多輸入多輸出系統信號處理方法及裝置的製作方法

2023-09-14 05:44:20 2

專利名稱：多輸入多輸出系統信號處理方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Out-put, MIMO )技
術，具體涉及一種多輸入多輸出系統信號處理方法及裝置。
背景技術：
多輸入多輸出(MIMO)技術已經成為下一代無線通信系統的關鍵技術 之一。目前，MIMO系統的研究已經從點對點的單用戶系統擴展到點對多點 的多用戶MIMO系統。多用戶的多天線配置帶來許多好處多天線具有的 分集增益可以提高誤比特率特性，多天線的復用增益可以使多用戶的信道容 量區域擴大。多用戶MIMO系統在應用中有兩個主要問題多用戶資源調 度和多用戶幹擾消除。由於同 一用戶不同天線間和不同用戶間的信道條件差 異，為了獲得最大容量需要對系統資源做合理調度。在多用戶幹擾消除方面 使用統一頻,殳的多用戶MIMO系統可以應用各種多址4妻入方式，時分多址 的頻譜效率低，系統容量不高，碼分多址需要消耗大量的碼資源。空分多址 技術頻譜利用率高且不消耗碼資源，是多用戶MIMO的一種重要方式，與 其他多址方式相結合使系統應用的靈活性進一步提高。
基於統一信道分解Uniform Channel Decomposition (簡稱UCD )的反饋 信道模型，在發送端與接收端採用統一的發送與接收信號處理方式，如使用 VBLAST解碼或迫零Dirty Paper預編碼。信道UCD分解的方法是將MIMO 信道分解為信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)完全相同的L個子信道， 這樣我們就能對各個子信道採用統一的功率分配和調製方案，既降低了系統 的複雜度又提高了系統的性能，而且不會有目前其他方法的性能與容量的折 衷問題高dB時，該方法能使性能和容量最大化。
上述UCD方法僅對單用戶MIMO系統有良好的優化效果，而在多用戶
息，UCD方法難以直接使用，而目前沒有適用多用戶MIMO系統的UCD 方法或這樣的方法被公開。另外，本發明申請人同時提交的中國發明申請"一 種多輸入多輸出系統信號處理方法及裝置"提供了 一種基於信道逆處理的多 用戶UCD方法。

發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供一種多輸入多輸出系統信號處理方 法及裝置，在多用戶的實際環境中避免性能與容量的折衷問題，既能降低系 統的複雜度，同時又能提高了系統的性能。
本發明的上述第一個技術問題這樣解決，提供一種MIMO系統信號處 理方法，包括以下步驟
1.1) 採用塊對角化方法將多用戶MIMO物理信道H分解成獨立的多個 單用戶虛擬信道h,、 h2;
1.2) 發射端根據各虛擬信道矩陣對對應各用戶原始預發送信號X,、 X2 進行統一信道分解生成各自二次預發送信號F!X, 、 F2X2;
1.3) 發射端對所有二次預發送信號F!X,、 F2X2統一進行塊對角化處理 Mx[(F,xy,(F2X》7'f'並通過天線陣列向外發射，其中上角標T表示共軛轉置 運算。
這樣提供了一種基於塊對角化處理的多用戶UCD方法。
按照本發明提供的處理方法，該處理方法還包括每個用戶終端根據其接 收信號進行信道估計並將對應信道矩陣H,、 H2反饋給基站，基站根據所述 對應信道矩陣H^ H2獲:f又所述多用戶MIMO物理信道H^(H，)7(1^)7]7。
按照本發明提供的處理方法，該處理方法還包括基站通過導頻信號將所 述虛擬信道!^、 h2發送給每個用戶終端。
按照本發明提供的處理方法，所述發送是在有所述反饋時或所述多用戶 MIMO物理信道變化時進行，比如可以每5ms發送一次，減少對帶寬的 佔用。
按照本發明提供的處理方法，所述步驟1.2)中統一信道分解包括根據各
