[发明专利]一种多输入多输出系统中的预编码方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output， MIMO)技术，尤其涉及一种多输入多输出系统中的预编码方法和装 置。

背景技术

未来的无线通信系统需要为用户提供高速率的数据业务。音频、视 频、图像以及互联网等多媒体业务将成为未来移动通信的主导业务。这 些业务对于无线链路传输能力的要求明显提高(要求峰值业务速率大于 20Mbps)，这就需要使用更宽的带宽承载这些业务，但可以使用的带宽 是有限的。为了解决高速率传输和有限带宽这对矛盾，Foschini和 Gans证明了如果发送端和接收端采用多根天线，无线通信系统的容量 会随着使用的天线个数呈线性增长，这一结论激发了人们对多输入多输 出技术的广泛研究。至今，MIMO技术也已经被多个国际标准所采 纳，被公认为后三代(B3G)移动通信系统的物理层基本技术之一。

随着多天线技术的研究，MIMO技术已经从传统的点对点的单用 户MIMO系统发展到了点对多点的多用户MIMO(Multi-User  MIMO，MU-MIMO)系统。MU-MIMO系统中，多个用户复用相同 的信道资源，复用增益能够大大提高系统容量。但是，多个用户共用相 同的时隙、频率、码字资源必然会带来多用户共道干扰。这种情况下， 需要采用预编码技术来降低多用户之间的干扰。MU-MIMO预编码技 术主要包括线性(Linear)预编码和非线性(Non-linear)预编码，这 些算法大多需要在发送端得到完整(Perfect)的信道状态信息 (Channel State Information，CSI)。但是，无线信道是一个多径时变 信道，在实际系统中，CSI的获得或者是通过接收端信道估计反馈给发 送端(例如频分双工(Frequency Division Duplex，FDD)系统)；或 者是利用上、下行信道的对称特性得到(例如时分双工(Time Division  Duplex，TDD)系统)。不管采取哪种方式，总是不可避免的存在着反 馈时延和上下行信道的处理延时。在时变信道下发送端所获得的CSI无 法准确的反映发送时刻的信道状态，此时的CSI不是Perfect CSI，而 是部分信道状态信息(Partial CSI)。

图1为传统单小区TDD系统中理想信道下MU-MIMO预编码的设 计示意图。理想信道是指不考虑延时对信道带来的影响，基站根据信道 估计得到的H_i(t)直接进行预编码设计。如图1所示，该系统中包括基站 11，基站配置N根发射天线。MU-MIMO系统中有K个用户，即用户 12、...、用户13，第i个用户配置M_i根天线(i＝1，...，K)。H_i(t)为第i 个用户的信道矩阵。H_i(t)可表示为

(M_i×N)(1)

其中，表示i用户的第m根接收天线到基站的第n根发射天线之 间的信道参数。

图1中，每个用户通过上行信道发送导频信息，基站11根据导频 信息通过信道估计111估计每个用户的信道矩阵H₁(t)H₂(t)…H_K(t)。F_i为 用户i对应的N维预编码列向量，S_i(t)为t时刻第i个用户的发送数据。用 户i的发送数据S_i(t)和预编码向量F_i相乘后，叠加到一起形成信号X(t)， 经N根天线发送出去。X(t)为N维列向量，叠加后的信号X(t)可表示为