專利名稱：最大化sjnr準(zhǔn)則的自適應(yīng)分群預(yù)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及無線傳輸預(yù)處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，接收/檢測(cè)技術(shù)越來越復(fù)雜，這對(duì)移動(dòng)通信下行鏈路的接收機(jī)(移 動(dòng)終端)壓力很大， 一些專家和學(xué)者開始重視和探索將復(fù)雜的接收/檢測(cè)算法
"搬"到發(fā)送端(基站)，以降低接收端的復(fù)雜度和功耗，這樣檢測(cè)技術(shù)可以 放到發(fā)送端做預(yù)處理，從而形成預(yù)處理技術(shù)，也稱為預(yù)編碼(Preceding)技術(shù)
(還可稱為聯(lián)合傳輸(JT))，大大簡(jiǎn)化了下行鏈路接收端的復(fù)雜度。
文獻(xiàn) 1 [P. W. Baier， M. Meurer， T. Weber, H. Tr5ger . Joint Transmission (JT)， an alternative rationale for the downlink of Time Division CDMA using multi-element transmit antennas. Proc. IEEE Sixth International Symposium on Spread Spectrum Techniques and Applications (ISSSTA 2000)， Parsippany, 2000， pp: 1-5.]首先給出了在多入單出(MIS0) 系統(tǒng)中的聯(lián)合傳輸技術(shù)(JT)，該技術(shù)以聯(lián)合檢測(cè)(JD)技術(shù)為原理，但將其 過程反過來，把接收端的檢測(cè)工作放在基站處進(jìn)行了預(yù)處理，大大簡(jiǎn)化了接 收端的復(fù)雜度，而且還增強(qiáng)了系統(tǒng)性能。文獻(xiàn)2[海平，謝顯中.聯(lián)合傳輸技 術(shù)(JT)及其算法簡(jiǎn)化.通信學(xué)報(bào)，2003， 24 (IIA)， pp: 93-100]中研究了幾 種對(duì)JT技術(shù)的簡(jiǎn)化算法，主要針對(duì)系統(tǒng)矩陣的算法進(jìn)行了簡(jiǎn)化，降低了計(jì)算 復(fù)雜度。文獻(xiàn)3 [馮媛，謝顯中.降低多用戶MIM0下行檢測(cè)復(fù)雜性的聯(lián)合發(fā) 送技術(shù)，電子信息學(xué)報(bào)，2007.1: 174-176.]將JT技術(shù)擴(kuò)展到多入多出(MIM0) 系統(tǒng)中，形成JT-MIM0技術(shù)，并進(jìn)一步討論比較了 JT-MIM0算法與JT、 JD算法的優(yōu)劣。以上3個(gè)文獻(xiàn)主要是從預(yù)均衡的角度出發(fā)進(jìn)行預(yù)編碼設(shè)計(jì)，而且 采用的是迫零準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則的特點(diǎn)是能消除符號(hào)間干擾和多址干擾，但也增 強(qiáng)了噪聲。文獻(xiàn)4 [Yongle Wu， Jinfan Zhang， Mingguang Xu， Shidong Zhou， Xibin Xu， Multiuser MIM0 Downlink Precoder Design Based on the Maximal SJNR Criterion, IEEE GLOBECOM， 05， St. Louis, USA, 28 Nov.-2 Dec. 2005， vol. 5， pp: 2694-2698.]從平衡共信道干擾抑制和噪聲抑制的角度出發(fā)，設(shè) 計(jì)了 SJNR (Signal to Jamming and Noise Ratio)準(zhǔn)則，利用該準(zhǔn)則，通過 在每用戶發(fā)射功率約束下最大化SJNR，將其最優(yōu)解作為預(yù)編碼器。與迫零準(zhǔn) 則相比，基于SJNR的預(yù)編碼提高了系統(tǒng)性能，對(duì)天線數(shù)也沒有限制，但是， 在噪聲方差小的時(shí)候?qū)υ肼暤囊种菩Ч麜?huì)變差，當(dāng)用戶數(shù)較多時(shí)計(jì)算復(fù)雜度 較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)預(yù)編碼技術(shù)中存在的高性能和低復(fù)雜度不能并存，以及在噪聲 方差小的時(shí)候?qū)υ肼暤囊种菩Ч麜?huì)變差的問題，通過對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的分群處理 和采用SJNR準(zhǔn)則，利用信道狀態(tài)信息(CSI)，提出了一種基于最大化SJNR準(zhǔn)
