專利名稱：一種多用戶mimo系統的線性與非線性綜合預編碼方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，特別是一種多用戶MIMO系統的線性與非線性綜合預編碼方法及裝置。
背景技術：
多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,ΜΙΜΟ)技術能夠充分利用空間多徑傳輸，提供分集增益、復用增益及陣列增益等，大大提高了系統的可靠性及有效性，成為未來無線通信的一大關鍵技術。近年來，MIMO技術的研究已經從點對點的單用戶MIMO系統擴展到了點對多點的多用戶MIMO系統。在多用戶MIMO系統中，由于在相同時頻資源塊傳遞多個用戶信息，在提高頻譜效率的同時不可避免的引入了用戶間的共信道干擾。由于多用戶MIMO系統受接收端成本、功耗、地理位置分散等條件限制，難以在接收端應用一些復雜的信號檢測技術，一般采用發射端預編碼消除共信道干擾。針對多用戶MIMO系統，已經有多種預編碼方案被提出。線性塊對角化預編碼算法使得各用戶的預編碼矩陣位于其他用戶信道矩陣的零空間上，以此來消除用戶間的信號干擾，進而將多用戶MIMO系統分解為多個平行單用戶MIMO信道，但是此算法均要求發射端天線數大于等于接收端所有用戶天線數之和，限制了用戶數目，靈活性較差，且該算法未考慮噪聲影響，在信噪比較低時性能較差。不同于塊對角化預編碼以優化信干噪比為目標的做法，基于信漏噪比最優化準貝丨J (maximizing the signal to leakage plus noise ratio, max-SLNR)的預編碼算法以優化每用戶信漏噪比為目的，它允許用戶之間存在少量的干擾， 簡化了計算方法，對發射端和接收端的天線數也沒有限制，但是該算法主要思路是壓制干擾信號，而非消除干擾信號，使得泄露功率最小而非干擾最小，因此，用戶間、數據流間不可避免的存在著大量干擾。此外，由于系統誤碼率取決于信道質量最差的等效子信道，而該算法并沒有均衡化各數據流所經過子信道的等效信道增益，不可避免的會出現等效信道增益較小的子信道，以上兩方面因素均使得該算法雖然大大降低了復雜度，但其誤碼率性能及容量性能較差，限制了它的進一步應用。
發明內容
本發明實施例提供一種多用戶多輸入多輸出系統中線性與非線性綜合預編碼方法及裝置，該裝置簡單而高效，適用于多用戶MIMO下行鏈路信道，可以降低傳輸的誤碼率， 并提高系統的整體性能。其主要解決基于信漏噪比最優化準則的線性預編碼方式中各用戶之間以及各數據流之間已知干擾未消除，以及各數據流傳輸子信道的等效信道增益不均衡而導致誤碼率較高的問題。本發明不同于已有MIMO預編碼方法及裝置，采用連續干擾消除的非線性預編碼思想來壓制已知干擾，采用基于信漏噪比最優化準則的線性預編碼思想來壓制未知干擾，尤其采用幾何均值分解算法均衡每用戶各數據流傳輸子信道的等效信道增益，降低系統總體誤碼率。
本發明實施例提供的一種多用戶多輸入多輸出系統中線性與非線性綜合預編碼信號發射方法包括對上層協議棧接口獲得的信號依次進行加擾及調制等基本操作；利用從接收端反饋的信道狀態信息中的信道增益矩陣以及本發明自定義的連續干擾消除后每用戶新型信漏噪比值最大化準則進行線性預處理矩陣設計改造信道增益矩陣，并對改造后的每用戶信道增益矩陣進行幾何均值分解得到每用戶三角化預處理的酉前饋矩陣，再利用最終等效信道矩陣的下三角矩陣作為反饋矩陣對調制后的信號進行非線性臟紙編碼操作。將經過非線性臟紙編碼以及線性預編碼處理后的信號發送到信道，經信道傳輸到各接收端。本發明實施例提供的一種多用戶多輸入多輸出系統中線性與非線性綜合預編碼接收方法包括多個獨立相同接收端，即多個用戶，分別對信道進行估計，并將信道狀態信息反饋到發射端；接收發射端發送的接收端處理矩陣；接收發射端發送的信號，對該信號依次進行解預編碼處理、判決、解調、去擾等逆基本處理操作。