CN101123450B - 抑制智能天线主波束内多用户干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种基于TxWF准则和下行波束成形技术联合抑制智能天线主波束内多用户干扰的方法，涉及移动通信技术领域。本发明的技术方案是根据TD-SCDMA的时分双工性，利用TD-SCDMA系统上行信道信息作为下行链路的预计值，采用最大化期望功率(MDP)准则确定智能天线权向量，在基站发送端采用TxWF准则和智能天线下行波束成形联合优化方法确定发送端调制矩阵，通过调制矩阵调制发送端信号实现减少智能天线主波束内存在的多用户干扰。并且系统在基站端采用JT技术，降低了移动台的复杂度。采用本发明能够抑制多用户干扰以提高系统性能。

Description

抑制智能天线主波束内多用户干扰的方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及TD-SCDMA系统的性能改善，抑制干扰的方法。

背景技术

通过智能天线(SA)波束成形技术可以极大的改善TD-SCDMA系统的性能，但是由于天线数和复杂度的限制，智能天线的主波束宽度常常在十几度甚至更大，这样在主波束覆盖范围内往往有多个用户存在，并导致多用户干扰。在文献(谢显中著，TD-SCDMA第三代移动通信系统技术与实现，2004年6月，电子工业出版社)对此进行了详细的描述。在TD-SCDMA系统现有技术中一般通过智能天线波束成形技术在移动台采用多用户检测技术来消除这种干扰，但这样移动台需进行大量的计算和处理，使移动台工作任务繁重，且结构较复杂，同时由于移动台的随机移动给多用户检测的效果带来很大影响，抑制干扰的效果不是很好。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述缺陷，提出了基于TxWF(传输维纳)准则和下行波束成形技术联合抑制智能天线主波束内多用户干扰的方法，以减少智能天线主波束内存在的多用户干扰。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，根据TD-SCDMA的时分双工性，利用TD-SCDMA系统上行信道信息的估计值作为下行链路的预计值，采用最大化期望功率MDP准则确定智能天线的权向量，由下行链路的预计值和权向量构造联合信道矩阵H，根据联合信道矩阵H和接收端的解调矩阵D基于TxWF准则确定发送端调制矩阵，发送端的信号经调制矩阵进行调制处理后，再通过基站智能天线发送出去。其中TD-SCDMA系统上行信道信息由移动台和基站之间的信道冲激响应确定，选择接收端功率矩阵R_s模最大的特征值对应的特征向量为权向量w。调制矩阵M由接收端的解调矩阵D及联合信道矩阵H确定，满足以下函数关系：M＝f(D，H)，通过不同的准则可得到不同的调制矩阵M。

基站发送端信号通过调制矩阵M调制后再由智能天线发送出去，能够消除智能天线主波束覆盖范围内出现的多用户干扰，改善TD-SCDMA系统的性能。并且本发明抑制智能天线主波束内多用户干扰的上述计算处理是在发送端采用联合传输JT技术实现，降低了移动台的计算复杂度。并且系统性能比采用传统多用户检测技术的智能天线技术的系统有明显提高。

附图说明

图1所示为采用联合优化方法抑制智能天线主波束内多用户干扰的工作流程图

具体实施方式

根据TD-SCDMA的时分双工性，利用TD-SCDMA系统上行信道信息作为下行链路的预计值，采用最大化期望功率MDP准则确定权向量，由估计得到的信道信息和所确定的权向量构造联合信道信息，由联合信道信息和接收端的解调矩阵基于TxWF准则确定发送端调制矩阵。发送端调制矩阵对基站发射机需发送的数据进行调制处理后，能够消除智能天线主波束覆盖范围内出现的多用户干扰，改善TD-SCDMA系统的性能。