則的分群預(yù)編碼算法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了自適應(yīng)分群預(yù)編碼方案，從而形成 了最大化SJNR準(zhǔn)則的自適應(yīng)分群預(yù)編碼算法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種最大化SJNR準(zhǔn)則的自 適應(yīng)分群預(yù)編碼方法，基站將其覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶分群，可采用動(dòng)態(tài)分群或 靜態(tài)分群的方式對(duì)用戶進(jìn)行分群，從高層獲取傳輸信道的信道狀態(tài)信息CSI， 當(dāng)信道狀態(tài)信息CSI》臨界值A(chǔ)時(shí)，直接采用分群聯(lián)合傳輸算法，對(duì)傳輸信號(hào) 進(jìn)行預(yù)處理；當(dāng)信道狀態(tài)信息CSI小于臨界值A(chǔ)時(shí)，采用最大化SJNR準(zhǔn)則對(duì)傳 輸信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。所述分群聯(lián)合傳輸算法具體包括，根據(jù)擴(kuò)頻矩陣Cg和解調(diào)矩陣Dg建立矩陣^ =D,g ，由矩陣^根據(jù)迫零準(zhǔn)則M《="&0得到調(diào)制 矩陣Mg，將每群的數(shù)據(jù)d/通過各自的調(diào)制矩陣M、......M、進(jìn)行調(diào)制。所述最大化
SJNR準(zhǔn)則即最大化SJNR的調(diào)制器、解調(diào)器和信道三者合一構(gòu)成SJNR預(yù)處理模
塊，根據(jù)(F纟^f H^^的最大特征值A(chǔ)^，調(diào)用公式/。=^><//|><尸。=7^確定 SJNR增益因子f"每群的數(shù)據(jù)d/經(jīng)過各自的調(diào)制矩陣M、調(diào)制后，通過SJNR增益 因子f 。進(jìn)行最大化S JNR預(yù)處理。
本發(fā)明對(duì)傳輸信道CSI情況進(jìn)行信道狀態(tài)判斷，在信道狀態(tài)差的時(shí)候采用
最大化SJNR準(zhǔn)則的分群預(yù)編碼來進(jìn)行干擾和噪聲的抑制，當(dāng)信道狀態(tài)好的時(shí) 候直接采用分群聯(lián)合傳輸算法。
該算法既可以利用分群處理減少了待處理信道的數(shù)目，獲得較低的系統(tǒng)復(fù) 雜度；還可以根據(jù)信道狀態(tài)的好壞自適應(yīng)選擇傳輸處理算法，進(jìn)行干擾和噪 聲的抑制，減低了誤碼率；進(jìn)一步，分群后的信號(hào)通過同一信道，經(jīng)過2根 (或更多)發(fā)射天線發(fā)射，具有分集和復(fù)用的效果，也在一定程度上提高系 統(tǒng)性能。


圖1本發(fā)明的主要實(shí)施步驟
圖2分群聯(lián)合傳輸系統(tǒng)模型
圖3最大化SJNR分群預(yù)編碼系統(tǒng)模型
圖4 SJNR增益因子fg結(jié)構(gòu)圖
圖5聯(lián)合傳輸(JT)、分群聯(lián)合傳輸(GJT)、 SJNR分群算法(GSJNR)、自適 應(yīng)分群方案(SELECT)的性能比較
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行具體描述。為方便描述，本發(fā)明考慮基于TDD (時(shí)分雙工)的TD-SCDMA系統(tǒng)，在其他系統(tǒng)中實(shí)施也采用類似的 方式。
如圖1是本發(fā)明的主要實(shí)施步驟，具體包括首先，基站將其覆蓋區(qū)域內(nèi) 的用戶分群，分群的方式包括動(dòng)態(tài)分群和靜態(tài)分群，采用聯(lián)合傳輸算法對(duì)各 個(gè)群的數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)處理，從高層獲取傳輸信道的信道狀態(tài)信息CSI，對(duì) TD-SCDMA系統(tǒng)，基站通過上行信道估計(jì)獲得下行預(yù)編碼需要的傳輸信道的信 道狀態(tài)信息CSI，對(duì)于FDD無線系統(tǒng)，其CSI通過反饋獲得。然后，根據(jù)CSI 進(jìn)行自適應(yīng)干擾和噪聲的抑制。
