專利名稱：一種多用戶多天線碼分多址系統(tǒng)的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)的檢測方法，尤其涉及第三代(3G)移動通信系統(tǒng)、三代增強(E3G)移動通信系統(tǒng)、超三代(B3G)移動通信系統(tǒng)或第四代(4G)移動通信系統(tǒng)中的空時檢測處理方法。
背景技術(shù)：
圖論是起源于十八世紀，興起于二十世紀初期的一門獨立的數(shù)學學科，其抽象有效的論證方法可以解決包括基礎(chǔ)學科和技術(shù)學科在內(nèi)的諸多問題。數(shù)學中的矩陣與圖有著密切的聯(lián)系，特別是對稱矩陣可以對應(yīng)唯一的無向圖，因此，圖論的原理和算法已被越來越多地應(yīng)用于矩陣相關(guān)的研究領(lǐng)域。
近年來，隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對高速率、高質(zhì)量的業(yè)務(wù)需求顯著增長。第三代移動通信TD-SCDMA系統(tǒng)采用碼分多址(CDMA)技術(shù)與多天線接收技術(shù)，其接收端的聯(lián)合檢測處理方式可同時降低多址干擾與多徑干擾，有效改善了系統(tǒng)性能；另一方面，隨著對移動通信關(guān)鍵技術(shù)研究的深入，多天線傳輸/多輸入多輸出(MIMO)作為一種充分利用空域資源的技術(shù)，以其有效提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜效率、改善通信質(zhì)量等特點而成為近年來被廣泛關(guān)注和采用的技術(shù)。因此，在針對未來移動通信系統(tǒng)的研究開發(fā)過程中，多天線技術(shù)與CDMA多址方式的結(jié)合成為學術(shù)界的研究熱點之一。然而，在多用戶多天線CDMA系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)矩陣同時包含多用戶、多天線、多徑信道、擴頻碼字及信號處理塊長等特征，造成矩陣規(guī)模龐大且具有較高的檢測譯碼復雜度，對實際系統(tǒng)的處理能力、運算時間和存儲空間都提出了較高的要求，難以實現(xiàn)。因此，有必要研究一種低復雜度的多用戶多天線CDMA系統(tǒng)檢測方法，以利于硬件實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種多用戶多天線碼分多址系統(tǒng)的檢測方法。該方法基于圖論的原理和算法，在針對系統(tǒng)矩陣生成的對稱正定矩陣進行Cholesky分解之前添加了排序操作，有效降低了多用戶多天線CDMA系統(tǒng)檢測譯碼的復雜度。該方法包括步驟(1)在系統(tǒng)接收端按照特定的方式構(gòu)建包含多用戶、多天線、多徑信道、擴頻碼字及信號處理塊長等特征的系統(tǒng)矩陣H；(2)將矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置與其自身相乘，得到對稱正定矩陣A；(3)基于圖論的思想，做出該對稱正定矩陣唯一對應(yīng)的無向圖G；(4)根據(jù)系統(tǒng)的用戶數(shù)、收發(fā)天線數(shù)、多徑數(shù)、擴頻因子及信號處理塊長等參數(shù)選擇不同的圖論算法，對無向圖中的頂點重新編號；(5)根據(jù)更新的頂點編號，重排對稱正定矩陣的行列順序；(6)對經(jīng)過排序后的對稱正定矩陣進行Cholesky分解；(7)逐次求解以Cholesky分解所得下三角矩陣和上三角矩陣為系數(shù)的線性方程組，得到每用戶各發(fā)送天線上符號的估計值，即多用戶多天線CDMA系統(tǒng)的檢測結(jié)果。
該方法結(jié)合圖論在矩陣處理上的優(yōu)勢，通過簡單的矩陣行列排序操作，有效減少了Cholesky分解所得三角矩陣中非零元素的個數(shù)，既可以節(jié)省矩陣分解的運算量，又能夠降低后續(xù)線性方程組求解的運算次數(shù)，在保證多用戶多天線CDMA系統(tǒng)性能的前提下，顯著改善了其檢測譯碼的復雜度。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的對稱正定矩陣A；圖2示出了與圖1的對稱正定矩陣A相對應(yīng)的無向圖；圖3示出了圖1的對稱正定矩陣A的Cholesky分解結(jié)果；圖4示出了排序后的對稱正定矩陣的Cholesky分解結(jié)果。
具體實施例方式
