使用任意预编码器进行非线性mu-mimo下行信道预编码的系统和方法
【专利摘要】一种用于数据传输的方法和装置。选择预编码器(方框405)，以及根据所述预编码器导出前馈滤波器(方框425)。在一些实施例中，所述预编码器是一种任意有效的预编码器。随后可以传输(方框445)使用所述预编码器和所述前馈滤波器准备的数据(方框440)。
【专利说明】使用任意预编码器进行非线性MU-MIMO下行信道预编码的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及数字通信，尤其涉及一种使用任意预编码器进行非线性MU-MMO下行信道预编码的系统和方法。
【背景技术】
[0002]多入多出广播信道(MMO-BC)也称为下行多用户MM0(DL MU-MIM0)信道，它的容量域通常由脏纸编码(DPC)实现。然而，DPC的实现方式通常过于复杂。用于DL MU-MIMO信道的复杂度较低的非线性预编码技术的性能提升高于线性预编码技术的性能提升。
【发明内容】
[0003]本发明的示例实施例提供了一种使用任意预编码进行非线性MU-MMO下行信道预编码的系统和方法。
[0004]根据本发明的实例实施例，提供了一种用于向多个用户传输数据的方法。所述方法包括发射设备选择预编码器，其中所述预编码器是一种任意有效的预编码器；以及所述发射设备根据所述预编码器导出前馈滤波器。所述方法还可包括所述发射设备使用所述预编码器和所述前馈滤波器准备所述数据，以及所述发射设备传输所述准备的数据。
[0005]根据本发明的另一示例实施例，提供了一种用于向多个用户传输数据的方法。所述方法包括发射设备选择具有所述多个用户的对于每层的功率分配的预编码器，以及所述发射设备根据所述预编码器导出前馈滤波器。所述方法还包括所述发射设备使用所述前馈滤波器调整对应所述多个用户的预编码传输，以及所述发射设备发射所述调整的预编码传输。
[0006]根据本发明的另一示例实施例，提供一种发射设备。所述发射设备包括处理器以及可操作地耦合到所述处理器的发射器。所述处理器选择预编码器，根据所述预编码器导出前馈滤波器，其中所述预编码器是一种任意有效的预编码器。所述处理器还使用所述预编码器和所述前馈滤波器准备数据。所述发射器传输所述准备的数据。
[0007]实施例的一个优点在于可以使用任意预编码器，这样可以允许更自由地提高性倉泛。
[0008]实施例的另一优点在于本文所提出的技术具有较小的计算量，这样能够使用通常比较便宜且功率要求较低的不太强大的处理器来提供计算服务。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中:
[0010]图1示出了根据本文所述的示例实施例的示例通信系统；
[0011]图2示出了根据本文所述的示例实施例的示例通信系统，在该示例通信系统中，基站使用DL MU-MIMO向多个用户进行传输；
[0012]图3示出了根据本文所述的示例实施例的使用DL MU-MIMO向多个用户进行传输中的操作的示例流程图；
[0013]图4a示出了根据本文所述的示例实施例的使用DL MU-MIMO向多个用户进行传输中的操作的示例流程图，所述操作利用第一示例实施例通过非线性预编码算法确定非线性操作系数以及相关性矩阵；
[0014]图4b示出了根据本文所述的示例实施例的使用DL MU-MIMO向多个用户进行传输中的操作的示例流程图，所述操作利用第二示例实施例通过非线性预编码算法确定非线性操作系数以及相关性矩阵；
[0015]图5示出了根据本文所述的示例实施例的示例通信设备；
[0016]图6示出了根据本文所述的示例实施例的加权速率和与累积分布函数的数据图；以及
[0017]图7示出了根据本文所述的示例实施例的THP和修改的THP算法的总小区吞吐量与小区边缘平均吞吐量的数据图。
【具体实施方式】
[0018]下文将详细讨论对当前示例实施例及其结构的操作。但应了解，本发明提供了可以在多种具体环境中实施的许多适用的发明概念。所论述的具体实施例仅仅说明本发明的具体结构以及用于操作本发明的具体方式，而不应限制本发明的范围。
[0019]本发明的一项实施例涉及使用任意预编码器进行非线性MU-MMO下行信道预编码。例如，在发射设备处，发射设备选择一个预编码器，其中该预编码器是一种任意有效的预编码器。发射设备还根据预编码器导出前馈滤波器，使用预编码器和前馈滤波器准备数据，以及传输准备的数据。再例如，在发射设备处，发射设备选择具有多个用户的对于每层的功率分配的预编码器，根据预编码器导出前馈滤波器，使用前馈滤波器调整对应多个用户的预编码传输，以及传输所调整的预编码传输。
[0020]本发明将结合特定上下文中的示例实施例来描述，该特定上下文是指支持DLMU-MMO的通信系统。通信系统可以符合标准，例如符合3GPP LTE、WiMAX、IEEE 802.11等标准，或可以不符合标准。
