專利名稱：一種多輸入多輸出系統(tǒng)信號處理方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(tǒng)信號處理方法及裝置。
背景技術：
多輸入多輸出技術已經成為下 一代無線通信系統(tǒng)的關鍵技術之一 。目 前，MIMO系統(tǒng)的研究已經從點對點的單用戶系統(tǒng)擴展到點對多點的多用戶 MIMO系統(tǒng)。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(qū)域擴 大。多用戶MIMO系統(tǒng)在應用中有兩個主要問題多用戶資源調度和多用 戶干擾消除。由于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(tǒng)資源做合理調度。在多用戶干擾消除方面使用統(tǒng)一 頻段的多用戶MIMO系統(tǒng)可以應用各種多址接入方式，時分多址的頻譜效 率低，系統(tǒng)容量不高，碼分多址需要消耗大量的碼資源?？辗侄嘀芳夹g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(tǒng)應用的靈活性進一步提高。
基于統(tǒng)一信道分解Uniform Channel Decomposition (簡稱UCD )的反饋 信道^t型，在發(fā)送端與接收端采用統(tǒng)一的發(fā)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采用統(tǒng)一的功率分配和調制方案，既降低了系統(tǒng) 的復雜度又提高了系統(tǒng)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(tǒng)有良好的優(yōu)化效果，而在多用戶 MIMO系統(tǒng)中，由于用戶間干擾以及不同用戶之間無法獲取相互間的信道信
息，UCD方法難以直接使用，而目前沒有適用多用戶MIMO系統(tǒng)的UCD 方法或這纟羊的方法祐/>開。
發(fā)明內容
本發(fā)明需要解決的技術問題是提供一種多輸入多輸出系統(tǒng)信號處理方 法及裝置，在多用戶的實際環(huán)境中避免性能與容量的折衷問題，既能降低系 統(tǒng)的復雜度，同時又能提高了系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明的上述第一個技術問題這樣解決，提供一種MIMO系統(tǒng)信號處 理方法，包括以下步驟
1.1) 采用信道逆處理方法將多用戶MIMO物理信道H分解成獨立的多 個單用戶虛擬信道&、 h2;
1.2) 發(fā)射端根據(jù)各虛擬信道矩陣對對應各用戶原始預發(fā)送信號X2 進行統(tǒng)一信道分解生成各自二次預發(fā)送信號F!Xp F2X2;
1.3) 發(fā)射端對所有二次預發(fā)送信號F!Xp F2X2統(tǒng)一進行信道逆處理 Mx[(F,X/,(F2X》7'并通過天線陣列向外發(fā)射，其中上角標T表示共軛轉置 運算。
按照本發(fā)明提供的處理方法，該處理方法還包括每個用戶終端根據(jù)其接 收信號進行信道估計并將對應信道矩陣H,、 H2反饋給基站，基站根據(jù)所述 對應信道矩陣Hp H2獲取所述多用戶MIMO物理信道H-[(H/,(H2)7'f 。
按照本發(fā)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b、 h2發(fā)送給每個用戶終端。
按照本發(fā)明提供的處理方法，所述發(fā)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(fā)送一次，減少對帶寬的 占用。
按照本發(fā)明提供的處理方法，所述步驟1.2)中統(tǒng)一信道分解包括根據(jù)各 虛擬信道h,、 h2生成并利用對應用戶預編碼矩陣Fp F2對對應各用戶原始 預發(fā)送信號X,、 X2進行處理F,X,、 F2X2。
按照本發(fā)明提供的處理方法，所述步驟1.3)中信道逆處理包括根據(jù)所述
多用戶MIMO物理信道H生成并利用信道逆處理預編碼矩陣M對所有二次 預發(fā)送信號F,X!、 F2X2統(tǒng)一進行處理Mx[(F,X/,(F2X2)Y 。
按照本發(fā)明提供的處理方法，信道逆處理矩陣M根據(jù)以下6-HxM獲 取，其中fi為信道逆處理的MIMO信道矩陣
<formula>formula see original document page 6</formula>
按照本發(fā)明提供的處理方法，該處理方法還包括
7.1) 接收端根據(jù)各自接收信號Y,或Y2估計自身信道H,或H2;
7.2) 結合統(tǒng)一信道分解檢測對應的所述原始預發(fā)送信號X,或X2。
按照本發(fā)明提供的處理方法，所述檢測采用MMSE檢測，所述步驟1.2) 包括對所述虛擬信道hp h2進行統(tǒng)一信道分解獲取并利用MMSE4全測加權 矩陣W,或\￥2對所述接收信號Yt或Y2進行檢測。所述檢測包括但不限制 于釆用MMSE纟企測。
按照本發(fā)明提供的處理方法，接收端使用接收天線陣列。
按照本發(fā)明提供的處理方法，所述檢測包括但不限制于MMSE (Minimum MeanSquare Error,最小均方i吳差)才企測。
按照本發(fā)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(fā)明提供的處理方法，所述天線陣列包括多個天線。
