一種適用于mu-mimo系統(tǒng)的非正交預(yù)編碼碼本設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于MU-MIMO系統(tǒng)的非正交預(yù)編碼碼本設(shè)計(jì)方法，屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法通過(guò)非正交形式構(gòu)造兩個(gè)碼本，將其共存在各用戶端和基站端，各用戶根據(jù)當(dāng)前CSI進(jìn)行預(yù)編碼碼字選擇，并將與最優(yōu)預(yù)編碼對(duì)應(yīng)的碼本索引反饋給基站端，基站根據(jù)各用戶反饋索引，恢復(fù)出對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼碼字，然后根據(jù)用戶調(diào)度策略，對(duì)當(dāng)前被調(diào)度用戶根據(jù)各自最優(yōu)預(yù)編碼碼字進(jìn)行預(yù)編碼處理。相對(duì)于正交碼本，本方法所構(gòu)造的碼本復(fù)雜度低，同時(shí)對(duì)信道空間的覆蓋更大，對(duì)信道矩陣的匹配程度更高。此外，本方法采用能效最優(yōu)準(zhǔn)則選擇預(yù)編碼矢量，可使系統(tǒng)能效利用得到一定優(yōu)化；發(fā)送端采用的多用戶調(diào)度方案，能夠使用戶匹配失敗的情況不再出現(xiàn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種適用于MU-MI MO系統(tǒng)的非正交預(yù)編碼碼本設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是移動(dòng)通信長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE)及先進(jìn)的移動(dòng)通信長(zhǎng) 期演進(jìn)（LTE-Advanced)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種適用于MU-MIM0系統(tǒng)的非正交預(yù)編碼碼本設(shè)計(jì) 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 多輸入多輸出系統(tǒng)（Multiple Input Multiple Output,ΜΙΜΟ)在數(shù)據(jù)傳輸方面表 現(xiàn)出巨大的潛力，為下一代移動(dòng)通信技術(shù)的備選技術(shù)，引起了研究者巨大的興趣。
[0003] 在LTE物理層增強(qiáng)進(jìn)程中，ΜΜ0技術(shù)作為現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)的一個(gè)顯著突破，是 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能提升的關(guān)鍵，自ΜΜ0問(wèn)世以來(lái)，就在無(wú)線接入系統(tǒng)、無(wú)線局域網(wǎng)、3G網(wǎng)絡(luò)中得 到廣泛的應(yīng)用，它利用信道的多徑衰落特性，可以有效提高系統(tǒng)容量，提高信道的可靠性、 降低誤碼率，且具有很高的頻譜利用率。0FDM則在傳輸帶寬和發(fā)送功率不增加的條件下， 高速的數(shù)據(jù)信號(hào)被轉(zhuǎn)換為并行低速的子數(shù)據(jù)流，且相互正交的子信道，有效的降低了子信 道之間的相互干擾（Inter Channel Interference, ICI)，每個(gè)子信道上可以看成平坦性衰 落，從而有效消除符號(hào)間干擾（Inter Symbol Interference, ISI)。如今，以MIM0、0FDM等 關(guān)鍵技術(shù)為核心的LTE系統(tǒng)已成為通信領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
