一種基于投影算子的迭代bd預(yù)編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于投影算子的迭代BD預(yù)編碼方法，包括以下步驟：1、小區(qū)用戶根據(jù)基站下發(fā)的導(dǎo)頻信號進(jìn)行信道估計，獲取基站到用戶的下行信道信息，再通過上行鏈路反饋給基站；基站直接獲得用戶的下行信道信息；2、通過多次迭代更新計算用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子；3、根據(jù)用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子，依次計算每個用戶的投影信道矩陣；4、依次對每個用戶的投影信道矩陣進(jìn)行施密特正交化，得到投影信道矩陣的一組正交基即為該用戶的BD預(yù)編碼矩陣。本發(fā)明具有可在保證系統(tǒng)性能不受到損失的前提下，有效降低BD預(yù)編碼的計算復(fù)雜度等優(yōu)點。
【專利說明】
-種基于投影算子的迭代BD預(yù)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及LTE下行鏈路中多用戶多輸入多輸出（簡 稱MU-MIM0)系統(tǒng)中的塊對角化(Block Diagonalization，BD)預(yù)編碼技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] ΜΙΜΟ技術(shù)由于提供高速率和高可靠性，被視為未來無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng) 理論和實踐證明，在不增加額外系統(tǒng)帶寬和傳輸功率的條件下，ΜΙΜΟ技術(shù)可W極大提高系 統(tǒng)的吞吐量。目前，ΜΙΜΟ技術(shù)已經(jīng)被包含在許多無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，比如ΙΕ邸802.11η， I邸E802.16,3GPP LTE和3GPP LTE-A。
[000引術(shù)語ΜΙΜΟ的意義較為廣泛，基站與一個用戶間的點對點通信稱為SU-MIM0 (Single-User ΜΙΜΟ,單用戶ΜΙΜΟ),幾個用戶使用相同的頻域和時域資源同時與一個基站 通信稱為MU-MIM0(Multiple-User ΜΙΜΟ,多用戶ΜΙΜΟ)。由多用戶構(gòu)成的ΜΙΜΟ系統(tǒng)存在用戶 間干擾。在MU-MIM0下行鏈路中，由于用戶很難進(jìn)行相互協(xié)助，因而通常是在基站側(cè)進(jìn)行預(yù) 編碼處理來消除用戶間干擾。
[0004] 預(yù)編碼方法的實施首先要獲得信道狀態(tài)信息。TDD系統(tǒng)中利用上下行互易性，基站 可W直接獲得用戶的下行信道信息。抑D系統(tǒng)中則要依靠基于碼本的有限反饋獲得下行信 道信息：用戶通過基站下發(fā)的公共導(dǎo)頻信號測量基站到用戶的下行信道，再將估計的信道 信息按照一定的準(zhǔn)則，用LTE碼本中的碼字進(jìn)行量化，最后將量化后的碼字W索引的形式反 饋給基站。當(dāng)MU-MIM0系統(tǒng)中的所有用戶接收天線數(shù)總和不大于基站側(cè)發(fā)射天線數(shù)時，基站 可根據(jù)信道狀態(tài)信息，設(shè)計出塊對角化預(yù)編碼矩陣，達(dá)到完全消除用戶間干擾的目的。
[0005] 為了便于敘述，假定小區(qū)的基站配置有Ντ根發(fā)射天線，任意用戶UEk的接收天線數(shù) 目為nk，MU-MIM0系統(tǒng)中的用戶數(shù)為K，K個用戶的接收天線總數(shù)關(guān)
且滿足化> Nr。
[0006] 在MU-MIM0系統(tǒng)下行鏈路中現(xiàn)有的抓預(yù)編碼方法主要有W下Ξ種：
[0007] 方法1:SVD分解法(SVD-BD)tU。該方法包括W下步驟：
