CN101032109A - 在多输入多输出（mimo）系统中处理收到的信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在无线通信系统中，通过利用多个天线和通过对经相应天线收到的每个信号进行加权而处理数据的方法。更具体地说，该方法包括：估计对应于收到的信号的信道矩阵；将信道矩阵的列划分为至少两组。在此，每组包括至少一列。此外，该方法包括对每组应用奇异值分解(SVD)方案。

Description

在多输入多输出（MIMO）系统中处理收到的信号的方法

技术领域

本发明涉及一种处理信号的方法，更具体地说，本发明涉及一种在多输入多输出(MIMO)系统中处理收到的信号的方法。

背景技术

为了高速发送数据，多输入多输出(MIMO)系统利用多个天线发送和接收数据。如果基站天线的数量(M)大于移动站天线的数量(N)，则将可以通过下行链路MIMO信道发送的数据量与N进行比较，然后，基站(BS)同时发送N个的数据流，因此可以以高速发送。在单用户的MIMO系统中，如果该BS具有下行链路信道的状态信息，则该BS利用奇异值分解(SVD)方法形成射束，以通过提高信噪比(SNR)而增加可以发送的数据量，从而由并行数据流实现发送增益。

图1是示出多输入多输出(MIMO)系统的示意图。在图1中，接收端利用信道矩阵(H)计算预编码矩阵(W)。然后，接收端可以将计算的W作为反馈直接发送到发射端。作为选择的，可以事先在发射端与接收端之间定义或者设置对应于计算的W的多个值。然后，接收端可以发送索引作为反馈，该索引是与计算的W值最接近或者最相似的预定值。

现有的大多数闭环MIMO算法都采用SVD方案。换句话说，在确定W时，对H^HH应用SVD，以获取单式矩阵(U)，然后，利用它代替W。

此外，可以根据下面的等式，定义接收端的信号矢量(x)。

[等式1]

x＝HWs+v

在等式1中，x表示接收信号矢量，H表示信道矩阵，W表示预编码矩阵，s表示预编码之前的发射信号矢量，以及v表示白噪声。

下面的等式2表示对等式1应用SVD方法。

[等式2]

x＝HUs+v

在等式2中，U表示通过对H^HH(H是H矩阵的埃尔米特运算)应用SVD获取的单式矩阵。

根据该单式矩阵和等式2的特性，形成下面的等式3至5。

[等式3]

H^RH＝U∑U^N

[等式4]

[等式5]

U^RU＝I

与此同时，利用下面的等式获得发射信号矢量s。

[等式6]

s＝U^HH^Hx＝U^HH^HHUs+U^HH^Hv＝∑s+∑^1/2v

如等式6所示，接收端根据∑_k ²的值恢复发射信号s。在此，k＝1，2，...，N，而N表示发射天线数量。即，因为∑_k ²的值对应于SNR的值，所以具有大的SNR意味着信号的恢复能力突出。

然而，因为∑_k ²的值包括对应于全部发射天线的信道状态，所以∑_k ²的值不全都是突出的。

正如该观点所述，假定H是4×4矩阵。可以根据下面的等式表示H。

[等式7]

H＝[H₁ H₂ H₃ H₄]

在等式7中，由4列表示H，而且每列分别表示对应于通过发射天线发射的发射信号的信道。如果全部四个信道互相保持正交关系，则在通过每个天线发射的信号中不存在干扰。然而，在工作中，难以使各列互相保持正交。这样，在通过每个天线发射的信号中存在干扰。对于每列之间的非正交关系的比率，干扰比率随列数的增大而增大。

如上所述，随着干扰的增大，∑_k ²的值减小，而∑_k ²值的减小是SNR小的原因，这样降低了接收的信号的质量。

发明内容

因此，本发明涉及一种在多输入多输出(MIMO)系统中处理接收的信号的方法，该方法基本上克服了因为现有技术的局限性或者缺陷存在的一个或者多个问题。

本发明的目的是提供一种在无线通信系统中，通过利用多个天线，和对经相应天线收到的每个信号进行加权，而处理数据的方法。

在下面的描述中将在某种程度上对本发明的其他优点、目的和特征进行说明，而且在某种程度上，通过研究下面的内容，本发明的其他优点、目的和特征对于本技术领域内的普通技术人员是显而易见的，或者通过实施本发明，可以得知本发明的其他优点、目的和特征。利用本发明的书面说明及其权利要求和附图特别指出的结构，可以实现和达到本发明的目的和其他优点。

