專利名稱：用于在mimo無線電系統(tǒng)中發(fā)送信息的預(yù)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信并且更具體地涉及一種發(fā)送包括如下符號(hào)的發(fā)送向量的方法、無線電系統(tǒng)、信號(hào)處理單元、發(fā)送站、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)程序分發(fā)介質(zhì)，這些符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的一個(gè)或者多個(gè)接收站。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及對多用戶信道的利用，其中單個(gè)發(fā)送站在同一資源單元內(nèi)向數(shù)個(gè)接收站發(fā)送數(shù)據(jù)。如果發(fā)送站具有數(shù)個(gè)天線，則有可能僅通過使用信道的空間性質(zhì)來分離用戶。這使得系統(tǒng)吞吐量顯著增強(qiáng)，因?yàn)闊o需在時(shí)域、頻域或者碼域中分離用戶。
多輸入多輸出(MIMO)無線才支術(shù)近來已經(jīng)廣受關(guān)注。已經(jīng)建議將MIMO技術(shù)用于在包括未來蜂窩通信、交通工具通信、無線局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)以及軍事通信的若干應(yīng)用領(lǐng)域中。
MIMO技術(shù)具有顯著增加信道容量而同時(shí)又提高鏈路可靠性的能力。通過使用空間分集來實(shí)現(xiàn)MIMO技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。MIMO系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)從多個(gè)發(fā)送天線上發(fā)送到接收器終端中的多個(gè)接收天線。當(dāng)同時(shí)通過多個(gè)信道發(fā)送多個(gè)信號(hào)時(shí)，在多個(gè)發(fā)送天線與接收天線之間的信號(hào)獨(dú)立波動(dòng)和衰落。可以在發(fā)送器中利用特定的空時(shí)碼對發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行編碼，而通過在接收器處執(zhí)行相應(yīng)處理可以適當(dāng)?shù)靥崛〉讓訑?shù)據(jù)。目前深入研究此類組合式預(yù)編碼和均衡器設(shè)計(jì)的可能性。
對于各用戶僅有單個(gè)接收天線的情況，在文獻(xiàn)中有各種預(yù)編碼機(jī)制可用。對于每個(gè)用戶有多個(gè)接收天線的更一般情況，近來已經(jīng)才是出一些機(jī)制。此類現(xiàn)有4支術(shù)文獻(xiàn)的示例包括Q. H. Spencer、 A. L.Swindlehurst和M. Haardt的"Zero-Forcing Methods for DownlinkSpatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels"(IEEE Trans. SignalProcessing,第52巻第2期第461-471頁、2004年2月)；以及V.Stankovic和M. Haardt在Wireless World Research Forum (WWRF)第12次會(huì)議(加拿大多倫多、ON、2004年11月)的學(xué)報(bào)中的"Multi-UserMIMO Downlink Precoding for users with multiple antennas"。 然而,迄今為止提出的技術(shù)依賴于源自單個(gè)接收天線情況的特別(ad-hoc)設(shè)計(jì)，并因此在最小均方誤差(MMSE)意義上并非最優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種將信息從具有多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站發(fā)送到具有多個(gè)接收天線的接收站的改進(jìn)方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種發(fā)送包括符號(hào)的發(fā)送向量的方法，這些符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的一個(gè)或者多個(gè)接收站，該方法包括獲得與在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)有關(guān)的信息；基于在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一
個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)來計(jì)算接收站的解碼矩陣的塊對角線性運(yùn)算符v、協(xié)方差矩陣t和組合信道矩陣H;利用滿足以下
方程的預(yù)編碼矩陣，對發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼
<formula>formula see original document page 7</formula> (la)
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<formula>formula see original document page 7</formula>( lc );
以及使用與塊對角線性運(yùn)算符V對應(yīng)的接收器濾波器在接收站中寺丸行濾波。
