用於通信系統的線性預編碼的方法和裝置的製作方法
2023-05-12 04:55:26
專利名稱：用於通信系統的線性預編碼的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，特別涉及通信領域中用於通信系統的線性預編碼的方法和
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
由於多輸入多輸出(Multiple-InputMultiple-Output,簡稱為 「ΜΙΜΟ」)系統中的空分復用接入(Space Division Multiple Access,簡稱為「SDMA」)帶來的系統增益潛力很大，因此多用戶(Multiple User，簡稱為「MU」)MMO成為近年來研究的熱點。MIMO技術首先被應用於單用戶系統中，在所有發送天線和接收天線上的聯合處理帶來MMO增益。但是，當MMO技術應用到MU場景時，用戶之間無法協調是一個關鍵問題。對於蜂窩網絡中的上下行通信而言，在上行通信中，多個用戶同時同頻給基站發送信息，基站可以採用類似於多用戶檢測(Multiple User Detection,簡稱為「MUD」)技術來分離不同用戶的信號；在下行傳輸中，基站同時發送信號給用戶。因此，在每個用戶的接收信號中，有一部分就是其他用戶信號帶來的用戶間幹擾。儘管在理論上用戶可以通過採用多用戶檢測MUD的多用戶幹擾(Multi-User Interference，簡稱為「MUI 」)消除技術，但是考慮到用戶低功耗、低複雜度、低成本的要求，通常期望在基站側消除MUI。在基站側可以通過線性和非線性預編碼技術來消除用戶間的幹擾。線性預編碼 技術具有低計算複雜度的特點，並且在信道狀態信息(Channel State Information,簡稱為「CSI」)不完備的情況下，具有良好的穩健性；而非線性預編碼技術相對於線性預編碼技術，具有更高的計算複雜度，並且對CSI的準確性很敏感。然而，現有技術中的線性預編碼方法通常比較複雜，並且要求發射天線的數量大於接收天線的數量。當前的研究中提出了一種不限制接入點(Access Point，簡稱為「AP」)和終端用戶的接收天線個數的無線通信系統。在該專利中，為了打破發射天線的數量必須大於接收天線的數量的限制，採用由終端用戶發送的訓練序列，AP產生的接收係數矩陣(ReceiveCoefficient Matrix,也稱為接收波束成形矩陣(Receive Beamforming Matrix,簡稱為「RBFM」))，並且當接收天線的數量不超過發送天線的數量時，該接收係數矩陣乘以信道矩陣以用來形成一個等效發送係數矩陣。採用這種方法可以用來消除多用戶間的幹擾。因此，可以計算出發送係數矩陣A。接著，在消除多用戶幹擾之後的等效單用戶傳輸中，採用MIMO傳輸策略獲取接收係數矩陣V和U。在用戶側，需要知道接收係數矩陣B和U才可以進行數據的恢復。但在發送數據之前，發射端必須將接收係數矩陣發送給接收端用戶。因此，該方法雖然能夠打破對天線數量的限制，但是該方法較複雜，系統開銷很大，並容易導致通信時間和頻率資源的浪費。因此，需要一種簡單且快速地線性預編碼方法，並且該線性預編碼方法對發射端和接收端的天線的數量沒有限制
發明內容
本發明實施例提供了一種用於通信系統的線性預編碼的方法和裝置，能夠快速且簡單地獲取預編碼矩陣，並且對發射端和接收端的天線的數量沒有限制。一方面，本發明實施例提供了一種用於通信系統的線性預編碼的方法，該通信系統包括具有Mt個發射天線的基站以及K個用戶設備，該K個用戶設備中的第i個用戶設備
具有MKi個接收天線，i = 1、 2.....K，其中MT、K、MKi為自然數，該方法包括根據與該第i
個用戶設備的當前子載波相關的子載波的信道特性，設置該當前子載波的接收波束成形矩陣RBFM的初始值if);根據第p-Ι次迭代中該第i個用戶設備的RBFM ,確定第p次迭代中該第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣#f)，其中P為自然數；通過對該第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣#f)進行奇異值分解，獲取構成該等效聯合信道補矩陣#f)的左零陷空間的右奇異向量集合0〃』°)，並將該右奇異向量集合0〃』°)設置為第P次迭代中該第i個用戶設備的發射波束成形矩陣TBFMfw ;根據收斂規則將該第i個用戶設備的TBFMfw設置為該第i個用戶設備的預編碼矩陣匕。另一方面，本發明實施例提供了一種用於通信系統的線性預編碼的裝置，該通信系統包括具有Mt個發射天線的基站以及K個用戶設備，該K個用戶設備中的第i個用戶設
備具有MKi個接收天線，i = 1、2.....K，其中MT、K、MKi為自然數，該裝置包括第一設置模