本發(fā)明的上述另一個技術問題這樣解決，提供一種MIMO系統(tǒng)信號處 理裝置，包括
發(fā)送端，包括依次連接的調制模塊、 一次預編碼模塊、二次預編碼模塊 和發(fā)射天線陣列，其中 一次預編碼模塊與發(fā)送端統(tǒng)一信道分解模塊連接， 二次預編碼模塊與信道逆處理模塊連接，信道逆處理模塊輸出連接發(fā)送端統(tǒng)
6
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(tǒng)一信道分解模塊連 接，信道估計模塊輸出連接接收端統(tǒng)一信道分解模塊。
按照本發(fā)明提供的處理裝置，所述檢測模塊包括但不限制于是MMSE 檢測模塊、ZF (Zero-forcing,迫零)檢測模塊等。
按照本發(fā)明提供的處理裝置，所述天線陣列包括多個天線。
本發(fā)明提供的多輸入多輸出系統(tǒng)信號處理方法及裝置，通過信道逆處理 將多用戶MIMO物理信道分解為獨立的多個單用戶虛擬信道，從而使基于 統(tǒng)一信道分解對于各個獨立的單用戶虛擬信道適用，同現(xiàn)有技術相比有以下 優(yōu)點第一，利用通信信道的特性進行信道逆處理，能消除用戶間干擾，從 而使多輸入多輸出系統(tǒng)具有更廣泛的適應性；第二，利用統(tǒng)一信道分解方法 優(yōu)化了各個用戶的性能。該方法簡潔、計算快速，易于工程實現(xiàn)。
下面結合附圖和具體實施例進一步對本發(fā)明進行詳細說明。 圖1是本發(fā)明裝置結構示意圖。
具體實施例方式
下面，以兩用戶多輸入多輸出系統(tǒng)為例說明本發(fā)明 (-)裝置
如圖l所示，該系統(tǒng)包括發(fā)射端和接收端及反饋路徑122.1、 122.2,本 發(fā)明裝置包括
發(fā)射端，包括信息源模塊110.1、 110.2,調制模塊111.1、 111.2, — 次預編碼模塊112.1、 112.2， UCD分解模塊113.1、 113.2，信道逆處理模塊 114, 二次預編碼模塊115,及7V,個發(fā)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分解模塊道122.1、 122.2
在發(fā)射端，信道逆處理模塊114對多用戶MIMO物理信道進行信道逆
處理，并將多用戶MIMO物理信道分成獨立的兩個單用戶虛擬信道h1、 ^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Fi、 F2;同時信道逆處理;漠塊114還輸出信 道逆處理預編碼矩陣M,接著二次預編碼模塊115依據(jù)信道逆處理預編碼矩 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i、 乂2個接收天線in.i、 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,并把用戶1、用戶2對應的信道矩陣^、 A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，并發(fā)送至MMSE檢測模塊118.1、 118.2,參與信號 的檢測處理。對于信號檢測模塊，本實施例采用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。
(二)工作原理
本發(fā)明方法具體實施過程如下
假設基站有4根天線同時為2個用戶服務，每個用戶有2根接收天線。 首先基站利用用戶反饋的信道信息H1、 H2對多用戶MIMO物理信道 H-[(H丁，(H2)77 (上角標T表示共軛轉置)進行信道逆處理
<formula>formula see original document page 8</formula>(3)
6為信道逆處理的MIMO信道矩陣
<formula>formula see original document page 8</formula>(4)
得到(3)中的信道逆處理預編碼矩陣M,這時多用戶MIMO物理信道 被分成獨立的兩個單用戶虛擬信道h, 、 h2
<formula>formula see original document page 9</formula>由于用戶間無法獲得其他用戶的信道信息，便無法獨自計算當前的虛擬 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(未預編
碼的導頻信號記為p， p^A,A,^，Ar)發(fā)射，兩個用戶接收到的導頻信號為 e^e廣，e/f^e"e2^3，e4]7 ,其中e, -K^]7^ =[e3，e4;f分別為第一個和第二個
用戶接收到的導頻信號，則有 e = H x M x p = 6 x p
e2 =11,[;73，；74] (g)
用戶分別通過e'，e2估計出h, 、 h2 。最后基站和用戶分別對h,、、進行UCD 分解，得到兩個用戶的預編碼矩陣Fp F2和MMSE^r測加權矩陣W,、 W2 。
注意到這里需要增加下行鏈路導頻信號的發(fā)射，但這種附加的導頻之在用戶 反饋新到信息后才發(fā)射(例如5ms—次)，所以對帶寬的占用是很小的。與 以往的反饋預編碼不同，發(fā)送端要對發(fā)送信號進行兩次預編碼首先第一級 兩個用戶的數(shù)據(jù)分別用F，、 R預編碼，然后第二級經過M預編碼消除多用
戶干擾。假設基站欲發(fā)送的數(shù)據(jù)信號為X-[X,，X2Y =[x'，X2，x3，x/，其中 X^[Xpx/為用戶一的數(shù)據(jù)，\=[13，14]2'為用戶二的數(shù)據(jù)，經過第一級預編
