專利名稱：一種多用戶多天線傳輸?shù)南到y(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種多用戶多天線傳輸?shù)南到y(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
MIM0 (Multiple-i叩ut and Multiple-output，多輸入多輸出)技術(shù)通 過空間復(fù)用和多用戶分集，在增加系統(tǒng)容量和提高頻譜利用率方面具有固有 優(yōu)勢。由于頻譜效率的提高和潛在的商業(yè)價值，多用戶通信系統(tǒng)的MIMO技術(shù) 被廣泛研究。在一個多用戶MIM0系統(tǒng)中，假設(shè)在基站處布置^個天線，而每個用戶 處布置Mf個天線，則用戶k的信道矩陣可以表示為^fX風(fēng)的矩陣^，用戶 k接收到的信號為其中，h為M,l向量表示用戶k接收到的信號， 為M,xl向量表示用 戶k接收到的干擾噪聲信號，x為^"向量表示基站發(fā)送的信號。通過SVD (Singular Value Decomposition,奇異值分解)方法，將無 線傳輸信道分解為正交的本征子信道=S"" 《, 公式i 其中 ,i示A的第/個左奇異向量，、,表示仏的第/個右奇異向量， 表示仏的第/個奇異值，m"yt(A)表示矩陣A的秩。本征傳輸模式為采用一組右、左奇異向量分別作為發(fā)送和接收天線的權(quán) 重進行傳輸，其等效的信道增益就為該左右奇異向量相應(yīng)的奇異值。采用的 本征傳輸模式中的右奇異向量為用戶的空間特征碼。在多用戶MIMO系統(tǒng)中，由于存在用戶間的干擾，系統(tǒng)性能將會下降。因 此需要有效的干擾消除機制來抑制系統(tǒng)性能的降低。在文獻"An EfficientResource-Allocation Scheme for Spatial Multiuser Access in MIMO/OFDM Systems" ， IEEE Trans. Co腿un. ， vol. 53， no. 1， pp. 107—116， Jan. 2005，中提出了在通信上行鏈路上使用并行干擾消除機制消除多用戶間干擾的方但該方法不能擴展應(yīng)用到下行鏈路，從而無法消除下行鏈路的用戶間干 擾。因而，在多用戶MIM0系統(tǒng)中，需要解決有效消除下行鏈路用戶間干擾的 問題。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種多用戶多天線傳輸?shù)南到y(tǒng)及方法， 其目的在于，消除下行鏈路中的用戶間干擾。本發(fā)明公開了一種多用戶多天線傳輸?shù)姆椒?，包?步驟l，獲取所有用戶的空間特征碼；步驟2，在所述所有用戶中選取部分用戶，所述選取的用戶的數(shù)量不大 于基站的發(fā)射天線數(shù)量；步驟3，將所述選取的用戶的空間特征碼構(gòu)成空間特征矩陣，由所述空 間特征矩陣生成使所述選取的用戶間干擾消除的預(yù)編碼矩陣；步驟4，應(yīng)用所述預(yù)編碼矩陣對所述選取的用戶的數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼并發(fā)送；步驟5，用戶端接收所述預(yù)編碼的用戶數(shù)據(jù)，進行解碼，獲得所述基站 發(fā)送給所述用戶端的數(shù)據(jù)。 所述步驟3進一步包括步驟31，根據(jù)公式^ = [^，^2,..., ]"獲得所述空間特征矩陣，其中，K為 所述選取的用戶的數(shù)量，r為所述空間特征矩陣，v,至^分別為所述選取的 用戶的空間特征碼；步驟32，根據(jù)公式生成所述預(yù)編碼矩陣，『為所述預(yù)編碼矩陣，r為所述空間特征矩陣，X 為所述選取的用戶的數(shù)量，M,為所述基站的發(fā)射天線數(shù)量，并且<formula>formula see original document page 7</formula> w,至^為對第1個至第《個所述選取的用戶進行預(yù)編碼的M,xl的列向量。所述步驟1進一歩為，所述基站通過測量各個所述用戶的上行鏈路信道 估計信道矩陣，將所述信道矩陣進行奇異值分解，選擇最大奇異值對應(yīng)的右 奇異向量作為所述用戶的空間特征碼。