[0021]图1示出了通信系统100。通信系统100包括基站105。基站105可服务于一个或多个用户，例如用户110至116。基站通常还可称为控制器、通信控制器、NodeB、演进型NodeB等等，而用户通常还可称为移动电话、移动站、订户、终端、用户设备等等。尽管理解通信系统可采用能够与许多用户通信的多个基站，但是为了简洁起见，只示出一个基站和四个用户。
[0022]在DL MU-MIMO中，基站105可向两个或两个以上用户进行传输。例如，基站105可使用其发射天线阵列中的一根或多根第一发射天线向第一用户进行传输以及使用其发射天线阵列中的一根或多根第二发射天线向第二用户进行传输。基站105可利用预编码器来调整它的传输和发射天线阵列。例如，预编码器可用来对两个用户的传输进行波束成形。
[0023]如前所述，非线性预编码技术的性能提升高于线性预编码技术的性能提升。非线性预编码技术的示例包括Tomlinson-Harashima预编码(THP)、向量扰动(VP)等等。THP和VP的计算复杂度比DPC低，因此，这两个技术可以是基站(例如基站205)侧预编码器设计的可实施候选。
[0024]在VP中，线性预编码器用来传输用户的信号。然而，包含用户信号的向量在进行线性预编码之前被扰乱以最小化瞬时发射功率。THP可以用公式表示为VP。换言之，在VP以及THP中，扰乱含有用户信号的向量，然后应用有效的线性预编码器。THP和VP背后的想法是在保持接收器侧与其没有采用扰乱的线性对应侧(但忽略了接收器侧的模损失)具有相同的信噪比(SIR)水平的同时降低平均发射功率。
[0025]任意线性预编码器可以与VP —起使用，这样可提供更多的自由来提高性能。然而，计算扰动向量以最小化发射功率需要球形解码算法，这是一个NP难题。此外，扰动向量协方差矩阵的计算可能比较困难。发射功率归一化因子的计算需要扰动信号的协方差矩阵。协方差矩阵的强制计算涉及对所有可能的用户信号向量进行球形解码，然后平均所有可能性，这可能过于复杂。为了估计发射功率归一化因子，已经提出在某些间隔内平均各种传输。然而，通过这种方法估计的功率可能不准确，从而导致性能下降。
[0026]注意的是，在预编码和扰动信号协方差计算方面，THP没有VP复杂。然而，THP通常不适合使用任意线性预编码器。例如，在迫零(ZF)THP(ZF-THP)中，有效线性预编码器的各列上的功率分配是固定且无法优化的。
[0027]根据示例实施例，提出了利用任意预编码器的THP算法的变体。作为特例，重点在于具有任意用户功率分配的迫零THP算法的变体。此外，优化用户功率分配，从而最大化用户的加权速率和。还提出了将香农容量的高SNR近似用作用户速率的情况下的闭式功率分配公式。
[0028]本文中使用了以下符号和运算符:粗体大写字母符号表示矩阵(例如，A)，粗体小写字母符号表示向量(例如，a);符号diag(A)表示由A的对角元素组成的对角矩阵；[A]u表示A的第i行第j列元素；tr(.)表示矩阵的轨迹，E [.]表示期望值，(.)τ表示转置，(.)η表示共轭转置，以及(.)_Η表示(伪)逆共轭转置。
[0029]图2示出了通信系统200，其中基站205使用DL MU-MIMO向多个用户进行传输。基站205拥有一个发射天线阵列，该发射天线阵列具有N(大于或等于2的整数值)根发射天线，例如天线210至213。基站205可使用它的发射天线阵列向多达K(小于或等于N的整数值)个用户(例如用户215至218)进行传输。注意的是，如在这种情况下使用的那样，一个用户或多个用户是指来自基站205的传输的实际预期接收方，而不是在通信系统200内操作的用户，用户的数目可以大于K或N。MU-MIMO信道Hkxn是从基站205到用户的信道而且认为被基站205所知。此外，uKX1是从单元功率星座中选择的用户信号的向量。
[0030]在VP中，发射信号表示为:
一 X.U/ 1 \
[0031]I I )
= P(u + i)
[0032]其中Pnxk是基于Hkxn计算的预编码器矩阵，τ是星座宽度加上两倍的星座的最小距离，I是最小化瞬时发射功率I |x| I2的复整数向量。扰动向量?采用无限扩展星座中的值。
[0033]i的协方差矩阵由Κω表不。是预编码器P的函数，而P是MU-MIMO {目道H的函数。平均发射功率表示为
【权利要求】
1.一种用于传输数据的方法，其特征在于，所述方法包括: 所述发射设备选择预编码器，其中所述预编码器是一种任意有效的预编码器； 所述发射设备根据所述预编码器导出前馈滤波器； 所述发射设备使用所述预编码器和所述前馈滤波器准备所述数据；以及 所述发射设备传输所述准备的数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，准备所述数据包括: 使用所述预编码器对所述数据进行预编码；以及 使用所述前馈滤波器调整所述预编码数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导出所述前馈滤波器包括: 导出所述预编码器的逆共轭转置； 分解所述预编码器的所述逆共轭转置以产生第一矩阵和第二矩阵；以及 从所述第一矩阵和所述第二矩阵中确定所述前馈滤波器。