[000引（1)基站獲取用戶的下行ΜΙΜΟ信道矩陣化，k=l，2,…，K。
[0009] (2)基站根據(jù)所有用戶的下行ΜΙΜΟ信道矩陣，確定用戶服k的干擾信道矩陣為
其中H,.的大小為(NR-nk) ΧΝτ，[]H表示矩陣的共輛 轉(zhuǎn)置。
[0010] ( 3 )基站對用戶U E k的干擾信道矩陣馬進(jìn)行奇異值分解（S V D )，
得到馬零空間的一組正交基，其中?Γ的大小為
，.rank()表示矩陣的秩。
[0011] (4)基站利用用戶肥k的信道矩陣化和干擾信道矩陣Ht零空間的一組正交基?/"?， 構(gòu)造肥k的有效信道矩陣:巧i = Η八fi。
[0012] ( 5 )基站對用戶U E k的有效信道矩陣島t進(jìn)行S V D分解
得到百，行空間的一組正交基巧)，其中踩)的大小是 (iVr )x";。計算用戶肥k的抓預(yù)編碼矩陣1； 巧11，其中Tk的大小是ΝτΧ祉。
[OOU] (6)重復(fù)步驟(2)至(5)，直至蠟站得到所有Κ個用戶的抓預(yù)編碼矩陣:Τ= [Τι Τ2… Τκ]。
[0014] 方法2:投影算子法(Projection Operator-BD)口]。該方法包括w下步驟：
[0015] (1)基站獲取用戶的下行ΜΙΜΟ信道矩陣化，k=l，2,…，K。
[0016] (2)基站根據(jù)所有用戶的下行ΜΙΜΟ信道矩陣，確定任意用戶UEk的干擾信道矩陣為
其中的大小為(NR-nk)XNT，[]H表示矩陣的共輛 轉(zhuǎn)置。
[0017] ( 3 )基站對用戶U E k的干擾信道矩陣島^進(jìn)行奇異值分解（S V D )，
得到起零空間的一組正交基，其中專F的大小為 Λ'/. X (Λ'/. _ ，5: = mnk (Η,)，rank()表示矩陣的取秩運算。
[001引（4)基站利用起零空間的正交基，計算fit的零空間投影算子（Projection
軒的大小為ΝτΧΝτ。
[0019] (5)基站利用用戶肥k的信道矩陣Hk和干擾信道矩陣iy勺零空間投影算子％，構(gòu)造 肥k的有效信道矩陣：白,.=H,.,
[0020] ( 6 )基站對用戶U E k的有效信道矩陣^進(jìn)行S V D分解
導(dǎo)到島布空間的一組正交基?嚴(yán)，從而得到用戶UEk的抓預(yù) 編碼矩陣為1； =γ!ι)，其中的大小是化X化。
[0021] (7)重復(fù)步驟(2)至(6)，直到基站得到所有Κ個用戶的抓預(yù)編碼矩陣:Τ= [Τι Τ2… Τκ]。
[0022] 方法3:零空間交集迭代法（Iterative Null Space Intersection-BD)"]。該方法 包括W下步驟：
[0023] (1)基站獲取用戶的下行ΜΙΜΟ信道矩陣化，k=l，2,…，Κ。
[0024] (2)基站根據(jù)所有用戶的下行ΜΙΜΟ信道矩陣，確定任意用戶肥k的干擾信道矩陣島^ 零空間的一組正交基if。表1是方法3中步驟(2)包括的迭代步驟，其中nulio表示求矩陣 零空間的一組正交基。
[0025]
[00%]表1方法3中步驟(2)包括的迭代步驟
[0027] (3)基站利用用戶UEk的信道矩陣化和干擾信道矩陣島A零空間的一組正交基鳴0)， 構(gòu)造肥k的有效信道矩陣:吊=。
[002引（4 )基站對用戶U E k的有效信道矩陣百t進(jìn)行S V D分解
得到百&行空間的一組正交基巧U，其中巧f)的大小是 7VrX(7Vr-6)。計算用戶肥k的抓預(yù)編碼矩陣T*二衣嚴(yán)辟>，其中Tk的大小是NTXnk。
[0029] (5)重復(fù)步驟(3)至(4)，直到基站得到所有K個用戶的抓預(yù)編碼矩陣:Τ= [Τι T2… Τκ]。
[0030] 表2至表4是上述巧巾現(xiàn)有的抓預(yù)編碼方法復(fù)雜度分析步驟表。為了方便分析，假設(shè) 所用戶的接收天線數(shù)相同，均為nr，且化> Knr。
[0031]
[0034]表3方法3所述的零空間交集迭代抓預(yù)編碼的復(fù)雜度分析步驟表W
[0035]
[0036] 表4方法1所述的SVD分解抓預(yù)編碼的復(fù)雜度分析步驟表W
