一種多用戶mimo廣播信道在混合csi下的自由度優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多用戶廣播信道的容量刻畫領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多用戶MMO廣 播信道場景下的自由度優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于多用戶]\OMO(Multi-InputMulti-Output,多入多出）廣播信道，其自由度 很大程度上決定于收發(fā)端是否已知CSI(ChannelStateInformation，信道邊信息），當 發(fā)送端有CSIT(CSIatTransmitter，發(fā)送端信道邊信息）并且接收端有CSIR(CSIat Receiver，接收端信道邊信息）時，可以通過發(fā)送端預編碼技術(shù)以及接收端干擾消除等方 法，使發(fā)送端可以同時向所有用戶發(fā)送信號。假定基站天線數(shù)為M，用戶數(shù)為K，各個用戶天
而當發(fā)送端沒有CSIT時，不論所有用戶是否都已知或者都未知CSIR，TDMA(TimeDivision MultipleAccess，時分復用）都是最優(yōu)的。這個時候系統(tǒng)能夠達到的最大自由度為 min(M，HiaxN1)。但如果部分用戶知道CSIR，存在比分時更優(yōu)的方案。
[0003] 對于部分用戶有CSIR的模型，是基于接收器有不同的移動性提出來的。對于動 態(tài)接收器，我們假定其運動速度足夠快，通過發(fā)送導頻獲取到CSIR時，信道狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生 很大改變，于是獲取到的前一時刻的CSIR對估計當前CSI沒有意義，相當于接收器沒有 CSIR。對于兩個用戶的MMO廣播信道，假設一個用戶不知CSIR(天線數(shù)為N1)而另一個已 知CSIR(天線數(shù)為N2)，而基站不知CSIT(天線數(shù)為M彡max(N1,N2))。若采用正交化傳輸 的方案，即發(fā)送器與接收器之間采用分時策略進行通信，那么發(fā)送器在與動態(tài)接收器進行
接收器，每個時隙可以獲得的自由度顯然是N2。而根據(jù)Grassmannian-Euclidean疊乘的方 案，在基站發(fā)送疊乘信號的時間內(nèi)，基站可以與兩個用戶同時進行通信，動態(tài)接收器和靜態(tài)
用戶MMO廣播信道，當有多個靜態(tài)用戶（收發(fā)端已知CSI)，一個動態(tài)用戶時，存在比分時和 疊乘更優(yōu)的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明構(gòu)建了一種多用戶MMO廣播信道下的新模型，在此模型中，多個用戶中， 有一個是動態(tài)用戶，收發(fā)端不知其CSI;其余的多個用戶均是靜態(tài)用戶，收發(fā)端均已知CSI。 這是MIMO廣播信道下的一個新模型，對應于實際中靜態(tài)用戶多于動態(tài)用戶的場景?；诖?模型，本發(fā)明提出了一種結(jié)合迫零（或塊對角化）預編碼技術(shù)與Grassmannian-Euclidean 疊乘方案的算法，其目的在于提高系統(tǒng)的自由度域，也就是獲取更大的系統(tǒng)容量。通過與傳 統(tǒng)的分時（TDM)策略進行比較，可以發(fā)現(xiàn)此算法明顯優(yōu)化了該模型下的自由度域。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種多用戶M頂0廣播信道在混合CSI下的自由 度優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0006] (1)根據(jù)靜態(tài)接收器組的信道參數(shù)扎設計預編碼矩陣W，1W=Hf (HsHff
[0007] (2)通過靜態(tài)接收器的目標信號d和預編碼矩陣W獲得靜態(tài)接收器組的編碼信號
乘信號；
[0009] (4)各用戶對接收信號進行解碼。
[0010] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0011] 1、對于動態(tài)用戶來說，疊乘并不改變它與基站間的通信，就好像沒有靜態(tài)用戶存 在一樣，其自由度是沒有變化的。
[0012] 2、對于靜態(tài)用戶來說，基站發(fā)送疊乘信號時，可以讓它獲得額外的自由度增益。
[0013] 3、在基站天線數(shù)足夠大的情況下，系統(tǒng)獲得的自由度增益是隨著靜態(tài)用戶天線數(shù) 的增加而增加的。
[0014] 4、靜態(tài)用戶個數(shù)的增加不會降低此算法的性能，相反，會對系統(tǒng)的自由度域有所 提升。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明多用戶MMO廣播信道在混合CSI下的自由度優(yōu)化方法流程圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明多用戶MMO廣播信道模型；