針對存在的問題，結(jié)合圖論在矩陣處理上的優(yōu)勢，本發(fā)明提出了一種基于圖論的多用戶多天線CDMA系統(tǒng)檢測方法，具體步驟包括(1)在系統(tǒng)接收端，按照特定的方式構(gòu)建包含多用戶、多天線、多徑信道、擴頻碼字及信號處理塊長等特征的多用戶多天線CDMA系統(tǒng)矩陣H。若系統(tǒng)中有K個用戶，每用戶的發(fā)送天線數(shù)為M，擴頻因子為Q，系統(tǒng)的接收天線數(shù)為N，多徑數(shù)為W，每次處理塊長為Ns，則系統(tǒng)矩陣H為H=H(1,1,1)H(1,2,1)···H(1,M,1)H(1,1,2)H(1,2,2)···H(1,M,K)H(2,1,1)H(2,2,1)···H(2,M,1)H(2,1,2)H(2,2,2)···H(2,M,K)·····················H(N,1,1)H(N,2,1)···H(N,M,1)H(N,1,2)H(N,2,2)···H(N,M,K)N(QNs+W-1)*MKNs]]>其中， (2)將步驟(1)中系統(tǒng)矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置與其自身相乘，得到對稱正定矩陣A。
(3)基于圖論的思想，做出對稱正定矩陣A唯一對應(yīng)的無向圖G；(4)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)K，M，N，Q，W，Ns的具體取值，選擇不同的圖論算法(如，列計數(shù)算法、Cuthill-Mckee算法或最小度算法等)對無向圖中的頂點重新編號；(5)采用新的編號對矩陣A進行行列重新排序，得到A′；(6)對經(jīng)過排序的對稱正定矩陣A′進行Cholesky分解，得到一個下三角矩陣L′和一個上三角矩陣(L′)H；
(7)逐次求解以L′和(L′)H為系數(shù)的線性方程組，得到每用戶各發(fā)送天線上符號的估計值，即多用戶多天線CDMA系統(tǒng)的檢測結(jié)果。
特別地，當多用戶多天線CDMA系統(tǒng)為每用戶單天線發(fā)送、基站多天線接收時，該系統(tǒng)可以演化為傳統(tǒng)的TD-SCDMA系統(tǒng)，同時，系統(tǒng)矩陣演化為聯(lián)合檢測系統(tǒng)矩陣；當多用戶多天線CDMA系統(tǒng)中用戶數(shù)為1且擴頻因子也為1時，該系統(tǒng)演化為頻率選擇性衰落信道下的MIMO系統(tǒng)，同時，系統(tǒng)矩陣演化為頻選MIMO矩陣，更進一步，若信道為平坦衰落時(多徑數(shù)為1)，則系統(tǒng)演化為平坦MIMO系統(tǒng)，同時，系統(tǒng)矩陣演化為平坦MIMO矩陣。
下面結(jié)合附圖并參照具體實施方式
來描述本發(fā)明，以擴頻因子為1的單用戶2發(fā)4收3徑CDMA系統(tǒng)(即頻率選擇性衰落信道下的MIMO系統(tǒng))為例，每次處理塊長為8，此處選擇圖論中的列計數(shù)算法作為對無向圖重新編號的算法。
圖1示出了系統(tǒng)矩陣H生成的對稱正定矩陣A中非零元素的位置和數(shù)量，其中“×”表示A中非零元素的位置，nz表示A中非零元素的數(shù)量；圖2示出了對稱正定矩陣A所對應(yīng)的無向圖G，其中，無向圖G中圓圈外數(shù)字表示采用圖論算法(此處以列計數(shù)算法為例)得到的新的矩陣行列順序；圖3示出了對圖1中對稱正定矩陣A進行Cholesky分解所得下三角矩陣L的非零元素位置和數(shù)量；圖4示出了采用圖論算法(此處以列計數(shù)算法為例)排序后進行Cholesky分解所得下三角矩陣L′的非零元素位置和數(shù)量。
在系統(tǒng)接收端首先構(gòu)建系統(tǒng)矩陣H的模型，如式(3)所示。
將H的共軛轉(zhuǎn)置與其自身相乘，得到對稱正定矩陣A＝HH*H，其非零元素的位置和數(shù)量如圖1所示，所對應(yīng)的無向圖G如圖2所示；采用列計數(shù)算法對G進行重新編號，具體做法為設(shè)置一個整型數(shù)組NZ，初始化時依據(jù)頂點編號順序?qū)o向圖G中每個頂點的度放入NZ中，再按照由小到大的順序重新排列NZ中各元素，得到新的頂點編號順序；采用新的編號順序?qū)仃嘇進行行列重新排序，構(gòu)成A′；對A′進行Cholesky分解，得到一個下三角矩陣L′和一個上三角矩陣(L′)H，作為對比，若設(shè)A進行Cholesky分解所得的下三角矩陣為L，則L中非零元素的位置和數(shù)量如圖3所示，L′中非零元素的位置和數(shù)量如圖4所示；逐次求解以L′和(L′)H為系數(shù)的線性方程組，即可得到該用戶各發(fā)送天線上符號的估計值，即系統(tǒng)檢測譯碼結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種多用戶多天線碼分多址系統(tǒng)的檢測方法，包括步驟(1)在所述多用戶多天線碼分多址系統(tǒng)的接收端構(gòu)建系統(tǒng)矩陣H；(2)將所述系統(tǒng)矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置與其自身相乘，得到對稱正定矩陣A；(3)確定所述對稱正定矩陣唯一對應(yīng)的無向圖G；(4)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和具體應(yīng)用環(huán)境，對所述無向圖G中的頂點重新編號；(5)根據(jù)新的頂點編號，重排所述對稱正定矩陣的行列順序；(6)對所述排序后的對稱正定矩陣進行Cholesky分解；(7)逐次求解以Cholesky分解所得下三角矩陣和上三角矩陣為系數(shù)的線性方程組，得到每個用戶的各個發(fā)送天線上符號的估計值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟(1)中按照以下公式構(gòu)建系統(tǒng)矩陣H=H(1,1,1)H(1,2,1)···H(1,M,1)H(1,1,2)H(1,2,2)···H(1,M,K)H(2,1,1)H(2,2,1)···H(2,M,1)H(2,1,2)H(2,2,2)···H(2,M,K)························H(N,1,1)H(N,2,1)···H(N,M,1)H(N,1,2)H(N,2,2)···H(N,M,K)N(QNs+W-1)*MKNs.]]>其中 其中K為所述多用戶多天線碼分多址系統(tǒng)的用戶數(shù)，M為每用戶的發(fā)送天線數(shù)，Q為擴頻因子，N為系統(tǒng)的接收天線數(shù)，W為多徑數(shù)，Ns為每次處理塊長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟(4)中的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置包括所述多用戶多天線碼分多址系統(tǒng)的用戶數(shù)、收發(fā)天線數(shù)、多徑數(shù)、擴頻因子及信號處理塊長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中步驟(4)還包括步驟根據(jù)相應(yīng)的圖論算法，對無向圖G中的頂點重新編號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中步驟(4)還包括步驟根據(jù)所述多用戶多天線碼分多址系統(tǒng)的用戶數(shù)、收發(fā)天線數(shù)、多徑數(shù)、擴頻因子及信號處理塊長，選擇所述相應(yīng)的圖論算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述圖論算法包括列計數(shù)算法、Cuthill-Mckee算法或者最小度算法。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述多用戶多天線CDMA系統(tǒng)中，每用戶單天線發(fā)送，基站多天線接收。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述多用戶多天線CDMA系統(tǒng)中，用戶數(shù)為1，且擴頻因子也為1。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述多用戶多天線CDMA系統(tǒng)中，用戶數(shù)、收發(fā)天線數(shù)、多徑數(shù)、擴頻因子及數(shù)據(jù)處理塊長的其中一個為1，或者其中多個同時為1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多用戶多天線碼分多址系統(tǒng)的檢測方法，包括步驟在所述多用戶多天線碼分多址系統(tǒng)的接收端構(gòu)建系統(tǒng)矩陣H；將所述系統(tǒng)矩陣H的共軛轉(zhuǎn)置與其自身相乘，得到對稱正定矩陣A；確定所述對稱正定矩陣唯一對應(yīng)的無向圖G；根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和具體應(yīng)用環(huán)境，對所述無向圖G中的頂點重新編號；根據(jù)新的頂點編號，重排所述對稱正定矩陣的行列順序；對所述排序后的對稱正定矩陣進行Cholesky分解；逐次求解以Cholesky分解所得下三角矩陣和上三角矩陣為系數(shù)的線性方程組，得到每個用戶的各個發(fā)送天線上符號的估計值。
文檔編號H04J13/00GK101068116SQ20071011898
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者陶小峰, 張平, 徐瑨, 韓娟, 李立華, 田輝 申請人:北京郵電大學