[0037] 從上述表2和表3可W看出，現(xiàn)有的方法1和方法2提供的抓預(yù)編碼方法主要缺點是 運算復(fù)雜度高。方法1所述的SVD分解法和方法2所述的投影算子法都需要進(jìn)行兩次SVD分 解。方法3所述的零空間交集迭代法實質(zhì)上是對方法1的改進(jìn)，運用零空間取交集的思想，通 過迭代的方式間接獲取零空間的一組正交基，從而減少了計算量。然而從上述表4可W看 出，方法3中的復(fù)雜度級數(shù)為八'Π ,Ντ^Κη。當(dāng)用戶數(shù)K較大時，方法3中的迭代步驟運 算量依然較高?？梢姡F(xiàn)有的幾種BD預(yù)編碼方法在消除用戶干擾時效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0038] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點與不足，降低方法2所述的投影算子BD 預(yù)編碼方法的運算復(fù)雜度，提出一種基于投影算子的迭代抓預(yù)編碼方法，該方法是一種基 于投影算子的迭代抓（Iterative Projection Operator-BD)預(yù)編碼方法，利用了矩陣分析 中正交分解的思想，推導(dǎo)出零空間投影算子的迭代公式，該迭代公式只需要矩陣相乘、施密 特正交化和矩陣相減相對簡單的運算，相比于現(xiàn)有的需要SVD分解的方法1、方法2W及需要 高維矩陣相乘運算和矩陣QR分解的方法3,本文提出的方法可在保證系統(tǒng)性能不受到損失 的前提下，有效降低BD預(yù)編碼的計算復(fù)雜度，因而預(yù)編碼效率更高。本發(fā)明運用矩陣分析中 正交分解的思想，得到計算用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子的迭代公式。
[0039] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案實現(xiàn):一種基于投影算子的迭代抓預(yù)編碼方 法，包括W下步驟：
[0040] 步驟1:基站獲取用戶的下行ΜΙΜΟ信道矩陣化，k=l，2 ···，!(。
[0041] 步驟2:基站根據(jù)所有用戶的下行ΜΙΜΟ信道矩陣，確定任意用戶UEk的干擾信道矩 陣島*的零空間投影算子其中·.. Η己Hf。； ·..巧]w。表5是本發(fā)明方法 中步驟2包括的迭代步驟，其中（）-嗦示矩陣的逆運算，^，8〉= 4化，650()表示對矩陣的列 向量進(jìn)行施密特正交化。
[0042]
[0043] 表5本發(fā)明方法中步驟2包括的迭代步驟
[0044] 任意用戶肥擁應(yīng)的矩陣Dk是其干擾信道矩陣零空間的投影算子。Df，l<i名沁-1則 表示在第k次迭代時UEi，l含i含k-1的干擾信道矩陣的零空間投影算子。上述表5中迭代步 驟的具體含義是：
[0045] (21)在第一次迭代時，初始化第一個用戶肥1的干擾信道矩陣的零空間投影算子化 為單位陣1挪，即時=I幫。
[0046] (22)在第k次迭代時，增加第k個用戶，第k個用戶與前k-1個用戶互為干擾用戶，此 時需要更新前k-1個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子。對于肥1，1 ^ i ^ k-1，應(yīng)將D尸 更新為Df，具體更新投影算子化的公式為:D:f二Di-i-G色Η，1 < i < k-1，其中校= GSO(G)， G = Df-i巧化為第k次迭代增加的用戶UEk的ΜΙΜΟ信道矩陣，GSOO表示對矩陣的列向量進(jìn) 行施密特正交化。
[0047] (23)計算第k個用戶UEk的干擾信道矩陣的零空間投影算子叫:，具體計算投影算子 :跨公式為：D;=巧--'-爲(wèi)，1 含 W< 1，:其中 W = GSO(W)，W = Df-iHf，出為第i次 迭代增加的用戶肥1的ΜΙΜΟ信道矩陣，i可W是1至k-1間的任意整數(shù)。
[004引（24)令k = k+l，重復(fù)步驟(22)和(24)，直至k = K即增加完最后一個用戶為止。于是 得到所有用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子，記為氏古=巧，* = 1，2，...，義。
[0049]步驟3:基站利用用戶UEk的信道矩陣化和干擾信道矩陣H,.的零空間投影算子民， 構(gòu)造肥k的投影信道矩陣：馬二"If，，^二!，2....乂&
[0化日]步驟4:基站對用戶冊k的投影信道矩陣曲,進(jìn)行施密特正交化，得到一組正交基 GSO腳)，從而得到用戶肥k的抓預(yù)編碼矩陣馬二說0(宜)，足=1心..乂，其中化的大小是化 Xnko
[0051] 上述表5中關(guān)于計算更新干擾信道矩陣的零空間投影算子具有如下推導(dǎo)過程：
[0052] 在第k次迭代時，增加第k個用戶肥k后，對于前k-1個用戶中的任意用戶肥i，l y < k-1其干擾信道矩陣的行空間由原來的民〇、r(鉛產(chǎn))擴(kuò)大為Row(巧)=防現(xiàn)腳-i)uR〇w:(H,)，原 來的行空間民OW訴尸)對應(yīng)投影算子片-1，我們要找到新行空間Row悼f)對應(yīng)的新投影算 子巧，從而得到零空間施11(宜巧對應(yīng)的投影算子Df =(jf廣二I、.r - J:'，其中（)嗦示正交補(bǔ)。
[0053] 類似于物理學(xué)上力的正交分解W，我們將投影進(jìn)行正交分解，利用正交分解方式 更新投影算子J:，將新投影算子J:'正交分解為兩部分:一部分是已知部分片-1，另一部分是 更新部分，已知部分與更新部分需要保持正交。式(1)是正交分解式，式(2)是正交條件式。
[0054] =J:; !<,.iS/t-l 巧）
[0055] 《J; i'J。〉二 0 (2.)
[0化6] 其中，式(2)中的<〉表示內(nèi)積符號，<A，B> = AHb。
[0化7]由于投影算子的更新是由于增加用戶肥k導(dǎo)致的，而Jf-i中不包含新增用戶肥k的任 何信道信息，所W正交分解式（1)的更新部分化應(yīng)包含有新增用戶肥k的信道信息化。不妨令 G = XHf * 0，如果G為列滿秩的矩陣，則根據(jù)投影算子的定義可得化為式(3)。
[0化引化= G<G，G〉-1gH (3)
[0059]將G = ：XHf代入式(3)，得到化再代入正交條件式(2)，得到式(4)。
[006；3]由于G二XHf * 0，所W式（5)意味著Ji-iXHf二0。為了使jf-iXHf = 0對任意的 肥k恒成立，則應(yīng)使Jf-iX = 〇,即(礦)丄二D:-i。繼而得到正交分解式(2)中的功式(6)。
[0064] G =玲-j:Hf 樹
[0065] W上對G的求解是基于G為列滿秩矩陣運一前提條件，事實上當(dāng)信道滿足"基站到 用戶的不同接收天線的信道是線性不相關(guān)的，不同用戶經(jīng)歷的信道條件也是相互獨立的" 運一條件時，容易證明G-定為列滿秩矩陣。為了使本發(fā)明方法更具有一般性，可W先對G進(jìn) 行施密特正交化，求出G列空間的一組正交基色，再得到：Jc=色臺W，從而避免矩陣GGH不可 逆的情況。
[0066] 將J。二G0 "代入正交分解式（1)，得到Jf，最后根據(jù)W = :? -如，得到Df為式 (7)。
[0073] 本發(fā)明的目的也可W通過W下技術(shù)方案實現(xiàn):一種基于投影算子的迭代抓預(yù)編碼 方法，包括W下步驟：
[0074] 步驟1、小區(qū)用戶根據(jù)基站下發(fā)的導(dǎo)頻信號進(jìn)行信道估計，獲取基站到用戶的下行 信道信息，再通過上行鏈路反饋給基站;TDD系統(tǒng)中利用信道互易性，基站直接獲得用戶的 下行信道信息；
[0075] 步驟2、通過多次迭代更新計算用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子;具體方法 為:在第一次迭代時，只考慮第一個用戶，不存在干擾用戶，將其干擾信道矩陣的零空間投 影算子初始化為單位矩陣;在第二次迭代時，增加第二個用戶，此時前兩個用戶互為干擾用 戶，更新計算前兩個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子;在第k次迭代時，增加第k個用 戶，此時第k個用戶與前k-1個用戶互為干擾用戶，更新計算前k個用戶的干擾信道矩陣的零 空間投影算子;依次類推，直到考慮完最后一個用戶，得到所有用戶的干擾信道矩陣的零空 間投影算子；