为了实现本发明的这些目的和其他优点，而且根据本发明用途，正如在此所实现和广泛描述的那样，一种处理数据的方法包括：估计对应于收到的信号的信道矩阵；将信道矩阵的列划分为至少两组。在此，每组包括至少一列。此外，该方法包括对每组应用奇异值分解(SVD)方案。

根据本发明的另一个方面，一种处理数据的方法包括：接收反馈信息，其中该反馈信息包括由对该组应用的SVD方案计算的至少一个预编码矩阵。此外，该方法进一步包括利用预编码矩阵发送发射信号。

此外，根据本发明的另一个方面，一种处理数据的方法包括：发射来自接收端的反馈信息，其中该反馈信息包括由对该组应用的SVD方案计算的至少一个预编码矩阵。此外，该方法还包括：在发射端接收反馈信息，该反馈信息包括由对该组应用的SVD方案计算的至少一个预编码矩阵；以及利用预编码矩阵，从发射端发送发射信号。最后，该方法包括在接收端接收具有应用到其的预编码矩阵的发射信号。

显然，上面对本发明所做的一般说明和下面对本发明所做的详细说明是典型性的和说明性的，而且它们意在进一步解释所要求的本发明。

附图说明

所包括的附图有助于进一步理解本发明，而且附图引入本申请书、构成本申请书的一部分，它示出本发明的(各)实施例，而且它与说明一起用于解释本发明原理，附图中：

图1是示出多输入多输出(MIMO)系统的示意图；以及

图2是示出根据本发明实施例的MIMO系统的示意图。

具体实施方式

现在，将详细说明本发明的优选实施例，附图示出其例子。在所有附图中，只要可能，就利用同样的参考编号表示表示相同或者相近的部分。

如上所述，H表示根据发射端发射的信号估计的信道矩阵。然后，将信道矩阵中的各列划分为至少两组。在此，每组包括至少一列，与此同时，一组中的列仅属于一组。换句话说，每组中的(各)列不同，而且没有组共享相同的列。此外，为了获得最大∑(或者奇异值)，对每组应用奇异值分解(SVD)方案。

在MIMO系统中，有两种方法可以将与信道状态有关的反馈信息发送到发射端。第一种方法是，作为反馈，直接提供信道矩阵信息，而第二种方法是，作为反馈，提供根据信道矩阵计算的预编码矩阵信息。更具体地说，根据对每组应用的SVD方案计算预编码矩阵。

此后，将说明根据本发明实施例的发送预编码矩阵信息作为反馈的方法。图2是示出根据本发明实施例的MIMO系统的示意图。可以利用等式8计算图2中的W₁。

[等式8]

$W_1=\left[\begin{array}{cc}{u}_f& 0\\ 0& u_s\end{array}\right]|$

在接收端确定了H后，可以利用下面的等式9确定u_f和u_s。

[等式9]

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{cc}I& 0\\ 0& 0\end{array}\right]H^{H}H\left[\begin{array}{cc}I& 0\\ 0& 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{u}_f^H& 0\\ 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\Σ}}_f^2& 0\\ 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{u}_f& 0\\ 0& 0\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& I\end{array}\right]H^{H}H\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& I\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& u_s^H\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& {\mathrm{\Σ}}_S^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& u_s\end{array}\right]\end{array}|$

在此，接收端可以将利用等式9计算的u_f和u_s作为反馈送到发射端。作为选择的，接收端可以将多个预定矩阵中具有最接近或者最类似矩阵的矩阵作为反馈发送到发射端。然后，根据下面的等式10，发射端可以处理收到的u_f和u_s。

[等式10]

$z=\left[\begin{array}{cc}{u}_f& 0\\ 0& u_s\end{array}\right]s$

在等式10中，z表示从发射端收到的信号矢量，而s表示预编码之前的信号矢量。

根据等式11至13，定义从接收端收到的(各)信号检测或者识别(各)原始信号的处理。对于等式10，如等式11所示表示收到的信号。

[等式11]

x＝Hz+v

与此同时，如等式12所示表示s。

[等式12]

$s=\left[\begin{array}{c}{s}_f\\ s_s\end{array}\right]|$

此外，根据等式13计算s_f和s_s。

[等式13]