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，分解所述预编码器的所述逆共轭转置包括将QR分解应用到所述预编码器的所述逆共轭转置。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，分解所述预编码器的所述逆共轭转置包括将较低的QR分解应用到所述预编码器的所述逆共轭转置。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，导出所述前馈滤波器包括: 分解所述预编码器以产生第一矩阵和第二矩阵；以及 从所述第一矩阵和所述第二矩阵中确定所述前馈滤波器。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括根据所述预编码器导出反馈滤波器。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括确定所述多个用户的对于每层的功率分配。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定所述对于每层的功率分配包括优化所述多个用户的加权速率和。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括对所述多个用户排序。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多个用户根据他们的功率分配进行排序。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多个用户根据所述多个用户的调度顺序进行排序。
13.一种用于传输数据的方法，其特征在于，所述方法包括: 发射设备选择具有对于多个用户的每层功率分配的预编码器，其中所述预编码器是一种任意有效的预编码器； 所述发射设备根据所述预编码器导出前馈滤波器； 所述发射设备使用所述前馈滤波器调整对应所述多个用户的预编码传输；以及 所述发射设备传输所述调整的预编码传输。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，导出所述前馈滤波器包括: 导出所述预编码器的逆共轭转置； 分解所述预编码器的所述逆共轭转置以产生第一矩阵和第二矩阵；以及 从所述第一矩阵和所述第二矩阵中确定所述前馈滤波器。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，导出所述前馈滤波器包括: 分解所述预编码器以产生第一矩阵和第二矩阵；以及 从所述第一矩阵和所述第二矩阵中确定所述前馈滤波器。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，调整所述预编码传输包括使用所述前馈滤波器复用所述预编码传输。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括根据所述每层功率分配对所述多个用户排序。
18.一种发射设备，其特征在于，包括: 处理器，用于选择预编码器以根据所述预编码器导出前馈滤波器，其中所述预编码器是一种任意有效的预编码器；以及用于使用所述预编码器和所述前馈滤波器准备数据；以及 可操作地耦合到所述处理器的发射器，所述发射器用于传输所述准备的数据。
19.根据权利要求18所述的发射设备，其特征在于，所述处理器用于使用所述预编码器对所述数据进行预编码，以及使用所述前馈滤波器调整所述预编码数据。
20.根据权利要求18所述的发射设备，其特征在于，所述处理器用于导出所述预编码器的逆共轭转置，分解所述预编码器的所述逆共轭转置以产生第一矩阵和第二矩阵，以及从所述第一矩阵和所述第二矩阵中确定所述前馈滤波器。
21.根据权利要求20所述的发射设备，其特征在于，所述处理器用于将QR分解应用到所述预编码器的所述逆共轭转置。
22.根据权利要求20所述的发射设备，其特征在于，所述处理器用于将较低的QR分解应用到所述预编码器的所述逆共轭转置。
23.根据权利要求18所述的发射设备，其特征在于，所述处理器用于根据所述预编码器使用非线性预编码算法导出反馈滤波器。
24.根据权利要求18所述的发射设备，其特征在于，所述发射设备向多个用户进行传输，以及所述处理器用于确定对于所述多个用户的每层功率分配。
25.根据权利要求18所述的发射设备，其特征在于，所述发射设备向多个用户进行传输，以及所述处理器用于对所述多个用户排序。
【文档编号】H04B1/00GK104185954SQ201380015157
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】默罕默德哈迪·巴里, 哈米德雷扎·法曼巴 申请人:华为技术有限公司