算导向矩阵具体包括 对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块上期望用户的导向矩阵； 所述根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵具体包括 对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵； 对于每个期望用户，按照基本资源块在时频域的位置排列所述期望用户在基本资源块的预编码矩阵，得到所述期望用户的预编码矩阵。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于， 所述根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵具体包括 按如下公式计算基本资源块的空间相关矩阵中元素， 其中，为第nKB个基本资源块的空间相关矩阵中元素，表示第i个接收天线端口的第Heb个基本资源块的导频和第j个接收天线端口的第1 个基本资源块的导频的互相关性，O第i个接收天线端口的第nKB个基本资源块的导频行向量，P=为第j个接收天线端口的第nKB个基本资源块的导频行向量，Npiltrt为导频行向量的维数，i = 1，…為，j = 1，…，Me, Me为接收天线数；nKB =1，…，Neb, Neb为基本资源块的数量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块的导向矩阵具体包括 按如下公式计算基本资源块的导向矩阵中元素， C=(^x(d，)H)/AU其中，为第nKB个基本资源块的导向矩阵的列向量^的第t个元素，表示第t个接收天线端口的第nKB个基本资源块的接收导频和第s个期望用户的第1 个基本资源块的发送的导频的互相关性，P〗；为第t个接收天线端口的第I1rb个基本资源块的导频行向量，为第s个期望用户发送的导频的第nKBf基本资源块的导频行向量，s = 1，…，ND，ND为期望用户数量，t = 1，…，Me, Me为接收天线数；Npil()t为导频行向量的维数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于， 所述根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵具体包括 按如下公式计算期望用户在基本资源块的预编码矩阵 WrnRB =((R”础 Y^QnRB y 其中，的维数SMkXNd, =[w;^v__，w，…，Wg]，w，为第k个期望用户在第Heb个基本资源块的预编码矩阵，RW为第nKB个基本资源块的空间相关矩阵，G&为第1 个基本资源块的导向矩阵，Nd为期望用户数量。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于， 所述接收用户的导频信号后还包括 如果接收到的导频信号已包含所有同频用户的信道信息，则不做处理； 如果没有同时得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号，则将在相关时间内得到的各个包含同频用户的信道信息的导频信号叠加，得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于， 所述对每个基本资源块提取导频信号具体包括 将每个基本资源块的每个接收天线端口的导频按先频率后时间或先时间后频率的次序提取来形成导频行向量。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于， 按所述公式计算基本资源块的空间相关矩阵的上三角中元素，下三角中元素与上三角中元素共轭对称。
10.一种多用户MIMO系统中预编码的装置，其特征在于，所述装置包括 导频信号模块，用于接收用户的导频信号； 参数矩阵计算模块，用于根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵； 预编码计算模块，用于根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于， 所述参数矩阵计算模块在根据接收的导频信号计算空间相关矩阵时具体用于根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵； 所述参数矩阵计算模块在根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵时具体用于根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算期望用户的导向矩阵。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于， 所述装置还包括 划分模块，用于根据相干带宽和相干时间将导频信号划分为基本资源块集，对每个基本资源块提取导频信号； 所述参数矩阵计算模块具体包括 空间相关矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵； 导向矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块上期望用户的导向矩阵； 所述预编码计算模块具体用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵；对于每个期望用户，按照基本资源块在时频域的位置排列所述期望用户在基本资源块的预编码矩阵，得到所述期望用户的预编码矩阵。
全文摘要
本发明公开一种多用户MIMO系统中预编码的方法和装置，所述方法包括接收用户的导频信号；根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵；根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。本发明能够有效的降低预编码的计算量，并且在存在不能获得信道信息的同频干扰的情况下，也能进行有效的预编码。
文档编号H04L1/00GK102710390SQ20121013515
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月3日 优先权日2012年5月3日
发明者刘文雯, 陈永倩 申请人:新邮通信设备有限公司