專利名稱：多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的線性預(yù)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)中的線性預(yù)編碼技術(shù)，特別涉及一種多用戶多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中的線性預(yù)編碼方法。

背景技術(shù)：
在多用戶的MIMO正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中，多用戶的空間復(fù)用是一種提高無線頻譜利用率的重要技術(shù)。在多用戶MIMO系統(tǒng)中，如果基站使用相同的頻帶、相同的時(shí)隙與多個(gè)用戶通信，同時(shí)，在基站中沒有反映信道特性的信道狀態(tài)信息(CSI)，那么多個(gè)用戶間產(chǎn)生的共用信道干擾將無法消除，因而多用戶間共用信道也就幾乎不可能了。
然而事實(shí)上，可以通過多種方式獲得反映信道特性的CSI，例如通過信道估計(jì)獲取信道傳輸矩陣。在FDD系統(tǒng)中，可以通過終端的反饋獲得基站到用戶的下行信道傳輸矩陣，而在TDD系統(tǒng)中，可以直接通過信道估計(jì)獲得上行信道傳輸矩陣，并將該矩陣作為下行信道傳輸矩陣。這樣，基站就能夠獲得信道狀態(tài)信息，從而就可以通過線性預(yù)編碼來消除共用信道干擾，進(jìn)而可以通過多用戶間共用信道提高無線頻譜利用率。
采用線性預(yù)編碼消除共用信道干擾的主要思想是對(duì)于任意用戶而言，對(duì)該用戶的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)編碼，將線性預(yù)編碼后的信號(hào)發(fā)送到接收端。通過選擇合適的線性預(yù)編碼矩陣，能夠消除共用信道干擾。下面以一個(gè)具體的系統(tǒng)環(huán)境為例，說明現(xiàn)有的利用線性預(yù)編碼消除共用信道干擾的過程。
假定在多用戶MIMO OFDM系統(tǒng)中，某小區(qū)的基站有NT根發(fā)射天線，其中，任意用戶k(k＝1，2，...，K)的發(fā)射天線數(shù)為Nk，K為基站利用同一頻帶同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)。K個(gè)用戶終端上的接收天線總數(shù)為并且，基站的發(fā)射天線總數(shù)NT大于或等于用戶終端的接收天線總數(shù)NR。通過信道估計(jì)，基站能夠獲得該基站到用戶k的信道傳輸矩陣為

目前在上述系統(tǒng)中，對(duì)發(fā)送端信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)編碼以消除共用信道干擾的過程如下 首先，確定各個(gè)用戶的線性預(yù)編碼矩陣。
在介紹具體確定線性預(yù)編碼矩陣的過程前，首先推導(dǎo)為消除共用信道干擾，線性預(yù)編碼矩陣需要滿足的條件 在消除共用信道干擾時(shí)，系統(tǒng)中的共用信道干擾為主要干擾，于是用戶k的干擾信道傳輸矩陣可以表示為 在發(fā)送端，假定用戶k的發(fā)射信號(hào)為sk，該發(fā)射信號(hào)為一個(gè)包括Nk個(gè)元素的矢量，將發(fā)射信號(hào)sk與線性預(yù)編碼矩陣Tk(維數(shù)為NT×Nk)相乘，得到經(jīng)過線性預(yù)編碼的信號(hào)Tksk。在對(duì)多用戶進(jìn)行空間復(fù)用時(shí)，所有K個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)均進(jìn)行線性預(yù)編碼，然后再將K個(gè)用戶的經(jīng)過線性預(yù)編碼處理的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行疊加得到疊加信號(hào)

基站該疊加信號(hào)通過NT根發(fā)射天線同時(shí)發(fā)送出去。
在接收端，任意用戶k接收到的信號(hào)可以表示為其中，HkTksk表示用戶接收到的有用信號(hào)，nk表示高斯噪聲，