[0004] 研究表明，發(fā)射機(jī)根據(jù)CSI設(shè)計(jì)合適的發(fā)射機(jī)預(yù)編碼器，可以有效的提高系統(tǒng)的 容量和誤碼率性能；多用戶ΜΙΜ0系統(tǒng)中，預(yù)編碼技術(shù)能夠有效地抑制用戶間的共信道干 擾。但是，無(wú)線通信系統(tǒng)的頻率資源有限，能夠分配給反饋鏈路的帶寬更是少之又少，因 此理想的CSI需要很大的反饋量從而根本不符合實(shí)際的應(yīng)用。由此，3GPP規(guī)定在LTE系 統(tǒng)中首先在接收端進(jìn)行信道估計(jì)，然后將不完全的信道狀態(tài)信息以預(yù)編碼碼本中碼字索 引（Precoding Matrix Index, ΡΜΙ)的形式反饋給發(fā)射端，發(fā)射端再通過(guò)恢復(fù)預(yù)編碼碼字 后，對(duì)發(fā)送信息進(jìn)行預(yù)處理。和理想狀態(tài)相比，只需要通過(guò)反饋非常有限數(shù)量的信息，就能 夠無(wú)限接近理想狀態(tài)下的系統(tǒng)性能。此外，在多用戶ΜΜ0下行鏈路中，通過(guò)空分復(fù)用接入 (Space Division Multiple Access, SDMA)同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)是有限的，如何設(shè)計(jì)用戶調(diào) 度方案獲得多用戶分集增益，進(jìn)而提高系統(tǒng)容量稱為業(yè)內(nèi)廣泛研究的熱點(diǎn)。由此可見(jiàn)，對(duì) LTE系統(tǒng)下行鏈路預(yù)編碼中如何依靠碼本中的碼字有效的反饋部分信道狀態(tài)信息以及發(fā)射 端有效的預(yù)編碼算法等問(wèn)題的研究是一件非常有意義的事情。
[0005] 預(yù)編碼技術(shù)在不同的無(wú)線通信系統(tǒng)中具有不同的應(yīng)用形式。例如：預(yù)編碼器轉(zhuǎn)化 為波束形成器為多天線分集系統(tǒng)獲得分集發(fā)射增益，降低系統(tǒng)的誤碼率；預(yù)編碼器也可以 使各發(fā)射天線上的信號(hào)彼此正交，減少不同天線間的相互干擾，提高多天線空間復(fù)用系統(tǒng) 的容量；預(yù)編碼技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)不同用戶的發(fā)射信號(hào)彼此正交，在多用戶系統(tǒng)中提高數(shù)據(jù) 速率并獲得多用戶分集增益等等。
[0006]目前，線性預(yù)編碼和非線性預(yù)編碼作為兩種主流的預(yù)編碼技術(shù)均有其典型的代 表。迫零（Zero-Forcing, ZF)和最小均方誤差（Minimum-Mean-Square-Error，MMSE)以及 基于奇異值分解（Singular Value Decomposition, SVD)的預(yù)編碼是較為著名的線性預(yù)編 碼算法，概括的說(shuō)，它們求解預(yù)編碼矩陣的方法，都是在發(fā)射端已知理想CSI的情況下，對(duì) 信道矩陣Η進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆纸?。而?duì)于包含了加法處理的非線性預(yù)編碼來(lái)說(shuō)，能夠達(dá)到ΜΙΜΟ 高斯廣播信道容量的Costa提出的臟紙編碼（Dirty Paper Coding，DPC)最為典型，但復(fù)雜 性卻太高，難以應(yīng)用于實(shí)際，THP(Tomlinson-Harashima Precoding)在DPC的基礎(chǔ)上進(jìn)行 了改良，是一種發(fā)送端非線性去相關(guān)干擾抵消方法。
[0007] 如果預(yù)編碼技術(shù)從碼本特性來(lái)分，可分為基于正交碼本的預(yù)編碼技術(shù)和基于非正 交碼本的預(yù)編碼技術(shù)。對(duì)于正交碼本目前常見(jiàn)的有離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transformation, DFT)碼本，基于格拉斯曼空間打包原理構(gòu)成的格拉斯曼碼本，以及 Householder碼本等。由于非正交的碼本無(wú)法完全抑制掉多用戶間干擾，因此研究地相對(duì)較 少，但是與基于正交碼本的預(yù)編碼方案相比，基于非正交碼本預(yù)編碼方案復(fù)雜度更低，同時(shí) 可漲成更大的碼本空間，即對(duì)CSI的匹配程度更高，因此，非正交碼本在預(yù)編碼應(yīng)用方面具 有一定的潛在優(yōu)勢(shì)。
