CN101459495B - 多用户多入多出通信系统、以及发射信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在多用户MIMO通信系统中发射信号的方法，该方法包括：对原始数据进行THP编码；将信道矩阵分解为块下三角阵或块上三角阵与酉阵的乘积，并利用所分解得到的酉阵对预编码得到的数据进行前向滤波，得到发射信号。本发明还公开了一种多用户MIMO发射装置，该装置包括：干扰预消除单元，取模单元，前向滤波单元，信道矩阵分解单元。本发明还公开了一种多用户MIMO通信系统。根据本发明公开的方法、装置以及系统，能够有效地消除多个用户之间的干扰，提高了系统速率，从而能够实现系统通信容量的最大化。

Description

多用户多入多出通信系统、以及发射信号的方法和装置

技术领域

本发明涉及多入多出(MIMO)通信技术，特别是指一种多用户MIMO通信系统、以及发射信号的方法和装置。

背景技术

对于具有多个发射天线的通信系统来说，向多个用户分别发射不同数据时，采用同频同时的方式发射，这样导致多个用户数据之间必然存在相互干扰，因此，如何消除多个用户之间的相互干扰是多用户通信系统需要解决的技术问题。多用户通信系统包括多用户多入单出(MISO)通信系统和多用户多入多出(MIMO)通信系统。

在多用户MISO通信系统中，采用了汤姆林森-哈拉希玛预编码(Tomlinson-Harashima Precoding，THP)。THP编码作为一种简单易行的非线性预编码技术在最近得到广泛的研究。

基于多用户MISO通信系统的THP编码技术也可以应用于多用户MIMO通信系统中，具体为，将来自同一个用户的多个接收天线当作单天线的不同用户来进行THP编码。此时，在多用户MIMO系统中无法采用用户接收天线之间的协作处理，因此，在该多用户MIMO系统中，无法保证THP编码的最优性。

在多用户MIMO通信系统中，由于多个用户之间的干扰加上用户内部多个数据流之间的相互干扰，所以如果不消除用户之间的干扰则系统性能会受到严重影响。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种在多用户MIMO通信系统中发射信号的方法，消除多个用户之间的干扰，提高系统通信容量。

本发明实施例的另一主要目的在于提供一种在多用户MIMO发射装置，消除多个用户之间的干扰，提高系统通信容量。

本发明实施例的另一主要目的在于提供一种多用户MIMO通信系统，消除多个用户之间的干扰，提高系统通信容量。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种在多用户MIMO通信系统中发射信号的方法，该方法包括：对原始数据进行THP编码；将信道矩阵分解为块下三角阵或块上三角阵与酉阵的乘积，并利用所分解得到的酉阵对预编码得到的数据进行前向滤波，得到发射信号。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种多用户MIMO发射装置，该装置包括：

干扰预消除单元，用于从信道矩阵分解单元中获取对信道矩阵分解得到的块下三角阵或块上三角阵，利用反馈得到的数据和所获取的块下三角阵或块上三角阵，对原始数据进行干扰预消除，并将干扰预消除后得到的数据传给取模单元；

取模单元，用于对干扰预消除后得到的数据进行取模运算，并传给前向滤波单元，同时反馈给所述干扰预消除单元；

前向滤波单元，用于从信道矩阵分解单元中获取对信道矩阵分解得到的酉阵，并利用所得到的酉阵对取模单元得到的数据进行前向滤波得到发射信号并输出；

信道矩阵分解单元，用于将信道矩阵分解为块下三角阵或块上三角阵与酉阵的乘积，并传给所述前向滤波单元以及干扰预消除单元。

为了达到以上目的，本发明实施例提供一种多用户MIMO通信系统，该系统包括：发射端、信道和多个接收端；

在所述发射端，

对原始数据进行THP编码；将信道矩阵分解为块下三角阵或块上三角阵与酉阵的乘积，并利用所分解得到的酉阵对预编码得到的数据进行前向滤波，得到发射信号；

发射信号通过所述信道发送到接收端；

在所述第k个接收端，

对接收信号通过

进行预滤波，通过

进行估计，然后进行取模运算之后，判决得到原始数据，

其中，U_k和D_k满足L_k＝U_kD_k，L_k为所述块下三角阵或块上三角阵中对角线上第k个子矩阵；U_k为U_k为N_k×N_k的酉阵，D_k为N_k×N_k的实对角矩阵，第k个用户终端的接收天线数为N_k，