本發明實施例提供的一種多用戶多輸入多輸出系統中線性與非線性綜合預編碼信號發射裝置，包括發射端、接收端以及反饋單元；所述的發射端裝置，包括基本處理單元、非線性處理單元、前饋處理單元、線性預編碼處理單元、發送單元，其中基本處理單元，用于對信號進行加擾及調制等基本處理操作；非線性處理單元，用于對調制后的信號進行臟紙編碼，對已知干擾進行連續干擾消除；前饋處理單元，用于對非線性預編碼后的信號進行酉矩陣相乘處理，酉矩陣從每用戶等效信道矩陣的幾何均值分解算法獲得；線性預編碼處理單元，用于對從接收端反饋的信道增益矩陣進行線性預處理矩陣設計，獲得每用戶線性預處理矩陣，并進行相應處理；發送單元，用于將經過線性預編碼處理的信號以及各用戶接收端處理矩陣發送到信道，經信道傳輸到接收端。本發明實施例提供的一種多用戶多輸入多輸出系統中線性與非線性綜合預編碼信號接收端裝置，包括多個獨立相同接收裝置，即多個用戶，分別包含接收單元，用于接收發射端發送預編碼處理之后的信號；解預編碼單元，用于對接收單元接收的信號以及本用戶接收端處理矩陣進行矩陣處理；逆基本處理單元，用于對矩陣處理單元處理后的信號依次進行判決、解調、去擾等逆基本處理操作。本發明實施例提供的一種多用戶多輸入多輸出系統中線性與非線性綜合預編碼信號反饋單元，用于接收端向發射端反饋信道增益矩陣。
本發明實施例提供的技術方案的有益效果是1.本發明實施例提供一種適用于多用戶MIMO系統下行鏈路的可靠預編碼方法與裝置，適用場景較廣。該預編碼算法將線性預編碼方法與非線性預編碼方法相結合，同時具備非線性預編碼低誤碼率及線性預編碼低算法復雜度的優點；2.本發明引入新的連續干擾消除優化后的每用戶新型信漏噪比定義，以設計線性預編碼部分壓制未知干擾，同時忽略連續干擾消除的已知干擾；3.本發明引入幾何均值分解算法，均衡每用戶各數據流傳輸子信道的等效信道增益，避免出現信道質量較差的等效子信道，降低系統誤碼率，提高系統整體性能。
圖1為本發明系統實施例的結構示意圖；圖2為本發明實施例的發射裝置的結構示意圖；圖3為本發明實施例的接收裝置的結構示意圖；圖4為本發明方法的具體實施例的流程示意具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例做詳細說明本實施例應用于多用戶MIMO下行鏈路系統，該系統包括1個基站(發射端)及K 個用戶(接收端)。基站端配備Nt根發射天線，且發送給用戶i (1 < i < K)的數據流數目為Li，用戶i配置凡^艮接收天線，基站發送給用戶i的數據可表示為Si，B表示非線性處理單元反饋矩陣，P表示前饋處理單元前饋矩陣，Pi表示用戶i的前饋矩陣，W表示線性處理單元預處理矩陣，Wi表示用戶i的預處理矩陣，發射端總功率限制為&。H表示系統信道增益矩陣，Hi表示用戶i的信道增益矩陣。&表示用戶i的解預編碼處理單元處理矩陣。圖1為本發明系統實施例的結構示意圖。參見圖1所示，本發明實施例的裝置包括發射端11、接收端12、反饋單元13。發射端11，用于對發射信號進行一系列的加擾、調制等基本操作，以及非線性、線性信號預處理；接收端12，用于對接收信號進行解預編碼處理，以及判決、解調、去擾等逆基本處理操作。反饋單元13，用于接收端向發射端反饋信道增益矩陣。其實現方式為發射端向發送信號中插入導頻信號，送入信道，接收端信道估計單元利用接收信號中提取的導頻信息進行信道估計，并將估計出的信道增益矩陣周期性地反饋給發射端。各單元詳細作用及描述在下文中給出。圖2為本發明實施例的發射裝置的結構示意圖。參見圖2所示，本發明實施例發射裝置包括基本處理單元21、非線性處理單元 22、前饋處理單元23、線性處理單元24、發送單元25。基本處理單元21，用于對信號進行加擾和調制得到基站發送給各用戶的數據，調制方式可包括 QAM、4QAM、16QAM、64QAM、BPSK、QPSK 等；非線性處理單元22，運用臟紙編碼定理實現各數據流間已知干擾的連續干擾消除，為實現簡便，采用模代數非線性處理代替臟紙編碼，并采用下三角反饋矩陣B進行連續干擾消除；前饋處理単元23，采用前饋酉矩陣P對信號進行處理；線性處理單元24，設計線性預處理矩陣W對信號進行處理。定義連續干擾消除優化后的用戶i新型信漏噪比