[0076] 步驟3、根據(jù)用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子，依次計算每個用戶的投影信 道矩陣；
[0077] 步驟4、依次對每個用戶的投影信道矩陣進(jìn)行施密特正交化，得到投影信道矩陣的 一組正交基即為該用戶的抓預(yù)編碼矩陣。
[0078] 所述步驟2包括如下分步驟：
[0079] (21)在第一次迭代時，初始化第一個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子化為 單位陣I、，即巧=Iw,，其中巧為第一次迭代時第一個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影 算子，Iav為大小為N/Ντ的單位矩陣，Ντ為基站側(cè)的發(fā)射天線數(shù)；
[0080] (22)在第k次迭代時，增加第k個用戶，第k個用戶與前k-1個用戶互為干擾用戶，此 時對于前k-1個用戶中的任意用戶肥1，需要更新其干擾信道矩陣的零空間投影算子D尸為 Df (1引空表-1)，具體更新投影算子D i的公式為：Df二Df -色色^，1引含& -1，其中 1):(1:^/<《，-1):、媒-1分別為第4、4-1次迭代時第1個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算 子，0 =說0(巧，G = Df-iHf，化為第k個用戶的ΜΙΜΟ信道矩陣，GS0( ·)表示對矩陣的列 向量進(jìn)行施密特正交化；
[0081] (23)計算第k個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子巧，具體計算投影算子巧 公式為：D;> Df-i -而而Η，1 < VZ < A- I，其中，巧為第k次迭代時第k個用戶的干擾信道矩 陣的零空間投影算子，Df4為第k-1次迭代時第i個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子， W = GSO(W；)，W = Df-iHf，出為第i個用戶的ΜΙΜΟ信道矩陣，i可W是1至k-1間的任意整 數(shù)，GS0( ·)表示對矩陣的列向量進(jìn)行施密特正交化；
[00劇 （24)令k = k+l，重復(fù)步驟(22)至(24)，直至k = K即增加完最后一個用戶為止，得到 所有用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子;記UEk的干擾信道矩陣的零空間投影算子為 hb =巧= 1，2，...，K，其中起是肥k的干擾信道矩陣的零空間投影算子，雌是第K次迭代 時第k個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子，K是用戶總數(shù)。
[0083] 所述步驟3中用戶祀誠投影信道矩陣見講算公式為：百4_=^巧，* = 1，2，..，怎，其 中，^是肥k的投影信道矩陣，馬是肥k的干擾信道矩陣的零空間投影算子，Hk為肥k的ΜΙΜΟ信 道矩陣。
[0084] 上述步驟4包括如下分步驟：
[0085] (44)將用戶肥k的投影信道矩陣柱浪列分塊得到:?二[拍1 % ... α";]，其中玲 是肥k的投影信道矩陣，日1(1 < i <nk)是島i的列向量，祉為UEk的接收天線數(shù)；
[0086] ( 4 5 )對馬的列向量組應(yīng)用施密特正交化求出對應(yīng)的的標(biāo)準(zhǔn)正交向量組： Pi，p:，…IV;
[0087]
[008引其中Ρ,，?ν'·，β^是對％的列向量組<*1馬，，-，^作施密特正交化的結(jié)果.