虛擬信道h,、 h2生成並利用對應用戶預編碼矩陣F,、 F2對對應各用戶原始 預發送信號X,、 X2進行處理F!X,、 F2X2。
按照本發明提供的處理方法，所述步驟1.3)中塊對角化處理包括根據所 述多用戶MIMO物理信道H生成並利用塊對角化預編碼矩陣M對所有二次 預發送信號FiXp F2X2統一進行處理Mx[(F,X,)、(F2X2)7]7 。
按照本發明提供的處理方法，塊對角化矩陣M是;t個用戶預編碼矩陣 M,的水平拼接，即M = [Mr..MJ。考慮所有用戶的信道矩陣在發射端完全
的幹擾，則各用戶的預編碼矩陣M,，、1,…A:需滿足//,]\17=0,其中&_/,即每
個用戶的預編碼矩陣位於其它所有用戶的信道矩陣的零空間，據此條件即可 求得A個用戶預編碼矩陣M,。
按H^(H/…(Hjf，如果選擇R的列位於H〖的零空間，則塊對角化 條件就可以滿足，這裡的H:是整個信道矩陣H去掉對應於用戶A的信道矩陣 得到的。
按照本發明提供的處理方法，該處理方法還包括
7.1) 接收端根據各自接收信號Y,或Y2估計自身信道H,或H2;
7.2) 結合統一信道分解檢測對應的所述原始預發送信號X,或X2。
按照本發明提供的處理方法，所述檢測是最小均方誤差(Minimum Mean Square Error, MMSE)檢測，所述步驟1.2)包括對所述虛擬信道hp 112進行 統一信道分解獲取並利用MMSE檢測加權矩陣W,或W2對所述接收信號 Y,或Y2進行;險測。
按照本發明提供的處理方法，接收端使用接收天線陣列。
按照本發明提供的處理方法，所述檢測包括但不限制於MMSE檢測。
按照本發明提供的處理方法，所述多用戶是二個或二個以上。
按照本發明提供的處理方法，所述天線陣列包括多個天線。
本發明的上述另一個技術問題這樣解決，提供一種MIMO系統信號處 理裝置，包括
發送端，包括依次連接的調製模塊、 一次預編碼模塊、二次預編碼模塊 和發射天線陣列，其中 一次預編碼模塊與發送端統一信道分解模塊連接， 二次預編碼模塊與塊對角化處理模塊連接，塊對角化處理模塊輸出連接發送
端統一信道分解模塊；
接收端，包括依次連接的接收天線陣列、檢測模塊和解調模塊，其中 接收天線陣列與信道估計模塊連接，檢測模塊與接收端統一信道分解模塊連 接，信道估計模塊輸出連接接收端統一信道分解模塊。
按照本發明提供的處理裝置，所述檢測模塊可以是MMSE檢測模塊、 迫零ZF檢測模塊等。
按照本發明提供的處理裝置，所述天線陣列包括多個天線。
本發明提供的多輸入多輸出系統信號處理方法及裝置，通過塊對角化處 理將多用戶MIMO物理信道分解為獨立的多個單用戶虛擬信道，從而使基 於統一信道分解對於各個獨立的單用戶虛擬信道適用，同現有技術相比有以 下優點第一，利用通信信道的特性進行信道逆處理，能消除用戶間幹擾， 從而使多輸入多輸出系統具有更廣泛的適應性；第二，利用統一信道分解方 法優化了各個用戶的性能。該方法簡潔、計算快速，易於工程實現。


下面結合附圖和具體實施例進一 步對本發明進行詳細說明。
圖l是本發明裝置結構示意圖。
圖2是本發明方法流程示意圖3是本發明多輸入多輸出系統仿真效果圖。
具體實施例方式
下面，以兩用戶多輸入多輸出系統為例說明本發明 (-)裝置
如圖l所示，該系統包括發射端和接收端及反饋路徑122.1、 122.2,本 發明裝置包括
發射端，包括信息源模塊110.1、 110.2,調製模塊111.1、 111.2， 一 次預編碼模塊112.1、 112.2， UCD分解模塊113.1、 113.2，塊對角化處理模 塊114， 二次預編碼模塊115，及iV,個發射天線116;
接收端，包括乂'、 乂2個接收天線117.1、 117.2, MMSE檢測模塊118.1、 118.2,解調模塊119.1、 119.2，信道估計模塊120.1、 120.2, UCD分解模塊 121.1、 121.2。以及反饋通道122.1、 122.2
