專利名稱：一種多用戶mimo系統(tǒng)的線性與非線性綜合預(yù)編碼方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種多用戶MIMO系統(tǒng)的線性與非線性綜合預(yù)編碼方法及裝置。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,ΜΙΜΟ)技術(shù)能夠充分利用空間多徑傳輸，提供分集增益、復(fù)用增益及陣列增益等，大大提高了系統(tǒng)的可靠性及有效性，成為未來(lái)無(wú)線通信的一大關(guān)鍵技術(shù)。近年來(lái)，MIMO技術(shù)的研究已經(jīng)從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單用戶MIMO系統(tǒng)擴(kuò)展到了點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的多用戶MIMO系統(tǒng)。在多用戶MIMO系統(tǒng)中，由于在相同時(shí)頻資源塊傳遞多個(gè)用戶信息，在提高頻譜效率的同時(shí)不可避免的引入了用戶間的共信道干擾。由于多用戶MIMO系統(tǒng)受接收端成本、功耗、地理位置分散等條件限制，難以在接收端應(yīng)用一些復(fù)雜的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)，一般采用發(fā)射端預(yù)編碼消除共信道干擾。針對(duì)多用戶MIMO系統(tǒng)，已經(jīng)有多種預(yù)編碼方案被提出。線性塊對(duì)角化預(yù)編碼算法使得各用戶的預(yù)編碼矩陣位于其他用戶信道矩陣的零空間上，以此來(lái)消除用戶間的信號(hào)干擾，進(jìn)而將多用戶MIMO系統(tǒng)分解為多個(gè)平行單用戶MIMO信道，但是此算法均要求發(fā)射端天線數(shù)大于等于接收端所有用戶天線數(shù)之和，限制了用戶數(shù)目，靈活性較差，且該算法未考慮噪聲影響，在信噪比較低時(shí)性能較差。不同于塊對(duì)角化預(yù)編碼以優(yōu)化信干噪比為目標(biāo)的做法，基于信漏噪比最優(yōu)化準(zhǔn)貝丨J (maximizing the signal to leakage plus noise ratio, max-SLNR)的預(yù)編碼算法以優(yōu)化每用戶信漏噪比為目的，它允許用戶之間存在少量的干擾， 簡(jiǎn)化了計(jì)算方法，對(duì)發(fā)射端和接收端的天線數(shù)也沒(méi)有限制，但是該算法主要思路是壓制干擾信號(hào)，而非消除干擾信號(hào)，使得泄露功率最小而非干擾最小，因此，用戶間、數(shù)據(jù)流間不可避免的存在著大量干擾。此外，由于系統(tǒng)誤碼率取決于信道質(zhì)量最差的等效子信道，而該算法并沒(méi)有均衡化各數(shù)據(jù)流所經(jīng)過(guò)子信道的等效信道增益，不可避免的會(huì)出現(xiàn)等效信道增益較小的子信道，以上兩方面因素均使得該算法雖然大大降低了復(fù)雜度，但其誤碼率性能及容量性能較差，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中線性與非線性綜合預(yù)編碼方法及裝置，該裝置簡(jiǎn)單而高效，適用于多用戶MIMO下行鏈路信道，可以降低傳輸?shù)恼`碼率， 并提高系統(tǒng)的整體性能。其主要解決基于信漏噪比最優(yōu)化準(zhǔn)則的線性預(yù)編碼方式中各用戶之間以及各數(shù)據(jù)流之間已知干擾未消除，以及各數(shù)據(jù)流傳輸子信道的等效信道增益不均衡而導(dǎo)致誤碼率較高的問(wèn)題。本發(fā)明不同于已有MIMO預(yù)編碼方法及裝置，采用連續(xù)干擾消除的非線性預(yù)編碼思想來(lái)壓制已知干擾，采用基于信漏噪比最優(yōu)化準(zhǔn)則的線性預(yù)編碼思想來(lái)壓制未知干擾，尤其采用幾何均值分解算法均衡每用戶各數(shù)據(jù)流傳輸子信道的等效信道增益，降低系統(tǒng)總體誤碼率。