最大化SJNR準(zhǔn)則在信道狀態(tài)差的時(shí)候可以取得比分群聯(lián)合傳輸更好的誤 碼率性能，在臨界值之下要發(fā)射信號(hào)進(jìn)行最大化SJNR處理，降低誤碼率。在 臨界值之上，則不需要處理，直接進(jìn)行分群聯(lián)合傳輸即可。所以我們首先根 據(jù)具體的信道情況對(duì)信道狀態(tài)進(jìn)行判斷，預(yù)先設(shè)定一個(gè)臨界值A(chǔ)，臨界值的 設(shè)置具體為，通過防真實(shí)驗(yàn)的手段，選擇一個(gè)系統(tǒng)可接受的信噪比作為臨界 點(diǎn)，由此設(shè)定臨界值A(chǔ)，在本文下面的仿真條件中，通過試驗(yàn)選擇信噪比 SNR=-1為臨界點(diǎn)，則設(shè)定臨界值A(chǔ)二-1。當(dāng)信道狀態(tài)信息在這個(gè)值之下(CSI <△)時(shí)，就采用最大化SJNR準(zhǔn)則對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；若信道狀態(tài)信息 高于臨界值(CSI》A)，就直接采用分群聯(lián)合傳輸算法，對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行預(yù) 處理。也即是根據(jù)信道狀態(tài)信息CSI對(duì)傳輸信道情況進(jìn)行信道狀態(tài)判斷，在 信道狀態(tài)差的時(shí)候采用最大化SJNR準(zhǔn)則的分群預(yù)編碼來進(jìn)行千擾和噪聲的抑 制，當(dāng)信道狀態(tài)好的時(shí)候通過分群聯(lián)合傳輸系統(tǒng)模型直接采用分群聯(lián)合傳輸 算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。
建立分群聯(lián)合傳輸系統(tǒng)模型，對(duì)基站覆蓋范圍內(nèi)的用戶進(jìn)行分群，以減 少待處理信道的數(shù)目獲得較低的系統(tǒng)復(fù)雜度。可采用兩種方法實(shí)現(xiàn)用戶分群，第一種是動(dòng)態(tài)分群，系統(tǒng)根據(jù)支持的最大用戶數(shù)設(shè)定群數(shù)，每群用戶數(shù)動(dòng)態(tài) 變化，并實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前接受服務(wù)的用戶數(shù)量，根據(jù)系統(tǒng)工作時(shí)接受服務(wù)的用 戶數(shù)量，將其平均分為多個(gè)群；第二種是靜態(tài)分群，每群用戶數(shù)保持不變， 首先根據(jù)系統(tǒng)的處理能力固定每個(gè)群的用戶數(shù)，將正在服務(wù)的用戶均勻分到 多個(gè)群中。分群后，對(duì)每一群的數(shù)據(jù)采用聯(lián)合傳輸算法單獨(dú)處理，稱為分群 聯(lián)合傳輸。
聯(lián)合傳輸算法處理方法具體描述如下，圖2所示為分群聯(lián)合傳輸系統(tǒng)模 型，假設(shè)系統(tǒng)有K個(gè)用戶，如根據(jù)靜態(tài)分群原則把所有用戶平均分為G個(gè)群， 每群有L個(gè)用戶。每群的數(shù)據(jù)d (g^…G)作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)送入調(diào)制矩 陣進(jìn)行處理。假設(shè)每群對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻矩陣為Cg，解調(diào)矩陣為Dg，本發(fā)明中取 Dg=Cf (這里系統(tǒng)為TD-SCDMA，若為非擴(kuò)頻系統(tǒng)可以選擇Dg為匹配濾波器)，
信道矩陣Hg (Hg的維數(shù)大小由每群用戶數(shù)決定)。根據(jù)擴(kuò)頻矩陣Cg和解調(diào)矩陣 "建立矩陣5g，由矩陣5g根據(jù)迫零準(zhǔn)則得到調(diào)制矩陣Mg-^"(B^/)—'。將每
群用戶的原始數(shù)據(jù)d/分別通過各自的調(diào)制矩陣M、......M^進(jìn)行調(diào)制，然后通過各
自的信道Hg進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在接收端接收到各個(gè)信道的調(diào)制數(shù)據(jù)，分別由各 自的解調(diào)器(D …D"解調(diào)，得到相互獨(dú)立的群估計(jì)信號(hào)。