附图1为本发明的处理流程图，具体包括以下实施步骤。

(1)估计TD-SCDMA系统上行信道信息并作为下行信道链路的预计值

在TD-SCDMA系统中，假设基站采用K_a个发射天线，每个移动台MS采用的单个天线为μku，k_u＝1...k_u，假设每个移动台和基站之间的信道冲激响应为： $h_a^{(k_a,k_u)}={\left(h_{a,1}^{(k_a,k_u)}{...h}_{a,W}^{(k_a,k_u)}\right)}^T,$ k_a＝1...K_a，k_u＝1...K_u其中，W为信道冲击响应有效长度，

表征了基站发射天线K_a的输入和移动台MS的接收天线的输出之间的信号传输情况。将K_a个天线特殊信道冲激响应

写成矩阵的形式： $H_a^{\left(k_u\right)}=(h_a^{(1,k_u)}...h_a^{(K_a,k_u)}).$ 根据所得的K_a个天线信道冲激响应估计该信道信息，并将其估计值作为下行信道信息。

(2)权向量的确定，选择接收端功率矩阵R_s模最大的特征值对应的特征向量为权向量w。

利用最大化期望功率MDP准则来确定智能天线的权向量w。MDP准则的目的是使接收端的目标功率最大，接收端的目标功率为： $R^{(k,k_r)}={\left(c^{\left(k\right)}{h}^{\left(k_r\right)}{w}^{\left(k\right)}\right)}^H\·\left(c^{\left(k\right)}{h}^{\left(k_r\right)}{w}^{\left(k\right)}\right)=w^{\left(k\right)H}{h}^{\left(k_r\right)H}{c}^{\left(k\right)H}\·c^{\left(k\right)}{h}^{\left(k_r\right)}{w}^{\left(k\right)},$ 由于TD-SCDMA系统中采用的扩频码是近似正交的OVSF码，则其自相关矩阵满足：c^(k)H.c^(k)＝I，将其代入上式可得到 $R^{(k,k_r)}=w^{\left(k\right)H}\·h^{\left(k_r\right)H}{h}^{\left(k_r\right)}\·w^{\left(k\right)}=w^{\left(k\right)H}{R}_s{w}^{\left(k\right)},$ 因此，选择智能天线的权向量w，使上式取值最大化，即使接收端的目标功率最大，即满足 $w^{\left(k\right)}=\arg \underset{w^{\left(k\right)}}{\max }{w}^{\left(k\right)H}{R}_s{w}^{\left(k\right)},$ 不难得到，满足上述条件的w为接收端功率矩阵R_s的最大特征向量，即选择矩阵R_s模最大的特征值对应的特征向量为权向量w。

(3)构造联合信道矩阵H

根据步骤(1)中估计的下行信道信息，以及步骤(2)确定的权向量构造联合信道矩阵，该联合信道矩阵为K_a个天线信道冲激响应矩阵与该信道的权向量相乘，可表示为 $h^{(k,k_u)}={(h_1^{(k,k_u)}...h_W^{(k,k_u)})}^T=H_a^{\left(k_u\right)}\·w^{\left(k\right)},k=1...K,k_u=1...K_u.$

(4)确定发送端调制矩阵

用户数据向量d在基站端经过调制后变成：t＝Md，其中M为调制矩阵，t是天线发射信号。经过信道传输后用户端的接收信号为：r＝Ht。

假设接收端的解调矩阵为D，在无噪声的情况下，接收端对接收信号解调后的数据为： $\hat{d}=\mathrm{Dr}=\mathrm{DHt}.$

为了降低移动台复杂性，在接收端仅仅需要做相关解扩处理，由用户的CDMA扩频码组成的矩阵C确定接收端的解调矩阵D，即D＝C^H。令：B＝DH＝C^HH。这里H表示共轭转置矩阵，则有： $\hat{d}=\mathrm{Bt}.$

由于联合信道矩阵H和接收端的解调矩阵D在发射端是已知的。根据接收端的解调矩阵D及联合信道矩阵H确定发送端的调制矩阵M，即M与D、H满足以下函数关系：M＝f(D，H)，可以通过不同的准则确定不同的函数关系式，得到不同的调制矩阵M，常用的准则如：TxMF(传输匹配)，TxZF(传输迫零)，TxWF(传输维纳)等。由于联合信道矩阵H里面包含有权向量w，而调制矩阵M是由联合信道矩阵H和接收端的解调矩阵D根据不同的准则确定的，通过该调制矩阵对发送端数据进行调制，实现了对下行信道信息的联合优化。

