[发明专利]一种显式延时反馈下多用户预编码的鲁棒构造方法

说明书

技术领域

本发明是多天线多用户系统中传输预处理方案设计，属于多用户MIMO系统中的传输预处理技术方案领域。

背景技术

相对于单输入单输出系统（SISO），多输入多输出（MIMO）系统可以利用适当的预处理技术达到较高的系统总容量和可靠性。在MIMO广播系统中，一种称为污纸编码（DPC）的非线性预编码技术已经被证实可以达到系统的最优容量。但是，由于DPC技术方案复杂，实际通信系统至今很难实现。与此同时，一些次优的预编码方案，诸如迫零（ZF）波束成形方案、正交随机（OR）波束成形方案以及最小均方误差（MMSE）预编码方案等由于具有较小的计算和实现复杂度，因而得到了广泛的研究。在一些特定的条件下，有研究人员指出这些低复杂度的预编码方案也能获得接近最优容量的系统性能。

在线性预编码中，ZF波束成形方案是将整个系统的联合信道矩阵取逆作为预编码。当基站完全已知系统的信道状态信息时，这种技术可以完全消除多用户间的相互干扰。已经证明，在很高的系统信噪比（SNR）情况下，ZF波束成形方案获得的系统容量近似于系统的最大可达容量。然而在低SNR下，因为噪声被放大的原因，ZF方案的性能则较差。基于MMSE的波束成形方案就是针对这个问题而设计的一种改进方案，此方案可以在不同的SNR上都获得较好的性能。

尽管如此，这些预编码设计方案都是需要在基站一侧完全已知系统中所有无线信道的信道状态信息，而且实践证明信道状态信息的准确度直接影响了通信系统的整体性能。若通信系统采用时分双工（TDD），发送端可以通过互异性原理，在基站估计上行链路信道信息而作为下行链路的信道信息，但是上行链路和下行链路并不是完全对称的，且上下行传输在TDD工作方式下处于不同的传输时刻，因而基站通过互易性获得的信道状态信息中就不可避免就存在估计误差等问题；另外，当系统采用频分双工（FDD）时，通常由用户终端来估计下行链路信道信息，然后用户通过反馈链路将下行链路的信道信息反馈给基站。但是实际系统中用户可以反馈的信息量是有限的。用户为了符合反馈链路的容量要求，往往是先将信道信息进行量化，然后将量化后的有限个比特数反馈给基站，最后由基站端根据此反馈获得的信息尽可能地恢复出信道信息。这种方案就会导致基站获得的系统信道信息与真实的信道信息之间存在一定量化误差。此量化误差的大小由反馈链路的容量决定。此外采用反馈机制时还有反馈链路带来的信息延时问题，即基站获得的反馈信息并不是当前时刻的信道信息，而是在一段延时之前的信道信息。在上述诸多因素的影响下，基站获得的下行链路信道信息与真实的信道信息并不完全匹配，因此根据不完全信道信息而计算得到预编码方案的性能也会受到很大的影响。

本发明主要考虑的是FDD有限反馈系统中存在量化误差以及反馈信号延时影响下的鲁棒预编码设计。在现有针对显式反馈多用户MIMO系统设计的预编码方案中，都没有对实际反馈链路带来的误差和影响进行充分的考虑。绝大部分预编码方案只是简单得将被量化误差和反馈延时影响后的信道信息当作是准确的信道信息进行使用。具体而言，这些方案是将基站获得的量化信道矩阵                                                作为真实的信道信息去替代原有的ZF波束成形方案或者MMSE波束成形方案中的真实信道信息矩阵。在既存在量化误差又存在延时的实际系统中，这些波束成形方案通常不能得到满意的性能。本发明既考虑了信道信息的量化误差，也考虑了反馈链路带来的延时影响，通过最小化系统在这些因素影响下的MSE期望值，设计出的预编码可以有效的抵抗量化误差和延时的影响，而获得较好的性能。尤其在量化误差和延时比较严重的系统中，该发明更可以体现出更高的鲁棒性而不增加对计算和实现复杂度的需求。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于，在维持与传统线性预编码方案具有相当计算复杂度的基础上，给出一种高性能的鲁棒性预编码设计方案，从而可以克服实际显式反馈系统中存在的量化误差和反馈延时两大因素的影响，使得预编码方案在实际应用场景中获得更优的性能。

技术方案： 本发明适用于采用显式有限反馈技术的多用户MIMO系统。