表示共用信道干擾。
通過線性預(yù)編碼消除共用信道干擾

也就是尋找合適的Tk，使HkTi＝0，i＝1，...，K，其中，i≠k。另外，為避免線性預(yù)編碼矩陣的引入對(duì)信號(hào)傳輸功率造成影響，線性預(yù)編碼矩陣Tk還要進(jìn)一步滿足由此可得，發(fā)送端確定線性預(yù)編碼矩陣的過程，也就是針對(duì)各個(gè)用戶，尋找需要滿足條件(1)的各個(gè)Tk的過程。
當(dāng)線性預(yù)編碼矩陣滿足上述條件時(shí)，對(duì)于K個(gè)用戶中的任意一個(gè)，其它用戶帶來的共用信道干擾都可以完全消除，這樣，下行鏈路信道就可以看作是K個(gè)相互獨(dú)立的并行鏈路，每個(gè)用戶可以在各自的子鏈路中進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)和信道估計(jì)。
至此，便得到為消除共用信道干擾，線性預(yù)編碼矩陣需要滿足的條件。目前，根據(jù)該條件具體確定線性預(yù)編碼矩陣的步驟包括 步驟1，根據(jù)信道估計(jì)的結(jié)果確定干擾信道傳輸矩陣HK； 步驟2，對(duì)干擾信道傳輸矩陣HK進(jìn)行SVD分解，確定線性預(yù)編碼矩陣。
本步驟中，可以通過SVD分解尋找與干擾信道傳輸矩陣HK中的列矢量正交的矢量，利用這些正交的矢量構(gòu)造線性預(yù)編碼矩陣Tk。
上述通過步驟1和步驟2確定用戶k的線性預(yù)編碼矩陣Tk的過程對(duì)于任意用戶均相同，也就是說，對(duì)所有K個(gè)用戶應(yīng)用上述步驟1和步驟2，就可以得到所有K個(gè)用戶各自對(duì)應(yīng)的線性預(yù)編碼矩陣。
接下來，利用構(gòu)造好的線性預(yù)編碼矩陣對(duì)各個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)編碼處理。
具體進(jìn)行線性預(yù)編碼處理的方式具體為將任意用戶對(duì)應(yīng)的線性預(yù)編碼矩陣與該用戶的發(fā)射信號(hào)相乘，然后通過NT根天線發(fā)射出去。
至此，現(xiàn)有的線性預(yù)編碼方法流程結(jié)束。在該過程中，步驟1和步驟2確定線性預(yù)編碼矩陣時(shí)，需要對(duì)干擾信道傳輸矩陣HK進(jìn)行SVD分解，而SVD分解本身的計(jì)算復(fù)雜度較大，因此造成在發(fā)送端對(duì)信號(hào)進(jìn)行的線性預(yù)編碼復(fù)雜度增大，線性預(yù)編碼效率低。另外，采用SVD分解進(jìn)行線性預(yù)編碼時(shí)，無法利用進(jìn)一步的SVD分解的排序處理，進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種多用戶MIMO系統(tǒng)中的線性預(yù)編碼方法，能夠提高線性預(yù)編碼的效率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案 一種多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的線性預(yù)編碼方法，包括 根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果確定系統(tǒng)中各個(gè)用戶的干擾信道傳輸矩陣Hk，其中，k為用戶索引，k＝1，2，...，K，K為系統(tǒng)基站在同一頻帶范圍內(nèi)同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)；對(duì)任意用戶的干擾信道傳輸矩陣Hk的共軛轉(zhuǎn)置矩陣

進(jìn)行QR分解，根據(jù)所述QR分解的結(jié)果構(gòu)造該用戶的線性預(yù)編碼矩陣Tk； 利用構(gòu)造的線性預(yù)編碼矩陣Tk分別對(duì)各個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)sk進(jìn)行線性預(yù)編碼。
較佳地，所述對(duì)任意用戶的干擾信道傳輸矩陣Hk的共軛轉(zhuǎn)置矩陣

進(jìn)行QR分解為將所述

分解為歸一化正交矩陣Qk和上三角矩陣Rk的乘積，其中，Qk矩陣按列分為兩個(gè)分矩陣，Rk矩陣按行分為兩個(gè)分矩陣，Qk矩陣的第一分矩陣為Qk矩陣的前

列，Qk矩陣的第二分矩陣為Qk矩陣的后

列，Rk矩陣的第一分矩陣為Rk矩陣的前

行，Rk矩陣的第二分矩陣為Rk矩陣的后

行，所述Rk矩陣的第一分矩陣為上三角矩陣，Rk矩陣的第二分矩陣為零矩陣，NT為基站的發(fā)射天線總數(shù)，Nk為用戶k的接收天線數(shù)，K為系統(tǒng)在同一頻帶上同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)。
較佳地，所述根據(jù)QR分解的結(jié)果構(gòu)造該用戶的線性預(yù)編碼矩陣Tk為在Qk矩陣的第二分矩陣

中，選擇任意Nk個(gè)列矢量作為用戶k的線性預(yù)編碼矩陣的列矢量。
較佳地，所述根據(jù)QR分解的結(jié)果構(gòu)造該用戶的線性預(yù)編碼矩陣Tk為根據(jù)Qk矩陣的第二分矩陣

