專利名稱：基于下行mu-miso的非線性預(yù)編碼方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及下行多用戶多輸入單輸出(Mult1-User Multiple-1nputSingle-Output,簡稱MU-MIS0)的預(yù)編碼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼方法、裝置及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于一個下行MU-MISO系統(tǒng)，基站配置Nt根發(fā)送天線，第k個用戶端配置NKk=I根接收天線，系統(tǒng)中共有K個用戶，系統(tǒng)總的接收天線數(shù)為馬二Zt1 二[，用{Ne1, Ne2, Nek} XNt描述系統(tǒng)的天線配置。考慮平坦衰落信道，則用戶k的下行信道矢量可以表示為，所有用戶構(gòu)成的系統(tǒng)級聯(lián)信道可以表示為
H = [H^ Hf…H^]1 GCt"'其中上標(biāo)T代表對矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)置。當(dāng)系統(tǒng)天線配
置滿足Nt ^ K時，在基站發(fā)送端采用基于最小均方誤差準(zhǔn)則的湯姆林森哈拉希碼預(yù)編碼(Minimum Mean Square Error Tomlinson-Harashima Precoding,簡稱MMSE-THP)算法可以完全消除多用戶干擾(Multiple User Interference,簡稱MUI )。在此基礎(chǔ)上,若能進(jìn)一步對各用戶的信道矢量進(jìn)行 合理的排序，則可以更好地利用信道增益，優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能。然而，傳統(tǒng)的MMSE-THP算法大多基于信道矩陣的QR分解來設(shè)計發(fā)送端的排序矩陣、反饋矩陣和預(yù)編碼矩陣。該算法主要存在兩大問題其一，最優(yōu)排序矩陣的尋找過程較為繁瑣，計算量大；其二，發(fā)送端的預(yù)編碼矩陣被強(qiáng)制設(shè)定為酉矩陣，系統(tǒng)的整體誤碼率性能不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例所要解決的一個技術(shù)問題在于，提供一種基于非酉預(yù)編碼的性能優(yōu)化的下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼方法。本發(fā)明實施例所要解決的另一個技術(shù)問題在于，提供一種基于非酉預(yù)編碼的性能優(yōu)化的下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼裝置。本發(fā)明實施例所要解決的又一個技術(shù)問題在于，提供一種基于非酉預(yù)編碼的性能優(yōu)化的下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提出了一種基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼方法，所述方法包括初始化步驟首先由基站確定參與下行MU-MISO通信的K個用戶及其對應(yīng)的信道矩陣集合H ；MMSE矩陣計算步驟根據(jù)所述信道矩陣集合計算用于發(fā)送預(yù)處理的MMSE矩陣；排序矩陣羅列步驟根據(jù)用戶數(shù)K即H的行數(shù)生成排序集合Γ ;三角對角化分解步驟利用Γ中的每一個排序矩陣P對所述MMSE矩陣計算步驟求得的MMSE矩陣Φ進(jìn)行行列變換，得到新生成的麗SE矩陣φ,對新生成的麗SE矩陣φ執(zhí)行三角對角化分解，存儲分解生成的下三角矩陣L、對角矩陣D以備用，并取D的對角線元素構(gòu)成矢量d ;最優(yōu)排序矩陣尋找步驟根據(jù)三角對角化分解步驟的結(jié)果，采用預(yù)定準(zhǔn)則找出集合Γ中的最優(yōu)排序矩陣索引，并將該索引對應(yīng)的排序矩陣#輸出；以及MMSE-THP預(yù)處理矩陣計算步驟找出最優(yōu)排序索引對應(yīng)的下三角矩陣I以及對角矩陣0,并依次計算發(fā)送端的反饋矩陣B、預(yù)編碼矩陣F以及用于保證發(fā)送總功率能夠歸一化的功率歸一化因子β。