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)方面，也提供 一 種包括發(fā)送站和接收站的無線電系統(tǒng)，該發(fā)送站包括發(fā)送器，該發(fā)送器用于在資源單元內(nèi)通過一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線發(fā)送包括用于一個(gè)或者多個(gè)接收站的符號(hào)的發(fā)送向量；該接收站包括接收器，該接收器用于在資源單元內(nèi)通過
一個(gè)或者多個(gè)接收天線從一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線對接收向量進(jìn)行接
收；發(fā)送器還被配置用以基于在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一個(gè)或
者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)來計(jì)算接收站的解碼矩陣的塊對角線性運(yùn)算符v、協(xié)方差矩陣&和組合信道矩陣錢；以及利用滿足方程
l(a)至l(c)的預(yù)編碼矩陣P對發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，也提供一種信號(hào)處理單元，該信號(hào)處理單元被配置用以生成包括符號(hào)的發(fā)送向量，這些符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的一個(gè)或者多個(gè)接收站，該單元還被配置用以接收與在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與 一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)有關(guān)的信息；基于在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)來計(jì)算接收站的解碼矩陣的塊對角線性運(yùn)算符v、協(xié)方差矩陣t和組合信道矩陣H;利用滿足方程l(a)至l(c)的預(yù)編碼矩陣P對發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，也提供一種發(fā)送站，該發(fā)送站包括包括多個(gè)發(fā)送天線的信號(hào)發(fā)送裝置；以及信號(hào)處理單元，配置用以生成包括符號(hào)的發(fā)送向量，這些符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的一個(gè)或者多個(gè)接收站，該單元還被配置用以接收與在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)有關(guān)的信息；基于在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與 一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)來計(jì)算接收站的解碼矩陣的塊對角線性運(yùn)算符v 、協(xié)方差矩陣i和組
合信道矩陣H;利用滿足方程l(a)至l(c)的預(yù)編碼矩陣P對發(fā)送向量
進(jìn)行預(yù)編碼。
根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)方面，也提供一種對用于執(zhí)行以下計(jì)算機(jī)處理的計(jì)算機(jī)指令過程進(jìn)行編碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品發(fā)送包括符號(hào)的發(fā)送向量，這些符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的一個(gè)或者多個(gè)接收站；獲得與在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)有關(guān)的信息；基于在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)來計(jì)算接收站的解碼矩陣的塊對角線性運(yùn)算符v、協(xié)方差矩陣&和組合信道矩陣n;利用滿足方程l(a)至
l(c)的預(yù)編碼矩陣P對發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼；使用與塊對角線性運(yùn)算符v對應(yīng)的接收器濾波器在接收站中執(zhí)行濾波。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，也提供一種計(jì)算機(jī)可讀的并且對用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)處理的計(jì)算機(jī)指令程序進(jìn)行編碼的計(jì)算機(jī)程序分發(fā)介質(zhì)，該處理用于在無線電系統(tǒng)中估計(jì)噪聲和干擾協(xié)方差矩陣，該處理包括發(fā)送包括符號(hào)的發(fā)送向量，這些符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的一個(gè)或者多個(gè)接收站；獲得與在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)有關(guān)的信息；基于在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)來計(jì)算接收站的解碼矩陣的塊對角線性運(yùn)算符v 、協(xié)方差矩陣i和組合信道矩陣
;利用滿足方程l(a)至l(c)的預(yù)編碼矩陣P對發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼；使用與塊對角線性運(yùn)算符v對應(yīng)的接收器濾波器在接收站中執(zhí)行濾波。
