專利名稱：一種多用戶mimo的發(fā)送方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及一種多用戶MIMO的發(fā)送方法及 設(shè)備。
背景技術(shù)：
移動(dòng)和寬帶成為現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展方向，如何消除同信道干擾、多址干擾與 多徑衰落的影響成為人們在提高無線移動(dòng)通信系統(tǒng)性能時(shí)考慮的主要因素。近年來 MIMO(Multiple Input Multiple Output，多入多出)多天線系統(tǒng)成為移動(dòng)通信領(lǐng)域中的一 個(gè)研究熱點(diǎn)。MIMO多天線系統(tǒng)指的是利用多根發(fā)射天線和多根接收天線進(jìn)行無線傳輸?shù)募夹g(shù)。 它的實(shí)質(zhì)是將空間通信鏈路劃分為多個(gè)獨(dú)立并行的子信道，進(jìn)而為無線通信系統(tǒng)提供空間 復(fù)用增益或者空間分集增益?？臻g復(fù)用增益可以提高系統(tǒng)的信道容量，空間分集增益可以 提高信道的可靠性，降低誤碼率。MIMO無線通信系統(tǒng)引入了多個(gè)發(fā)射天線和多個(gè)接收天線， 巧妙地利用了多個(gè)收發(fā)天線之間的空間信道的隨機(jī)性，將曾經(jīng)被視為干擾的多徑信道轉(zhuǎn)變 為有利于提高傳輸性能的資源，從而在稀缺的頻譜資源之外增加了額外的空間自由度，可 以大幅度提高系統(tǒng)的頻譜利用率或降低系統(tǒng)的傳輸差錯(cuò)率，適合高速無線通信或高可靠性 無線通信。THP(Tomlinson-Harashima precoding)算法最早提出是應(yīng)用于消除碼間串?dāng)_的 一種時(shí)域均衡技術(shù)，后來，人們將它應(yīng)用于MIMO系統(tǒng)中來對抗多天線間存在的臨道干擾 CCI (Co-Channel Interference)。THP 在本質(zhì)上是 DPC (Dirty paper coding)原理的一 種應(yīng)用，因此，它通常被認(rèn)為是一種能夠應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)且可以近似達(dá)到ΜΙΜΟ下行信道容 量、并可獲得最大的空間復(fù)用增益的技術(shù)。此外，在無線通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)成為 通信業(yè)務(wù)中的發(fā)展最快的業(yè)務(wù)。通常對不同優(yōu)先級(jí)別的用戶會(huì)有不同的QoS(Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量)需求。然而，目前的MIMO-THP系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候沒有考慮到用戶不同 的QoS需求，對不同用戶的需求不作區(qū)分。因此有必要提出相應(yīng)的技術(shù)方案，將功率分配算法合理的引入MIMO系統(tǒng)中，通過 對矩陣的聯(lián)合處理帶來空間分集增益的同時(shí)，也能以用戶的目標(biāo)誤碼性能為準(zhǔn)則，合理設(shè) 計(jì)MIMO系統(tǒng)，為不同的用戶合理分配系統(tǒng)的資源以滿足不同用戶的QoS需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是通過將功率分配算法合理 的引入MIMO系統(tǒng)中，以用戶的目標(biāo)誤碼性能為準(zhǔn)則，解決為不同的用戶分配系統(tǒng)資源以滿 足不同用戶的QoS需求的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例一方面提出了一種多用戶MIMO的發(fā)送方法， 包括以下步驟根據(jù)用戶i的QoS，獲取與用戶i的QoS相對應(yīng)的系數(shù)入i ；
根據(jù)用戶QoS相對應(yīng)的系數(shù)Xi以及信道矩陣Η = [Η[,Η〖,...，Η^的特性，對用
戶待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率分配，得到功率分配后的數(shù)據(jù)向量a'，其中，Hi= (hn，hi2，...， hiN)表示矩陣H的第i行，分別對應(yīng)N根天線到用戶i的信道增益，1彡i彡K，K為用戶數(shù) 目，N3K;將功率分配后的數(shù)據(jù)向量a'送入預(yù)編碼處理模塊，處理后經(jīng)N根天線發(fā)送。本發(fā)明的實(shí)施例另一方面還提出了一種多用戶MIMO的發(fā)送設(shè)備，包括功率分配 模塊以及預(yù)編碼處理模塊，
Γ — PA/ 所述功率分配模塊用于根據(jù)用戶的QoS計(jì)算功率分配因子；YjXjrakk