[0089] (46)得到一組正交基說Ο腳)=[Pi 02 ·.. P,,; ]，從而用戶肥k的抓預(yù)編碼矩陣 為:?； = [β,私...pj，其中化是UEk的抓預(yù)編碼矩陣，口|，私，…，:9?是步驟(42)的結(jié)果。
[0090] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點與有益效果：
[0091] 本發(fā)明利用了矩陣分析中正交分解的思想，推導(dǎo)出零空間投影算子的迭代公式， 該迭代公式只需要矩陣相乘、施密特正交化和矩陣相減相對簡單的運算，相比于現(xiàn)有的需 要SVD分解的方法1、方法2W及需要高維矩陣相乘運算和矩陣QR分解的方法3,本文提出的 方法可在保證系統(tǒng)性能不受到損失的前提下，有效降低抓預(yù)編碼的計算復(fù)雜度，因而預(yù)編 碼效率更高。本發(fā)明運用矩陣分析中正交分解的思想，得到計算用戶的干擾信道矩陣的零 空間投影算子的迭代公式。
【附圖說明】
[0092] 圖1是本發(fā)明的MU-MIMO系統(tǒng)條件圖。
[0093] 圖2是現(xiàn)有的巧巾方法和本發(fā)明方法的復(fù)雜度隨著用戶數(shù)K的變化曲線圖。
[0094] 圖3是現(xiàn)有的巧巾方法和本發(fā)明得到的MU-MIMO系統(tǒng)吞吐量隨著信噪比的變化曲線 圖。
【具體實施方式】
[0095] 下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。在對具體實施例作詳細(xì)的介 紹的同時，也對實施例中的基礎(chǔ)知識做簡要介紹。由于運部分內(nèi)容都是基于現(xiàn)有技術(shù)，因此 沒有詳細(xì)地展開描述，但是運并不影響本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對本發(fā)明的理解和實施。
[0096] 實施例
[0097] 為了便于說明本發(fā)明方法，現(xiàn)對MU-MIMO系統(tǒng)條件做如下假設(shè):如圖1所示，用戶配 置相同數(shù)目的天線，即nk = nr，k=l，2, ···，!(;基站側(cè)的發(fā)射天線數(shù)不小于總的接收天線數(shù)， 即化>Knr;基站同時對K個用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個用戶接收到nr個數(shù)據(jù)流，基站端采用均 等功率分配。
[0098] 基站獲得K個用戶的信道信息，第k個用戶的ΜΙΜΟ信道矩陣化為式(10)。
[0099]
(10)
[0100] 其中hu表示基站的第j根發(fā)射天線到用戶的第i根接收天線的信道系數(shù)。第k個用 戶的接收信號為式(11)。
[0101] yk = HkTx+nk (11)
[0102] 其中X是發(fā)射數(shù)據(jù)矢量，包含K個用戶的數(shù)據(jù)流。T為預(yù)編碼矩陣，nk是零均值、方差 為的加性高斯白噪聲。
[0103] 本實施例的抓預(yù)編碼方法，包括W下步驟：
[0104] 步驟1:小區(qū)用戶根據(jù)基站下發(fā)的導(dǎo)頻信號進(jìn)行信道估計，獲取基站到用戶ΜΙΜΟ信 道矩陣，再通過上行鏈路反饋給基站。TDD系統(tǒng)中利用信道互易性，基站可W直接獲得用戶 的下行信道信息。
[0105] 步驟2:基站根據(jù)所有用戶的下行ΜΙΜΟ信道矩陣，確定任意用戶UEk的干擾信道矩 陣兩的零空間投影算子磚，其中島=[巧…Hf_i Hfy…巧]H。具體操作為：
[0106] (21)在第一次迭代時，初始化第一個用戶肥1的干擾信道矩陣的零空間投影算子化 為單位陣4',，即巧=1斯.。
[0107] (22)在第k次迭代時，增加第k個用戶，第k個用戶與前k-1個用戶互為干擾用戶，此 時需要更新前k-1個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子。對于肥i，l<i<k-l，應(yīng)將D:尸 更新為嶺，具體更新投影算子Di的公式為：=D,W-G色W，1引著4-1，其中 G=GSO(G)，G = DfiHf，化為第k個用戶的ΜΙΜΟ信道矩陣，GSO媽表示對矩陣的列向量進(jìn) 行施密特正交化。
[0108] (23)計算第k個用戶UEk的干擾信道矩陣的零空間投影算子Dt，具體計算投影算子 D;-公式為：戰(zhàn)=Df-1-##丹，1<解<東_1，其中堿= eS〇(W)， W = Df-iHf，Hi為第i個 用戶的ΜΙΜΟ信道矩陣，i可W是1至k-1間的任意整數(shù)。
[0109] (24)令k = k+l，重復(fù)步驟(22)和(24)，直至k = K即增加完最后一個用戶為止，得到 所有用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子。U化的干擾信道矩陣的零空間投影算子記為 起 巧'，/( = 1，2，...，乂。