$\widehat{s_f}=\mathrm{decision}\left(\left[\begin{array}{cc}{u}_f^H& 0\\ 0& 0\end{array}\right]H^{H}s\right)$

$y=x-H\left[\begin{array}{cc}{u}_f^H& 0\\ 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\widehat{s_f}\\ 0\end{array}\right]$

$\widehat{s_s}=\mathrm{decision}(\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& u_s^H\end{array}\right]H^{H}y)$

作为本发明实施例，信道矩阵H可以是4×4矩阵。在此，如果对全部4列应用SVD方案，则∑_k ²的值小，这是因为太多列之间的非正交关系产生干扰。

为了获取较大∑_k ²值，通过应用SVD方案，H矩阵的每列之间必须具有互相正交的关系，或者减小列数。然而，因为根据信道状态确定列数(例如，4列)，所以不能单方面地改变列数。

作为通过应用SVD方案减小矩阵中的列数的一种方法，可以利用规定数量(而不是全部)的天线发射信号。在此，例如，可以利用4个天线中的两个天线发射信号。减少列数的另一种方法是对特定列进行编组，然后，对其应用SVD方案。

根据使用规定数量天线的方法，可以采用自适应调制与编码(AMC)方案。在此，如果不使用AMC方案，则数据吞吐量会降低。然而，尽管采用AMC方案有好处而且有必要，但是重构和/或者控制复杂，因此，实际上，难以采用AMC方案。

因此，对矩阵的编组列应用SVD方案可能更切实有效。下面的等式，即，等式14示出对编组列应用SVD方案。

[等式14]

$\left[\begin{array}{cc}I& 0\\ 0& 0\end{array}\right]H^{H}H\left[\begin{array}{cc}I& 0\\ 0& 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{u}_f^H& 0\\ 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\Σ}}_f^2& 0\\ 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{u}_f& 0\\ 0& 0\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& I\end{array}\right]H^{H}H\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& I\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& u_f^H\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& {\mathrm{\Σ}}_s^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& u_f\end{array}\right]$

等式15表示在等式14中的∑_f ²和∑_s ²。

[等式15]

${\mathrm{\Σ}}_f^2=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\Σ}}_{f1}^2& 0\\ 0& {\mathrm{\Σ}}_{f2}^2\end{array}\right],{\mathrm{\Σ}}_s^2=\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\Σ}}_{s1}^2& 0\\ 0& {\mathrm{\Σ}}_{s2}^2\end{array}\right]|$

利用4个天线中的两个天线获取∑_f1 ²、∑_f2 ²、∑_s1 ²和∑_s2 ²。因此，这些值大于利用全部4个天线获取的∑_k ²。

在接收端，利用诸如迫零(ZF)、最小均方误差(MMSE)以及干扰消除(IC)的方法，可以检测或者识别各信号。

在本发明的实施例中，根据H矩阵列的不同组合，改变∑_f1 ²、∑_f2 ²、∑_s1 ²和∑_s2 ²。如等式16所示，列可以有多种组合。根据列的组合，可以选择或者确定具有最佳或者最大∑_f1 ²、∑_f2 ²、∑_s1 ²和∑_s2 ²的置换矩阵。

[等式16]

$\left[\begin{array}{cc}I& 0\\ 0& 0\end{array}\right]P^H{P}^H\mathrm{HP}\left[\begin{array}{cc}I& 0\\ 0& 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{u}_f^H& 0\\ 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\Σ}}_f^2& 0\\ 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{u}_f& 0\\ 0& 0\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& I\end{array}\right]P^H{P}^H\mathrm{HP}\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& I\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& u_s^H\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& {\mathrm{\Σ}}_s^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& u_s\end{array}\right]|$

在等式16中，P表示置换矩阵。如果接收端确定或者选择该置换矩阵，则可以发送在发射端确定的置换矩阵作为反馈。

最后，如果在接收端作为反馈发送的信息是其信道矩阵的信息，则发射端可以对该信道矩阵的各列应用SVD方案。

本发明实施例并不限于4×4矩阵的信道矩阵，而是可以具有任意大小(例如，n×n)。

本技术领域内的技术人员明白，在不脱离本发明实质范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变更。因此，本发明意在包括落入所附权利要求及其等同的实质范围内的本发明的各种修改和变更。