[0008] 當(dāng)基站將占用相同時(shí)頻資源的多個(gè)數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同的用戶時(shí)，稱為多用戶 MM0(Multiple User MM0，MU-MM0)。此時(shí)由于基站在同一時(shí)刻要與多個(gè)用戶進(jìn)行通信， 因此各個(gè)用戶除了接收到該用戶有用信號(hào)外，還有其他用戶的共信道干擾信號(hào)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于MU-MM0系統(tǒng)的非正交預(yù)編碼碼本 設(shè)計(jì)方法，該方法通過(guò)非正交形式構(gòu)造兩個(gè)碼本，將其共存在各用戶端和基站端，各用戶根 據(jù)當(dāng)前CSI進(jìn)行預(yù)編碼碼字選擇，并將與最優(yōu)預(yù)編碼對(duì)應(yīng)的碼本索引反饋給基站端，基站 根據(jù)各用戶反饋索引，恢復(fù)出對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼碼字，然后根據(jù)用戶調(diào)度策略，對(duì)當(dāng)前被調(diào)度用 戶根據(jù)各自最優(yōu)預(yù)編碼碼字進(jìn)行預(yù)編碼處理。
[0010] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0011] -種適用于MU-MIM0系統(tǒng)的非正交預(yù)編碼碼本設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：步驟一：

【權(quán)利要求】
1. 一種適用于MU-MMO系統(tǒng)的非正交預(yù)編碼碼本設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括以下步 驟： 步驟一：采用非正交雙碼本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)碼本I和碼本Π ; 步驟二：設(shè)計(jì)好碼本I和碼本II后，存放于基站與用戶端，根據(jù)各用戶信道狀態(tài)信息從 碼本I中選擇最佳匹配當(dāng)前CSI的預(yù)編碼矢量，將其在碼本I的索引記為1_，然后基于能 效最優(yōu)準(zhǔn)則，從碼本II中第個(gè)矢量組中選擇最佳預(yù)編碼矢量
卩將與吋應(yīng)的 索引反饋給基站端；
步驟三：基站收到反饋信息后，根據(jù)預(yù)編碼索引恢復(fù)出與各用戶關(guān)聯(lián)的預(yù)編碼矢量； 步驟四：基站根據(jù)多用戶調(diào)度準(zhǔn)則，從X個(gè)用戶中調(diào)度K個(gè)用戶，然后依次對(duì)這K個(gè)用 戶數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)編碼處理，再進(jìn)行傳輸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于MU-MM0系統(tǒng)的非正交預(yù)編碼碼本設(shè)計(jì)方法，其 特征在于：在步驟一中，構(gòu)造碼本I具體包括以下步驟： 首先隨機(jī)生成包含η個(gè)Μ維列矢量集合
·，然后歸一化得到集合
' _ · ( 其中τ表示一極小值，從氣選出L個(gè)列矢量組成碼 本 I，Ω = {n，r2, L, rj。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于MU-MIM0系統(tǒng)的非正交預(yù)編碼碼本設(shè)計(jì)方 法，其特征在于：在步驟一中，碼本II的構(gòu)造如下：首先生成包含N s個(gè)Μ維列矢量集合
;然后歸一化得到集合
：碼本II包含L個(gè)矢量組，Φ = Hgi，i, gi，2, L，g1;T}，{gy，g2,2, L，g2 T}，L，{gL1，gL 2, L，gL T}}，其中第 1 個(gè)矢量組中第 t 個(gè)矢量 gl，t與碼本I中第1個(gè)矢量巧滿足關(guān)系：
，其中
表示一極小值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于MU-MM0系統(tǒng)的非正交預(yù)編碼碼本設(shè)計(jì)方法，其 特征在于：LTE-A系統(tǒng)的物理層鏈路為多個(gè)用戶共享，碼本I和碼本II分別存放在收發(fā)兩 端，碼矢量選擇過(guò)程在用戶端完成。
【文檔編號(hào)】H04L1/00GK104092516SQ201410365679
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】景小榮, 張陽(yáng)林, 張祖凡, 陳前斌 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)