在發射端，信道逆處理4莫塊114對多用戶MIMO物理信道進行塊對角 化處理，並將多用戶MIMO物理信道分成獨立的兩個單用戶虛擬信道h,、 h2
分別輸出到UCD分解模塊113.1、 113.2; UCD分解模塊113.1、 113.2分別 分解出兩個用戶的用戶預編碼矩陣F,、 F2;同時塊對角化處理模塊114還輸 出塊對角化處理預編碼矩陣M ,接著二次預編碼模塊115依據塊對角化處理 預編碼矩陣M進行二次預編碼處理。
在接收端，信道估計模塊120.1、 120.2對 、乂2個接收天線117.1、 117.2的信號進行估計，將估計出的信道信息分別輸出到UCD分解模塊 121.1、 121.2,並把用戶1、用戶2對應的信道矩陣巧、^分別經反饋通道 122.1、 122.2反饋給接收端。UCD分解模塊121.1、 121.2分別分解出兩個用
戶的加權矩陣W、 W2，並發送至MMSE檢測模塊118.1、 118.2,參與信號 的檢測處理。對於信號檢測模塊，本實施例採用MMSE檢測模塊，當然實 際應用中還可以使用其他類型的信號檢測模塊。
仁)工作原理
如圖2所示，本發明方法的具體實施，包括以下步驟
201) 接收端信道估計通過信道估計生成信道質量測量值信息， 一般 以鏈路的總信噪比SNR等形式給出。同時給出反映信道特徵的信道矩陣， 該信道矩陣包含每對發射和接收天線之間信道響應關係。
202) 信道狀態信息反饋得到接收端信道估計反饋的鏈路的反映信道 特徵的信道矩陣，根據SNR選擇調製方式，根據信道矩陣確定系統空時處 理方式。
203 )對多用戶MIMO信道進行對角化處理。
假定H是A個用戶的信道矩陣Ht的垂直拼接，M是A:個用戶預編碼矩陣
1V^的水平拼接，即
H:[(H,)7'…(HW M-[M,…M」
其中上角標T表示共軛轉置運算，如果選擇R的列位於H:的零空間，
則塊對角化條件就可以滿足。這裡的H〖是整個信道矩陣H去掉對應於用戶* 的信道矩陣得到的。
考慮所有用戶的信道矩陣在發射端完全已知的情況，並要求發射端的預 編碼使得各用戶的接收信號中沒有其它用戶的幹擾，則各用戶的預編碼矩陣 M,，^1,…A:需滿足//,M,-0,其中i-j',即每個用戶的預編碼矩陣位於其它所
有用戶的信道矩陣的零空間，據此條件即可求得yt個用戶預編碼矩陣IV^ 。
204)將塊對角化輸出^、 h2進行統一信道分解，得到兩個用戶的預編 石馬矩陣F'、 F2。
經對角化處理後，多用戶MIMO信道被分成獨立的兩個單用戶MIMO 信道hi、 h2，由於用戶間無法協同，便無法獨自估計當前的虛擬信道h'、 h2， 所以接下來基站要增加一次通過M預編碼的導頻符號發射，使用戶獲知、、
h2。最後基站和用戶分別對、、h2進行UCD分解，得到兩個用戶的預編碼 矩陣F'、 ^和MMSE檢測加權矩陣W'、，。
205 ),依據對角化預編碼矩陣M進行預編碼處理。
曰仿真
如圖3所示，仿真在不同的相關性信道中比較了本發明方法塊對角化 -統一信道分解BD-UCD和現有方法ZF(Zero-forcing迫零，ZF方法可以參 見[Quentin H.Spencer, A. Lee Swindlehurst, Martin Haardt. Zero-forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels. IEEE Transactions on Signal Processing, 2004,52(2)])的誤碼率BER這裡々支設新道相 關係數分別為0.1和0.7，仿真結果表明本發明BD-UCD比ZF更能適應高 相關性的信道條件。
權利要求