本發(fā)明的不同實(shí)施方式提供若干優(yōu)點(diǎn)。在發(fā)送器處明顯減少多用戶干擾，并且實(shí)現(xiàn)無線電系統(tǒng)性能的顯著改進(jìn)。新的改進(jìn)信息引入到無線電系統(tǒng)并且以智能和有效的方式加以利用。


在下文中將參照優(yōu)選實(shí)施方式和附圖更具體地描述本發(fā)明，在附圖中
圖1示出了數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的示例；
圖2圖示了發(fā)送器和接收器的示例配置；
圖3圖示了復(fù)數(shù)基帶表示的具體化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)；
圖4圖示了用于將信息從發(fā)送站發(fā)送到接收站的方法的示例；
9圖5圖示了在比較之下的預(yù)編碼方法的未編碼誤比特率曲線的
仿真結(jié)果；以及
圖6圖示了等效信道a^鑫的平均每個(gè)流的信號(hào)與干擾加噪聲之比的互補(bǔ)累積分布函數(shù)的仿真結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明適用于各種不同數(shù)字無線電系統(tǒng)，其中用于信道狀態(tài)信息的機(jī)構(gòu)是可得到的，例如TDMA、 FDMA、 CDMA無線電系統(tǒng)及其不同變體。本發(fā)明尤其適合于時(shí)分雙工(TDD)系統(tǒng)。下文在移動(dòng)通信系統(tǒng)的配置中描述根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的有利實(shí)施方
術(shù)語和元件。
圖1圖示了通過無線電接入網(wǎng)(RAN) 14連接到核心網(wǎng)(CN)12的用戶設(shè)備10。在無線電接入網(wǎng)中，屬于同一基站的基站收發(fā)器(BTS) 16的覆蓋區(qū)域形成小區(qū)。用戶可以從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一小區(qū)，而網(wǎng)絡(luò)根據(jù)該移動(dòng)將用戶切換到不同小區(qū)。各基站包括或者連接到控制基站所用的射頻和信道的基站控制器(BSC) 18。基站控制器通過定義的接口連接到交換中心、因此提供在無線電接入網(wǎng)14與核心網(wǎng)12之間的4妄口。
通信系統(tǒng)的用戶設(shè)備10可以是僅用于語音的簡化終端或者用于多種服務(wù)的終端。在后一情況中，終端充當(dāng)服務(wù)平臺(tái)并且支持與服務(wù)有關(guān)的各種功能的加載和執(zhí)行。用戶設(shè)備包括移動(dòng)設(shè)備和用戶識(shí)別模塊，該用戶識(shí)別模塊帶有用戶標(biāo)識(shí)、執(zhí)行認(rèn)證算法并且存儲(chǔ)認(rèn)證密鑰和加密密鑰以及在移動(dòng)站需要的其它訂閱信息。移動(dòng)設(shè)備可以是能夠在移動(dòng)通信系統(tǒng)中通信的任何設(shè)備或者是若千設(shè)備部件的組合，例如多媒體計(jì)算機(jī)，其中卡電話已經(jīng)連接到該多媒體計(jì)算機(jī)以提供移動(dòng)連接。
應(yīng)當(dāng)注意在圖1中僅圖示對于理解本發(fā)明而言必需的元件和單元。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言清楚的是數(shù)字無線電系統(tǒng)通?？梢园ㄔ趫D1中未圖示的多個(gè)元件。
在下文中更具體地描述在本發(fā)明的實(shí)施中的關(guān)4建系統(tǒng)元件。圖
2圖示了在無線電系統(tǒng)的傳輸路徑中發(fā)送站的發(fā)送器200和接收站的接收器250的基本配置。就圖1的實(shí)施方式而言，發(fā)送站可以例如是基站而接收站可以是用戶設(shè)備。
發(fā)送器200包括發(fā)送器信號(hào)處理單元210和信號(hào)發(fā)送裝置220。發(fā)送器信號(hào)處理單元210對輸入到發(fā)送器200的比特流執(zhí)行信號(hào)處理并且生成多個(gè)發(fā)送信號(hào)至信號(hào)發(fā)送裝置220。信號(hào)發(fā)送裝置220包括例如具有一個(gè)或者多個(gè)天線元件的陣列天線這一形式的多個(gè)發(fā)送天線。發(fā)送信號(hào)通過對應(yīng)多個(gè)傳輸信道從多個(gè)發(fā)送天線發(fā)送到多個(gè)接收站。這一發(fā)送機(jī)制稱為空間復(fù)用，因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)據(jù)流在多個(gè)發(fā)送天線之間被多路復(fù)用(劃分)并且通過分離的空間信道來發(fā)送。
具體而言，根據(jù)發(fā)送站的內(nèi)部處理，發(fā)送器200接收包括用于在一個(gè)資源單元內(nèi)向多個(gè)移動(dòng)用戶遞送的信號(hào)的多個(gè)編碼二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。發(fā)送器信號(hào)處理單元210執(zhí)行信號(hào)處理并且將模擬發(fā)送信號(hào)饋送到信號(hào)發(fā)送裝置220。發(fā)送器信號(hào)處理單元210是能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)性的操作執(zhí)行的設(shè)備并且通常包括用于符號(hào)映射、信號(hào)擴(kuò)頻和突發(fā)生成的功能單元。在符號(hào)映射中將編碼位映射成調(diào)制符號(hào)。在信號(hào)上應(yīng)用預(yù)定義的擴(kuò)頻碼并且生成突發(fā)。信號(hào)發(fā)送裝置220包括射頻部分和多個(gè)發(fā)送天線。射頻部分執(zhí)行信號(hào)的數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換、上變頻轉(zhuǎn)換、濾波和放大，使得它們可以饋送到多個(gè)發(fā)送天線。