當(dāng)信道狀態(tài)信息CSKA時(shí)，采用最大化SJNR準(zhǔn)則，在基站端對(duì)傳輸數(shù) 據(jù)進(jìn)行最大化SJNR預(yù)處理。圖3所示為最大化SJNR分群預(yù)編碼系統(tǒng)模型。 經(jīng)過分群的每群數(shù)據(jù)deg (g二l…G)經(jīng)過調(diào)制矩陣M、 (g二l…G)調(diào)制后，得到 調(diào)制信號(hào)teg (g二l…G)，分別送入SJNR預(yù)處理模塊fg (g二l…G)通過SJNR增 益因子進(jìn)行最大化SJNR預(yù)處理，然后再通過信道H/傳輸。在接收端，相應(yīng)的 也要先經(jīng)過SJNR解調(diào)器Dg，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，還原為原始信號(hào)。
SJNR準(zhǔn)則衡量的是一個(gè)用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，確定最大化SJNR的表達(dá)式如下:
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，A是第A個(gè)用戶的發(fā)射功率，Jk表示用戶k對(duì)其他用戶的干擾功率，
"和仏分別表示用戶k的調(diào)制信號(hào)和經(jīng)過的信道， 表示噪聲的方差。
可以看出，每個(gè)用戶都會(huì)對(duì)其他用戶產(chǎn)生干擾，而且這個(gè)干擾Jk是相互獨(dú) 立的，改變?nèi)魏我粋€(gè)用戶的發(fā)射功率都不影響其他用戶的Jk，所以在數(shù)學(xué)上 很容易實(shí)現(xiàn)。正因?yàn)镴k是相互獨(dú)立的，所以每一個(gè)用戶都有自己的SJNR，因 此對(duì)SJNR進(jìn)行優(yōu)化也要針對(duì)每一個(gè)用戶進(jìn)行。最大化SJNR的最優(yōu)解是公式 Z二,^ff,h凡+^^ (這里I為單位陣)的最大特征向量，設(shè)置該最大特征向量
為最大化SJNR的調(diào)制器Fk，表示如下
<formula>formula see original document page 9</formula>
這里，；—)表示取括號(hào)中值的最大特征值對(duì)應(yīng)的最大特征向量。這樣，
相應(yīng)的解調(diào)器Rk為采用匹配濾波的形式，即A-i^t，其中l(wèi)l，ll表示2范式。
<formula>formula see original document page 9</formula>
最大化SJNR準(zhǔn)則即最大化SJNR分群預(yù)編碼系統(tǒng)模型，將SJNR的調(diào)制器 Fg，解調(diào)器Rg和信道Hc;三者合一，構(gòu)成SJNR因子，免去發(fā)射信號(hào)經(jīng)過SJNR 的調(diào)制和解調(diào)的過程，簡(jiǎn)化處理過程。為了簡(jiǎn)化處理過程，可以將Fk， Hk和 Rk合成一個(gè)部分，將其設(shè)置為SJ服增益因子fk，其中k二l……G。如圖4所示為SJNR增益因子示意圖。根據(jù)公式
^=^/^《=^^~>^《=(H《)，確定SJNR增益因子。其 中，/U表示(好^^"&的最大特征值。確定了SJNR增益因子后，發(fā)射信號(hào) 直接乘以對(duì)應(yīng)的SJNR增益因子fe即可實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的最大化SJNR預(yù)處理。
圖5是聯(lián)合傳輸(JT)、分群聯(lián)合傳輸(GJT)、 SJNR分群算法(GSJNR)、自 適應(yīng)分群方案(SELECT)的性能比較。在TD-SCDMA系統(tǒng)中某時(shí)隙同時(shí)有6用戶
進(jìn)行通信的情況(不同時(shí)隙的用戶可以認(rèn)為相互沒有千擾)，采用靜態(tài)分群方 法，選擇信噪比SNI^-1為臨界點(diǎn)，模擬環(huán)境為3GPP中TD-SCDMA的多徑衰落 信道case3的參數(shù)。可以看出3種算法的誤碼率都比聯(lián)合傳輸?shù)?，而且自適 應(yīng)分群算法在低信噪比時(shí)接近SJNR分群算法的誤碼率，在高信噪比時(shí)接近分 群聯(lián)合傳輸?shù)恼`碼率，確實(shí)能夠取這兩種算法的優(yōu)勢(shì)，在整體上保證了較好 的誤碼率性能。
權(quán)利要求