塊，用於根據與該第i個用戶設備的當前子載波相關的子載波的信道特性，設置該當前子載波的接收波束成形矩陣RBFM的初始值if);第一確定模塊，用於根據第p-Ι次迭代中該第i個用戶設備的RBFM Dp—1)，確定第P次迭代中該第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣#f)，其中P為自然數；第二設置模塊，用於通過對該第一確定模塊確定的該第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣#f)進行奇異值分解，獲取構成該等效聯合信道補矩陣#^)的左零陷空間的右奇異向量集合，並將該右奇異向量集合0〃』°)設置為第P次迭代中該第i個用戶設備的發射波束成形矩陣TBFMfW ;第二確定模塊，用於根據收斂規則將該第二設置模塊設置的該第i個用戶設備的TBFMi^)確定為該第i個用戶設備的預編碼矩陣匕。基於上述技術方案，本發明實施例的用於通信系統的線性預編碼的方法和裝置，通過根據用戶設備的當前子載波相關的子載波的信道特性，設置該當前子載波的接收波束成形矩陣的初始值，能夠快速且簡單地獲取預編碼矩陣，並能夠增加系統的吞吐量，降低系統計算複雜度，對發射端和接收端的天線的數量也沒有限制，從而能夠全面提升系統的性倉泛。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對本發明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是根據本發明實施例的用於通信系統的線性預編碼的方法的示意性流程圖。圖2是根據本發明實施例的用於通信系統的線性預編碼的方法的應用場景示意圖。
圖3是根據本發明實施例的方法進行仿真的示意性框圖。圖4是根據本發明實施例的系統吞吐量的互補累計分布函數比較曲線圖。圖5是根據本發明實施例的迭代次數的互補累計分布函數比較曲線圖。圖6是根據本發明實施例的有效信幹噪比的互補累計分布函數比較曲線圖。圖7A和7B是根據本發明實施例的調製編碼機制選擇的概率比較曲線圖。圖8是根據本發明另一實施例的系統吞吐量的互補累計分布函數比較曲線圖。
圖9A和9B是根據本發明另一實施例的調製編碼機制選擇的概率比較曲線圖。圖10是根據本發明實施例的用於通信系統的線性預編碼的裝置的示意性框圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應屬於本發明保護的範圍。應理解，本發明的技術方案可以應用於各種通信系統，例如全球移動通訊(Global System of Mobile communication,簡稱為 「GSM」)系統、碼分多址(CodeDivision Multiple Access,簡稱為 「CDMA」)系統、寬帶碼分多址(Wideband CodeDivision Multiple Access,簡稱為 「WCDMA」)系統、通用分組無線業務(General PacketRadio Service，簡稱為「GPRS」)、長期演進(Long Term Evolution，簡稱為「LTE」)系統、LTE頻分雙工(Frequency Division Duplex,簡稱為「FDD」)系統、LTE時分雙工(Time DivisionDuplex,簡稱為 「TDD」)、通用移動通信系統(Universal Mobile TelecommunicationSystem,簡稱為「UMTS」)、無線區域網系統(Wireless Local Access Network 簡稱為 WLAN)
坐寸ο還應理解，在本發明實施例中，用戶設備(User Equipment，簡稱為「UE」)可稱之為終端(Terminal)、移動臺(Mobile Station，簡稱為「MS」)、移動終端(MobileTerminal)、站點(Station)等，該用戶設備可以經無線接入網(Radio Access Network,簡稱為「RAN」)與一個或多個核心網進行通信，例如，用戶設備可以是行動電話(或稱為「蜂窩」電話)、具有移動終端的計算機等，例如，用戶設備還可以是可攜式、袖珍式、手持式、計算機內置的或者車載的移動裝置，它們與無線接入網交換語言和/或數據。在本發明實施例中，基站可以是GSM或CDMA中的基站(Base TransceiverStation，簡稱為「BTS」)，也可以是WCDMA中的基站(NodeB，簡稱為「NB」)，還可以是LTE中的演進型基站(Evolutional Node B，簡稱為「ENB或e-NodeB」)，還可以是WLAN中的接入點(Access Point簡稱AP)本發明並不限定。但為描述方便，下述實施例將以基站NB和用戶設備UE為例進行說明。圖I示出了根據本發明實施例的用於通信系統的線性預編碼的方法100的示意性流程圖。如圖I所示，該方法100應用的通信系統包括具有Mt個發射天線的基站以及K個
用戶設備，該K個用戶設備中的第i個用戶設備具有MKi個接收天線，i = 1、2.....K，其中