對應(yīng)地，接收器250包括接收器信號(hào)處理單元260和信號(hào)接收裝置270。信號(hào)接收裝置270包括例如具有一個(gè)或者多個(gè)天線元件的天線陣列這一形式的多個(gè)發(fā)送天線。通過對應(yīng)的多個(gè)傳輸信道從多個(gè)發(fā)送天線接收信號(hào)并且將信號(hào)饋送到接收器信號(hào)處理單元260。接收器信號(hào)處理單元260解復(fù)用空間流、恢復(fù)原始數(shù)據(jù)并且將接收的信號(hào)輸出到接收站的內(nèi)部處理。
具體而言，在信號(hào)接收裝置270的射頻(RF)部分中處理接收的信號(hào)。射頻部分將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換到中頻或者基帶頻率、將下變頻
ii轉(zhuǎn)換的信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字、對信號(hào)進(jìn)行采樣并且將數(shù)字化的輸
入采樣饋送到接收器信號(hào)處理單元260。接收器信號(hào)處理單元260是能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)性的操作執(zhí)行的設(shè)備。對應(yīng)于發(fā)送端，接收器信號(hào)處理單元通常包括用于至少突發(fā)分割，信號(hào)解擴(kuò)和積分成用戶數(shù)據(jù)符號(hào)、延遲補(bǔ)償以及信道估計(jì)的功能單元。這些得到被組合成接收信號(hào)的信道補(bǔ)償符號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，接收器信號(hào)處理單元260包括濾波器，該濾波器用來確定和更新信道的當(dāng)前多徑延遲分布、計(jì)算線性并且由此調(diào)整對接收信號(hào)的生成，使得實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能。
應(yīng)當(dāng)注意為了簡潔這里僅描述對于公開本發(fā)明而言必需的元件。發(fā)送站和/或接收站通常包括發(fā)送器和接收器，使得該站能夠雙向通信。此外，可以布置在站的發(fā)送器與接收器之間的交互使得無線電接口上的信息可以從接收器反饋到發(fā)送器以作為利用關(guān)于信道狀態(tài)的知識(shí)來進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)。取而代之，發(fā)送器可以包括用于獲得關(guān)于信道狀態(tài)的知識(shí)的上行鏈路測量功能。信號(hào)處理單元可以實(shí)施為單個(gè)處理器或者數(shù)個(gè)處理器的集成式組合或者以硬件部件如集成電路、分立部件或者其任何組合的形式，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說不言而喻。通過信號(hào)處理單元的共享或者專用物理資源與為了執(zhí)行用于相應(yīng)單元的功能的操作而必需的預(yù)定義算法集的組合將功能單元形成為邏輯實(shí)體。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送信號(hào)處理單元220進(jìn)一步包括預(yù)編碼器、即用于基于在發(fā)送器與接收器之間的通信信道的知識(shí)對發(fā)送信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼的功能單元。預(yù)編碼器因此包括用于接收與通信信道的狀態(tài)有關(guān)的定義信息的功能和用于基于接收的信息來計(jì)算預(yù)編碼矩陣的功能。另外，預(yù)編碼器也包括用于接收包含用于資源單元中服務(wù)的用戶的符號(hào)的發(fā)送數(shù)據(jù)的功能和用于將發(fā)送數(shù)據(jù)與計(jì)算的預(yù)編碼矩陣相乘的功能。
在下文中將更具體地描述線性預(yù)編碼過程以及預(yù)編碼器和濾波器的使用。以下表達(dá)式指代頻率平坦信道。在正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)的情況中，該實(shí)施可以-現(xiàn)為對各資源單元的預(yù)編碼。圖3圖示了復(fù)數(shù)基帶表示的具體化系統(tǒng)。在圖3中假設(shè)發(fā)送器(就
圖2而言為發(fā)送站)具有Mr個(gè)天線并且它在同一資源單元內(nèi)服務(wù)于《
個(gè)接收器(就圖2而言為接收站)?？倲?shù)目為禮的接收天線根據(jù)
^"SM"分布于這些用戶之中，其中Mw表示在第A個(gè)用戶的天線數(shù)
目。還假設(shè)第&個(gè)用戶接收^個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)流而^§&是將發(fā)送的流的
數(shù)目
發(fā)送向量a表示如下
A ，a龍."一."旌itf趁c
其中a^^是包含用于第A個(gè)用戶的&個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)向量。假設(shè)數(shù)據(jù)符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化使得^^卜、
通過與以下矩陣預(yù)相乘來表示線性預(yù)編碼步驟
其中子矩陣P^c"^對應(yīng)于用戶t然后按照^h給定發(fā)送向量
"C"',而它的平均功率約束如下:
五旨}=toc^P'ffP》=&