和基站到用戶k的信道傳輸矩陣Hk，構(gòu)造用戶k的等效信道矩陣Hek； 對(duì)所述等效信道矩陣Hek的共軛轉(zhuǎn)置矩陣

進(jìn)行QR分解，將其分解為歸一化正交矩陣Vek和上三角矩陣Rek的乘積，其中，Vek和Rek矩陣分別包括兩個(gè)分矩陣，Vek矩陣的第一分矩陣

為Vek矩陣的前Nk列，Vek矩陣的第二分矩陣

為Vek矩陣的后(

)列，Rek矩陣的第一分矩陣為Rek矩陣的前Nk行，Rek矩陣的第二分矩陣為Rek矩陣的后(

)行，所述Rek矩陣的第一分矩陣為上三角矩陣，所述Rek矩陣的第二分矩陣為零矩陣； 將Vek矩陣的第一分矩陣

與所述Qk矩陣的第二分矩陣

之積作為用戶k的線性預(yù)編碼矩陣。
較佳地，所述根據(jù)Qk矩陣的第二分矩陣

和基站到用戶k的信道傳輸矩陣Hk構(gòu)造用戶k的等效信道矩陣Hek為 較佳地，所述對(duì)

進(jìn)行的QR分解為排序QR分解。
較佳地，利用施密特變換對(duì)

進(jìn)行排序QR分解，或者，利用豪思霍德householder變換對(duì)

進(jìn)行排序QR分解。
較佳地，該方法進(jìn)一步包括在接收端，利用排序的QR分解對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
較佳地，所述根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果確定系統(tǒng)中各個(gè)用戶的干擾信道傳輸矩陣Hk為其中，Hk為基站到用戶k的信道傳輸矩陣。
由上述技術(shù)方案可見，在本發(fā)明中，首先根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果確定系統(tǒng)中各個(gè)用戶的干擾信道傳輸矩陣；然后，對(duì)任意用戶的干擾信道傳輸矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解，利用QR分解的結(jié)果構(gòu)造該用戶的線性預(yù)編碼矩陣；最后，利用構(gòu)造的線性預(yù)編碼矩陣分別對(duì)各個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)編碼。通過本發(fā)明的線性預(yù)編碼方法，能夠利用QR分解確定線性預(yù)編碼矩陣，以消除共用信道干擾。



圖1為本發(fā)明提供的多用戶的MIMO系統(tǒng)中的線性預(yù)編碼方法總體流程圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中線性預(yù)編碼方法的具體流程圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例二中線性預(yù)編碼方法的具體流程圖。
圖4為應(yīng)用實(shí)施例一和二的方法進(jìn)行線性預(yù)編碼，與應(yīng)用背景技術(shù)中的方法進(jìn)行線性預(yù)編碼所得的性能比較示意圖。
圖5為應(yīng)用本發(fā)明的方法進(jìn)行線性預(yù)編碼時(shí)，發(fā)送端和接收端采用傳統(tǒng)QR分解和采用排序QR分解的性能比較示意圖。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)手段和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明的基本思想是利用QR分解代替SVD分解，從而降低線性預(yù)編碼過程中的計(jì)算復(fù)雜度。
圖1為本發(fā)明提供的多用戶MIMO系統(tǒng)中線性預(yù)編碼方法的總體流程圖。如圖1所示，該方法包括 步驟101，根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果確定系統(tǒng)中各個(gè)用戶的干擾信道傳輸矩陣Hk。
本步驟中，k為用戶索引，如前所述，系統(tǒng)基站在同一頻帶范圍內(nèi)同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)為K，也就是說，k＝1，2，...，K。
步驟102，對(duì)任意用戶k的干擾信道傳輸矩陣Hk的共軛轉(zhuǎn)置矩陣

進(jìn)行QR分解，并根據(jù)QR分解的結(jié)果構(gòu)造該用戶的線性預(yù)編碼矩陣Tk。
利用對(duì)

進(jìn)行的QR分解，尋找與干擾信道傳輸矩陣Hk中的各個(gè)行矢量正交的矢量，利用這些矢量構(gòu)造線性預(yù)編碼矩陣Tk，從而滿足公式(1)的限制條件。
步驟103，利用構(gòu)造的線性預(yù)編碼矩陣Tk分別對(duì)各個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)sk進(jìn)行線性預(yù)編碼。
至此，本發(fā)明提供的線性預(yù)編碼方法流程結(jié)束。在上述方法中，利用QR分解確定線性預(yù)編碼矩陣，從而實(shí)現(xiàn)了消除共用信道干擾的目的。具體通過QR分解確定線性預(yù)編碼矩陣的具體實(shí)施方式
將在具體實(shí)施例中進(jìn)行詳述。
在下面的實(shí)施例中，應(yīng)用的系統(tǒng)環(huán)境與背景技術(shù)中描述的相同。這里就不再贅述。
實(shí)施例一 圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中線性預(yù)編碼方法的具體流程圖。如圖2所示，該方法包括 首先確定各個(gè)用戶的線性預(yù)編碼矩陣，在此過程中，對(duì)于不同的用戶，確定線性預(yù)編碼矩陣的方式均相同，下面以確定用戶k的線性預(yù)編碼矩陣為例，說明該確定過程。
步驟201，基站根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果確定用戶k的干擾信道傳輸矩陣Hk。
本步驟中，根據(jù)信道估計(jì)，得到基站到各個(gè)用戶的下行鏈路信道傳輸矩陣Hk，k＝1，2，...，K，并確定用戶的干擾信道傳輸矩陣Hk為由