并為多用戶發(fā)送數(shù)據(jù)向量a = (B1, a2, . . . , aK)T分配功率，a ‘ = Pa,其中， P = —“V^，#，···，V^), 為用戶i的數(shù)據(jù)，Xi*與用戶i的QoS相對應(yīng)的系數(shù)，多
用戶下行信道矩陣為扎11 = [1^,1^,...，1^]『，氏=(hn，hi2，... , hiN)表示矩陣H的第i
行，分別對應(yīng)N根天線到用戶i的信道增益，對信道矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置Hh進(jìn)行QR分解，Hh =Q' R'，R' = [r'。.]是對角線元素為實(shí)數(shù)的上三角矩陣，1彡i彡K，K為用戶數(shù)目， i ^ j ^ K, N ^ K ；所述預(yù)編碼處理模塊用于將功率分配后的數(shù)據(jù)向量a'進(jìn)行預(yù)編碼處理。本發(fā)明提出的技術(shù)方案，通過將功率分配技術(shù)引入MIMO系統(tǒng)，綜合考慮功率分配 算法對信號(hào)的改造以及預(yù)編碼算法對信道的改造，對矩陣進(jìn)行聯(lián)合處理，在既實(shí)現(xiàn)分集增 益的基礎(chǔ)上，通過基于用戶QoS的功率分配算法，對不同用戶合理分配功率資源，從而滿足 用戶不同的性能需求。此外，本發(fā)明方案可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中不同等級(jí)用戶的性 能需求，有利于減小系統(tǒng)誤碼率，提高系統(tǒng)的頻譜效率。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為多用戶MIMO的發(fā)送方法的流程圖；圖2為預(yù)編碼處理模塊信號(hào)處理的流程圖；圖3為另一種等效的預(yù)編碼處理的示意圖；圖4為接收端信號(hào)處理的流程圖；圖5為多用戶MIMO的發(fā)送設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
5
為了便于理解本發(fā)明，首先對MIMO系統(tǒng)的空間發(fā)送和接收模型作簡單介紹。對于MIMO下行系統(tǒng)，認(rèn)為每個(gè)用戶有一根天線，假設(shè)K為用戶數(shù)目，則所有用戶的 發(fā)送數(shù)據(jù)向量為a = (B1, a2, . . . , aK)T, a,為用戶i的數(shù)據(jù)。通功率分配與預(yù)編碼處理，將 用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分配到發(fā)送天線的天線發(fā)送向量。假設(shè)發(fā)送天線數(shù)目為N，并且N > K，那 么天線發(fā)送向量為χ = (χι，χ2，...，xN)T，信號(hào)χι，χ2，..，xN是天線1，天線2，...，天線N上 發(fā)送的數(shù)據(jù)。多用戶下行信道響應(yīng)為扎11 = [11「,11〖,...，17是大小為(KXN)的MIMO信道響
應(yīng)矩陣。其中Hi = (hn，hi2，...，hiN)表示取H的第i行，即天線1，天線2，...，天線N到 第i個(gè)用戶的信道增益。則第i個(gè)用戶接收到的數(shù)據(jù)為Ii = Η,χ+η,,η,為第i個(gè)用戶處的 加性白高斯零均值復(fù)高斯噪聲。這樣整體系統(tǒng)的空間發(fā)送接收可表示為y = Hx+n，其中y = (Υι,γ2,.. .，yK)T，η =
(η” η]，. . .，π^) ο為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種多用戶ΜΙΜΟ的發(fā)送方法，包 括以下步驟根據(jù)用戶i的QoS，獲取與用戶i的QoS相對應(yīng)的系數(shù)λ i ；根據(jù)用戶QoS相對
應(yīng)的系數(shù)Xi以及信道矩陣H = [Hf,H〖,...,H]7的特性，對用戶待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率分
配，得到功率分配后的數(shù)據(jù)向量a'，其中，Hi= (hn，hi2，...，hiN)表示矩陣H的第i行，分 別對應(yīng)N根天線到用戶i的信道增益，K，K為用戶數(shù)目，N彡K ；將功率分配后的數(shù) 據(jù)向量a'送入預(yù)編碼處理模塊，處理后經(jīng)N根天線發(fā)送。如圖1所示，為多用戶MIMO的發(fā)送方法的流程圖，包括以下步驟SlOl 根據(jù)用戶的QoS，獲取與用戶QoS相對應(yīng)的系數(shù)。在步驟SlOl中，系統(tǒng)的發(fā)送端需要根據(jù)用戶i的QoS，獲取與用戶i的QoS相對應(yīng) 的系數(shù)λ ρ并根據(jù)多用戶下行信道矩陣為H，求取其信道特性的相關(guān)系數(shù)，為步驟S102中 為用戶分配功率作準(zhǔn)備。具體而言，在移動(dòng)通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，對不同優(yōu)先級(jí)別的用戶設(shè)定不同的QoS，它可 以用不同用戶之間的信干噪比SINR數(shù)值來表示，例如，系統(tǒng)的QoS需求表示為