Claims (32)

1.一种处理数据的方法，其用于在无线通信系统中通过利用多个天线和通过对经相应天线收到的每个信号进行加权而处理数据，该方法包括：

估计对应于收到的信号的信道矩阵；

将信道矩阵的列划分为至少两组，其中每组包括至少一列；以及

对每组应用奇异值分解(SVD)方案。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括

发送反馈信息；以及

接收发射信号，其中该发射信号具有对其应用的预编码矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，该反馈信息包括预编码矩阵的矩阵元值，其中根据对该组应用的SVD方案或者电码本的索引计算预编码矩阵，该电码本由多个矩阵构成。

4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

预编码矩阵最类似于从多个预定义的预编码矩阵中选择的计算的预编码矩阵，其中根据对该组应用的SVD方案计算该预编码矩阵；以及

发送选择的预定义的预编码矩阵的至少一个索引。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定组的数目以优化至少两组的奇异值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从所有这种组中选择的最大奇异值最大化。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从所有这种组中选择的最小奇异值最大化。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将所有这种组中的所有奇异值之和，或者所有这种组中的所有奇异值的乘积最大化。

9.根据权利要求5所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从每组中选择的最大奇异值之和，或者从每组中选择的最大奇异值的乘积最大化。

10.根据权利要求5所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从每组中选择的最小奇异值之和，或者从每组中选择的最小奇异值的乘积最大化。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，确定每组的大小以优化至少两组的奇异值。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从所有这种组中选择的最大奇异值最大化。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从所有这种组中选择的最小奇异值最大化。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将所有这种组中的所有奇异值之和，或者所有这种组中的全部奇异值的乘积最大化。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从每组中选择的最大奇异值之和，或者从每组中选择的最大奇异值的乘积最大化。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从每组中选择的最小奇异值之和，或者从每组中选择的最小奇异值的乘积最大化。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，包括在第一组中的信道矩阵的每列与包括在第二组中的矩阵的每列不同。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，包括在第一组中的信道矩阵的列与包括在第二组中的矩阵的每列不同。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，包括在第一组中的信道矩阵的每列与包括在第二组中的矩阵的列不同。

20.一种处理数据的方法，其用于在无线通信系统中，通过利用多个天线和通过对经相应天线收到的每个信号进行加权而处理数据，该方法包括：

接收反馈信息，其中该反馈信息包括由对该组应用的SVD方案计算的至少一个预编码矩阵；以及

利用预编码矩阵发送发射信号。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，该反馈信息包括预编码矩阵的矩阵元的值，或者电码本的索引，该电码本由多个矩阵构成。

22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括接收选择的预定义的预编码矩阵的索引，其中该选择的预定义的预编码矩阵是与从多个预定义的预编码矩阵中选择的与计算的预编码矩阵最接近的预编码矩阵。

23.根据权利要求20所述的方法，其中，确定组的数目或者每组的大小以优化至少两组的奇异值。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从所有这种组中选择的最大奇异值最大化。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从所有这种组中选择的最小奇异值最大化。

26.根据权利要求23所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将所有这种组中的所有奇异值之和，或者所有这种组中的所有奇异值的乘积最大化。

27.根据权利要求23所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从每组中选择的最大奇异值之和，或者从每组中选择的最大奇异值的乘积最大化。

28.根据权利要求23所述的方法，其中，该优化奇异值的步骤包括将从每组中选择的最小奇异值之和，或者从每组中选择的最小奇异值的乘积最大化。

29.根据权利要求20所述的方法，其中，包括在第一组中的信道矩阵的每列与包括在第二组中的矩阵的每列不同。

30.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

发射来自接收端的反馈信息，其中该反馈信息包括由对该组应用的SVD方案计算的至少一个预编码矩阵；

在发射端接收反馈信息，该反馈信息包括由对该组应用的SVD方案计算的至少一个预编码矩阵；

利用预编码矩阵，从发射端发送发射信号；以及

在接收端接收具有应用到其的预编码矩阵的发射信号。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，该反馈信息包括预编码矩阵的矩阵元的值，或者电码本的索引，该电码本由多个矩阵构成。

32.根据权利要求30所述的方法，进一步包括：

从多个预定义的预编码矩阵中选择与计算的预编码矩阵最类似的预编码矩阵；以及

发射选择的预定义的预编码矩阵的索引。

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