權利要求
1.一種多用戶ΜΙΜΟ系統的線性與非線性綜合預編碼方法，其特征在于，包括以下步驟基站對來自上層的信號依次進行加擾、調制操作；基站獲得信道狀態信息，利用臟紙編碼思想及基于新型信漏噪比最大化準則預編碼算法進行處理矩陣設計，對每用戶等效信道矩陣利用矩陣分解，進行預編碼操作； 將經過預編碼處理的信號發送到無線信道，經信道傳輸給接收端； 接收端對收到的信號進行解預編碼、判決、解調、去擾操作。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對發送信號利用臟紙編碼思想及基于新型信漏噪比最大化準則預編碼算法進行預編碼操作，包括基站利用上行反饋鏈路獲得信道狀態信息
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用新型信漏噪比，該新型信漏噪比定義為
4.如權利要求ι所述的方法，其特征在于，所述對每用戶等效信道矩陣利用矩陣分解，該每用戶等效信道矩陣指HiWi (1 ^ i ^ K),該矩陣分解方法指幾何平均分解，即
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用臟紙編碼思想，該臟紙編碼思想指，利用下三角矩陣B進行模代數非線性處理，下三角矩陣B由式(3)和式(4)獲得
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述發射端獲得信道狀態信息，包括如下步驟基站(發射端)發送下行導頻信息； 用戶終端利用下行導頻信息進行信道估計； 各用戶分別反饋自己的信道狀態信息給基站端；基站端接收各用戶信道信息，并組合得到整個信道信息。
7. 一種多用戶MIMO系統的線性與非線性綜合預編碼裝置，其特征在于，該裝置包括 發射端、接收端以及反饋單元；發射端發送導頻信息，接收端利用導頻信息進行信道估計， 再把信道狀態信息反饋給發射端，發射端重構信道狀態信息并進行預編碼，形成待發送的信號；發送端裝置包括基本處理單元、預編碼單元(包括非線性處理單元、前饋處理單元、 線性處理單元)及發送單元；發射端首先進行加擾、調制等基本操作，然后利用信道狀態信息，結合臟紙編碼思想消除掉已知用戶干擾，再利用前饋處理單元對信號進行酉矩陣相乘處理，最后利用基于新型信漏噪比最大化準則預編碼方案抑制對其他用戶的泄露功率，即壓制未知用戶干擾，最后利用發送單元發送信號到無線信道傳輸；接收端裝置包括接收單元、解預編碼處理單元、逆基本處理單元；接收端接收到信號后，先消除預編碼操作的影響，再對信號進行判決、解調、去擾操作，即可恢復原始發送數據。
全文摘要
一種多用戶MIMO系統的線性與非線性綜合預編碼方法及裝置，方法步驟為發射端獲取各用戶信道狀態信息；根據每用戶新型信漏噪比最優化準則進行線性預編碼處理矩陣設計；對每用戶等效信道進行幾何均值分解，獲取相應用戶前饋處理矩陣；取前饋矩陣及線性預編碼矩陣改造后等效信道矩陣的下三角部分做非線性預編碼的反饋處理矩陣；發射端依次對信號進行加擾、調制等基本處理、非線性臟紙編碼處理、前饋矩陣處理、線性預編碼矩陣處理，再發送信號；應用本發明，實現線性預編碼與非線性預編碼的綜合設計，消除已知干擾并壓制未知干擾，克服了基于信漏噪比最優化準則的線性預編碼中已知干擾未完全消除及各等效信道增益不均衡等兩大缺點，提升了系統性能。
文檔編號H04L1/00GK102545984SQ201210006689
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者孫嚴智, 張存義, 徐春秀, 武穆清, 趙敏, 鄭鳳, 郭起霖, 陳潤芊 申請人:北京郵電大學