一种消除X信道中多用户干扰的方法

摘要

本发明公开了一种消除X信道中多用户干扰的方法，适用于两个发送端分别配置四根天线的X信道。发送端采用速率为2的空时分组编码(R2-STBC)，得到2×2的编码矩阵，对发送到不同接收端的编码矩阵分别进行预编码，将预编码后的编码矩阵组成两个4×2的编码矩阵并分别发送，通过合理设计预编码矩阵能够使得接收端处理接收信号后消除了多用户干扰。本发明在保持传输效率不变的情况下，不但降低了反馈量，还提高了系统的可靠性。

主权项

一种消除X信道中多用户干扰的方法，适用于两个发送端分别配置四根天线两个接收端分别配置N根天线的X信道，N≥1，其特征在于，包括如下步骤：A，两个接收端分别计算两个发送端的预编码矩阵的元素，该预编码矩阵能使得发送端1发送到接收端1或接收端2的有用信号与发送端2发送到接收端1或接收端2的有用信号在传输过程中保持正交，然后两个接收端分别量化预编码矩阵的元素并将量化值反馈给两个发送端；具体过程如下：预编码矩阵的每列相同，接收端1根据信道矩阵[H₁₁ H₁₂]和[G₁₁ G₁₂]计算预编码矩阵的元素a₁₁¹、a₂₁¹、b₁₁¹和b₂₁¹，然后采用均匀量化或非均匀量化的方法量化这四个参数，并将a₁₁¹和a₂₁¹的量化值反馈给发送端1，将b₁₁¹和b₂₁¹的量化值反馈给发送端2，其中，[H₁₁ H₁₂]和[G₁₁ G₁₂]分别是两个发送端到接收端1的信道矩阵，H_1i和G_1i的阶数均为N×2，i＝1,2，N是接收天线的数目；预编码矩阵的每列相同，接收端2根据信道矩阵[H₂₁ H₂₂]和[G₂₁ G₂₂]计算预编码矩阵的元素a₁₁²、a₂₁²、b₁₁²和b₂₁²，然后采用均匀量化或非均匀量化的方法量化这四个参数，并将a₁₁²和a₂₁²的量化值反馈给发送端1，将b₁₁²和b₂₁²的量化值反馈给发送端2，其中，[H₂₁ H₂₂]和[G₂₁ G₂₂]分别是两个发送端到接收端2的信道矩阵，H_2i和G_2i的阶数均为N×2，i＝1,2，N是接收天线的数目；B，发送端1根据反馈信息及量化方法得到预编码矩阵A₁和A₂，发送端2根据反馈信息及量化方法得到预编码矩阵B₁和B₂；具体过程如下：发送端1首先根据反馈信息及量化方法得到预编码矩阵元素的取值，用a₁₁¹、a₂₁¹、a₁₁²和a₂₁²表示，然后得到预编码矩阵A₁和A₂，$A_1=\left[\begin{array}{cc}{a_{11}}^1& {a_{11}}^1\\ {a_{21}}^1& {a_{21}}^1\end{array}\right],A_2=\left[\begin{array}{cc}{a_{11}}^2& {a_{11}}^2\\ {a_{21}}^2& {a_{21}}^2\end{array}\right];$发送端2首先根据反馈信息及量化方法得到预编码矩阵元素的取值，用b₁₁¹、b₂₁¹、b₁₁²和b₂₁²表示，然后得到预编码矩阵B₁和B₂，$B_1=\left[\begin{array}{cc}{b_{11}}^1& {b_{11}}^1\\ {b_{21}}^1& {b_{21}}^1\end{array}\right],B_2=\left[\begin{array}{cc}{b_{11}}^2& {b_{11}}^2\\ {b_{21}}^2& {b_{21}}^2\end{array}\right];$C，发送端1对其调制信号c_k进行速率为2的空时分组编码，k＝1,2,L,8，得到发送给第i个接收端的编码矩阵C_i，i＝1,2，$C_i=\left[\begin{array}{cc}{\alpha }_1{c}_{4i-3}-{\beta }_1{c_{4i-2}}^{*}& {\beta }_1{c_{4i-1}}^{*}+{\alpha }_1{c}_{4i}\\ {\alpha }_2{c}_{4i-1}-{\beta }_2{c_{4i}}^{*}& {\beta }_2{c_{4i-3}}^{*}+{\alpha }_2{c}_{4i-2}\end{array}\right],$α₁、α₂、β₁和β₂是实数，它们满足α₁²+β₁²＝1且α₂²+β₂²＝1；发送端2对其调制信号s_k进行速率为2的空时分组编码，k＝1,2,L,8，得到发送给第i个接收端的编码矩阵S_i，i＝1,2，$S_i=\left[\begin{array}{cc}{\alpha }_1{s}_{4i-3}-{\beta }_1{s_{4i-2}}^{*}& {\beta }_1{s_{4i-1}}^{*}+{\alpha }_1{s}_{4i}\\ {\alpha }_2{s}_{4i-1}-{\beta }_2{s_{4i}}^{*}& {\beta }_2{s_{4i-3}}^{*}+{\alpha }_2{s}_{4i-2}\end{array}\right];$D，发送端1利用A_i对C_i进行预编码，i＝1,2，得到A_iC_i，然后用四根天线将$\left[\begin{array}{c}{A}_1{C}_1+A_2{C}_2\\ A_1{C}_1-A_2{C}_2\end{array}\right]$和$\left[\begin{array}{c}{B}_1{S}_1+B_2{S}_2\\ B_1{S}_1-B_2{S}_2\end{array}\right]$发送到接收端；与此同时，发送端2利用B_i对S_i进行预编码，i＝1,2，得到B_iS_i，然后用四根天线将$\left[\begin{array}{c}{A}_1{C}_1-A_2{C}_2\\ A_1{C}_1+A_2{C}_2\end{array}\right]$和$\left[\begin{array}{c}{B}_1{S}_1-B_2{S}_2\\ B_1{S}_1+B_2{S}_2\end{array}\right]$发送到接收端；具体过程如下：发送端1对C_i进行预编码，i＝1,2，得到A_iC_i，发送端2对S_i进行预编码，得到B_iS_i；在相同的时间内，发送端1用四根天线将$\left[\begin{array}{c}{A}_1{C}_1+A_2{C}_2\\ A_1{C}_1-A_2{C}_2\end{array}\right]$发送出去，发送端2用四根天线将$\left[\begin{array}{c}{B}_1{S}_1+B_2{S}_2\\ B_1{S}_1-B_2{S}_2\end{array}\right]$发送出去，两个接收端的接收信号分别为Y₁和Z₁；在相同的时间内，发送端1用四根天线将$\left[\begin{array}{c}{A}_1{C}_1-A_2{C}_2\\ A_1{C}_1+A_2{C}_2\end{array}\right]$发送出去，发送端2用四根天线将$\left[\begin{array}{c}{B}_1{S}_1-B_2{S}_2\\ B_1{S}_1+B_2{S}_2\end{array}\right]$发送出去，两个接收端的接收信号分别为Y₂和Z₂；E，接收端1分别译码发送端1和发送端2发送到该接收端的有用信号，具体过程如下：接收端1根据信道矩阵和预编码矩阵计算得到(H₁₁+H₁₂)A₁，(H₁₁+H₁₂)A₁的每列相同，表示为$(H_{11}+H_{12})A_1=\left[\begin{array}{cc}{h_{11}}^{1^{\prime }}& {h_{11}}^{1^{\prime }}\\ M& M\\ {h_{N1}}^{1^{\prime }}& {h_{N1}}^{1^{\prime }}\end{array}\right],$N是接收天线的数目，进而得到F₁，表示为$F_1=\left[\begin{array}{cccc}{\alpha }_1{h_{11}}^{1^{\prime }}& -{\beta }_1{h_{11}}^{1^{\prime }}& {\alpha }_2{h_{11}}^{1^{\prime }}& -{\beta }_2{h_{11}}^{1^{\prime }}\\ {\beta }_2{h_{11}}^{1^{\prime }*}& {\alpha }_2{h_{11}}^{1^{\prime }*}& {\beta }_1{h_{11}}^{1^{\prime }*}& {\alpha }_1{h_{11}}^{1^{\prime }*}\\ M& M& M& M\\ {\alpha }_1{h_{N1}}^{1^{\prime }}& -{\beta }_1{h_{N1}}^{1^{\prime }}& {\alpha }_2{h_{N1}}^{1^{\prime }}& -{\beta }_2{h_{N1}}^{1^{\prime }}\\ {\beta }_2{h_{N1}}^{1^{\prime }*}& {\alpha }_2{h_{N1}}^{1^{\prime }*}& {\beta }_1{h_{N1}}^{1^{\prime }*}& {\alpha }_1{h_{N1}}^{1^{\prime }*}\end{array}\right]$接收端1根据信道矩阵和预编码矩阵计算得到(G₁₁+G₁₂)B₁，(G₁₁+G₁₂)B₁的每列相同，表示为$(G_{11}+G_{12})B_1=\left[\begin{array}{cc}{g_{11}}^{1^{\prime }}& {g_{11}}^{1^{\prime }}\\ M& M\\ {g_{N1}}^{1^{\prime }}& {g_{N1}}^{1^{\prime }}\end{array}\right],$N是接收天线的数目，进而得到F₂，表示为$F_2=\left[\begin{array}{cccc}{\alpha }_1{g_{11}}^{1^{\prime }*}& -{\beta }_1{g_{11}}^{1^{\prime }*}& {\alpha }_2{g_{11}}^{1^{\prime }*}& -{\beta }_2{g_{11}}^{1^{\prime }*}\\ {\beta }_2{g_{11}}^{1^{\prime }}& {\alpha }_2{g_{11}}^{1^{\prime }}& {\beta }_1{g_{11}}^{1^{\prime }}& {\alpha }_1{g_{11}}^{1^{\prime }}\\ M& M& M& M\\ {\alpha }_1{g_{N1}}^{1^{\prime }}& -{\beta }_1{g_{N1}}^{1^{\prime }}& {\alpha }_2{g_{N1}}^{1^{\prime }}& -{\beta }_2{g_{N1}}^{1^{\prime }}\\ {\beta }_2{g_{N1}}^{1^{\prime }*}& {\alpha }_2{g_{N1}}^{1^{\prime }*}& {\beta }_1{g_{N1}}^{1^{\prime }*}& {\alpha }_1{g_{N1}}^{1^{\prime }*}\end{array}\right]$接收端1对其接收信号进行相加操作，得到Y＝Y₁+Y₂，然后得到Y对应的向量y，y＝[y₁₁,y₁₂^*,L,y_N1,y_N2^*]^T，y_mn表示矩阵Y的第m行第n列的元素，m＝1,2,L,N，n＝1,2，N是接收天线的数目，(·)^*表示复数共轭，(·)^T表示转置；以消除多用户干扰为目的，接收端1处理y，得到$y^{\prime }=\left[\begin{array}{c}{F_1}^T\\ {F_2}^T\end{array}\right]y;$计算2F₁^TF₁，以y′的前4列作为等效接收信号，以2F₁^TF₁作为等效信道矩阵，译码发送端1发送给接收端1的有用信号；计算2F₂^TF₂，以y′的后4列作为等效接收信号，以2F₂^TF₂作为等效信道矩阵，译码发送端2发送给接收端1的有用信号；F，接收端2分别译码发送端1和发送端2发送到该接收端的有用信号，具体过程如下：接收端2根据信道矩阵和预编码矩阵计算得到(H₂₁‑H₂₂)A₂，(H₂₁‑H₂₂)A₂的每列相同，表示为$(H_{21}-H_{22})A_2=\left[\begin{array}{cc}{h_{11}}^{2^{\prime }}& {h_{11}}^{2^{\prime }}\\ M& M\\ {h_{N1}}^{2^{\prime }}& {h_{N1}}^{2^{\prime }}\end{array}\right],$N是接收天线的数目，进而得到F₁′，表示为${F_1}^{\prime }=\left[\begin{array}{cccc}{\alpha }_1{h_{11}}^{2^{\prime }}& -{\beta }_1{h_{11}}^{2^{\prime }}& {\alpha }_2{h_{11}}^{2^{\prime }}& -{\beta }_2{h_{11}}^{2^{\prime }}\\ {\beta }_2{h_{11}}^{2^{\prime }*}& {\alpha }_2{h_{11}}^{2^{\prime }*}& {\beta }_1{h_{11}}^{2^{\prime }*}& {\alpha }_1{h_{11}}^{2^{\prime }*}\\ M& M& M& M\\ {\alpha }_1{h_{N1}}^{2^{\prime }}& -{\beta }_1{h_{N1}}^{2^{\prime }}& {\alpha }_2{h_{N1}}^{2^{\prime }}& -{\beta }_2{h_{N1}}^{2^{\prime }}\\ {\beta }_2{h_{N1}}^{2^{\prime }*}& {\alpha }_2{h_{N1}}^{2^{\prime }*}& {\beta }_1{h_{N1}}^{2^{\prime }*}& {\alpha }_1{h_{N1}}^{2^{\prime }*}\end{array}\right]$接收端2根据信道矩阵和预编码矩阵计算得到(G₂₁‑G₂₂)B₂，(G₂₁‑G₂₂)B₂的每列相同，表示为$(G_{21}-G_{22})B_2=\left[\begin{array}{cc}{g_{11}}^{2^{\prime }}& {g_{11}}^{2^{\prime }}\\ M& M\\ {g_{N1}}^{2^{\prime }}& {g_{N1}}^{2^{\prime }}\end{array}\right],$N是接收天线的数目，进而得到F₂′，表示为${F_2}^{\prime }=\left[\begin{array}{cccc}{\alpha }_1{g_{11}}^{2^{\prime }*}& -{\beta }_1{g_{11}}^{2^{\prime }*}& {\alpha }_2{g_{11}}^{2^{\prime }*}& -{\beta }_2{g_{11}}^{2^{\prime }*}\\ {\beta }_2{g_{11}}^{2^{\prime }}& {\alpha }_2{g_{11}}^{2^{\prime }}& {\beta }_1{g_{11}}^{2^{\prime }}& {\alpha }_1{g_{11}}^{2^{\prime }}\\ M& M& M& M\\ {\alpha }_1{g_{N1}}^{2^{\prime }}& -{\beta }_1{g_{N1}}^{2^{\prime }}& {\alpha }_2{g_{N1}}^{2^{\prime }}& -{\beta }_2{g_{N1}}^{2^{\prime }}\\ {\beta }_2{g_{N1}}^{2^{\prime }*}& {\alpha }_2{g_{N1}}^{2^{\prime }*}& {\beta }_1{g_{N1}}^{2^{\prime }*}& {\alpha }_1{g_{N1}}^{2^{\prime }*}\end{array}\right]$接收端2对其接收信号进行相减操作，得到Z＝Z₁‑Z₂，然后得到Z的等效表达形式z，z＝[z₁₁,z₁₂^*,L,z_N1,z_N2^*]^T，z_mn表示矩阵Z的第m行第n列的元素，m＝1,2,L,N，n＝1,2，N是接收天线的数目；以消除多用户干扰为目的，接收端2处理z，得到$z^{\prime }=\left[\begin{array}{c}{F_1}^{\prime T}\\ {F_2}^{\prime T}\end{array}\right]z;$计算2F₁′^TF₁′，以z′的前4列作为等效接收信号，以2F₁′^TF₁′作为等效信道矩阵，译码发送端1发送给接收端2的有用信号；计算2F₂′^TF₂′，以z′的后4列作为等效接收信号，以2F₂′^TF₂′作为等效信道矩阵，译码发送端2发送给接收端2的有用信号。