[0110] 步驟3:基站利用用戶UEk的信道矩陣化和干擾信道矩陣稱勺零空間投影算子％， 構(gòu)造肥k的投影信道矩陣:円；二P;Hf，./、'二1.2,...乂
[0111] 步驟4:基站對用戶冊k的投影信道矩陣百，進(jìn)行施密特正交化，得到一組正交基 GSO(円1)，從而得到用戶UEk的抓預(yù)編碼矩陣V=GSO(円.<)，/、'二1，2，...Κ，其中Tk的大小是Ντ Xnko
[0112] 具體操作為：
[OW] (4!)將投影信道矩陣島浪列分塊得到：宜*=[?1 ?2…。
[0114] (42)對恥的列向量組應(yīng)用GS0方法求出對應(yīng)的的標(biāo)準(zhǔn)正交向量組βι，也，···#,:,。
[0115]
[0116] (4則得到一組正交基傑〇(盤4 =扣... Pj，從而用戶肥k的抓預(yù)編碼矩陣 η =GSO(向,,')，A =1，2.….欠-。
[0117] 最后，基站將構(gòu)造好的抓預(yù)編碼矩陣和相應(yīng)用戶的數(shù)據(jù)向量相乘，通過發(fā)射天線 發(fā)送給用戶，至此，完成整個抓預(yù)編碼的系統(tǒng)流程。
[0118] 表6是本發(fā)明方法的復(fù)雜度分析步驟表。
[0119]
[0120] 表6本發(fā)明方法"基于投影算子的迭代抓預(yù)編碼方法"的復(fù)雜度分析步驟表
[0121] 從上述表3和表6可W看出，本發(fā)明方法之所W能使復(fù)雜度明顯降低，關(guān)鍵在于兩 點：1.計算零空間投影算子的復(fù)雜度明顯減少，在方法二中是直接通過SVD分解首先得到干 擾信道矩陣零空間的正交基再計算投影算子，而在本發(fā)明方法中，是利用正交分解得到干 擾信道矩陣的零空間投影算子計算更新公式，通過迭代的方式計算投影算子運算量??；2. 計算投影信道矩陣的正交基的復(fù)雜度明顯減少，在方法二中仍是通過SVD分解得到有效信 道矩陣行空間的一組正交基，而在本發(fā)明方法中是利用低復(fù)雜度的施密特交化方法求取投 影信道矩陣的正交基，因而帶來了運算量的減少。
[0122] 圖2是當(dāng)用戶配置1根天線和2根天線（即nr=l和nr = 2)時，現(xiàn)有的3種方法和本發(fā) 明方法的復(fù)雜度(總運算浮點數(shù)flops)隨著用戶數(shù)K的變化曲線圖?？蒞看出，隨著用戶數(shù)K 的增加，本發(fā)明方法的復(fù)雜度不僅遠(yuǎn)低于方法1和方法2,而且還比方法3的計算量小。本發(fā) 明方法的復(fù)雜度級數(shù)是〇(Κ2解2,.)，而方法3的復(fù)雜度級數(shù)是0(A'jiV中其中Ντ> Κη"
[012；3] 圖3是在ητ=1，Κ = 4，Ντ = 4和nr = 2，K = 4，NT = 8兩種MU-MIM0系統(tǒng)配置時，采用現(xiàn) 有的巧中方法和本發(fā)明方法得到的MU-MIM0系統(tǒng)吞吐量隨著信噪比的變化曲線圖?？蒞看 出，本發(fā)明方法和現(xiàn)有的幾種抓預(yù)編碼方法具有相同的系統(tǒng)性能。所W，使用本發(fā)明方法進(jìn) 行預(yù)編碼處理，能夠有效減少算法復(fù)雜度，同時不會對系統(tǒng)性能帶來損失，本發(fā)明方法是一 種較優(yōu)的設(shè)計方法。
[0124]本發(fā)明的參考文獻(xiàn)：
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[0129] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā) 明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員可^根據(jù)本發(fā)明公開的技術(shù)做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變 形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于投影算子的迭代K)預(yù)編碼方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、小區(qū)用戶根據(jù)基站下發(fā)的導(dǎo)頻信號進(jìn)行信道估計，獲取基站到用戶的下行信道 信息，再通過上行鏈路反饋給基站;TDD系統(tǒng)中利用信道互易性，基站直接獲得用戶的下行 信道信息； 步驟2、通過多次迭代更新計算用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子;具體方法為： 在第一次迭代時，只考慮第一個用戶，不存在干擾用戶，將其干擾信道矩陣的零空間投影算 子初始化為單位矩陣;在第二次迭代時，增加第二個用戶，此時前兩個用戶互為干擾用戶， 