所述步驟l進一步包括，步驟ll，所述所有用戶的用戶端測量下行鏈路信道，估計所述用戶下行 鏈路的信道矩陣，將所述信道矩陣進行奇異值分解，選擇最大奇異值對應(yīng)的 右奇異向量作為所述用戶的空間特征碼，并將所述空間特征碼發(fā)送給所述基 站；步驟12，所述基站接收并獲得所述空間特征碼。 所述步驟2中選取部分用戶的過程進一歩為，步驟21，在所有用戶中選取一個用戶作為第一個被選取的用戶；步驟22，在未選取的用戶中，選取同已被選取的用戶的相關(guān)系數(shù)平方和 最小的用戶作為下個被選取的用戶。本發(fā)明還公開了 一種多用戶多天線傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括基站和用戶端，所述基站，用于獲取所有用戶的空間特征碼，在所述所有用戶中選取部 分用戶，所述選取的用戶的數(shù)量不大于所述基站的發(fā)射天線數(shù)量，將所述選 取的用戶的空間特征碼構(gòu)成空間特征矩陣，由所述空間特征矩陣生成使所述 選取的用戶間干擾消除的預(yù)編碼矩陣，應(yīng)用所述預(yù)編碼矩陣對所述選取的用 戶的數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼并發(fā)送；所述用戶端，用于接收所述預(yù)編碼的用戶數(shù)據(jù)，進行解碼，獲得所述基 站發(fā)送給所述用戶端的數(shù)據(jù)。所述基站進一步用于根據(jù)公式「 = [^^2,..., ;^獲得所述空間特征矩陣，根據(jù)公式生成所述預(yù)編碼矩陣，《為所述選取的用戶的數(shù)量，r為所述空間特征矩陣，v,至^分別為所述選取的用戶的空間特征碼，『為所述預(yù)編碼矩陣，M, 為所述基站的發(fā)送天線數(shù)量；其中『-h,^,…，^f ， w,至 為對第1個至第《個所述選取的用戶進 行預(yù)編碼的M, x 1的列向量。所述基站進一步用于通過測量各個所述用戶的上行鏈路信道估計信道矩 陣，將所述信道矩陣進行奇異值分解，選擇最大奇異值對應(yīng)的右奇異向量作 為所述用戶的空間特征碼。所述用戶端還用于測量下行鏈路信道，估計所述用戶下行鏈路的信道矩 陣，將所述信道矩陣進行奇異值分解，選擇最大奇異值對應(yīng)的右奇異向量作 為所述用戶的空間特征碼，并將所述空間特征碼發(fā)送給所述基站；所述基站還用于接收所述空間特征碼，并獲得所述空間特征碼。所述基站進一步用于在所有用戶中選取一個用戶作為第一個被選取的用 戶，在未選取的用戶中，選取同己被選取的用戶的相關(guān)系數(shù)平方和最小的用 戶作為下個被選取的用戶。本發(fā)明的有益效果在于，提供了一種多用戶MIMO傳輸?shù)南到y(tǒng)和方法， 應(yīng)用用戶空間特征碼消除下行鏈路用戶間干擾；并且提供了兩種獲得信道矩 陣的方法，從而使基站能夠獲得消除干擾所需的空間特征碼；還提供了一種 選取用戶的方法，使選取的用戶間干擾整體最小。


圖l是本發(fā)明方法流程圖； 圖2是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明基站201執(zhí)行方法的流程圖，圖3a是具體實施例一中基站 201執(zhí)行方法的流程圖，圖3b是具體實施例二中基站201執(zhí)行方法的流程圖； 圖4是基站201生成空間特征碼的流程圖； 圖5是基站201生成預(yù)編碼矩陣的流程圖； 圖6是具體實施例二中用戶端202執(zhí)行方法的流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。如圖1所示，本發(fā)明方法的流程為步驟SIOI，基站201獲取所有用戶的空間特征碼；步驟S102，基站201在用戶中選取用戶，選取用戶的數(shù)量不大于基站201 的發(fā)射天線數(shù)量；步驟S103，基站201將選取的用戶的空間特征碼構(gòu)成空間特征矩陣，由 所述空間特征矩陣生成使用戶間干擾消除的預(yù)編碼矩陣；步驟S104，應(yīng)用所述預(yù)編碼矩陣對所述選取用戶的數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼并發(fā)送；步驟Slll，用戶端202接收基站201發(fā)送的用戶數(shù)據(jù)，進行解碼，獲得 所述用戶數(shù)據(jù)。如圖2所示，本發(fā)明的系統(tǒng)包括基站201和用戶端202?