的組成可見，

的維數(shù)是

其中，

表示K個(gè)用戶中除用戶k之外的其它用戶的接收天線總數(shù)。
上述信道估計(jì)確定Hk的過程可以采用現(xiàn)有的方式實(shí)現(xiàn)，例如，在FDD系統(tǒng)中，終端進(jìn)行信道估計(jì)得到下行鏈路信道傳輸矩陣Hk，再反饋給基站；在TDD系統(tǒng)中，基站進(jìn)行信道估計(jì)得到上行鏈路信道傳輸矩陣，并將其作為相應(yīng)的下行鏈路信道傳輸矩陣Hk。在本發(fā)明中，假定基站到各個(gè)用戶的信道傳輸矩陣Hk，相互間互不相關(guān)。
步驟202，對(duì)用戶k的干擾信道傳輸矩陣Hk的共軛轉(zhuǎn)置矩陣

進(jìn)行QR分解。
對(duì)

進(jìn)行QR分解為其中，Qk為NT×NT的歸一化正交矩陣，Rk為

的上三角矩陣。
由于假設(shè)

中的各個(gè)分矩陣互不相關(guān)，因此QR分解后得到的Rk矩陣中前

行構(gòu)成的

的方陣是上三角矩陣，而余下的

行元素則均為0。因此，可以如公式(2)所示，將Rk矩陣按行分為上下兩個(gè)分矩陣，第一分矩陣

為Rk矩陣的前

行，是一個(gè)上三角矩陣；第二分矩陣0k為Rk矩陣的后(

)行，是一個(gè)零矩陣。
相應(yīng)地，將Qk按列分為左右兩個(gè)分矩陣，第一分矩陣

為Qk矩陣的前

列，與Rk矩陣的第一分矩陣

對(duì)應(yīng)；第二分矩陣為Qk矩陣的后

列，與Rk矩陣的第二分矩陣0k對(duì)應(yīng)。
通過上述分解

與零矩陣0k對(duì)應(yīng)，因此，該

矩陣中的任意列矢量均與干擾信道傳輸矩陣Ｈk中的任意列矢量相互正交。
步驟203，在Qk矩陣的第二分矩陣

中選擇Nk個(gè)列矢量作為線性預(yù)編碼矩陣的列矢量，形成線性預(yù)編碼矩陣。
如前所述，按照步驟202中所述的方式進(jìn)行QR分解后，得到的Qk是歸一化的正交矩陣，并且Qk矩陣的第二分矩陣

中的列矢量均與干擾信道傳輸矩陣Hk中的任意列矢量相互正交。因此，從

中選擇Nk個(gè)列矢量構(gòu)成線性預(yù)編碼矩陣一定滿足公式(1)所示的限制條件。
具體地，當(dāng)基站的發(fā)射天線數(shù)NT大于系統(tǒng)中K個(gè)用戶的接收天線總和NR時(shí)，

的列數(shù)

大于Nk，也就是說

中可以作為線性預(yù)編碼矩陣的列矢量的個(gè)數(shù)大于Nk個(gè)，這時(shí)，可以在

中選擇任意的Nk個(gè)列矢量作為線性預(yù)編碼矩陣的列矢量。
當(dāng)基站的發(fā)射天線數(shù)NT等于系統(tǒng)中K個(gè)用戶的接收天線總和NR時(shí)，

的列數(shù)

等于Nk，也就是說

中可以作為線性預(yù)編碼矩陣的列矢量的個(gè)數(shù)等于Nk個(gè)，那么就可以將

直接作為線性預(yù)編碼矩陣Tk。
經(jīng)過上述步驟201～203即能夠確定任意用戶k的線性預(yù)編碼矩陣。當(dāng)確定系統(tǒng)中K個(gè)用戶各自的線性預(yù)編碼矩陣后，就可以通過下面的步驟進(jìn)行線性預(yù)編碼。
步驟204，利用構(gòu)造的線性預(yù)編碼矩陣Tk分別對(duì)各個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)sk進(jìn)行線性預(yù)編碼。
本步驟中，對(duì)于用戶k的發(fā)射信號(hào)sk，對(duì)其進(jìn)行線性預(yù)編碼的方式為計(jì)算線性預(yù)編碼矩陣Tk與發(fā)射信號(hào)sk的乘積。對(duì)各個(gè)用戶均進(jìn)行線性預(yù)編碼后，將疊加的信號(hào)從NT根發(fā)射天線發(fā)送出去。
至此，本實(shí)施例中的方法流程結(jié)束。由上述流程可見，本實(shí)施例中，通過將