SINR1 _ SINR2 — — SINRk~]~= ~~； =…=~“
Z1/L2 ，因此，通過求取K個(gè)用戶的SINR比值矩陣，例如為A = diag ( λ ” λ 2，· · ·，λ κ)， 則可以得到用戶i的QoS相對應(yīng)的系數(shù)λ ”S102 根據(jù)用戶QoS相對應(yīng)的系數(shù)以及信道矩陣的特性，對用戶待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn) 行功率分配。MIMO多用戶下行信道響應(yīng)矩陣為H，H = [Hf，H〖,...,H[T是大小為(KXN)的信道
響應(yīng)矩陣。根據(jù)用戶QoS相對應(yīng)的系數(shù)λ i以及信道矩陣11 = [1^，11〖,...,1]'的特性，對用 戶待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率分配，得到功率分配后的數(shù)據(jù)向量a'。進(jìn)一步而言，作為本發(fā)明的實(shí)施例，在后續(xù)的信號(hào)處理，需要對信道矩陣H進(jìn)行分 解。H = [H『，H，…,H^y ,其中，Hi = (hn，hi2，...，hiN)表示矩陣H的第i行，分別對應(yīng)N 根天線到用戶i的信道增益，對信道矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置Hh進(jìn)行QR分解，Hh = Q' R'，其中，
權(quán)利要求
一種多用戶MIMO的發(fā)送方法，其特征在于，包括以下步驟根據(jù)用戶i的QoS，獲取與用戶i的QoS相對應(yīng)的系數(shù)λi；根據(jù)用戶QoS相對應(yīng)的系數(shù)λi以及信道矩陣的特性，對用戶待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率分配，得到功率分配后的數(shù)據(jù)向量a′，其中，Hi＝(hi1，hi2，...，hiN)表示矩陣H的第i行，分別對應(yīng)N根天線到用戶i的信道增益，1≤i≤K，K為用戶數(shù)目，N≥K；將功率分配后的數(shù)據(jù)向量a′送入預(yù)編碼處理模塊，處理后經(jīng)N根天線發(fā)送。F2009100867595C0000011.tif
2.如權(quán)利要求1所述的多用戶MIMO的發(fā)送方法，其特征在于，對用戶待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn) 行功率分配包括以下步驟對信道矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置Hh進(jìn)行QR分解，獲得信道矩陣的特性參數(shù)r ‘…其中，Hh = Q' R'，R' = [r' 是對角線元素為實(shí)數(shù)的上三角矩陣，i彡j彡K;Γ_ ΡΑ/ 對用戶進(jìn)行功率分配，功率分配因子為’YAjrakk a ‘ = Pa，其中，A=I,V = CiiagyFl,…，多用戶發(fā)送數(shù)據(jù)向量為a = (B1, a2, . . ·，aK)T，a,為用戶i的數(shù) 據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的多用戶MIMO的發(fā)送方法，其特征在于，發(fā)送端通過M比特信息 通知接收端所述功率分配因子，所述M比特采取均勻量化方式通知接收端所述功率分配因 子，量化間隔為T = Pt/(2m-1)。
4.如權(quán)利要求3所述的多用戶MIMO的發(fā)送方法，其特征在于，所述M比特為4比特。
5.如權(quán)利要求1所述的多用戶MIMO的發(fā)送方法，其特征在于，根據(jù)用戶i的QoS，獲取 與用戶i的QoS相對應(yīng)的系數(shù)λ i包括根據(jù)用戶的QoS等級(jí)，獲取其相應(yīng)的信干噪比SINR數(shù)值，計(jì)算K個(gè)用戶的SINR比值矩 陣 Λ，Λ = diag( λ ” λ 2, · · · , λ κ)。
6.如權(quán)利要求1所述的多用戶ΜΙΜΟ的發(fā)送方法，其特征在于，所述預(yù)編碼處理模塊包括計(jì)算向量S = B-V = B^aVd)，其中，d為約束5功率的向量值，B—1為矩陣B的逆矩陣，(rIT1Vg=~[4"[，4]b=g[[(<,(r’)，...，(r,):]J ；計(jì)算待發(fā)送數(shù)據(jù)向量 χ 二 F、其中，F(xiàn)= [(Q' τ)1 (Q' τ)2，...，(Q' τ)κ]τ。
