基于奇异值分解的多用户MIMO系统下行链路传输方法

摘要

本发明公开了一种基于奇异值分解的多用户MIMO系统下行链路传输方法，主要解决现有传输方法中接收端信噪比低导致传输性能差的问题。其实现过程为：(1)将基站发送的信息符号写成一个列向量，并构建功率调整矩阵，确定扰动系数向量；(2)构建消除多用户干扰的预处理矩阵；(3)确定最佳扰动矢量和功率控制系数；(4)产生基站端的发送信号并发射；(5)用户端接收信号；(6)构建后处理矩阵，对接收信号进行后处理；(7)对后处理后的信号进行模操作；(8)对模操作后的信号进行判决并输出。本发明通过提高接收端的信噪比提高了系统的传输性能，可用于多用户MIMO系统下行链路的传输。

主权项

1.一种基于奇异值分解的多用户MIMO系统下行链路传输方法，它包括如下过程：(1)将基站发送给所有用户的信息符号表示为一个列向量：$x={[x_1^T,x_2^T,···,x_L^T]}^T,$式中，x_k为基站发送给第k个用户的信息符号向量，包含了s_k个数据流，1≤k≤L，L为用户的个数，[·]^T为转置；(2)构建将发送给所有用户的信息符号列向量x的发射功率归一化的功率调整矩阵：β＝diag{β₁，β₂，...β_L}，式中，β_k为发送给第k个用户的信息符号向量x_k的功率调整矩阵，1≤k≤L，β_ki是使得发送给第k个用户的第i个数据流x_ki的发射功率归一化的功率调整系数，1≤i≤s_k；(3)对基站与第k个用户之间的信道矩阵H_k进行奇异值分解：$H_k=U_k{\Lambda }_k^{1/2}{V}_k^H,$式中，U_k为包含H_k的个左奇异值向量的维半酉矩阵，N_k为第k个用户接收天线的个数，为信道矩阵H_k的秩且1≤k≤L，为维对角矩阵，diag{…}表示对角矩阵，λ_kq为H_k(H_k)^T的非零特征值，V_k为包含H_k的个右奇异值向量的维半酉矩阵，M为基站发射天线的个数，为V_k的共轭转置矩阵；(4)由右奇异值向量构建预处理矩阵：P＝[V_s^H]⁺＝V_s[V_s^HV_s]^-1，式中，为V_k的前s_k列，包含了H_k前s_k个最大的奇异值的右奇异值向量，1≤k≤L，[V_s^H]⁺为V_s^H的伪逆矩阵，[V_s^HV_s]^-1为[V_s^HV_s]的逆矩阵；(5)根据基站发送给用户的所有信息符号列向量x中每个数据流的调制方式，得到x对应的扰动系数向量为：$\tau ={[{\tau }_1^T,{\tau }_2^T,···{\tau }_L^T]}^T,$式中，为基站发送给第k个用户的信息符号向量x_k对应的扰动系数向量，1≤k≤L，τ_ki为发送给第k个用户的第i个数据流x_ki的扰动系数，i＝1，…s_k，s_k为发送给第k个用户数据流的个数，不同的调制方式对应不同的扰动系数，若采用N阶方形QAM调制，则若采用BPSK调制，则τ_ki＝2；(6)根据步骤(2)中构建的功率调整矩阵β，步骤(4)中构建的预处理矩阵P和步骤(5)中的扰动系数向量τ，通过球形编码算法，确定最佳复整型扰动矢量ω，使其满足如下公式：式中，⊙表示元素与元素相乘，‖·‖为Frobenius范数，ω′为任意复整型矢量；(7)根据步骤(6)中的公式，构造基站发射端的功率控制系数α：式中，P_t为基站总的瞬时发射功率；(8)根据上述预处理矩阵P、扰动系数向量τ、功率调整矩阵β、最佳扰动矢量ω以及功率控制系数α，联合产生基站端的发送信号d：(9)通过基站天线将信号d发送出去，第k个用户的接收信号为：式中，n_k为第k个用户的高斯白噪声向量，其均值为0、协方差矩阵为N_k×N_k维单位矩阵，σ²为高斯白噪声的协方差，1≤k≤L；(10)由左奇异值向量构建第k个用户接收端的后处理矩阵：$G_k=U_{{\mathrm{ks}}_k}^H,$式中，为包含信道矩阵H_k的左奇异值向量的半酉矩阵U_k的前s_k列，1≤k≤L；(11)根据构建的后处理矩阵G_k，对第k个用户的接收信号向量y_k进行后处理，得到后处理后的接收信号：$\widehat{x_k}=G_k{y}_k=U_{{\mathrm{ks}}_k}^H{y}_k,$1≤k≤L(12)对后处理后的接收信号的第i个元素进行模操作，消除矢量扰动影响：式中，表示对基于其对应的扰动系数τ_ki进行模操作，为取实部，为取虚部，为取不大于中数据的最大整数值；对的每个元素进行上述模操作，得到第k个用户模操作后的信号式中，表示对中的每一个元素基于其对应的扰动矢量系数τ_kl进行模操作，1≤l≤s_k，1≤k≤L；(13)对模操作后的信号进行判决，得到第k个用户判决后的信号并输出，该输出的信号即为发送给第k个用户的信息符号向量x_k的估计信号，1≤k≤L。