進(jìn)行QR分解得到Qk和Rk矩陣，在Qk中存在與Rk矩陣內(nèi)取值為零的分矩陣相對(duì)應(yīng)的分矩陣

通過在

中選擇列矢量來構(gòu)造線性預(yù)編碼矩陣。由于

與Rk中取值為零的分矩陣相對(duì)應(yīng)，因此按照該方式構(gòu)造的線性預(yù)編碼矩陣一定滿足公式(1)，從而完全消除了共用信道干擾；同時(shí)，線性預(yù)編碼矩陣的確定利用QR分解實(shí)現(xiàn)，避免采用SVD分解帶來的計(jì)算復(fù)雜度，進(jìn)而降低了線性預(yù)編碼過程的計(jì)算復(fù)雜度。
另外，在實(shí)施例一中，當(dāng)NT>NR時(shí)，

中列矢量的選擇是任意的，這時(shí)，必然有部分

中列矢量沒有在線性預(yù)編碼過程中起作用。事實(shí)上，根據(jù)

矩陣構(gòu)造線性預(yù)編碼矩陣時(shí)，還可以進(jìn)一步利用

中的所有列矢量，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。下面通過實(shí)施例二介紹具體實(shí)現(xiàn)方式。
實(shí)施例二 圖3為本發(fā)明實(shí)施例二中線性預(yù)編碼方法的具體流程圖。如圖3所示，該方法包括 首先確定各個(gè)用戶的線性預(yù)編碼矩陣，在此過程中，對(duì)于不同的用戶，確定線性預(yù)編碼矩陣的方式均相同，下面以確定用戶k的線性預(yù)編碼矩陣為例，說明該確定過程。
步驟301～302，基站根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果確定用戶k的干擾信道傳輸矩陣Hk；對(duì)用戶k的干擾信道傳輸矩陣Hk的共軛轉(zhuǎn)置矩陣

進(jìn)行QR分解。
上述步驟301～302中的操作與實(shí)施例一的步驟201～202中的操作相同，這里就不再贅述。
在本實(shí)施例中，假定用戶k的線性預(yù)編碼矩陣為由于

中的各個(gè)列矢量均與干擾信道傳輸矩陣Hk中的任意列矢量相互正交，因此，只要Vk滿足那么矩陣Tk一定滿足公式(1)的限制條件。
該線性預(yù)編碼矩陣對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)編碼處理后，接收端接收到的信號(hào)可以表示為由于

滿足公式(1)的限制條件，因此共用信道干擾項(xiàng)

為0。
為使系統(tǒng)進(jìn)一步提高接收性能，應(yīng)通過合理選擇Vk，盡量將用戶k接收的信號(hào)

的功率最大化。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以將

看作用戶k的等效信道矩陣，然后通過QR分解確定用戶信號(hào)如何分配(也就是選擇合適的Vk)，增強(qiáng)接收端接收到的信號(hào)。
具體地，確定Vk的步驟如下所示 步驟303，根據(jù)Qk矩陣的第二分矩陣

和基站到用戶k的信道傳輸矩陣Hk構(gòu)造用戶k的等效信道矩陣Hek。
本步驟中，具體構(gòu)造等效信道矩陣Hek的方式為將基站到用戶k的信道傳輸矩陣Hk與Qk矩陣的第二分矩陣

的乘積作為等效信道矩陣Hek，即其中，Hk為Nk×NT的矩陣，

為

的矩陣。如前所述，確定合適的Vk，使得用戶信號(hào)能夠根據(jù)基站到用戶k的傳輸信道狀況特征加權(quán)，增強(qiáng)接收端接收到的信號(hào)。
步驟304，對(duì)等效信道矩陣Hek的共軛轉(zhuǎn)置矩陣

進(jìn)行QR分解。
對(duì)