7.如權(quán)利要求6所述的多用戶MIMO的發(fā)送方法，其特征在于，所述d為約束5功率的向 量值，包括通過求模操作限制向量δ中元素的發(fā)送功率，對用戶i以、值取模用以限制向量δ中元 素的發(fā)送功率，其中^，Μ為發(fā)送數(shù)據(jù)的調(diào)制階數(shù)。
8.一種多用戶MIMO的發(fā)送設(shè)備，其特征在于，包括功率分配模塊以及預(yù)編碼處理模塊，ρ = pAiIr 所述功率分配模塊用于根據(jù)用戶的QoS計(jì)算功率分配因子YjXkIr^并為多用戶發(fā)送數(shù)據(jù)向量a= ( ， ，···， )τ分配功率，a' = Pa，其中，P 二泊邶(#’#’...,D ,%為用戶i的數(shù)據(jù)，Xi*與用戶i的QoS相對應(yīng)的系數(shù)，多用戶下行信道矩陣為H，H = [Hf，H，...,HiJ^Hi = (hn，hi2，...，hiN)表示矩陣H的第i行，分別對應(yīng)N根天線到用戶i的信道增益，對信道矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置Hh進(jìn)行QR分解，Hh = Q' R'，R' = [r' 是對角線元素為實(shí)數(shù)的上三角矩陣，1彡i彡K，K為用戶數(shù)目，i彡j彡K，N彡K ； 所述預(yù)編碼處理模塊用于將功率分配后的數(shù)據(jù)向量a'進(jìn)行預(yù)編碼處理。
9.如權(quán)利要求8所述的多用戶MIMO的發(fā)送設(shè)備，其特征在于，所述功率分配模塊獲取 與用戶i的QoS相對應(yīng)的系數(shù)λ i包括根據(jù)用戶的QoS等級(jí)，獲取其相應(yīng)的信干噪比SINR數(shù)值，計(jì)算K個(gè)用戶的SINR比值矩 陣 Λ，Λ = diag( λ ” λ 2, · · · , λ κ)。
10.如權(quán)利要求8所述的多用戶ΜΙΜΟ的發(fā)送設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)編碼處理模塊包 括求模模塊、反饋模塊以及前饋模塊，所述求模模塊用于對輸入的每個(gè)用戶信號(hào)相應(yīng)地以(似-I)取模得到信號(hào) a，μ為發(fā)送數(shù)據(jù)的調(diào)制階數(shù)；所述反饋模塊用于接收所述求模模塊輸出的信號(hào)δ，將δ與矩陣ι-Β相乘后得到 (Ι~Β)α，并將(/-灼5與a'相加后作為所述求模模塊的輸入信號(hào)，對信道矩陣的共軛轉(zhuǎn)置 Hh進(jìn)行QR分解得到可以求得矩陣I和B，令Hh = Q' R'，其中，R' = [r' 是對角線元 素為實(shí)數(shù)的上三角矩陣，
11.如權(quán)利要求8所述的多用戶MIMO的發(fā)送設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)送設(shè)備還包括發(fā) 送模塊，所述發(fā)送模塊將所述待發(fā)送信號(hào)χ經(jīng)N根天線發(fā)送。
12.如權(quán)利要求11所述的多用戶MIMO的發(fā)送設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)送模塊還用于 將所述功率分配因子通過M比特信息發(fā)送給接收端，所述M比特采取均勻量化方式通知接 收端所述功率分配因子，量化間隔為T = Ρτ/(2μ-1)。
13.如權(quán)利要求12所述的多用戶MIMO的發(fā)送設(shè)備，其特征在于，所述M比特為4比特。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種多用戶MIMO的發(fā)送方法，包括以下步驟根據(jù)用戶的QoS，獲取與用戶的QoS相對應(yīng)的系數(shù)；根據(jù)用戶的QoS相對應(yīng)的系數(shù)以及信道矩陣特性，對用戶進(jìn)行功率分配；將功率分配后的數(shù)據(jù)向量送入預(yù)編碼處理模塊，處理后經(jīng)N根天線發(fā)送。本發(fā)明的實(shí)施例還提出了一種多用戶MIMO的發(fā)送設(shè)備。本發(fā)明提出的技術(shù)方案，通過將功率分配技術(shù)引入MIMO系統(tǒng)，綜合考慮功率分配算法對信號(hào)的改造以及預(yù)編碼算法對信道的改造，對矩陣進(jìn)行聯(lián)合處理，在既實(shí)現(xiàn)分集增益的基礎(chǔ)上，通過基于用戶QoS的功率分配算法，對不同用戶合理分配功率資源，從而滿足用戶不同的性能需求。
文檔編號(hào)H04B7/06GK101938301SQ200910086759
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者云翔, 呂鐵軍, 龔萍 申請人:大唐移動(dòng)通信設(shè)備有限公司