另外，物理傳輸信道本身和接收器噪聲給定為"H^11。組合信道矩陣M如下
狂-lp〖，H，…,Hje C^瑪
其中H^C ,是第A個(gè)用戶的信道矩陣。向量n表示協(xié)方差矩陣為》 的加性零均值接收器噪聲。此外a '^，西〖，,，,..,欲|* e Cw*
其中n^c""是在第A個(gè)用戶的噪聲向量。最后定義雙一，4"盧rt。
在傳輸鏈的接收器端，應(yīng)用線性運(yùn)算符vec,'以獲得"vy,該
"Vy包含對真正的發(fā)送數(shù)據(jù)符號(hào)的估計(jì)。由于用戶可能駐留于不同
位置，因此不能執(zhí)行協(xié)同接收處理，V為塊對角式、即
<formula>formula see original document page 13</formula>其中V^d'一"是第/c個(gè)用戶的解碼矩陣。系統(tǒng)輸出& S ^作為對原始發(fā)送向量a的估計(jì)。它可以表達(dá)為氛^VHPa+Vn或者等效為
i^[教〖、蟲!，,…&!f
事先選擇用于各用戶的數(shù)據(jù)流的數(shù)目&,并且不對該數(shù)目區(qū)分
優(yōu)先順序。該選擇必須滿足ASM/M和&SM匚目標(biāo)函數(shù)定義如下
-& aflf灘Vfa* + ^V，幽
其中使用^作為用于^的縮寫。在最后的方程中已經(jīng)運(yùn)用信號(hào)分量與噪聲分量不相關(guān)這一性質(zhì)。跡(trace)運(yùn)算符現(xiàn)在可以應(yīng)用于標(biāo)量項(xiàng)，而期望在方程內(nèi)盡可能遠(yuǎn)地移動(dòng)。因此
f = (&冉& (PP瑪VgVfcH^P^ E
如果柳"!，則E(^wfl這一類表達(dá)式賦值單位矩陣，否則為零矩陣。
此外，現(xiàn)在還^f吏用如先前定義的因此"p,V) = E膽tr (P灘Vf線p《i
彬(申^11^) +鄉(xiāng)&〕)，
vec",，w減—ii ( block diagonal:塊對角式)受tr (php) li約束。
考慮到li的方程而得到
14為了在優(yōu)化表達(dá)式的意義上找到最優(yōu)參數(shù)p和v，將應(yīng)用拉格
朗曰乘數(shù)法。修改后的目標(biāo)函數(shù)如下
jC(P， v, A)=月p， v) + A to (PgPfe) — ft》，
其中A e r是拉格朗日乘數(shù)。注意"P,v,W等效于更具體的表示
e〖P!,…U…,Vjf，A〗:。
接著關(guān)于^v&和x計(jì)算r的導(dǎo)數(shù)?？梢酝ㄟ^使用在新的"梯度" 矩陣中排列關(guān)于各矩陣分量的導(dǎo)數(shù)這一慣例來直接形成導(dǎo)數(shù)。這一
方法并不完全一致，因?yàn)?梯度，定義由于維度性而并不滿足
/ o + = /(so) + (giad/)( o》.厶《 + 0(11厶—P)。對于將導(dǎo)數(shù)設(shè)置
為零這一特定目的，該慣例是有用的。這種在數(shù)學(xué)上嚴(yán)格的方式將 按照vec(P)和wc(V》而不是p和v,來表達(dá)目標(biāo)函數(shù)，其中w^')是找運(yùn)算。
定義好關(guān)于向量變元的梯度，然后可以使用該梯度。然而，當(dāng)產(chǎn)生 的結(jié)果相同時(shí)，這一方式使求導(dǎo)變得不必要的復(fù)雜。
^的變元具有復(fù)數(shù)值。形成梯度的恰當(dāng)方式是將變元及其共軛/ 共軛轉(zhuǎn)置視為獨(dú)立變量。然后僅關(guān)于共軛變元求取導(dǎo)數(shù)。
在這些條件之下也有麵(amb)/mBT。
￡關(guān)于pfo和x的偏導(dǎo)數(shù)
貝武l直如下
為了獲得關(guān)于最優(yōu)p和v的必要條件，這些方程必須同時(shí)設(shè)置為 零。通過使用下式
該方禾呈可以改寫如下
HBVH'VHP《腦Vf.+ AI .驗(yàn)0Mjr4^, i-i…K
另外，通過對彼此緊接的所有列進(jìn)行級(jí)聯(lián)來聚集第 一行中的K
個(gè)方程。通過提取公因子可以推斷如下
■0￡v"VH + AI腳)P =妒V" v< (Hi:PPBHf + R^^-) Pf聘，《- 1.…if
方程l(a)至l(c)的直接求解并不容易實(shí)現(xiàn)。意識(shí)到方程l(a)可 以用來按照v表達(dá)P,可以根據(jù)方程集來消除P的所有出現(xiàn)。然后可以 用最小平方公式改寫該問題
{V! V船A嚴(yán).-鄉(xiāng)mlnJ) I& (玩Pv巧Hf + E^) - 1^對I; + 一斷)一 A
誠
其中P，是從方程l(a)獲得的作為V和X的函數(shù)的特定P,而,表示 Frobenius矩陣范數(shù)。方程(lb)應(yīng)用于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的數(shù)值方 法。對于自由變量的初始猜想，可以使用連續(xù)最小均方誤差 (S-MMSE)或者塊對角化(BD)機(jī)制作為對v的初始猜想。
可見對于固定的P而言，上述方程表明^是用于用戶/的公知線 性MMSE接收器。具體而言，在接收端中有效信道可以估計(jì)如下
而干擾加噪聲協(xié)方差矩陣如下
=瑪|
、w ,
這些可以用來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)LMM S E接收器濾波器如下
^-H,加縛,^+狡wJ1。
因此，^無需從發(fā)送站轉(zhuǎn)發(fā)到接收站，而是可以本地估計(jì)它們 的分量。無需附加的空中交互以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能是本發(fā)明的一個(gè)明 顯優(yōu)點(diǎn)。
圖4圖示了用于將信息從發(fā)送站發(fā)送到接收站的具體化方法的 步驟。應(yīng)當(dāng)注意該方法圖示了整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的操作、因此從接 收站以及發(fā)送站的角度示出了功能。在步驟40中，發(fā)送站獲得發(fā)送
