[发明专利]结合块对角化和统一信道分解反馈算法的多用户MIMO系统

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及多用户多入多出(MU-MIMO)系统设计的方法。

背景技术

MIMO技术作为第三代移动通信的关键技术之一今年来受到广泛的关注和研究。与传统的单天线系统比 较MIMO系统可以提供更高的传输可靠性和更大的通信容量。在实际使用中MIMO系统性能主要受限于各子 流间信道条件的不平衡性，特别是在高相关性信道下不同子流的信道条件相差很大。另外在一个基站与多 个用户同时通信的MU-MIMO系统中，不同用户间的信号干扰也制约了系统的性能。同一用户天线间的资源 调度和多用户间的干扰消除问题是MU-MIMO系统设计的关键。

发明内容

本发明提出了结合块对角化(BD)和统一信道分解反馈(UCD)算法实现MU-MIMO系统的方法，采用本 方法可以消除用户间干扰，并且对每个用户的各个信道子流进行了资源均衡，使MU-MIMO系统能工作于高 相关性的信道且性能有较大提升。

本发明的创新之处在于：提出了结合块对角化(BD)和统一信道分解反馈(UCD)算法，并修改了导频 发射方案，实现了多用户间干扰消除和各个用户子流间均衡，使MU-MIMO系统性能得到提升。

本发明在UCD系统结构的基础上，提出基于BD+UCD的MU-MIMO用户间干扰消除和性能优化方法，BD 算法可以将MU-MIMO信道矩阵对角块化，使不同用户之间相互正交，消除了用户间干扰；然后对每一个用 户使用UCD分解反馈方案，使不同的子流达到性能均衡，不仅优化了性能，而且使系统能工作于高相关性 信道。

1、系统结构

多用户MIMO的典型结构如图1所示，调度器按照某种准则选择将要通信的K个用户，然后将这些 用户的数据流d_k经过预处理发射出去。图中M为预编码矩阵，发送数据向量包含发送给所有通信用户的 数据。这里的线形预处理也可以被认为是波束成形。移动台k则通过解调矩阵D_k对接收信号进行线性处 理从而恢复出相应的数据。

假设基站有4根天线同时为2个用户服务，每个用户有2根接收天线，结合块对角化和统一信道分解多 用户MIMO系统结构如图2所示。图中H₁、H₂为两个用户实际的信道矩阵，h₁、h₂为块对角化后两个用户 的虚拟信道矩阵，F₁、F₂分别为基站处对两个用户发射数据的预编码矩阵，M是基站处发射信号的对角 化矩阵，W₁、W₂为两个用户使用分层-最小均方误差(SIC-MMSE)检测需要的加权矩阵。整个发射接 受过程如下：首先两个用户的数据分别用F₁，F₂进行第一级预编码，然后用M进行第二级预编码消除多用 户干扰。假设基站欲发送的数据信号为X＝[X₁^T，X₂^T]^T＝[x₁，x₂，x₃，x₄]^T，其中X₁＝[x₁，x₂]^T为用户一的 数据，X₂＝[x₃，x₄]^T为用户二的数据，经过第一级预编码后的预发送信号为X~=[(F1X1)T,(F2X2)T]T.]]>假 设用户接收到的信号向量为Y＝[Y₁^T，Y₂^T]^T＝[y₁，y₂，y₃，y₄]^T，其中Y₁＝[y₁，y₂]^T，Y₂＝[y₃，y₄]^T分别 为用户一、二的接收信号，则有Y=H×M×X~,]]>其中H＝[(H₁)^T，(H²)^T]^T是整体信道矩阵。于是有 Y₁＝h₁F₁X₁，Y₂＝h₂F₂X₂。用户一、二分别用W₁、W₂对Y₁，Y₂进行SIC-MMSE检测。在实际使用 中，MIMO系统接收端不同天线的接收信号并非完全相互独立。受到天线间隔、入射波束到达角度、入射 波角度扩展分布等因素的影响，两个天线之间往往呈现一定程度的空间相关特性。