專利名稱：基于奇異值分解的多用戶mimo系統(tǒng)下行鏈路傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及多用戶MIMO系統(tǒng)中下行鏈路的信息傳輸，具體的說(shuō)是基于奇異值分解的矢量擾動(dòng)輔助的多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路的傳輸方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線通信系統(tǒng)中，為了滿足日益增長(zhǎng)的高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，可以通過在基站端和用戶端配置多天線來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而構(gòu)成了多輸入多輸出的MIMO系統(tǒng)。相對(duì)于單用戶MIMO 系統(tǒng)，多用戶MIMO系統(tǒng)通過利用多用戶的分集增益和多天線的分集增益、復(fù)用增益可以更好地提高系統(tǒng)容量和頻譜有效性。對(duì)于多用戶MIMO系統(tǒng)的下行鏈路傳輸而言，系統(tǒng)中存在多用戶干擾。這就要求每個(gè)用戶的接收機(jī)能夠消除多用戶干擾，導(dǎo)致了復(fù)雜的接收機(jī)設(shè)計(jì)。在多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路的傳輸中，對(duì)發(fā)送信息的預(yù)處理是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)，這是由于它可以有效降低多用戶 MIMO系統(tǒng)中的多用戶干擾，從而降低了接收機(jī)的復(fù)雜度。一個(gè)發(fā)射端具有預(yù)處理功能的多用戶MIMO系統(tǒng)傳輸如

圖1所示。該系統(tǒng)由一個(gè)基站和多個(gè)用戶構(gòu)成。其中，基站和每個(gè)用戶端都裝配有多根天線，構(gòu)成了 MIMO系統(tǒng)。在基站端，發(fā)送給所有用戶的數(shù)據(jù)通過發(fā)射天線一起發(fā)出，在每個(gè)用戶的接收端，首先獲取信道信息，然后利用獲得的信道信息對(duì)發(fā)給自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。為了在發(fā)射端進(jìn)行預(yù)處理， 信道信息必須反饋回給基站，在圖1中用虛線的方框表示。得到反饋的信道信息后，基站對(duì)發(fā)給每個(gè)用戶的信息進(jìn)行預(yù)處理，如圖1的虛線方框所示。預(yù)處理技術(shù)主要分為線性和非線性兩類，非線性預(yù)處理技術(shù)如 Tomlinson-Harishima相對(duì)于線性預(yù)處理技術(shù)可以使系統(tǒng)達(dá)到更好的性能，但是非線性預(yù)處理技術(shù)的計(jì)算量很大，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)會(huì)非常復(fù)雜。在眾多的預(yù)處理技術(shù)當(dāng)中，基于奇異值分解的多用戶MIMO下行鏈路預(yù)處理技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。中國(guó)專利“多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路發(fā)射端信息數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法”(公開號(hào)CN 200810018001. 3)，公開了一種基于奇異值分解的預(yù)處理方法，在這種方法中基站根據(jù)用戶反饋的信道信息進(jìn)行奇異值分解，然后在用戶信道的子空間進(jìn)行迫零預(yù)處理，從而完全消除多用戶干擾。同時(shí)，這種方法還可以支持根據(jù)子信道特征值的大小采用不同的調(diào)制方式，對(duì)于特征值大的子信道采用高階調(diào)制，特征值小的子信道采用低階調(diào)制。但是由于受到基站發(fā)射端的額定發(fā)射功率的限制，使用這種方法需要引入功率控制系數(shù)，由于迫零預(yù)處理矩陣的影響，會(huì)導(dǎo)致該功率控制系數(shù)的取值較大，從而降低了接收信號(hào)的信噪比， 導(dǎo)致了系統(tǒng)傳輸性能的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述已有的不足，提供了一種基于奇異值分解的多用戶MIMO 系統(tǒng)下行鏈路傳輸方法，通過優(yōu)化功率控制系數(shù)，提高接收信號(hào)的信噪比，從而提高系統(tǒng)的傳輸性能。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是在多用戶MIMO系統(tǒng)的下行鏈路傳輸中，使用基于奇異值分解的矢量擾動(dòng)輔助的預(yù)處理技術(shù)，降低由于傳統(tǒng)預(yù)處理矩陣所帶來(lái)的功率的損失，從而極大的提高系統(tǒng)的傳輸性能。其具體實(shí)現(xiàn)過程如下(1)將基站發(fā)送給所有用戶的信息符號(hào)表示為一個(gè)列向量χ = [χτλ ,xT2,---,xTLf式中，&為基站發(fā)送給第k個(gè)用戶的信息符號(hào)向量，包含了 ％個(gè)數(shù)據(jù)流，1彡k彡L， L為用戶的個(gè)數(shù)，轉(zhuǎn)置；(2)構(gòu)建將發(fā)送給所有用戶的信息符號(hào)列向量χ的發(fā)射功率歸一化的功率調(diào)整矩陣β = Cliagl^1, β2，... 3l}，式中，β k為發(fā)送給第k個(gè)用戶的信息符號(hào)向量&的功率調(diào)整矩陣，1彡k彡L， pk=diag{pkl,β,2,-Pks], 是使得發(fā)送給第k個(gè)用戶的第i個(gè)數(shù)據(jù)流^d的發(fā)射功率歸一化的功率調(diào)整系數(shù)，1 ^ i ^ sk ；(3)對(duì)基站與第k個(gè)用戶之間的信道矩陣Hk進(jìn)行奇異值分解Hk =Uk《VkH ,式中，Uk為包含Hk的兄個(gè)左奇異值向量的M χ兄維半酉矩陣，Nk為第k個(gè)用戶接收天線的個(gè)數(shù)，兄為信道矩陣Hk的秩且兄2 ，1彡k彡L，^二法呢丨/^…^^為斤^兄維對(duì)角矩陣，乜叫丨…}表示對(duì)角矩陣，人切為Hk (Hk) 1勺非零特征值…=1,2,…仄，Vk為包含Hk的反個(gè)右奇異值向量的Mx兄維半酉矩陣，M為基站發(fā)射天線的個(gè)數(shù)，