進(jìn)行QR分解為其中，Vek為

的歸一化正交矩陣，Rek為

的上三角矩陣。
其中，Rek矩陣按行分為上下兩個(gè)分矩陣，Rek的第一分矩陣為Rek矩陣的前Nk行，是一個(gè)上三角矩陣；第二分矩陣0k為Rk矩陣的后

行，是一個(gè)零矩陣。
相應(yīng)地，將Vek按列分為左右兩個(gè)分矩陣第一分矩陣

為Vek矩陣的前Nk列，與Rek矩陣的第一分矩陣對(duì)應(yīng)；第二分矩陣

為Vek矩陣的后

列，與Rk矩陣的第二分矩陣對(duì)應(yīng)。
通過上述分解，

與Rek中的非零分矩陣對(duì)應(yīng)，因此，將

作為Vk，使得用戶k的信號(hào)在基站端基于到用戶k的等效傳輸信道Hek上加權(quán)，能使接收端接收到的有用信號(hào)

更大。
步驟305，將Vek矩陣的第一分矩陣

作為Vk，構(gòu)造用戶k的線性預(yù)編碼矩陣。
如前所述，本實(shí)施例中的而因此可得構(gòu)造用戶k的線性預(yù)編碼矩陣為 經(jīng)過上述步驟301～305即能夠確定任意用戶k的線性預(yù)編碼矩陣。當(dāng)確定系統(tǒng)中K個(gè)用戶各自的線性預(yù)編碼矩陣后，就可以通過下面的步驟進(jìn)行線性預(yù)編碼。
步驟306，利用構(gòu)造的線性預(yù)編碼矩陣Tk分別對(duì)各個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)sk進(jìn)行線性預(yù)編碼。
本步驟中的操作與實(shí)施例一的步驟204中的操作相同，這里就不再贅述。
至此，本實(shí)施例中的方法流程結(jié)束。由上述流程可見，本實(shí)施例中，確定線性預(yù)編碼矩陣時(shí)，與實(shí)施例一類似，根據(jù)QR分解確定線性預(yù)編碼矩陣。并且，本實(shí)施例中，在確定Qk的第二分矩陣

后，進(jìn)一步通過選擇合適的Vk確定線性預(yù)編碼矩陣，使用戶信號(hào)的能量更集中于基站到該用戶的傳輸信道上，從而提高接收端有用信號(hào)的功率，進(jìn)而提高信號(hào)檢測(cè)的信噪比。
根據(jù)本實(shí)施例和實(shí)施例一的方法，進(jìn)行了線性預(yù)編碼的系統(tǒng)性能仿真。圖4為應(yīng)用實(shí)施例一和二的方法進(jìn)行線性預(yù)編碼，與應(yīng)用背景技術(shù)中的方法進(jìn)行線性預(yù)編碼所得的性能比較示意圖。該系統(tǒng)性能仿真的仿真參數(shù)為在3用戶的MIMO系統(tǒng)中，每個(gè)用戶有兩根接收天線，接收端采用ZF-VBLAST檢測(cè)器。如圖4所示，橫軸表示接收端檢測(cè)信號(hào)的信噪比，縱軸表示接收端檢測(cè)信號(hào)的誤碼率。
其中，曲線401(虛線)為發(fā)送端有6根天線的情況下，依照本發(fā)明實(shí)施例一的方法進(jìn)行線性預(yù)編碼后，檢測(cè)信號(hào)的信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線；曲線402(實(shí)線)為發(fā)送端有6根天線的情況下，依照背景技術(shù)中的方法(即基于SVD分解)進(jìn)行線性預(yù)編碼后，檢測(cè)信號(hào)的信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線；曲線403(虛線)為發(fā)送端有7根天線的情況下，依照本發(fā)明實(shí)施例二的方法進(jìn)行線性預(yù)編碼后，檢測(cè)信號(hào)的信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線；曲線404(實(shí)線)為發(fā)送端有7根天線的情況下，依照背景技術(shù)中的方法(即基于SVD分解)進(jìn)行線性預(yù)編碼后，檢測(cè)信號(hào)的信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線。
由曲線401和402的比較、以及曲線403和404的比較可見，本發(fā)明中的方法與背景技術(shù)中的方法進(jìn)行線性預(yù)編碼后，其系統(tǒng)性能非常接近，但是顯然，本發(fā)明中的方法由于利用QR分解代替了SVD分解，從而大大降低了線性預(yù)編碼的計(jì)算復(fù)雜度。
另外，根據(jù)曲線401和403的比較可見，按照本發(fā)明實(shí)施例二的方式確定線性預(yù)編碼矩陣，并進(jìn)行線性預(yù)編碼的方式與本發(fā)明實(shí)施例一的方式相比，能夠帶來更好的系統(tǒng)性能，在誤碼率為10-2時(shí)，系統(tǒng)增益為7dB。
在上述實(shí)施例二中，利用基站到用戶k的信道傳輸矩陣和QR分解后得到的Q矩陣中的第二分矩陣構(gòu)造了等效信道矩陣，進(jìn)一步對(duì)該等效信道矩陣Hek的共軛轉(zhuǎn)置矩陣