；?01，用于獲取所有用戶的空間特征碼，在所述所有用戶中選取部 分用戶，所述選取的用戶的數(shù)量不大于基站201的發(fā)射天線數(shù)量，將所述選 取的用戶的空間特征碼構(gòu)成空間特征矩陣，由所述空間特征矩陣生成使所述 選取的用戶間干擾消除的預(yù)編碼矩陣，應(yīng)用所述預(yù)編碼矩陣對所述選取的用 戶的數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼并發(fā)送；用戶端202，用于接收所述預(yù)編碼的用戶數(shù)據(jù)，進行解碼，獲得基站201 發(fā)送給用戶端202的數(shù)據(jù)。用戶端202可以為手機終端或帶有相應(yīng)無限網(wǎng)卡的計算機。具體實施例一在具體實施例一中，基站201和用戶間的上下行鏈路使用相同頻率，采 用時分復(fù)用的方式，并且選取最大奇異值對應(yīng)的本征模式流進行傳輸。圖3a 為基站201執(zhí)行本發(fā)明方法的流程圖。步驟S301，基站201測量每個用戶的鏈路信道信息，估計獲得每個用戶 鏈路的信道矩陣。步驟S302，由每個用戶的信道矩陣獲得每個用戶的空間特征碼，具體實 施方法如圖4所示。步驟S401，對用戶的信道矩陣進行奇異值分解。應(yīng)用公式1對每個用戶的信道矩陣進行奇異值分解。步驟S402，選取最大的奇異值對應(yīng)的右奇異向量作為用戶的空間特征碼。按上述步驟S401和S402，基站201獲得所有用戶的空間特征碼。步驟S303，比較用戶的數(shù)量和基站201發(fā)射天線數(shù)量，如果用戶數(shù)量小 于等于基站201發(fā)射天線數(shù)量，不進行選取，所有用戶都作為接收數(shù)據(jù)的用 戶；如果用戶數(shù)量大于基站201發(fā)射天線數(shù)量，選取相互間干擾最小的用戶 作為接收用戶，選取的用戶的數(shù)量等于基站201的發(fā)射天線數(shù)量。在用戶數(shù)量大于基站201發(fā)射天線數(shù)量時的具體選取方法如下所述。 首先，隨機選取一個用戶作為第一個被選用戶，也可以按照用戶的參數(shù)， 如信道質(zhì)量、QoS (Quality of Service,服務(wù)質(zhì)量)要求，選取第一個被選 用戶。然后，在未選取的用戶中，選取同已選取的用戶的相關(guān)系數(shù)平方和最小 的用戶作為下一個被選取的用戶。所述相關(guān)系數(shù)根據(jù)公式/^2 =< 獲得，P^為用戶^和用戶^的相關(guān)系 數(shù)， 為用戶^的空間特征碼， 為用戶^的空間特征碼。由公式1可以推出用戶&接收到的信號為<formula>formula see original document page 10</formula>其中，^為用戶^接收到的信號； 為用戶&的最大奇異值；^為用戶 、的最大奇異值對應(yīng)的左奇異向量； 為用戶、的最大奇異值對應(yīng)的右奇異 向量，即用戶;t,的空間特征碼； 為用戶&的最大奇異值對應(yīng)的右奇異向量， 即用戶&的空間特征碼；、為基站發(fā)送給用戶&的原始信號；iV為用戶的個 數(shù)； 為用戶&接收的干擾噪聲。在接收時，應(yīng)用用戶&的最大奇異值對應(yīng)的左奇異向量^進行解碼得到信號<formula>formula see original document page 10</formula>其中， 2=《 ， 2作為相關(guān)系數(shù)反映了兩個用戶間的信 息干擾程度。步驟S304，生成預(yù)編碼矩陣，具體實施方式
如圖5所述。步驟S501，根據(jù)公式r,^,…,^:r獲得所述空間特征矩陣，其中，K為所述選取的用戶的數(shù)量，F(xiàn)為所述空間特征矩陣，v,至^分別為所述選取用 戶的空間特征碼；歩驟S502,根據(jù)公式公式2生成所述預(yù)編碼矩陣，其中『為所述預(yù)編碼矩陣，r為所述空間特征矩 陣，《為所述選取的用戶的數(shù)量，M,為所述基站的發(fā)射天線數(shù)量。其中r-h,巧，…,^;T， w,至v^為對第l個至第《個用戶預(yù)編碼的M,xi的列向量。步驟S305，對發(fā)送的用戶數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼，將預(yù)編碼后的用戶數(shù)據(jù)發(fā)送 給用戶。