MT、K、MKi為自然數，該方法100包括S110，根據與該第i個用戶設備的當前子載波相關的子載波的信道特性，設置該當前子載波的接收波束成形矩陣(Receive Beamforming Matrice,簡稱為「RBFM」)的初始值 B;。)；S120，根據第p-Ι次迭代中該第i個用戶設備的RBFM ,確定第p次迭代中該第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣，其中P為自然數；S130，通過對該第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣進行奇異值分解，獲取構成該等效聯合信道補矩陣#f)的左零陷空間的右奇異向量集合巧^^，並將該右奇異向量集合0設置為第P次迭代中該第i個用戶設備的發射波束成形矩陣(TransmitBeamforming Matrice,簡稱為 「TBFM」)；S140，根據收斂規則將該第i個用戶設備的TBFMfM設置為該第i個用戶設備的預編碼矩陣Fi。在本發明實施例的方法中，對於特定用戶設備而言，首先設置該用戶設備的當前·子載波的接收波束成形矩陣RBFM的初始值，根據該RBFM的初始值，可以計算出第一次迭代過程中該用戶設備的等效聯合信道補矩陣，並通過對該等效聯合信道補矩陣進行奇異值分解(Singular Value Decomposition,簡稱為「SVD」)，可以獲取第一次迭代過程中該用戶設備的發射波束成形矩陣TBFM，如果第一次迭代過程後不滿足收斂規則，則進行下一次迭代過程，直至收斂規則得到滿足，將該迭代過程中得到的發射波束成形矩陣TBFM設置為該用戶設備的預編碼矩陣。應理解，在下一次迭代過程中需要使用的接收波束成形矩陣RBFM，可以在確定前一次迭代過程是否滿足收斂規則之前或之後進行計算。由於該方法採用的RBFM的初始值考慮了與當前子載波相關的子載波的信道特性，即考慮了相關子載波的信道相關性，從而能夠加速迭代過程，減小迭代次數，由此簡化方法的複雜度。因此，本發明實施例的用於通信系統的線性預編碼的方法，通過根據用戶設備的當前子載波相關的子載波的信道特性，設置該當前子載波的接收波束成形矩陣的初始值，能夠快速且簡單地獲取預編碼矩陣，並能夠增加系統的吞吐量，降低系統計算複雜度，對發射端和接收端的天線的數量也沒有限制，從而能夠全面提升系統的性能。下面將結合圖2所示的應用場景，對根據本發明實施例的用於通信系統的線性預編碼的方法進行詳細說明。如圖2所示，本發明實施例應用的通信系統包括具有Mt個發射天線的基站，以及K個用戶設備，該K個用戶設備中的第i個用戶設備具有Mri個接收天線，該K個用戶設備
具有的接收天線的總數為Μκ，其中，i = 1、2.....K，MT、K、MKi為自然數，1^可以由下列等式
(I)確定
KMr = [Mft.( I )
/=1應理解，該通信系統可以包括一個基站，該基站具有Mt個發射天線，該通信系統也可以包括兩個或兩個以上的基站，這些基站總共具有Mt個發射天線。如圖2所示，第i個用戶設備的發送信號定義為^i-維的向量Xi，其中^是發送給第i個用戶設備的數據流的個數。K個向量可以由下列等式(2)表示
權利要求
1.一種用於通信系統的線性預編碼的方法，其特徵在於，所述通信系統包括具有Mt個發射天線的基站以及K個用戶設備，所述K個用戶設備中的第i個用戶設備具有MKi個接收天線，i = 1、2.....K，其中MT、K、MKi為自然數，所述方法包括 根據與所述第i個用戶設備的當前子載波相關的子載波的信道特性，設置所述當前子載波的接收波束成形矩陣RBFM的初始值if)； 根據第P-I次迭代中所述第i個用戶設備的RBFMZ^—1)，確定第P次迭代中所述第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣#f)，其中P為自然數； 通過對所述第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣#f)進行奇異值分解，獲取構成所述等效聯合信道補矩陣#f)的左零陷空間的右奇異向量集合^一，並將所述右奇異向量集合0〃』°)設置為第P次迭代中所述第i個用戶設備的發射波束成形矩陣TBFMi^)； 根據收斂規則將所述第i個用戶設備的TBFMfM設置為所述第i個用戶設備的預編碼矩陣F」
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，如果所述第i個用戶設備採用最小均方誤差MMSE接收器，則所述第i個用戶設備的RBFM Z^—1)由下列等式確定1) =+ σ//Μκ )—1 H1F^， 其中，P為第P-I次迭代中所述第i個用戶設備的TBFM，％2為接收天線的噪聲功率，7MffiSMKiXMKi維單位矩陣； 如果所述第i個用戶設備採用最大比合併MRC接收器，則所述第i個用戶設備的RBFM Dp—C由下列等式確定D\p^l) = Η#-1)。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述根據與當前子載波相關的子載波的信道特性，設置所述當前子載波的接收波束成形矩陣RBFM的初始值Ζ) °)，包括 如果所述當前子載波不是所述第i個用戶設備的第一個子載波，則將所述當前子載波的RBFM的初始值if)設置為用於確定與所述當前子載波相鄰的子載波的預編碼矩陣的RBFM。