本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中線性與非線性綜合預(yù)編碼信號(hào)發(fā)射方法包括對(duì)上層協(xié)議棧接口獲得的信號(hào)依次進(jìn)行加擾及調(diào)制等基本操作；利用從接收端反饋的信道狀態(tài)信息中的信道增益矩陣以及本發(fā)明自定義的連續(xù)干擾消除后每用戶新型信漏噪比值最大化準(zhǔn)則進(jìn)行線性預(yù)處理矩陣設(shè)計(jì)改造信道增益矩陣，并對(duì)改造后的每用戶信道增益矩陣進(jìn)行幾何均值分解得到每用戶三角化預(yù)處理的酉前饋矩陣，再利用最終等效信道矩陣的下三角矩陣作為反饋矩陣對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行非線性臟紙編碼操作。將經(jīng)過(guò)非線性臟紙編碼以及線性預(yù)編碼處理后的信號(hào)發(fā)送到信道，經(jīng)信道傳輸?shù)礁鹘邮斩恕１景l(fā)明實(shí)施例提供的一種多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中線性與非線性綜合預(yù)編碼接收方法包括多個(gè)獨(dú)立相同接收端，即多個(gè)用戶，分別對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，并將信道狀態(tài)信息反饋到發(fā)射端；接收發(fā)射端發(fā)送的接收端處理矩陣；接收發(fā)射端發(fā)送的信號(hào)，對(duì)該信號(hào)依次進(jìn)行解預(yù)編碼處理、判決、解調(diào)、去擾等逆基本處理操作。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中線性與非線性綜合預(yù)編碼信號(hào)發(fā)射裝置，包括發(fā)射端、接收端以及反饋單元；所述的發(fā)射端裝置，包括基本處理單元、非線性處理單元、前饋處理單元、線性預(yù)編碼處理單元、發(fā)送單元，其中基本處理單元，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行加擾及調(diào)制等基本處理操作；非線性處理單元，用于對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行臟紙編碼，對(duì)已知干擾進(jìn)行連續(xù)干擾消除；前饋處理單元，用于對(duì)非線性預(yù)編碼后的信號(hào)進(jìn)行酉矩陣相乘處理，酉矩陣從每用戶等效信道矩陣的幾何均值分解算法獲得；線性預(yù)編碼處理單元，用于對(duì)從接收端反饋的信道增益矩陣進(jìn)行線性預(yù)處理矩陣設(shè)計(jì)，獲得每用戶線性預(yù)處理矩陣，并進(jìn)行相應(yīng)處理；發(fā)送單元，用于將經(jīng)過(guò)線性預(yù)編碼處理的信號(hào)以及各用戶接收端處理矩陣發(fā)送到信道，經(jīng)信道傳輸?shù)浇邮斩恕１景l(fā)明實(shí)施例提供的一種多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中線性與非線性綜合預(yù)編碼信號(hào)接收端裝置，包括多個(gè)獨(dú)立相同接收裝置，即多個(gè)用戶，分別包含接收單元，用于接收發(fā)射端發(fā)送預(yù)編碼處理之后的信號(hào)；解預(yù)編碼單元，用于對(duì)接收單元接收的信號(hào)以及本用戶接收端處理矩陣進(jìn)行矩陣處理；逆基本處理單元，用于對(duì)矩陣處理單元處理后的信號(hào)依次進(jìn)行判決、解調(diào)、去擾等逆基本處理操作。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中線性與非線性綜合預(yù)編碼信號(hào)反饋單元，用于接收端向發(fā)射端反饋信道增益矩陣。
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案的有益效果是1.本發(fā)明實(shí)施例提供一種適用于多用戶MIMO系統(tǒng)下行鏈路的可靠預(yù)編碼方法與裝置，適用場(chǎng)景較廣。該預(yù)編碼算法將線性預(yù)編碼方法與非線性預(yù)編碼方法相結(jié)合，同時(shí)具備非線性預(yù)編碼低誤碼率及線性預(yù)編碼低算法復(fù)雜度的優(yōu)點(diǎn)；2.本發(fā)明引入新的連續(xù)干擾消除優(yōu)化后的每用戶新型信漏噪比定義，以設(shè)計(jì)線性預(yù)編碼部分壓制未知干擾，同時(shí)忽略連續(xù)干擾消除的已知干擾；3.本發(fā)明引入幾何均值分解算法，均衡每用戶各數(shù)據(jù)流傳輸子信道的等效信道增益，避免出現(xiàn)信道質(zhì)量較差的等效子信道，降低系統(tǒng)誤碼率，提高系統(tǒng)整體性能。