相應(yīng)地，本發(fā)明實施例還提出了一種基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼裝置，所述裝置包括確定參與下行MU-MISO通信的K個用戶及其對應(yīng)的信道矩陣集合H的初始化模塊；根據(jù)所述信道矩陣集合計算用于發(fā)送預(yù)處理的MMSE矩陣的MMSE矩陣計算模塊；根據(jù)用戶數(shù)K即H的行數(shù)生成排序集合Γ的排序矩陣羅列模塊；利用Γ中的每一個排序矩陣P對所述麗SE矩陣計算模塊求得的麗SE矩陣進(jìn)行行列變換，并對新生成的麗SE矩陣φ執(zhí)行三角對角化分解的三角對角化分解模塊；根據(jù)三角對角化分解的結(jié)果，采用預(yù)定準(zhǔn)則找出集合Γ中的最優(yōu)排序矩陣索引，并將該索引對應(yīng)的排序矩陣#輸出的最優(yōu)排序矩陣尋找模塊；以及找出最優(yōu)排序索引對應(yīng)的下三角矩陣L以及對角矩陣0，并依次計算發(fā)送端的反饋矩陣B、預(yù)編碼矩陣F以及發(fā)送功率歸一化因子β的MMSE-THP預(yù)處理矩陣計算模塊。此外，本發(fā)明實施例還提出了一種基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼系統(tǒng)，包括基站和終端，所述基站包括如上所述的基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼裝置。本發(fā)明實施例的有益效果是通過采用三角對角化分解計算基站的排序矩陣、反饋矩陣及預(yù)編碼矩陣，從而達(dá)到了以較低的復(fù)雜度獲取較優(yōu)的系統(tǒng)誤碼率性能的技術(shù)效果O


圖1是本發(fā)明實施例的MMSE-THP算法的信號處理流程圖。圖2是本發(fā)明實施例的三角對角化分解的具體操作流程圖。圖3是本發(fā)明實施例的MMSE-THP算法的下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼系統(tǒng)誤碼率性能仿真曲線和基于QR分解的現(xiàn)有排序準(zhǔn)則下的MMSE-THP算法的誤碼率性能仿真曲線比較圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明創(chuàng)造中的實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。首先對本說明書所需用到的常見矢量及矩陣運算表達(dá)式進(jìn)行說明如下對于矢量a, Ilall2代表對a求2范數(shù)。對于矩陣A，At代表對A進(jìn)行轉(zhuǎn)置，Ah代表對A求共軛轉(zhuǎn)置，A*代表取A的共軛，A-1代表對A求逆運算，a_h對A的共軛轉(zhuǎn)置求逆運算，MaMf代表對A求Frobenius范數(shù)，Ik代表K階單位矩陣，OK代表K階零矩陣。請參考圖廣圖3，下面結(jié)合圖檔來說明新的基于三角對角化分解的MMSE-THP算法的信號處理流程。初始化步驟S1:首先由基站確定參與下行MU-MISO通信的K個用戶及其對應(yīng)的信道矩陣集合H = HfH]TeC“v，其中， 代表基站配置的發(fā)送天線數(shù)，Hi代表第i個用戶的信道矩陣，下標(biāo)i取值為I到K。麗SE矩陣計算步驟S2 :基站根據(jù)所獲取的信道矩陣集合計算用于發(fā)送預(yù)處理的MMSE矩陣，符號信噪比定義為
權(quán)利要求
1.一種基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼方法，其特征在于，所述方法包括 初始化步驟首先由基站確定參與下行MU-MISO通信的K個用戶及其對應(yīng)的信道矩陣集合H; MMSE矩陣計算步驟根據(jù)所述信道矩陣集合計算用于發(fā)送預(yù)處理的MMSE矩陣； 排序矩陣羅列步驟根據(jù)用戶數(shù)K即H的行數(shù)生成排序集合Γ ； 三角對角化分解步驟利用Γ中的每一個排序矩陣P對所述MMSE矩陣計算步驟求得的麗SE矩陣Φ進(jìn)行行列變換，得到新生成的麗SE矩陣φ ,對新生成的麗SE矩陣φ執(zhí)行三角對角化分解，存儲分解生成的下三角矩陣L、對角矩陣D以備用，并取D的對角線元素構(gòu)成矢量d ； 最優(yōu)排序矩陣尋找步驟根據(jù)三角對角化分解步驟的結(jié)果，采用預(yù)定準(zhǔn)則找出集合Γ中的最優(yōu)排序矩陣索引，并將該索引對應(yīng)的排序矩陣#輸出；以及 MMSE-THP預(yù)處理矩陣計算步驟找出最優(yōu)排序索引對應(yīng)的下三角矩陣:L以及對角矩陣D,并依次計算發(fā)送端的反饋矩陣B、預(yù)編碼矩陣F以及用于保證發(fā)送總功率能夠歸一化的功率歸一化因子β。
