一种基于吉文斯旋转的物理层多播多流数据传输方法

摘要

本发明公开了一种基于吉文斯旋转的物理层多播多流数据传输方法，特征是基于酉矩阵可由若干吉文斯矩阵构造得出的基本思想，利用多输入多输出物理层多播双流传输矩阵构造方法迭代构造出适合多流传输的酉阵预编码矩阵，从而实现数据流数最大可达发射天线数的多输入多输出物理层多播多路数据流传输。与现有的支持多流多播预编码技术相比，本发明方法可显著提升多播链路传输质量，有效改善相邻数据流之间的信噪比公平性，适用于诸如802.11n、TD-HSPA+、TD-LTE及TD-LTE-Advanced等新一代宽带无线和移动通信系统。

主权项

一种基于吉文斯旋转的物理层多播多流数据传输方法，设基站发射天线数为M，数据流数与发射天线数M相同，且发送数据x的总功率为P₀，多播组内用户数K≥2，不失一般性，设各用户接收天线数N相同且满足接收天线数N不低于发射天线数M，所有用户信道状态信息在发送端已知，其中用户k信道矩阵酉阵预编码矩阵其特征在于具体操作步骤为：第一步、随机产生一高斯矩阵作为酉阵预编码矩阵F的初始值，定义其列编号m∈{1,2,…,M}并初始设置为1，定义迭代次数l以及最大迭代次数L_max，初始化迭代次数l为1且迭代次数l∈{1,2,…,L_max}；第二步、在第l次迭代过程中，若列编号m大于1，则首先计算获得用户k的辅助矩阵T_k＝H_kF(:,1:m‑1),k＝1,2,…,K，其中F(:,m:n)表示抽取酉阵预编码矩阵F的第m列至第n列，然后依两天线虚拟信道矩阵构造关系式构造用户k的两天线虚拟信道矩阵P_k，其中I表示单位阵，表示对用户k的辅助矩阵T_k进行共轭转置；若列编号m等于1，则直接计算获得用户k的两天线虚拟信道矩阵P_k＝H_kF(:,1:2)；第三步、针对用户k的两天线虚拟信道矩阵P_k,k＝1,2,…,K，基于最大化最小数据流信噪比准则并采取迭代更新机制计算获得双流最佳酉预编码矩阵其中θ_m与ψ_m分别表示为关于列编号m的一维旋转角度和二维旋转角度，而所述的迭代更新机制依次包含如下子步骤：(1)设定迭代步长μ，利用高斯随机矢量初始化参考向量z，设定迭代次数n以及最大迭代次数N_max；(2)对于第n次迭代，利用参考向量z计算获得具有最差数据流信噪比的用户索引t及其对应的信道协方差矩阵其中a_t为其对角线上第一项元素，b_t为其对角线上第二项元素，c_t为其反对角线元素；(3)依据参考向量更新关系式对参考向量z进行迭代更新，其中辅助向量g_t可构造为(4)依据迭代次数更新关系式n＝n+1更新迭代次数n，判断迭代次数判决关系式n≤N_max是否成立，若该式成立，则重复子步骤2至子步骤4，若该式不成立，则停止迭代进程；(5)利用参考向量z的第一项元素z₁和第二项元素z₂分布设置列编号m的一维旋转角度和二维旋转角度第四步、根据双流最佳酉预编码矩阵U_m构造吉文斯矩阵即该矩阵的第m行第m列至第m+1行第m+1列四个元素对应配置为双流最佳酉预编码矩阵U_m的四个元素,然后依据预编码矩阵更新关系式F＝FG_m,m+1计算获得酉阵预编码矩阵F；第五步、依据列编号更新关系式m＝m+1计算更新列编号m，并重复第二步至第四步，直至列编号m满足列编号判决关系式m＞M‑1，则重置列编号m＝1，然后进入第六步；第六步、依据迭代次数更新关系式l＝l+1计算更新迭代次数l，并重复第二步至第五步，直至迭代次数l满足迭代判决关系式l＞L_max，则停止迭代，进入第七步；第七步、根据功率归一化关系式计算输出最佳酉阵预编码矩阵F，其中Tr表示矩阵求迹操作，然后可依发送信号生成关系式实现MIMO物理层多播多路数据流传输。