这里采用传输维纳准则，即最小均方误差准则，可以得到调制矩阵M：

$M_{\mathrm{MMSE}}=\mathrm{\β}{\left(B\right)}^H{[B{\left(B\right)}^H+\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{T}\mathrm{trace}\left({\mathrm{DD}}^H\right)I^{\left(N_t\right)}]}^{-1},$

$s.t.E\left[{\left|\right|\mathrm{Md}\left|\right|}_2^2\right]=E_t{\mathrm{\σ}}_d^2{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{N_t}{\left|\right|{\left[M\right]}_n\left|\right|}^2=E_t$ ，由限制条件

$\mathrm{\β}=\sqrt{E_t/\mathrm{tr}\left(\left({[B{\left(B\right)}^H+\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{T}\mathrm{trace}\left(D{D}^H\right)I^{\left(N_t\right)}]}^{-2}\left(B\right)R_d{\left(B\right)}^H\right)\right)}$

$\mathrm{\β}=\sqrt{E_t/\mathrm{tr}\left(\left({[B{\left(B\right)}^H+\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{T}\mathrm{trace}\left(D{D}^H\right)I^{\left(N_t\right)}]}^{-2}\left(B\right)R_d{\left(B\right)}^H\right)\right)}$ 确定调制矩阵M的取值，其中β表示发送滤波器增益因子，E_t表示发送功率，σ²表示噪声方差，T表示信号功率，N_t表示数据符号数，I表示单位矩阵。

以上考虑的是无噪声的情况，如果接收信号被一加性噪声n破坏，接收端用户接收信号解调后的数据应该为： $\hat{d}=D[r+n]=D[\mathrm{HMd}+n]=d+\mathrm{Dn}.$ 其中d是用户的期望信号。

联合传输JT技术是适用于CDMA系统下行链路的多用户传输技术，是相对于联合检测JD的发送预编码技术，它将系统中需要在终端完成的复杂运算转移到基站端完成，而移动接收端只需做相关的解扩处理，这样就大大简化了移动接收端的复杂度。同时由式 $\hat{d}=D[r+n]=D[\mathrm{HMd}+n]=d+\mathrm{Dn}$ 可以看出，解调后的数据中除了用户的期望信号d外，就只有加性高斯白噪声造成的干扰了，由此式可以看出，采用本发明的方法在理论上多用户干扰被消除了。

本发明提出的基于TxWF准则和下行波束成形联合技术抑制智能天线主波束内多用户干扰的方法，减少了智能天线主波束内存在的多用户干扰，提高了系统性能，并且在发送端采用联合传输JT技术，降低了移动台的计算复杂度。同时用户数的增加对智能天线主波束内多用户的干扰的影响不是很明显，经过实验，系统性能明显比采用传统多用户检测技术的智能天线技术的性能要好。

Claims (3)

1.一种抑制智能天线主波束内多用户干扰的方法，其特征在于，利用TD-SCDMA系统上行信道信息作为下行链路的预计值；采用最大化期望功率MDP准则确定智能天线的权向量；由下行链路的预计值和权向量构造联合信道矩阵H，该联合信道矩阵为基站发射天线数K_a个天线信道冲激响应矩阵与权向量相乘；由用户的CDMA扩频码组成的矩阵C确定接收端的解调矩阵D，即D＝C^H；根据联合信道矩阵H和接收端的解调矩阵D，根据函数关系：M＝f(D，H)，基于传输维纳准则确定发送端调制矩阵M；发送端的信号经调制矩阵调制处理后，再通过基站智能天线发送出去。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TD-SCDMA系统上行信道信息由移动台和基站之间的信道冲激响应确定。

3.根据权利要求1-2其中之一所述的方法，其特征在于，采用联合传输JT技术，将系统中需要在终端完成的运算转移到基站端完成。