[0017] 圖3所示為三個用戶廣播信道模型下的三種算法自由度域比較。
【具體實施方式】
[0018] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0019] 本發(fā)明首先描述系統(tǒng)模型，然后針對一般化的模型，詳細分析算法流程，最后再舉 一個簡單實例，通過此實例可以很直觀的發(fā)現(xiàn)本算法所能帶來的自由度提升。無論是簡單 模型，還是一般模型，本發(fā)明都基于以下思路去描述此算法以及該算法能夠獲得的自由度 域。首先對所有靜態(tài)用戶的目標信號進行預編碼，得到&;對動態(tài)用戶的目標信號X,和Xs 進行格拉斯曼-歐氏疊乘，得到疊乘信號X=XsXd;對各個用戶的接收信號進行解碼，分析 其自由度。通過與傳統(tǒng)的分時策略所能達到的自由度進行對比，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明所提出的 算法，明顯更優(yōu)。而這對于解決此模型下的容量提升問題，是有很大借鑒意義的。
[0020] 1、系統(tǒng)模型
[0021] 我們將此方案推廣到更一般的情況，假定有一個動態(tài)接收器（天線數(shù)為Nd)， K個靜態(tài)接收器（均為單天線）。發(fā)射端天線數(shù)仍為M，動態(tài)接收器相干時間為T。假定 M彡max(K，Nd)，考慮到如果M<Nd，我們可以關(guān)閉動態(tài)接收器的一部分天線；如果M<K，那 么在發(fā)射器與靜態(tài)接收器進行通信的時候，可以關(guān)閉一部分靜態(tài)接收器，對我們的討論沒 有影響。而若M>K，發(fā)射天線數(shù)的增加對我們的自由度并不能帶來提升。仍然以分時策略 為基礎，基站先對動態(tài)接收器進行點對點通信，同時應用拉斯曼-歐氏疊乘，后對多個靜態(tài) 接收器進行廣播通信。本發(fā)明的主要研究在于如何應用格拉斯曼-歐氏疊乘，以獲得比分 時策略更優(yōu)的自由度。
[0022] 多用戶廣播信道模型如圖2所示。各個用戶的信道參數(shù)分別SHjPhJlSi彡K)。 對于動態(tài)用戶，收發(fā)端未知CSI，而對于靜態(tài)用戶，收發(fā)端均已知CSI。
[0023] 2、算法描述及自由度分析：
[0024] 本發(fā)明的算法流程圖如圖1所示，具體地本發(fā)明方法包括如下步驟：
[0025] (1)根據(jù)靜態(tài)接收器組的信道參數(shù)氏設計預編碼矩陣W
[0026] 先對K個靜態(tài)接收器的目標信號進行預編碼，這里選擇迫零預編碼算法，各個靜 態(tài)用戶的信道矢量分別為Ii1EC1XK，每個時隙的數(shù)據(jù)信號為山(1 = 1，...，K)。
[0027] 那么靜態(tài)用戶總的信道矩陣為扎=[h^.^hjTGCKXK，預編碼矩陣可以設計為 Hs的偽逆矩陣，BP
[0028] W=Hf(hHf)"'
[0029] 其中W= [Wl，...，wK]GCkxk的每一列便是對應各用戶的加權(quán)向量，通過偽逆求得 的用戶i的加權(quán)向量與其他用戶j的信道向量滿足正交的關(guān)系，即1V^ =g:，y/*/。
[0030] (2)通過靜態(tài)接收器的目標信號d和預編碼矩陣W獲得靜態(tài)接收器組的編碼信號 Xs
[0031] 根據(jù)⑴可知，靜態(tài)用戶組第i個時隙的預編碼信號Sx1=Wd1GCKX1，其中 id,.=[心...GCxvi，表示第i個時隙K個用戶組成的靜態(tài)用戶組目標信號矢量。那么 我們可以從相干周期T個時隙內(nèi)，選擇與動態(tài)用戶天線個數(shù)相等的Nd個時隙，發(fā)射器只在 Nd個時隙內(nèi)給靜態(tài)用戶發(fā)送編碼信號，該信號可以表示為Xi ，…，Xa^ ]eCA~Y%
[0032] (3)對動態(tài)用戶的目標信號Xd和靜態(tài)接收器組的編碼信號Xs進行格拉斯曼-歐 氏疊乘，得到疊乘信號X=XsXd，基站發(fā)送此信號
[0033] 在每個相干周期（T個時隙）內(nèi)，發(fā)送器在K根天線上發(fā)送符號XGCkxt:
[0035] 其中XseCxxwS. 分別是給靜態(tài)接收器組和動態(tài)接收器的信號，\來
因子。
[0036] (4)各用戶對接收信號進行解碼
[0037] 在高SNR的情況下我們忽略噪聲，于是動態(tài)接收器的接收信號可以表示為
[0039] 其中Hd是動態(tài)接收器和發(fā)送器之間的信道參數(shù)矩陣，W為噪聲信號。等效信道參 數(shù)為Jftd =HtfXs 于是該信道等價于收發(fā)天線均為Nd，相干時間為T的點對點非相 干通信信道。根據(jù)扁<=G(r，JVrf)，該信道可以獲得的自由度為Nd (T-Nd)，平均每個時隙可以 獲得的自由度SNd(l_Nd/T)。