CN101378287B - 一种多用户多输入多输出系统下行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多用户多输入多输出系统下行方法，包括：结合码分多址区别不同的目标用户；利用加权向量M_k消除下行信号中用户及用户内各路数据流之间的干扰，其中：k为用户组编号，i≠k时H_iM_k＝0，i＝k时H_iM_k＝E，H_i是第i个用户组的下行接收信道矩阵，E为单元矩阵。这种下行方法结合OFDM、FDMA、SDMA和码分多址方法，使已经占用了相同时频资源的各UE不仅空分还码分，在SDMA基础上能支持更多UE而不受信道相关的限制，与现有技术相比，降低了复杂度，多码发射提高了系统的能力。

Description

一种多用户多输入多输出系统下行方法

技术领域

本发明涉及无线通讯，具体涉及一种多用户多输入多输出系统下行方法。

背景技术

多输入多输出Multiple Input Multiple Output(简称MIMO)技术已成为无线通信系统的关键技术之一。目前，MIMO系统的研究已经从点到点的单用户系统扩展到点对多点的多用户MIMO系统。注意到单用户SingleUser-MIMO(简称SU-MIMO)的主要目的是提高用户吞吐量及提供高的峰值速率，而多用户Multiple User-MIMO(简称MU-MIMO)是对非常拥挤的网络提供高的系统能力。MU-MIMO采用空分多址，即把空分复用调制的码流分配给不同的用户UEs，这样可以占用相同的时频资源。

对于MU-MIMO的研究是一个热点，目前有利用信道逆处理、块对角化Block Diagonalization(简称BD)等方法恢复相应的数据。如在Node-B端进行信道逆处理就是求H的广义逆矩阵，最终使信道完全对角化。一个用户的每根天线仅接收到一个信号，接收机的处理过程非常简单，完全对角化通常要求发射天线数不小于所有UE接收天线之和。然而即使已知道信道信息，信道容量也不能随天线数的增加而线性增长，而且在UE的天线间相关性较大时，系统的吞吐量会降低，因此信道逆处理不是最优的，要么吞吐量会少，要么必须提高发射功率。而BD实际上是信道逆处理的推广，不同的是，它在等效的单用户MIMO信道的一组天线上优化分配的发射功率，而信道逆处理是为每一根天线分配功率。并且，实现块对角化的条件比实现信道逆处理的条件略为宽松。与信道逆处理类似，进行块对角化也需要两方面的条件：维数条件和信道相关性条件。应用BD算法对维数要求的充分条件是发射天线的数据不小于任意K-1个UE接收天线的数目之和。为了向多个UE同时发送数据，BD算法还必须避免信道高度相关的用户进行空分复用，这些都限制了系统的吞吐量，正是由于SDMA的算法有严格的约束关系，这使得MU-MIMO支持UE受到了限制，而此缺点正是该发明要解决的问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种提高系统吞吐量的多用户多输入多输出系统下行方法，通过不同的正交序列进一步区分不同的UE，即对于已经占用了相同时频资源的各UE不仅通过空分技术，也结合了码分技术，使得在空分多址基础上能够支持更多UE，并且处理流程简单。

本发明的上述技术问题这样解决，提供一种多用户多输入多输出系统下行方法，包括以下步骤：

1.1)结合码分多址区别不同的目标用户；

1.2)利用加权向量M_k消除下行信号中用户及用户内各路数据流之间的干扰，其中：k为用户组编号，i≠k时H_iM_k＝0，i＝k时H_iM_k＝E，H_i是第i个用户组的下行接收信道矩阵，E为单元矩阵。

按照本发明提供的下行方法，所述步骤1.1)还包括利用空分多址区别各组目标用户，每组目标用户包括一个或多个用户。

按照本发明提供的下行方法，所述组的数目由天线的配置决定。

按照本发明提供的下行方法，所述组内的目标用户对应码不同，而不同组之间的目标用户对应码可以相同或不同；所述码是正交序列码。

按照本发明提供的下行方法，该下行方法还包括通过用户反馈或是利用信道互异性获得各用户组下行接收信道矩阵H_i或H_k。

按照本发明提供的下行方法，所述加权矩阵M这样获得：

6.1)求出下行接收信道矩阵H₁，H₂，...，H_k的零空间向量O₁，O₂，...，O_k作为加权向量；

6.2)令A_k＝H_kO_k，对A_k求广义逆，并得到新的加权向量 $M_k=O_k{\left(A_k^H{A}_k\right)}^{-1}{A}_k^H,$ 构成加权矩阵M＝[M₁ M₂......M_k]；