進(jìn)行QR分解，從而確定用戶k的線性預(yù)編碼矩陣。其中，在實(shí)施例二中，對(duì)

矩陣進(jìn)行QR分解為傳統(tǒng)的QR分解，事實(shí)上，通過對(duì)

矩陣進(jìn)行排序的QR分解，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。
具體地，對(duì)

進(jìn)行排序的QR分解可以有多種方式進(jìn)行，例如利用施密特變換進(jìn)行排序的QR分解或利用豪思霍德(Householder)變換進(jìn)行排序的QR分解。其中，利用Householder變換進(jìn)行排序QR分解的具體流程可以如下進(jìn)行 1INPUTH 2OUTPUTQ and P 3Q＝IM；P＝IN； 4for k＝1 to N do 5for n＝k to N do 6NormAll(n)＝norm(H(k:M，n))；％norm表示取向量的范數(shù) 7end for 8q＝min(NormALL(k:N))；％q為具有最小范數(shù)的列 9if k＝M 10break； 11end； 12[v，β]＝Householder(H(k:M，q))； 13v＝
T Qt＝IM-β*v*vH 14H＝Qt*H；Q＝Q*Qt； 15exchange the kth column and qth column of H and P 16end for ％M為H的行維數(shù)，N為列維數(shù) 在上述流程中，輸入的矩陣是

