[发明专利]高速移动场景下基于用户调度改进的模代数预编码算法

说明书

本发明提出高速移动场景下基于用户调度改进的模代数预编码算法。首先，依据高速移动场景建立多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统模型。其次，根据所建立的系统模型，构建模代数预编码(Tomlinson‑Harashima Precoding,THP)方案。然后，基于贪婪算法进行用户调度，得到选择排序后的信道矩阵。最后，在发射功率约束条件下，以最小均方误差为优化目标，推导得到加权矩阵G和最优预编码矩阵B和F。本发明提出的高速移动场景下基于用户调度改进的模代数预编码算法，采用了以容量优化为目标的贪婪算法，进行用户调度，对于信道条件好的用户优先进行数据传输，将贪婪算法与THP相结合应用在高速移动下的预编码中，可以消除多用户干扰，降低误码率并提升系统容量，为高质量的高速移动通信提供设计参考。

技术领域

本发明涉及高铁移动通信预编码方法，特别是在高铁宽带无线通信系统下的基于用户调度改进的模代数预编码算法。

背景技术

随着移动通信技术的不断发展，人们对无线通信质量的要求不断增加，不再仅仅局限于网页浏览等中低速率的服务，除了对数据传输可靠性提出要求，人们也希望能够有更高的数据传输速率。因此，长期演进(Long Term Evolution,LTE)与LTE-A(LTE-Advanced)技术应运而生，该技术能够在一定程度上解决速率低、处理复杂等难题。现阶段，我国铁路通信使用的铁路移动全球通信系统(Global System for MobileCommunications–Railway，GSM-R)最高能提供200kb/s的数据率，根本满足不了用户在高速移动过程中对互联网业务的需求。为了提高下一代无线通信系统的可靠性和容量，3GPP组织提出了由GSM-R向长期演进(Long Term Evolution Railway,LTE-R)演进的概念，但是LTE-R目前还没有形成标准，尚有诸多的技术挑战。

多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术是LTE-A里的关键性技术。MIMO引入多天线技术，把空间域作为另一个新资源。由于天线数增加，可发送的数据流变得更独立，增强了传输的可靠性，提升了信号质量。因此，MIMO技术可以抑制信道衰落，提高频谱效率，从而提高系统的传输效率和系统容量。然而，正是由于采用了多天线，不同用户之间不可避免地会产生干扰。这就需要接收端采用更复杂的检测算法来复原数据。但在实际应用中，检测算法的设计常常受到功耗和终端尺寸限制。因此，为了简化接收端的检测算法，在发射端对信道状态信息(Channel State Information,CSI)加以利用。这种在发射端对CSI加以利用，对数据进行预处理的技术叫做预编码技术。

近年来，对高速移动下的预编码方法已有了大量的研究。有基于码本的预编码，例如基于天线选择的预编码、基于离散傅里叶的预编码，以及基于Householder变化的预编码。还有基于非码本的预编码，例如奇异值分解、几何均值分解和统一信道分解算法。但现有的预编码方法，大多数都是线性预编码，虽然处理简单，但性能并不理想。

在高速移动场景下，信道具有快时变特性，CSI在一个符号传输周期内发生明显变化，用户的信道条件差异大，采用贪婪算法对用户进行选择并排序，对于信道条件较好的用户优先传输数据，可以提高信道容量。另一方面，模代数预编码(Tomlison-HarashimaPrecoding,THP)是一种非线性预编码，该预编码引入求模、反馈等非线性操作，通过合理地预处理，THP能够使发送数据更好地适应信道时变特性和减小用户干扰带来的影响，提高系统性能。因此，将贪婪算法与THP相结合应用在高速移动下的预编码中，可以有效提高信道容量以及预编码准确度。

综上，针对现有的预编码方法，它们的处理方法简单，不适用于高速移动场景，预编码性能较差的问题，本发明提出一种高速移动场景下基于用户调度改进的模代数预编码算法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了高速移动场景下基于用户调度改进的模代数预编码算法。