更新計算前兩個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子;在第k次迭代時，增加第k個用戶， 此時第k個用戶與前k-ι個用戶互為干擾用戶，更新計算前k個用戶的干擾信道矩陣的零空 間投影算子;重復(fù)執(zhí)行，直到考慮完最后一個用戶，得到所有用戶的干擾信道矩陣的零空間 投影算子； 步驟3、根據(jù)用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子，依次計算每個用戶的投影信道矩 陣； 步驟4、依次對每個用戶的投影信道矩陣進(jìn)行施密特正交化，得到投影信道矩陣的一組 正交基即為該用戶的BD預(yù)編碼矩陣。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于投影算子的迭代BD預(yù)編碼方法，其特征在于，所述步驟2 包括如下分步驟： (21) 在第一次迭代時，初始化第一個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子Di為單位 陣I%，即叫=，其中〇丨為第一次迭代時第一個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子， ?.ν,為大小為N/ NT的單位矩陣，NT為基站側(cè)的發(fā)射天線數(shù)； (22) 在第k次迭代時，增加第k個用戶，第k個用戶與前k-Ι個用戶互為干擾用戶，此時對 于前k-Ι個用戶中的任意用戶UEi，需要更新其干擾信道矩陣的零空間投影算子Di 1為 Df(19U-l),具體更新投影算子公式為：D丨=Df-:1-00? i < k-Ι，其中 分別為第k、k-l次迭代時第i個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算 子，G.:GSO(G)，G = D:' 為第k個用戶的MMO信道矩陣，GSO( ·)表示對矩陣的列 向量進(jìn)行施密特正交化； (23) 計算第k個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子Df，具體計算投影算子1?公式 為:D丨=Df-1 -, l sm-1，其中，Df為第k次迭代時第k個用戶的干擾信道矩陣的 零空間投影算子，Df為第k-Ι次迭代時第i個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子， W = GSO(W), W = 'Hf ,?為第i個用戶的MMO信道矩陣，i可以是1至k-Ι間的任意整 數(shù)，GSO( ·)表示對矩陣的列向量進(jìn)行施密特正交化； (24) 令k = k+l，重復(fù)步驟(22)至（24)，直至k = K即增加完最后一個用戶為止，得到所有 用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子;記UEk的干擾信道矩陣的零空間投影算子為色， 之=Df ,/c = 1,2,…,夂，其中瓦是UEk的干擾信道矩陣的零空間投影算子，Df是第K次迭代時 第k個用戶的干擾信道矩陣的零空間投影算子，K是用戶總數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于投影算子的迭代BD預(yù)編碼方法，其特征在于，所述步驟3 中用戶UEk的投影信道矩陣愈4計算公式為:= %Hf j = 1,2,···,^：,其中，:?是UEk的投影信 道矩陣，?\是版的干擾信道矩陣的零空間投影算子，Hk為UEk的Μ頂0信道矩陣。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于投影算子的迭代BD預(yù)編碼方法，其特征在于，上述步驟4 包括如下分步驟： (41) 將用戶UEk的投影信道矩陣民按列分塊得到： (*2…α"」，其中fi,是 UEk的投影信道矩陣，ai(l < i <nk)是的列向量，nkSUEk的接收天線數(shù)； (42) 對'民.的列向量組應(yīng)用施密特正交化求出對應(yīng)的的標(biāo)準(zhǔn)正交向量組：Pi，P:，· · ·>Ρ,,ι(;其中隊為，·"是對iy勺列向量組α15α2，…，％作施密特正交化的結(jié)果； (43) 得到一組正交3從而用戶UEk的BD預(yù)編碼矩陣為：實中Tk是UEk的K)預(yù)編碼矩陣，PrP，''J Hi是步驟(42)的結(jié)果。
【文檔編號】H04B7/04GK105871439SQ201610382739
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】李相思, 馮穗力, 丁躍華, 張遠(yuǎn)見, 胡應(yīng)添, 李馨
【申請人】華南理工大學(xué), 京信通信技術(shù)(廣州)有限公司