1、一種多輸入多輸出系統信號處理方法，其特徵在於，包括以下步驟:1. 1)採用塊對角化方法將多用戶多輸入多輸出物理信道分解成獨立的多個單用戶虛擬信道；1. 2)發射端根據各虛擬信道矩陣對對應各用戶原始預發送信號進行統一信道分解生成各自二次預發送信號；1. 3)發射端對所有二次預發送信號統一進行塊對角化處理並通過天線陣列向外發射。
2、 根據權利要求1所述處理方法，其特徵在於，該處理方法還包括 每個用戶終端根據其接收信號進行對應信道估計並反饋給基站，基站根據所 述對應信道獲取所述多用戶多輸入多輸出物理信道。
3、 根據權利要求2所述處理方法，其特徵在於，該處理方法還包括 基站通過導頻信號將所述虛擬信道發送給每個用戶終端。
4、 根據權利要求3所述處理方法，其特徵在於，所述發送是在有所 述反饋時或所述多用戶多輸入多輸出物理信道變化時進行。
5、 根據權利要求1所述處理方法，其特徵在於，所述步驟1.2)中統 一信道分解包括根據各虛擬信道生成並利用對應用戶預編碼矩陣對對應各 用戶原始預發送信號進行處理。
6、 根據權利要求1所述處理方法，其特徵在於，所述步驟1.3)中塊 對角化處理包括根據所述多用戶多輸入多輸出物理信道生成並利用對角化 預編碼矩陣對所有二次預發送信號統一進行處理。
7、 根據權利要求1所述處理方法，其特徵在於，該處理方法還包括7.1) 接收端根據各自接收信號估計自身信道；7.2) 結合統一信道分解檢測對應的所述原始預發送信號。
8、 根據權利要求7所述處理方法，其特徵在於，所述檢測是最小均 方誤差檢測，所述步驟1.2)包括對所述虛擬信道進行統一信道分解獲取並利 用最小均方誤差檢測加權矩陣對所述接收信號進行檢測。
9、 一種多輸入多輸出系統信號處理裝置，其特徵在於，包括 發送端，包括依次連接的諷制模塊(lll.l、 111.2)、 一次預編碼模塊(112.1、 112.2)、 二次預編碼模塊(115)和發射天線陣列(116),其中 一次預 編碼模塊(lll.l、 111.2)與發送端統一信道分解模塊(113.1、 113.2)連接，二 次預編碼模塊(l 15)與塊對角化模塊(l 16)連接，塊對角化處理模塊(l 16)輸出 連接發送端統一信道分解模塊(113.1、 113.2);接收端，包括依次連接的接收天線陣列(117.1、 117.2)、檢測模塊(l 18.1、 118.2)和解調模塊(119.1、 119.2),其中接收天線陣列(l 17.1 、 117.2)與信道 估計模塊(120.1、 120.2)連接，檢測模塊(118.1、 118.2)與接收端統一信道分 解模塊(12U、 122.2)連接，信道估計模塊(120.1、 120.2)輸出連接接收端統 一信道分解模塊(121.1、 121.2)。
10、 根據權利要求9所述處理裝置，其特徵在於，所述檢測模塊(118.1、 118.2)是最小均方誤差檢測模塊或迫零檢測模塊。
全文摘要
本發明涉及一種多輸入多輸出系統信號處理方法及裝置，其中裝置包括位於發送端的與發送端統一信道分解模塊(113.1、113.2)連接的一次預編碼模塊(112.1、112.2)和與塊對角化處理模塊(116)連接的二次預編碼模塊，還包括位於接收端的信道估計模塊(120.1、120.2)與檢測模塊(118.1、118.2)之間的接收端統一信道分解模塊(121.1、121.2)；其中方法包括將多用戶多輸入多輸出物理信道分解成獨立的多個單用戶虛擬信道；利用虛擬信道對各用戶原始預發送信號進行統一信道分解；對分解後的信號進行塊對角化處理並通過天線陣列向外發射；接收端結合統一信道分解檢測原始預發送信號。
文檔編號H04B7/08GK101378282SQ20071014762
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月31日 優先權日2007年8月31日
發明者孫雲鋒, 王文煥, 王衍文, 瓊 趙 申請人:中興通訊股份有限公司