向量a,該發(fā)送向量包括用于《個(gè)接收站的發(fā)送向量，各向量包括用
于接收站的符號(hào)。在步驟41中，發(fā)送站獲得形式為協(xié)方差矩陣l和 組合信道矩陣H的信道狀態(tài)信息。可以從接收器支路經(jīng)由反饋獲得信
道狀態(tài)信息、可以根據(jù)上行鏈路測量來導(dǎo)出該信息、可以利用預(yù)定
16義的值。通常經(jīng)由反饋獲得l、經(jīng)由反饋獲得H或者在時(shí)分雙工 (TDD)系統(tǒng)的情況中也根據(jù)上行鏈路測量來獲得該信息。對協(xié)方
般為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。
在步驟42中，發(fā)送站計(jì)算最小均方誤差(MMSE)最優(yōu)的預(yù)編 碼矩陣P。 MMSE涉及具有利用最小均方差可能的估計(jì)的估計(jì)器。 MMSE估計(jì)器普遍描述為最優(yōu)。使用方程(l(a)、 l(b)和l(c))來計(jì) 算P。在步驟43中將發(fā)送向量a與預(yù)編碼矩陣P相乘，而在步驟44中 經(jīng)由發(fā)送站的輪個(gè)發(fā)送天線發(fā)送預(yù)編碼的發(fā)送向量x。在步驟45中， 利用《個(gè)接收站的多個(gè)接收天線對接收向量y進(jìn)行接收。在步驟46 中，接收站估計(jì)它的有效信道矩陣和干擾加噪聲協(xié)方差矩陣并且使 用它們來計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)線性最小均方誤差(LMMSE)接收器濾波器 《a:(i^H5,R，/。在步驟47中，接收站按照命'^i執(zhí)行濾波以便生成 用于前向糾錯(cuò)(FEC)解碼的軟比特。
本發(fā)明的解決機(jī)制提供與用于將信息從具有多個(gè)發(fā)送天線的 發(fā)送站發(fā)送到具有多個(gè)接收天線的接收站的現(xiàn)有技術(shù)相比有顯著改 進(jìn)的性能。為了比較本發(fā)明的解決機(jī)制與現(xiàn)有技術(shù)BD和S-MMSE 解決機(jī)制的性能，進(jìn)行了對每個(gè)用戶有單個(gè)數(shù)據(jù)流的情況的蒙特卡 羅仿真。這是通過針對本發(fā)明的方法選擇Sfl ( Si^l,^針對Lk)而針
對現(xiàn)有技術(shù)的方法應(yīng)用主特征值發(fā)送來實(shí)施的。
線。已經(jīng)針對如下設(shè)置生成曲線，在該設(shè)置中K"3個(gè)用戶分別具有1 個(gè)、2個(gè)和3個(gè)天線并且該設(shè)置具有6個(gè)發(fā)送天線。為了繪圖，已經(jīng) 針對所有用戶將誤比特率平均。已經(jīng)利用獨(dú)立瑞利衰落隨機(jī)地繪制
信道實(shí)現(xiàn)，其中信道矩陣的各元素具有單位平均功率。已經(jīng)將噪聲 假設(shè)為在所有接收天線之間獨(dú)立。在每一個(gè)數(shù)據(jù)流上已經(jīng)發(fā)送具有 單位功率的隨機(jī)OPSK符號(hào)。已經(jīng)將接收器噪聲假設(shè)為功率為場=(^ 的復(fù)數(shù)高斯。另外，^定義為每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的平均發(fā)送功率。
圖6圖示了等效信道*-s的平均每個(gè)流的信號(hào)與千擾加噪聲之比的互補(bǔ)累積分布函數(shù)。對于給定的信道實(shí)現(xiàn)(仏i "n),預(yù)編碼矩陣和
解碼矩陣P和v用來將等效信道表達(dá)為(i^,U ^ffi5，^^^)。然后可
易于獲得用于第A個(gè)用戶的S,和針對所有用戶的平均值SIN^如
下
<formula>formula see original document page 18</formula>
已經(jīng)使用與用于圖5相同的系統(tǒng)參數(shù)并且芯,e已經(jīng)固定于5dB。 針對各信道實(shí)現(xiàn)來計(jì)算針對所有用戶而平均的單個(gè)采樣SMR^。用于 各預(yù)編碼方法的共計(jì)10000個(gè)這種采樣已經(jīng)用來產(chǎn)生繪圖。
圖5和圖6二者示出了本發(fā)明的方法在與先前的現(xiàn)有方法相比 時(shí)明顯改進(jìn)的性能。誤比特率為10-2的五**購增益對于S-MMSE約為 4.5dB而對于BD約為11.6dB。使用本發(fā)明的方法，平均每個(gè)流的 SINR的10 %預(yù)留(outage )值比S-MMSE高1.4dB而比BD高5.2dB。
在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種對用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)處理的計(jì)算 機(jī)指令程序進(jìn)行編碼的計(jì)算機(jī)程序分發(fā)介質(zhì)。
在另 一 方面中，本發(fā)明提供 一 種計(jì)算機(jī)可讀的并且對用于執(zhí)行 計(jì)算機(jī)處理的計(jì)算機(jī)指令程序進(jìn)行編碼的計(jì)算機(jī)程序分發(fā)介質(zhì)。
分發(fā)介質(zhì)可以包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、程序存儲(chǔ)介質(zhì)、記錄介質(zhì)、 計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器、計(jì)算機(jī)可讀軟件分發(fā)包、計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)、計(jì) 算機(jī)可讀電信信號(hào)和/或計(jì)算機(jī)可讀壓縮軟件包。