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明方法的具體實(shí)施例的流程示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例應(yīng)用于多用戶MIMO下行鏈路系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括1個(gè)基站(發(fā)射端)及K 個(gè)用戶(接收端)。基站端配備Nt根發(fā)射天線，且發(fā)送給用戶i (1 < i < K)的數(shù)據(jù)流數(shù)目為L(zhǎng)i，用戶i配置凡^艮接收天線，基站發(fā)送給用戶i的數(shù)據(jù)可表示為Si，B表示非線性處理單元反饋矩陣，P表示前饋處理單元前饋矩陣，Pi表示用戶i的前饋矩陣，W表示線性處理單元預(yù)處理矩陣，Wi表示用戶i的預(yù)處理矩陣，發(fā)射端總功率限制為&。H表示系統(tǒng)信道增益矩陣，Hi表示用戶i的信道增益矩陣。&表示用戶i的解預(yù)編碼處理單元處理矩陣。圖1為本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的裝置包括發(fā)射端11、接收端12、反饋單元13。發(fā)射端11，用于對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行一系列的加擾、調(diào)制等基本操作，以及非線性、線性信號(hào)預(yù)處理；接收端12，用于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解預(yù)編碼處理，以及判決、解調(diào)、去擾等逆基本處理操作。反饋單元13，用于接收端向發(fā)射端反饋信道增益矩陣。其實(shí)現(xiàn)方式為發(fā)射端向發(fā)送信號(hào)中插入導(dǎo)頻信號(hào)，送入信道，接收端信道估計(jì)單元利用接收信號(hào)中提取的導(dǎo)頻信息進(jìn)行信道估計(jì)，并將估計(jì)出的信道增益矩陣周期性地反饋給發(fā)射端。各單元詳細(xì)作用及描述在下文中給出。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。參見(jiàn)圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例發(fā)射裝置包括基本處理單元21、非線性處理單元 22、前饋處理單元23、線性處理單元24、發(fā)送單元25。基本處理單元21，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行加擾和調(diào)制得到基站發(fā)送給各用戶的數(shù)據(jù)，調(diào)制方式可包括 QAM、4QAM、16QAM、64QAM、BPSK、QPSK 等；非線性處理單元22，運(yùn)用臟紙編碼定理實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)流間已知干擾的連續(xù)干擾消除，為實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，采用模代數(shù)非線性處理代替臟紙編碼，并采用下三角反饋矩陣B進(jìn)行連續(xù)干擾消除；前饋處理単元23，采用前饋酉矩陣P對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理；線性處理單元24，設(shè)計(jì)線性預(yù)處理矩陣W對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。定義連續(xù)干擾消除優(yōu)化后的用戶i新型信漏噪比
權(quán)利要求
1.一種多用戶ΜΙΜΟ系統(tǒng)的線性與非線性綜合預(yù)編碼方法，其特征在于，包括以下步驟基站對(duì)來(lái)自上層的信號(hào)依次進(jìn)行加擾、調(diào)制操作；基站獲得信道狀態(tài)信息，利用臟紙編碼思想及基于新型信漏噪比最大化準(zhǔn)則預(yù)編碼算法進(jìn)行處理矩陣設(shè)計(jì)，對(duì)每用戶等效信道矩陣?yán)镁仃嚪纸猓M(jìn)行預(yù)編碼操作； 將經(jīng)過(guò)預(yù)編碼處理的信號(hào)發(fā)送到無(wú)線信道，經(jīng)信道傳輸給接收端； 接收端對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行解預(yù)編碼、判決、解調(diào)、去擾操作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)發(fā)送信號(hào)利用臟紙編碼思想及基于新型信漏噪比最大化準(zhǔn)則預(yù)編碼算法進(jìn)行預(yù)編碼操作，包括基站利用上行反饋鏈路獲得信道狀態(tài)信息