2.如權(quán)利要求1所述的基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼方法，其特征在于，所述三角對角化分解步驟包括 初始化子步驟初始化生成矩陣D = Ok，其中，Ok表示K階零矩陣； 外層循環(huán)啟動子步驟對于索引k從I到K，依次計算出D(t，幻=Φ沐,幻， Φ(/ν: K'k) = Φ{!<: K, k) / XiikJi)； 內(nèi)層循環(huán)啟動子步驟對于索引i從k+Ι到K，依次計算出Φ(/: Kj) = Φ(/: Α",/)-Φ(/: K,kW{Lk)O(k.k) ,Φ(/,/: K) = Φ(/: Kjf ;及 矩陣獲得子步驟取Φ的下三角部分得到矩陣L。
3.如權(quán)利要求1所述的基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼方法，其特征在于，所述預(yù)定準(zhǔn)則為最小化最大最小對角元差值的準(zhǔn)則。
4.一種適用于如權(quán)利要求1所述方法的基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼裝置，其特征在于，所述裝置包括 確定參與下行MU-MISO通信的K個用戶及其對應(yīng)的信道矩陣集合H的初始化模塊； 根據(jù)所述信道矩陣集合計算用于發(fā)送預(yù)處理的MMSE矩陣的MMSE矩陣計算模塊； 根據(jù)用戶數(shù)K即H的行數(shù)生成排序集合Γ的排序矩陣羅列模塊； 利用Γ中的每一個排序矩陣P對所述MMSE矩陣計算模塊求得的MMSE矩陣進(jìn)行行列變換,并對新生成的MMSE矩陣φ執(zhí)行三角對角化分解的三角對角化分解模塊； 根據(jù)三角對角化分解的結(jié)果，采用預(yù)定準(zhǔn)則找出集合Γ中的最優(yōu)排序矩陣索引，并將該索引對應(yīng)的排序矩陣#輸出的最優(yōu)排序矩陣尋找模塊；以及 找出最優(yōu)排序索引對應(yīng)的下三角矩陣 以及對角矩陣6，并依次計算發(fā)送端的反饋矩陣B、預(yù)編碼矩陣F以及發(fā)送功率歸一化因子β的MMSE-THP預(yù)處理矩陣計算模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼裝置，其特征在于，所述三角對角化分解模塊包括 初始化生成K階零矩陣矩陣D = Ok的初始化子模塊；對于索引k從I到K,依次計算出輝，k) 二 k)以及
6.如權(quán)利要求4所述的基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼裝置，其特征在于，所述預(yù)定準(zhǔn)則為最小化最大最小對角元差值的準(zhǔn)則。
7.一種基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼系統(tǒng)，包括基站和終端，其特征在于，所述基站包括如權(quán)利要求4至6中任一項所述的基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼裝置。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種基于下行MU-MISO的非線性預(yù)編碼方法、裝置及系統(tǒng)，所述方法包括初始化步驟、MMSE矩陣計算步驟、排序矩陣羅列步驟、三角對角化分解步驟、最優(yōu)排序矩陣尋找步驟及MMSE-THP預(yù)處理矩陣計算步驟。本發(fā)明實施例通過采用三角對角化分解計算基站的排序矩陣、反饋矩陣及預(yù)編碼矩陣，從而達(dá)到了以較低的復(fù)雜度獲取較優(yōu)的系統(tǒng)誤碼率性能的技術(shù)效果。
文檔編號H04L1/00GK103067123SQ20121053864
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者周智勛, 梁堯, 周維鷗, 徐迪宇, 米濤, 胥小武 申請人:深圳清華大學(xué)研究院