碼后的預發(fā)送信號為 <formula>formula see original document page 9</formula>假設用戶接收到的信號向量為Y=[Y17W] 4力，h，A，w ,其中 Y^b'，力r, ^=[ 少4]7分別為用戶一、二的接收信號，則有<formula>formula see original document page 9</formula>
將(3)(4)(5)(9)代入(10)，可得 Y, -h,F,X,
<formula>formula see original document page 9</formula>
用戶一、二分別用W。 W,對Y,, Y2進^f亍MMSE^r測。
通常對于具有多個子信道的MIMO架構，系統(tǒng)的誤碼率性能是由最差 子信道決定的。因此本發(fā)明UCD方案最大程度地優(yōu)化了最差子信道，從而 優(yōu)化了系統(tǒng)性能，使之在高相關性信道條件下也可以使用。
權利要求
1、一種多輸入多輸出系統(tǒng)信號處理方法，其特征在于，包括以下步驟:1. 1)采用信道逆處理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(fā)射端根據(jù)各虛擬信道矩陣對對應各用戶原始預發(fā)送信號進行統(tǒng)一信道分解生成各自二次預發(fā)送信號；1. 3)發(fā)射端對所有二次預發(fā)送信號統(tǒng)一進行信道逆處理并通過天線陣列向外發(fā)射。
2、 根據(jù)權利要求1所述處理方法，其特征在于，該處理方法還包括 每個用戶終端根據(jù)其接收信號進行對應信道估計并反饋給基站，基站根據(jù)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(jù)權利要求2所述處理方法，其特征在于，該處理方法還包括 基站通過導頻信號將所述虛擬信道發(fā)送給每個用戶終端。
4、 根據(jù)權利要求3所述處理方法，其特征在于，所述發(fā)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。
5、 根據(jù)權利要求1所述處理方法，其特征在于，所述步驟1.2)中統(tǒng) 一信道分解包括根據(jù)各虛擬信道生成并利用對應用戶預編碼矩陣對對應各 用戶原始預發(fā)送信號進行處理。
6、 根據(jù)權利要求1所述處理方法，其特征在于，所述步驟1.3)中信 道逆處理包括根據(jù)所述多用戶多輸入多輸出物理信道生成并利用信道逆處 理預編碼矩陣對所有二次預發(fā)送信號統(tǒng)一進行處理。
7、 根據(jù)權利要求1所述處理方法，其特征在于，該處理方法還包括7.1) 接收端根據(jù)各自接收信號估計自身信道；7.2) 結合統(tǒng)一信道分解檢測對應的所述原始預發(fā)送信號。
8、 根據(jù)權利要求7所述處理方法，其特征在于，所述檢測是MMSE 檢測，所述步驟1.2)包括對所述虛擬信道進行統(tǒng)一信道分解獲取并利用MMSE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(tǒng)信號處理裝置，其特征在于，包括 發(fā)送端，包括依次連接的調制模塊(lll.l、 111.2)、 一次預編碼模塊(112.1、 112.2)、 二次預編碼;漠塊(115)和發(fā)射天線陣列(116),其中 一次預 編碼模塊(lll.l、 111.2)與發(fā)送端統(tǒng)一信道分解模塊(113.1、 113.2)連接，二 次預編碼模塊(115)與信道逆處理模塊(116)連接，信道逆處理模塊(116)輸出 連接發(fā)送端統(tǒng)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(118.1、 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(tǒng)一信道分 解模塊(121.1、 122.2)連接，信道估計模塊(120.1、 120.2)輸出連接接收端統(tǒng) 一信道分解模塊(121.1、 121.2)。
10、 根據(jù)權利要求9所述處理裝置，其特征在于，所述檢測模塊(118.1、 118.2)是MMSE檢測模塊或迫零檢測模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多輸入多輸出系統(tǒng)信號處理方法及裝置，其中裝置包括位于發(fā)送端的與發(fā)送端統(tǒng)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)和與信道逆處理模塊(116)連接的二次預編碼模塊，還包括位于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(tǒng)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(fā)送信號進行統(tǒng)一信道分解；對分解后的信號進行信道逆處理并通過天線陣列向外發(fā)射；接收端結合統(tǒng)一信道分解檢測原始預發(fā)送信號。
文檔編號H04B7/04GK101378281SQ20071014597
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權日2007年8月30日
發(fā)明者段亞軍, 王衍文, 瓊 趙, 郝東來 申請人:中興通訊股份有限公司