結(jié)合圖4示出和描述了計(jì)算機(jī)處理的實(shí)施方式?？梢栽诎l(fā)送器 和/或接收器的信號(hào)處理單元中執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序。
盡管上文根據(jù)附圖參照示例描述了本發(fā)明，但是不言而喻，本 發(fā)明不限于此，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)用若干方式修改 本發(fā)明。
權(quán)利要求
1. 一種發(fā)送包括符號(hào)的發(fā)送向量的方法，所述符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的一個(gè)或者多個(gè)接收站，所述方法包括獲得與在所述一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與所述一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)有關(guān)的信息；基于在所述一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與所述一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的所述信道狀態(tài)來計(jì)算所述接收站的解碼矩陣的塊對角線性運(yùn)算符v、協(xié)方差矩陣Rnn和組合信道矩陣H；利用滿足以下方程的預(yù)編碼矩陣P對所述發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼(HHVHVH+λI)P＝HHVH (1a)trace(PHP)＝Ptr(1c)；使用與所述塊對角線性運(yùn)算符v對應(yīng)的接收器濾波器在所述接收站中執(zhí)行濾波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過反饋來獲得關(guān)于所述信道狀態(tài)的信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過上行鏈路測量來獲得關(guān)于所述信道狀態(tài)的信息。
4. 一種包4舌發(fā)送站和^接收站的無線電系統(tǒng)，所述發(fā)送站包括發(fā)送器，所述發(fā)送器用于在資源單元內(nèi)通過一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線發(fā)送包括用于一個(gè)或者多個(gè)接收站的符號(hào)的發(fā)送向量；所述接收站包括接收器，所述接收器用于在資源單元內(nèi)通過一個(gè)或者多個(gè)接收天線從所述一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線對接收向量進(jìn)行接收；所述發(fā)送器還被配置用以基于在所述一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與所述一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)來計(jì)算所述接收站的解碼矩陣的塊對角線性運(yùn)算符，、協(xié)方差矩陣凡 和組合信道矩陣錢；以及利用滿足以下方程的預(yù)編碼矩陣P對所述發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼(/fW/f + ;i/)尸^w" (la)g +1) = if《 (1 b )trace(尸w尸)二i^ ( lc );所述接收器還被配置用以使用與所述塊對角線性運(yùn)算符v對應(yīng)的接收器濾波器在所述接收站中執(zhí)行濾波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送站也包括接收器，而所述發(fā)送器被配置用以通過來自所述接收器的反饋來獲得關(guān)于所述信道狀態(tài)的信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)送器被配置用以通過上行鏈路測量來獲得關(guān)于所述信道狀態(tài)的信息。
7. —種信號(hào)處理單元，配置用以接收信息并且生成包括符號(hào)的發(fā)送向量，所述符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的一個(gè)或者多個(gè)接收站，所述單元還被配置用以接收與在所述一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與所述一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)有關(guān)的信息；基于在所述一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與所述一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的所述信道狀態(tài)來計(jì)算所述接收站的解碼矩陣的塊對角線性運(yùn)算符v、協(xié)方差矩陣i和組合信道矩陣H;利用滿足以下方程的預(yù)編碼矩陣P對所述發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼W// + =( 1 a)K (//,尸,/ff +) = if//f ( 1 b )tmce(々)=J^ ( lc )。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)處理單元，其中所述單元被配置用以通過來自所述接收器的反饋來獲得關(guān)于所述信道狀態(tài)的信息。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號(hào)處理單元，其中所述單元被配置用以通過上行鏈路測量來獲得關(guān)于所述信道狀態(tài)的信息。