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述等效聯合信道補矩陣#f)由下列等式確定_「H 其中，第P次迭代中所述第i個用戶設備的等效信道矩陣^f) = Dip-vfiHi ,Hi為所述第i個用戶設備的信道矩陣。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述收斂規則包括多用戶幹擾MUIUl、TBFM變化和迭代次數P < ε 3中的至少一個，所述多用戶幹擾由下列等式確定
6.根據權利要求I至5中任一項所述的方法，其特徵在於，所述通信系統的發射天線的數量Mt小於或等於所述K個用戶設備的接收天線的總數Mk，其中所述接收天線的總數Mk由下列等式確定
7.根據權利要求I至5中任一項所述的方法，其特徵在於，所述通信系統包括多用戶MU多輸入多輸出MMO多載波系統。
8.一種用於通信系統的線性預編碼的裝置，其特徵在於，所述通信系統包括具有Mt個發射天線的基站以及K個用戶設備，所述K個用戶設備中的第i個用戶設備具有MKi個接收天線，i = 1、2.....K，其中MT、K、MKi為自然數，所述裝置包括 第一設置模塊，用於根據與所述第i個用戶設備的當前子載波相關的子載波的信道特性，設置所述當前子載波的接收波束成形矩陣RBFM的初始值if)； 第一確定模塊，用於根據第P-I次迭代中所述第i個用戶設備的RBFM 1^—^，確定第P次迭代中所述第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣，其中P為自然數； 第二設置模塊，用於通過對所述第一確定模塊確定的所述第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣進行奇異值分解，獲取構成所述等效聯合信道補矩陣#f)的左零陷空間的右奇異向量集合巧〃』°)，並將所述右奇異向量集合0〃』°)設置為第P次迭代中所述第i個用戶設備的發射波束成形矩陣TBFMfw ； 第二確定模塊，用於根據收斂規則將所述第二設置模塊設置的所述第i個用戶設備的TBFMfw確定為所述第i個用戶設備的預編碼矩陣F」
9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，如果所述第i個用戶設備採用最小均方誤差MMSE接收器，則所述第i個用戶設備的RBFM Z^—1)由下列等式確定
10.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述第一設置模塊具體用於 如果所述當前子載波不是所述第i個用戶設備的第一個子載波，則將所述當前子載波的RBFM的初始值if)設置為用於確定與所述當前子載波相鄰的子載波的預編碼矩陣的RBFM。
11.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述等效聯合信道補矩陣由下列等式確定
12.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述收斂規則包括多用戶幹擾MUI) Ul、TBFM變化1#〃)-F0"1)和迭代次數P彡ε 3中的至少一個，所述多用戶幹擾由下列等式確定
13.根據權利要求8至12中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述通信系統的發射天線的數量Mt小於或等於所述K個用戶設備的接收天線的總數Mk，其中所述接收天線的總數Mk由下列等式確定
14.根據權利要求8至12中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述通信系統包括MUMIMO多載波系統。
全文摘要
本發明公開了一種用於通信系統的線性預編碼的方法和裝置。該方法包括根據與第i個用戶設備的當前子載波相關的子載波的信道特性，設置該當前子載波的接收波束成形矩陣RBFM的初始值根據第p-1次迭代中該第i個用戶設備的RBFM確定第p次迭代中該第i個用戶設備的等效聯合信道補矩陣其中p為自然數；獲取構成該等效聯合信道補矩陣的左零陷空間的右奇異向量集合併將該右奇異向量集合設置為第p次迭代中該第i個用戶設備的發射波束成形矩陣TBFM根據收斂規則將該第i個用戶設備的TBFM設置為該第i個用戶設備的預編碼矩陣Fi。本發明實施例的方法和裝置能夠快速且簡單地獲取預編碼矩陣，並能夠增加系統的吞吐量，提升系統性能。
文檔編號H04L1/00GK102957502SQ20111025460
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者董明傑, 程瑤, 李勝, 弗洛裡安·羅默, 張建樹, 馬丁·哈特, 宋斌 申請人:華為技術有限公司