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用新型信漏噪比，該新型信漏噪比定義為
4.如權(quán)利要求ι所述的方法，其特征在于，所述對(duì)每用戶等效信道矩陣?yán)镁仃嚪纸猓撁坑脩舻刃诺谰仃囍窰iWi (1 ^ i ^ K),該矩陣分解方法指幾何平均分解，即
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用臟紙編碼思想，該臟紙編碼思想指，利用下三角矩陣B進(jìn)行模代數(shù)非線性處理，下三角矩陣B由式(3)和式(4)獲得
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射端獲得信道狀態(tài)信息，包括如下步驟基站(發(fā)射端)發(fā)送下行導(dǎo)頻信息； 用戶終端利用下行導(dǎo)頻信息進(jìn)行信道估計(jì)； 各用戶分別反饋?zhàn)约旱男诺罓顟B(tài)信息給基站端；基站端接收各用戶信道信息，并組合得到整個(gè)信道信息。
7. 一種多用戶MIMO系統(tǒng)的線性與非線性綜合預(yù)編碼裝置，其特征在于，該裝置包括 發(fā)射端、接收端以及反饋單元；發(fā)射端發(fā)送導(dǎo)頻信息，接收端利用導(dǎo)頻信息進(jìn)行信道估計(jì)， 再把信道狀態(tài)信息反饋給發(fā)射端，發(fā)射端重構(gòu)信道狀態(tài)信息并進(jìn)行預(yù)編碼，形成待發(fā)送的信號(hào)；發(fā)送端裝置包括基本處理單元、預(yù)編碼單元(包括非線性處理單元、前饋處理單元、 線性處理單元)及發(fā)送單元；發(fā)射端首先進(jìn)行加擾、調(diào)制等基本操作，然后利用信道狀態(tài)信息，結(jié)合臟紙編碼思想消除掉已知用戶干擾，再利用前饋處理單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行酉矩陣相乘處理，最后利用基于新型信漏噪比最大化準(zhǔn)則預(yù)編碼方案抑制對(duì)其他用戶的泄露功率，即壓制未知用戶干擾，最后利用發(fā)送單元發(fā)送信號(hào)到無(wú)線信道傳輸；接收端裝置包括接收單元、解預(yù)編碼處理單元、逆基本處理單元；接收端接收到信號(hào)后，先消除預(yù)編碼操作的影響，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行判決、解調(diào)、去擾操作，即可恢復(fù)原始發(fā)送數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種多用戶MIMO系統(tǒng)的線性與非線性綜合預(yù)編碼方法及裝置，方法步驟為發(fā)射端獲取各用戶信道狀態(tài)信息；根據(jù)每用戶新型信漏噪比最優(yōu)化準(zhǔn)則進(jìn)行線性預(yù)編碼處理矩陣設(shè)計(jì)；對(duì)每用戶等效信道進(jìn)行幾何均值分解，獲取相應(yīng)用戶前饋處理矩陣；取前饋矩陣及線性預(yù)編碼矩陣改造后等效信道矩陣的下三角部分做非線性預(yù)編碼的反饋處理矩陣；發(fā)射端依次對(duì)信號(hào)進(jìn)行加擾、調(diào)制等基本處理、非線性臟紙編碼處理、前饋矩陣處理、線性預(yù)編碼矩陣處理，再發(fā)送信號(hào)；應(yīng)用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)線性預(yù)編碼與非線性預(yù)編碼的綜合設(shè)計(jì)，消除已知干擾并壓制未知干擾，克服了基于信漏噪比最優(yōu)化準(zhǔn)則的線性預(yù)編碼中已知干擾未完全消除及各等效信道增益不均衡等兩大缺點(diǎn)，提升了系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102545984SQ201210006689
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者孫嚴(yán)智, 張存義, 徐春秀, 武穆清, 趙敏, 鄭鳳, 郭起霖, 陳潤(rùn)芊 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)