10. —種發(fā)送站，包括包括多個(gè)發(fā)送天線的信號(hào)發(fā)送裝置和根據(jù)權(quán)利要求7所述的信 號(hào)處理單元。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的發(fā)送站，其中所述發(fā)送站是用于無 線電系統(tǒng)的基站。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)送站，其中所述發(fā)送站是用于 TDD無線電系統(tǒng)的基站。
13. —種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，對用于執(zhí)行以下計(jì)算機(jī)處理的計(jì)算 機(jī)指令過程進(jìn)行編碼發(fā)送包括符號(hào)的發(fā)送向量，所述符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的一個(gè)或者多個(gè)接收站；獲得與在所述一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與所述一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)有關(guān)的信息；基于在所述一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與所述一個(gè)或者多個(gè)接收天 線之間的所述信道狀態(tài)來計(jì)算所述接收站的解碼矩陣的塊對角線性 運(yùn)算符V、協(xié)方差矩陣i^和組合信道矩陣H;利用滿足以下方程的預(yù)編碼矩陣P對所述發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼<formula>formula see original document page 4</formula>使用與所述塊對角線性運(yùn)算符V對應(yīng)的接收器濾波器在所述接 收站中執(zhí)行濾波。
14. 一種計(jì)算機(jī)可讀的并且對用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)處理的計(jì)算機(jī)指 令程序進(jìn)行編碼的計(jì)算機(jī)程序分發(fā)介質(zhì)，所述處理包括發(fā)送包括符號(hào)的發(fā)送向量，所述符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一 個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的 一個(gè)或者多個(gè)接收站；獲得與在所述一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與所述一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)有關(guān)的信息；基于在所述一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與所述一個(gè)或者多個(gè)接收天 線之間的所述信道狀態(tài)來計(jì)算所述接收站的解碼矩陣的塊對角線性 運(yùn)算符v、協(xié)方差矩陣i和組合信道矩陣H;利用滿足以下方程的預(yù)編碼矩陣？對所述發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼(//W// + ;i/)P = //，w (la)， +U = if《 (lb )trace(,尸)=& ( lc );使用與所述塊對角線性運(yùn)算符V對應(yīng)的接收器濾波器在所述接收站中沖丸行濾波。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的計(jì)算機(jī)程序分發(fā)介質(zhì)，所述分發(fā)介質(zhì)包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、程序存儲(chǔ)介質(zhì)、記錄介質(zhì)、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器、計(jì)算機(jī)可讀軟件分發(fā)包、計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)、計(jì)算機(jī)可讀電信信號(hào)和/或計(jì)算機(jī)可讀壓縮軟件包。
全文摘要
一種發(fā)送包括符號(hào)的發(fā)送向量的方法，這些符號(hào)將在資源單元內(nèi)從具有一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線的發(fā)送站遞送到具有一個(gè)或者多個(gè)接收天線的一個(gè)或者多個(gè)接收站。該方法包括獲得與在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)有關(guān)的信息；以及基于在一個(gè)或者多個(gè)發(fā)送天線與一個(gè)或者多個(gè)接收天線之間的信道狀態(tài)來計(jì)算接收站的解碼矩陣的塊對角線性運(yùn)算符V、協(xié)方差矩陣R_nn和組合信道矩陣H。利用滿足方程(I)的預(yù)編碼矩陣P對發(fā)送向量進(jìn)行預(yù)編碼，并且使用與塊對角線性運(yùn)算符V對應(yīng)的接收器濾波器在接收站中對應(yīng)執(zhí)行濾波。
文檔編號(hào)H04B7/04GK101467362SQ200780021686
公開日2009年6月24日 申請日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者B·班德梅爾, S·維敘里 申請人:諾基亞公司