按照本发明提供的下行方法，该方法中基站发射天线数目不小于基站覆盖范围内用户接收天线总和。

本发明提供的多用户多输入多输出系统下行方法，结合正交频分复用Orthogonal Frequency Division Multiplexing(简称OFDM)与频分多址Frequency Division Multiple Access(简称FDMA)、空分多址Space DivisionMultiple Access(简称SDMA)和码分多址方法，使已经占用了相同时频资源的各UE不仅进行空分，也进行码分，在SDMA基础上能够支持更多UE而不受信道相关的限制，与现有技术相比，降低了复杂度，多码发射提高了系统的能力。

附图说明

图1是下行MU-MIMO系统框图。

图2是本发明MU-MIMO消除干扰流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

首先，说明本发明思想：

通过不同的正交序列进一步区分不同的UE。

其次，说明本发明实施关键：

Node-B端利用上行信道估计得到能够反映各UEs的信道响应设计一个加权矩阵，就可以在Node-B端同时将多用户干扰和用户内部各路数据流之间的干扰完全消除。但是要求发射天线的数目n_T不小于接收天线的数目n_R，假设有K个用户组，则 $n_R=\underset{j=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{n}_{R_j},$ 举个例子，在这里用{2，2}x4代表2个具有2个接收天线的用户组，且Node-B端有4个发射天线的系统。以公式可以表示为，

${\hat{d}}_k=H_k\mathrm{\Σ}{M}_k{d}_k+n$

其中H_k为第k用户组的信道响应，M_k为第k用户组的加权向量，d_k为第k个用户组内的数据乘以正交序列的数据叠加。我们就是要设计一个加权矩阵M＝[M₁ M₂......M_k]，使得用户之间及用户内各路数据流之间的干扰完全消除。

最后，结合具体实施过程说明本发明，如图2所示，包括以下步骤：

第一步：由调度器调度一些可以进行MU-MIMO的UE，天线的配置决定分组的数量，用户组内的数据分别乘以不同的正交序列后叠加，即得到d_k；

第二步：通过反馈或是利用信道互异性得到H₁，H₂，...，H_k；

第三步：求出H₁，H₂，...，H_k的零空间向量O₁，O₂，...，O_k作为加权向量，即O_k＝null(H_k)；

第四步：令A_k＝H_kO_k，对A_k求广义逆，并得到新的加权向量 $M_k=O_k{\left(A_k^H{A}_k\right)}^{-1}{A}_k^H,$ 构成加权矩阵M＝[M₁ M₂......M_k]；

第五步：d_k和加权矩阵相乘之后再叠加在一起，即在接收端每个用户组的接收信号为， ${\hat{d}}_k=H_k\mathrm{\Σ}{M}_k{d}_k+n;$

第六步：可以看出为了减少UE端的复杂度，整个消除干扰的过程都是在Node-B端来完成的，UE端只要分别乘以不同的正交序列就能够分离各用户组内的数据。

以上各例中表示数目的变量j、k等均为自然数。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多用户多输入多输出系统下行方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1)利用空分多址区别各组目标用户，每组目标用户包括一个或多个用户，结合码分多址区别不同的目标用户；

1.2)利用加权向量M_k消除下行信号中用户及用户内各路数据流之间的干扰，其中：k为用户组编号，i≠k时H_iM_k＝0，i＝k时H_iM_k＝E，H_i是第i个用户组的下行接收信道矩阵，E为单元矩阵，其中i、k为自然数；所述加权矩阵M这样获得：求出下行接收信道矩阵H₁，H₂，...，H_k的零空间向量O₁，O₂，...，O_k作为加权向量；令A_k＝H_kO_k，对A_k求广义逆，并得到新的加权向量

构成加权矩阵M＝[M₁ M₂......M_k]。

2.根据权利要求1所述下行方法，其特征在于，所述组内的目标用户对应码不同，而不同组之间的目标用户对应码相同或不同；所述对应码是正交序列码。

3.根据权利要求1所述下行方法，其特征在于，所述组的数目由天线的配置决定。

4.根据权利要求1所述下行方法，其特征在于，该下行方法还包括通过用户反馈或是利用信道互异性获得各用户下行接收信道矩阵Hi或Hk。

5.根据权利要求1所述下行方法，其特征在于，该方法中基站发射天线数目不小于基站覆盖范围内用户接收天线总和。

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