r。=[Wl，w2,...，w《]，X,至XK為發(fā)送給選取的第l個至第《個用戶的數(shù)據(jù)。 ^ = [^12,...,^]、則基站201發(fā)送的信號^為1 = |>^=^>。用戶、接收到信號進行解碼，用戶^解碼后得到的估計信號為用戶解碼后僅獲得發(fā)送給自身的信號，其他用戶的信號在解碼后被消除。 由此可見，采用上述方法實現(xiàn)了消除用戶間干擾。 具體實施例二在具體實施例二中，使用的上行鏈路和下行鏈路在不同的頻率上，因而 基站201無法獲得下行鏈路的信道信息，需要通過用戶端202將下行鏈路信 息發(fā)送給基站201，并且本實施例中選取最大奇異值對應(yīng)的本征模式流進行 傳輸。用戶端202獲得并發(fā)送用戶空間特征碼的方法如圖6所示。 步驟S601，用戶端202測量下行鏈路，并估計獲得信道矩陣。 步驟S602,對信道矩陣按公式1進行奇異值分解。 歩驟S603，將最大奇異值對應(yīng)的右奇異向量作為用戶的空間特征碼，并 將該空間特征碼發(fā)送給基站201。<formula>formula see original document page 11</formula>由于公式2可以得到基站201根據(jù)獲得用戶空間特征碼進行用戶間干擾消除，具體實施方式
如圖3b所示。步驟S311，基站201接收用戶端S202發(fā)送的反饋信息。 步驟S312，基站201從接收的反饋信息中獲得用戶的空間特征碼。 步驟S313至步驟S315的執(zhí)行過程同具體實施例一中歩驟S303至步驟 S305相同。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條 件下，還可以對以上內(nèi)容進行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限 于以上的說明，而是由權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1.一種多用戶多天線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，包括步驟1，獲取所有用戶的空間特征碼；步驟2，在所述所有用戶中選取部分用戶，所述選取的用戶的數(shù)量不大于基站的發(fā)射天線數(shù)量；步驟3，將所述選取的用戶的空間特征碼構(gòu)成空間特征矩陣，由所述空間特征矩陣生成使所述選取的用戶間干擾消除的預(yù)編碼矩陣；步驟4，應(yīng)用所述預(yù)編碼矩陣對所述選取的用戶的數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼并發(fā)送；步驟5，用戶端接收所述預(yù)編碼的用戶數(shù)據(jù)，進行解碼，獲得所述基站發(fā)送給所述用戶端的數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求l所述的多用戶多天線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述?驟3進一步包括步驟31，根據(jù)公式f^h,^，…,^r獲得所述空間特征矩陣，其中，《為 所述選取的用戶的數(shù)量，r為所述空間特征矩陣，^至^分別為所述選取的 用戶的空間特征碼；步驟32，根據(jù)公式 f廠'，尺二風(fēng)生成所述預(yù)編碼矩陣，r為所述預(yù)編碼矩陣，r為所述空間特征矩陣，《 為所述選取的用戶的數(shù)量，M,為所述基站的發(fā)射天線數(shù)量，并且 『=[Wl,w2,...,^f ， w,至^為對第1個至第《個所述選取的用戶進行預(yù)編碼 的M,xl的列向量。
3. 如權(quán)利要求1所述的多用戶多天線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述?驟1進一步為，所述基站通過測量各個所述用戶的上行鏈路信道估計信道矩 陣，將所述信道矩陣進行奇異值分解，選擇最大奇異值對應(yīng)的右奇異向量作 為所述用戶的空間特征碼。