MkfjSk，一為Vk的共軛轉(zhuǎn)置矩陣；
k=\ V k(4)由右奇異值向量構(gòu)建預(yù)處理矩陣P = [VsH]+= Vs [V/VJ-1，式中，K =^y K2i2，…，U，Kfai為Vk的前％列，包含了 Hk前％個(gè)最大的奇異值的右奇異值向量，1彡k彡L，[VsH]+為V/的偽逆矩陣，[VshVJ-1為[VshVJ的逆矩陣；(5)根據(jù)基站發(fā)送給用戶的所有信息符號(hào)列向量χ中每個(gè)數(shù)據(jù)流的調(diào)制方式，得到X對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)系數(shù)向量為T = ^t1 ,Tt2,---TtlY ,式中，& = [Zkl^--Tkst Γ為基站發(fā)送給第k個(gè)用戶的信息符號(hào)向量&對(duì)應(yīng)的擾動(dòng)系數(shù)向量，Kk彡L，τ ki為發(fā)送給第k個(gè)用戶的第i個(gè)數(shù)據(jù)流^d的擾動(dòng)系數(shù)，i = 1，… sk, %為發(fā)送給第k個(gè)用戶數(shù)據(jù)流的個(gè)數(shù)，不同的調(diào)制方式對(duì)應(yīng)不同的擾動(dòng)系數(shù)，若采用N 階方形QAM調(diào)制，則、=I^N，若采用BPSK調(diào)制，則τ ki = 2 ；(6)根據(jù)步驟O)中構(gòu)建的功率調(diào)整矩陣β，步驟中構(gòu)建的預(yù)處理矩陣P和步驟( 中的擾動(dòng)系數(shù)向量τ，通過球形編碼算法，確定最佳復(fù)整型擾動(dòng)矢量ω，使其滿足如下公式
權(quán)利要求
1. 一種基于奇異值分解的多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路傳輸方法，它包括如下過程(1)將基站發(fā)送給所有用戶的信息符號(hào)表示為一個(gè)列向量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，步驟(8)所述的根據(jù)上述預(yù)處理矩陣P、擾動(dòng)系數(shù)向量 T、功率調(diào)整矩陣日、最佳擾動(dòng)矢量《以及功率控制系數(shù)a，聯(lián)合產(chǎn)生基站端的發(fā)送信號(hào) d，按如下步驟進(jìn)行8a)利用功率調(diào)整矩陣日對(duì)基站發(fā)射的所有數(shù)據(jù)流進(jìn)行功率歸ー化處理，即日左乘信 息符號(hào)列向量X，得到功率歸ー化后的信息符號(hào)向量x' = ^x；8b)利用確定的擾動(dòng)系數(shù)向量T和最佳擾動(dòng)矢量《，對(duì)功率歸ー化后的信息符號(hào)向量 X'進(jìn)行矢量擾動(dòng)，得到擾動(dòng)后的信號(hào)x〃 =X' T O CO,式中， 表示元素與元素相乗；8c)利用預(yù)處理矩陣P對(duì)擾動(dòng)后的信號(hào)χ"進(jìn)行預(yù)處理，消除多用戶干擾，即用P左乘擾動(dòng)后信號(hào)χ"，得到預(yù)處理后的信號(hào)χ' “ =Px〃 = P (χ' +βτΘω)=Ρ(βχ+βτΘω)；8d)利用構(gòu)造的功率控制系數(shù)α對(duì)預(yù)處理后的信號(hào)χ'“進(jìn)行功率控制，即可產(chǎn)生基站端的發(fā)送信號(hào)d
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于奇異值分解的多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路傳輸方法，主要解決現(xiàn)有傳輸方法中接收端信噪比低導(dǎo)致傳輸性能差的問題。其實(shí)現(xiàn)過程為(1)將基站發(fā)送的信息符號(hào)寫成一個(gè)列向量，并構(gòu)建功率調(diào)整矩陣，確定擾動(dòng)系數(shù)向量；(2)構(gòu)建消除多用戶干擾的預(yù)處理矩陣；(3)確定最佳擾動(dòng)矢量和功率控制系數(shù)；(4)產(chǎn)生基站端的發(fā)送信號(hào)并發(fā)射；(5)用戶端接收信號(hào)；(6)構(gòu)建后處理矩陣，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行后處理；(7)對(duì)后處理后的信號(hào)進(jìn)行模操作；(8)對(duì)模操作后的信號(hào)進(jìn)行判決并輸出。本發(fā)明通過提高接收端的信噪比提高了系統(tǒng)的傳輸性能，可用于多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路的傳輸。
文檔編號(hào)H04B7/06GK102404090SQ20121000038
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2012年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月2日
發(fā)明者劉偉, 劉勤, 宋利娜, 張文柱, 李川, 李建東, 李紅艷, 盛敏, 黃鵬宇 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)