輸出的Q矩陣是歸一化正交矩陣Vek，另外還輸出一個(gè)矩陣P。利用上述過程完成排序的QR分解后，上三角矩陣至此，便得到QR分解后的歸一化正交矩陣Vek和上三角矩陣Rek，然后，依照步驟305的方式確定線性預(yù)編碼矩陣。
經(jīng)過上述方式確定線性預(yù)編碼矩陣后，對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)編碼處理并發(fā)送。在接收端，相應(yīng)地，采用排序的QR分解進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，從而能夠提高系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)性能，改善信號(hào)檢測(cè)的誤碼率。并且，與傳統(tǒng)的QR分解相比，排序的QR分解并未帶來額外的計(jì)算量，因此如果接收端采用排序的QR分解進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，那么發(fā)送端可以利用上述方式對(duì)等效信道矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行排序的QR分解，再構(gòu)造線性預(yù)編碼矩陣，從而能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。而在背景技術(shù)中介紹的利用SVD分解確定線性預(yù)編碼矩陣、進(jìn)而進(jìn)行線性預(yù)編碼的方法中，一方面SVD分解的計(jì)算復(fù)雜度使得整個(gè)線性預(yù)編碼的計(jì)算復(fù)雜度較高，造成線性預(yù)編碼的效率較低；另一方面，SVD分解無法利用排序的方式進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。
圖5為應(yīng)用本發(fā)明的方法進(jìn)行線性預(yù)編碼時(shí)，發(fā)送端和接收端采用傳統(tǒng)QR分解和采用排序QR分解的性能比較示意圖。該性能比較的仿真參數(shù)為在3用戶的MIMO系統(tǒng)中，每個(gè)用戶有兩根接收天線，基站共有7根發(fā)射天線，接收端采用ZF-VBLAST檢測(cè)器。如圖5所示，橫軸表示接收端檢測(cè)信號(hào)的信噪比，縱軸表示接收端檢測(cè)信號(hào)的誤碼率。
其中，曲線501為發(fā)送端和接收端均采用傳統(tǒng)QR分解時(shí)，檢測(cè)信號(hào)端信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線；曲線502為發(fā)送端采用排序QR分解、接收端采用傳統(tǒng)QR分解時(shí)，檢測(cè)信號(hào)端信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線；曲線503為發(fā)送端采用傳統(tǒng)QR分解、接收端采用排序QR分解時(shí)，檢測(cè)信號(hào)端信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線；曲線504為發(fā)送端和接收端均采用排序QR分解時(shí)，檢測(cè)信號(hào)端信噪比與誤碼率的關(guān)系曲線。
通過比較曲線501和502可見，當(dāng)接收端采用傳統(tǒng)QR分解時(shí)，發(fā)送端是否采用排序QR分解，對(duì)系統(tǒng)性能帶來的影響并不大。通過比較曲線501和503可見，當(dāng)發(fā)送端均采用排序QR分解時(shí)，接收端采用排序QR分解和采用傳統(tǒng)QR分解相比，系統(tǒng)性能明顯提高，在誤碼率為10-3時(shí)，系統(tǒng)性能提高1dB，在誤碼率為10-4時(shí)，系統(tǒng)性能提高2dB。并且，曲線504中所示的發(fā)送端和接收端均采用排序QR分解時(shí)，系統(tǒng)性能最佳。
以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的線性預(yù)編碼方法，其特征在于，該方法包括
根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果確定系統(tǒng)中各個(gè)用戶的干擾信道傳輸矩陣Hk，其中，k為用戶索引，k＝1，2，...，K，K為系統(tǒng)基站在同一頻帶范圍內(nèi)同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)；
對(duì)任意用戶的干擾信道傳輸矩陣Hk的共軛轉(zhuǎn)置矩陣
進(jìn)行QR分解，根據(jù)所述QR分解的結(jié)果構(gòu)造該用戶的線性預(yù)編碼矩陣Tk；
利用構(gòu)造的線性預(yù)編碼矩陣Tk分別對(duì)各個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)sk進(jìn)行線性預(yù)編碼。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)任意用戶的干擾信道傳輸矩陣Hk的共軛轉(zhuǎn)置矩陣
進(jìn)行QR分解為將所述
分解為歸一化正交矩陣Qk和上三角矩陣Rk的乘積，其中，Qk矩陣按列分為兩個(gè)分矩陣，Rk矩陣按行分為兩個(gè)分矩陣，Qk矩陣的第一分矩陣為Qk矩陣的前
列，Qk矩陣的第二分矩陣為Qk矩陣的后
列，Rk矩陣的第一分矩陣為Rk矩陣的前
行，Rk矩陣的第二分矩陣為Rk矩陣的后
行，所述Rk矩陣的第一分矩陣為上三角矩陣，Rk矩陣的第二分矩陣為零矩陣，NT為基站的發(fā)射天線總數(shù)，Nk為用戶k的接收天線數(shù)，K為系統(tǒng)在同一頻帶上同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)QR分解的結(jié)果構(gòu)造該用戶的線性預(yù)編碼矩陣Tk為在Qk矩陣的第二分矩陣
中，選擇任意Nk個(gè)列矢量作為用戶k的線性預(yù)編碼矩陣的列矢量。
4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)QR分解的結(jié)果構(gòu)造該用戶的線性預(yù)編碼矩陣Tk為
根據(jù)Qk矩陣的第二分矩陣
和基站到用戶k的信道傳輸矩陣Hk，構(gòu)造用戶k的等效信道矩陣Hek；
對(duì)所述等效信道矩陣Hek的共軛轉(zhuǎn)置矩陣
進(jìn)行QR分解，將其分解為歸一化正交矩陣Vek和上三角矩陣Rek的乘積，其中，Vek和Rek矩陣分別包括兩個(gè)分矩陣，Vek矩陣的第一分矩陣
為Vek矩陣的前Nk列，Vek矩陣的第二分矩陣
為Vek矩陣的后
列，Rek矩陣的第一分矩陣為Rek矩陣的前Nk行，Rek矩陣的第二分矩陣為Rek矩陣的后
行，所述Rek矩陣的第一分矩陣為上三角矩陣，所述Rek矩陣的第二分矩陣為零矩陣；
將Vek矩陣的第一分矩陣
與所述Qk矩陣的第二分矩陣
之積作為用戶k的線性預(yù)編碼矩陣。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)Qk矩陣的第二分矩陣
和基站到用戶k的信道傳輸矩陣Hk構(gòu)造用戶k的等效信道矩陣Hek為
6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述對(duì)
進(jìn)行的QR分解為排序QR分解。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，利用施密特變換對(duì)
進(jìn)行排序QR分解，或者，利用豪思霍德householder變換對(duì)
進(jìn)行排序QR分解。
8、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括在接收端，利用排序的QR分解對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果確定系統(tǒng)中各個(gè)用戶的干擾信道傳輸矩陣Hk為其中，Hk為基站到用戶k的信道傳輸矩陣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的線性預(yù)編碼方法，該方法包括根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果確定系統(tǒng)中各個(gè)用戶的干擾信道傳輸矩陣HK，其中，k為用戶索引，k＝1，2，...，K，K為系統(tǒng)基站在同一頻帶范圍內(nèi)同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)；對(duì)任意用戶的干擾信道傳輸矩陣HK的共軛轉(zhuǎn)置矩陣HKH進(jìn)行QR分解，根據(jù)所述QR分解的結(jié)果構(gòu)造該用戶的線性預(yù)編碼矩陣Tk；利用構(gòu)造的線性預(yù)編碼矩陣Tk分別對(duì)各個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)sk進(jìn)行線性預(yù)編碼。
文檔編號(hào)H04B7/02GK101394254SQ20071012205
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月20日
發(fā)明者王大飛, 拉蓋施, 強(qiáng) 薛 申請(qǐng)人:鼎橋通信技術(shù)有限公司