4. 如權(quán)利要求1所述的多用戶多天線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述步驟1進一歩包括，步驟ll，所述所有用戶的用戶端測量下行鏈路信道，估計所述用戶下行 鏈路的信道矩陣，將所述信道矩陣進行奇異值分解，選擇最大奇異值對應(yīng)的 右奇異向量作為所述用戶的空間特征碼，并將所述空間特征碼發(fā)送給所述基 站；步驟12，所述基站接收并獲得所述空間特征碼。
5. 如權(quán)利要求1所述的多用戶多天線傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述歩 驟2中選取部分用戶的過程進一步為，步驟21,在所有用戶中選取一個用戶作為第一個被選取的用戶；步驟22，在未選取的用戶中，選取同已被選取的用戶的相關(guān)系數(shù)平方和 最小的用戶作為下個被選取的用戶。
6. —種多用戶多天線傳輸?shù)南到y(tǒng)，包括基站和用戶端，其特征在于， 所述基站，用于獲取所有用戶的空間特征碼，在所述所有用戶中選取部分用戶，所述選取的用戶的數(shù)量不大于所述基站的發(fā)射天線數(shù)量，將所述選 取的用戶的空間特征碼構(gòu)成空間特征矩陣，由所述空間特征矩陣生成使所述 選取的用戶間干擾消除的預(yù)編碼矩陣，應(yīng)用所述預(yù)編碼矩陣對所述選取的用 戶的數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼并發(fā)送；所述用戶端，用于接收所述預(yù)編碼的用戶數(shù)據(jù)，進行解碼，獲得所述基 站發(fā)送給所述用戶端的數(shù)據(jù)。
7. 如權(quán)利要求6所述的多用戶多天線傳輸?shù)南到y(tǒng)，其特征在于，所述基 站進一步用于根據(jù)公式7 = [、^,...， ]"獲得所述空間特征矩陣，根據(jù)公式生成所述預(yù)編碼矩陣，《為所述選取的用戶的數(shù)量，r為所述空間特征 矩陣，v,至^分別為所述選取的用戶的空間特征碼，r為所述預(yù)編碼矩陣，M, 為所述基站的發(fā)送天線數(shù)量；其中『=[ ^,...,^]、 w至M^為對第1個至第尺個所述選取的用戶進 行預(yù)編碼的M, xl的列向量。
8.如權(quán)利要求6所述的多用戶多天線傳輸?shù)南到y(tǒng)，其特征在于，所述基 站進一步用于通過測量各個所述用戶的上行鏈路信道估計信道矩陣，將所述 信道矩陣進行奇異值分解，選擇最大奇異值對應(yīng)的右奇異向量作為所述用戶的空間特征碼。
9. 如權(quán)利要求6所述的多用戶多天線傳輸?shù)南到y(tǒng)，其特征在于， 所述用戶端還用于測量下行鏈路信道，估計所述用戶下行鏈路的信道矩陣，將所述信道矩陣進行奇異值分解，選擇最大奇異值對應(yīng)的右奇異向量作為所述用戶的空間特征碼，并將所述空間特征碼發(fā)送給所述基站；所述基站還用于接收所述空間特征碼，并獲得所述空間特征碼。
10. 如權(quán)利要求6所述的多用戶多天線傳輸?shù)南到y(tǒng)，其特征在于，所述基站進一步用于在所有用戶中選取一個用戶作為第一個被選取的用戶，在未選 取的用戶中，選取同已被選取的用戶的相關(guān)系數(shù)平方和最小的用戶作為下個 被選取的用戶。
全文摘要
一種多用戶多天線傳輸?shù)姆椒?，包括步驟1，獲取所有用戶的空間特征碼；步驟2，在所述所有用戶中選取部分用戶，所述選取的用戶的數(shù)量不大于基站的發(fā)射天線數(shù)量；步驟3，將所述選取的用戶的空間特征碼構(gòu)成空間特征矩陣，由所述空間特征矩陣生成使所述選取的用戶間干擾消除的預(yù)編碼矩陣；步驟4，應(yīng)用所述預(yù)編碼矩陣對所述選取的用戶的數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼并發(fā)送；步驟5，用戶端接收所述預(yù)編碼的用戶數(shù)據(jù)，進行解碼，獲得所述基站發(fā)送給所述用戶端的數(shù)據(jù)。從而，消除下行鏈路中的用戶間干擾。
文檔編號H04L1/06GK101252383SQ200810103559
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者楊樹偉, 楊育波, 霖 田, 石晶林, 蔣海平, 玨 袁, 伊 黃 申請人:中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所