1、最大化SJNR準(zhǔn)則的自適應(yīng)分群預(yù)編碼方法，其特征在于，基站將其覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶分群，從高層獲取傳輸信道的信道狀態(tài)信息CSI，當(dāng)信道狀態(tài)信息CSI大于等于臨界值Δ時(shí)，直接采用分群聯(lián)合傳輸算法對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；當(dāng)信道狀態(tài)信息CSI小于臨界值Δ時(shí)，采用最大化SJNR準(zhǔn)則對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自適應(yīng)分群預(yù)編碼方法，其特征在于，對(duì) TD-SCDMA系統(tǒng)，基站通過上行信道估計(jì)獲得下行預(yù)編碼需要的傳輸信道的信 道狀態(tài)信息，對(duì)于FDD無線系統(tǒng)，其CSI通過反饋獲得。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自適應(yīng)分群預(yù)編碼方法，其特征在于，對(duì)用戶 進(jìn)行分群包括，動(dòng)態(tài)分群和靜態(tài)分群，所述動(dòng)態(tài)分群為，系統(tǒng)根據(jù)支持的最 大用戶數(shù)設(shè)定群數(shù)，每群用戶數(shù)動(dòng)態(tài)變化，并實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前接受服務(wù)的用戶 數(shù)量，將其平均分到各個(gè)群；所述靜態(tài)分群為，根據(jù)系統(tǒng)的處理能力固定每 個(gè)群的用戶數(shù)，將正在服務(wù)的用戶均勻分到每個(gè)群中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3其中之一所述的自適應(yīng)分群預(yù)編碼方法，其特征在 于，所述分群聯(lián)合傳輸算法具體包括，每群的數(shù)據(jù)為d/作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù) 送入調(diào)制矩陣進(jìn)行處理，根據(jù)擴(kuò)頻矩陣和解調(diào)矩陣建立矩陣5g，由矩陣必g根 據(jù)迫零準(zhǔn)則得到調(diào)制矩陣，將每群的數(shù)據(jù)d/通過各自的調(diào)制矩陣進(jìn)行調(diào)制。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l-3其中之一所述的自適應(yīng)分群預(yù)編碼方法，其特征在 于，所述最大化SJNR準(zhǔn)則即最大化SJNR分群預(yù)編碼系統(tǒng)模型，每群數(shù)據(jù)經(jīng)過 各自的調(diào)制矩陣調(diào)制后，得到調(diào)制信號(hào)分別送入SJNR預(yù)處理模塊通過SJNR增 益因子f s進(jìn)行最大化S JNR預(yù)處理。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)分群預(yù)編碼方法，其特征在于，所述最大化 SJNR分群預(yù)編碼系統(tǒng)模型，即SJNR的調(diào)制器F。，解調(diào)器Rs和信道H。三者合一，構(gòu)成SJNR增益因子，根據(jù)(/^^)"H^^的最大特征值4ax，調(diào)用公式 /c = i c x//J x& = 確定SJNR增益因子fc。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線移動(dòng)通信領(lǐng)域，針對(duì)預(yù)編碼技術(shù)中存在的高性能和低復(fù)雜度不能并存，以及在噪聲方差小的時(shí)候?qū)υ肼暤囊种菩Ч麜?huì)變差的問題，本發(fā)明基于最大化SJNR準(zhǔn)則的分群預(yù)編碼算法，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)分群預(yù)編碼方案。該方法首先采用分群技術(shù)，在多用戶多入多出系統(tǒng)(MIMO)中，從高層獲取CSI信息，根據(jù)CSI進(jìn)行自適應(yīng)干擾和噪聲的抑制，基站將多個(gè)用戶分成幾個(gè)群，對(duì)傳輸信道CSI情況進(jìn)行信道狀態(tài)判斷，在信道狀態(tài)差的時(shí)候采用最大化SJNR準(zhǔn)則的分群預(yù)編碼來進(jìn)行干擾和噪聲的抑制，當(dāng)信道狀態(tài)好的時(shí)候直接采用分群聯(lián)合傳輸算法。這種自適應(yīng)分群預(yù)編碼算法能夠取得不同信道狀態(tài)下最好的誤碼率性能。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于MIMO系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H04B7/06GK101515816SQ200910103518
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者勇 劉, 陽(yáng) 師, 波 張, 云 敬, 謝顯中, 趙超瑩 申請(qǐng)人:重慶航天火箭電子技術(shù)有限公司;重慶郵電大學(xué)