为D_k的逆矩阵，

等于I；

其中k为多个用户中的任一用户。

通过本发明给出的多用户MIMO通信系统中发射信号的方法和装置，以及多用户MIMO通信系统，对数据进行THP编码，并将MIMO信道分解成块三角阵与酉阵的乘积，从而能够有效地消除多个用户之间的干扰，提高了系统速率，同时可以利用接收端多天线之间的联合处理来提高系统通信容量，从而能够实现系统通信容量的最大化。

附图说明

图1所示为本发明实施例一中，多用户MIMO通信系统的收发原理图；

图2所示为本发明实施例一中对原始数据进行编码的示意图；

图3所示为本发明实施例一中，发射信号的装置示意图；

图4所示为本发明实施例二中，多用户MIMO通信系统的收发原理图；

图5所示为本发明实施例二中，对原始数据进行编码并分配发射功率的示意图；

图6所示为本发明实施例二中，发射信号的装置示意图；

图7所示为本发明实施例三中，发射信号的装置示意图；

图8所示为仿真结果中四发二收二用户MIMO系统的可达速率性能曲线；

图9所示为仿真结果中四发二收二用户MIMO系统的可达速率的概率分布曲线；

图10所示为仿真结果中六发三收二用户MIMO系统的可达速率性能曲线；

图11所示为仿真结果中六发三收二用户MIMO系统的速率概率分布曲线；

图12所示为仿真结果中八发四收二用户MIMO系统的速率概率分布图；

图13所示为仿真结果中四发一收四用户MISO系统可达速率性能曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面举具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例给出一种在多用户MIMO通信系统中在发射端发射信号的方法和装置，通过将信道矩阵分解成块三角阵与酉阵的乘积，从而消除多个用户之间的相互干扰，同时可以利用接收端多天线之间的联合处理来提高系统通信容量。

首先给出本发明实施例中多用户MIMO通信系统的信道传输模型。假设基站发射天线数为M，用户终端数为K，第k(k＝1，...，K)个用户终端的接收天线数为N_k，所有用户终端的接收天线数目之和N_r满足的关系。设基站到各个用户终端之间的信道为Rayleigh平衰落，则基站到用户终端侧的信道矩阵H为：

$H={\left[\begin{array}{cccc}{H}_1^H& H_2^H& \·\·\·& H_K^H\end{array}\right]}^H---\left(1\right)$

下面将信道矩阵H分解为块下三角阵与酉阵的乘积，即：

H＝LQ^H    (2)

其中，L为块下三角阵，具有如式(3)所示形式，Q为酉阵，满足Q×Q^H＝I。

在L中，每个对角子块L_k是维数为N_k×N_k的子矩阵。

下面给出对信道矩阵H进行块下三角阵分解的方法。

设H₁的奇异值(SVD)分解为 $H_1=U_1\left(\begin{array}{cc}{D}_1& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_1^H\\ W_1^H\end{array}\right)=U_1{D}_1{V}_1^H.$

若令

则

的SVD分解为 ${\stackrel{\‾}{H}}_2=U_2\left(\begin{array}{cc}{D}_2& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_2^H\\ W_2^H\end{array}\right)=U_2{D}_2{V}_2^H.$

如此对第k(k＝1，...，K)个用户终端的信道函数进行SVD分解，直到第K个用户：

${\stackrel{\‾}{H}}_K=H_K(I-\underset{i=1}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i{V}_i^H)---\left(4\right)$

${\stackrel{\‾}{H}}_K=U_K\left(\begin{array}{cc}{D}_K& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_K^H\\ W_K^H\end{array}\right)=U_K{D}_K{V}_K^H---\left(5\right)$

定义Q＝[V₁ V₂…V_K]，则可以证明：HQ＝L，其中L是块下三角阵，且其每个对角子块均可以写成酉阵与对角阵的乘积，而Q则是酉阵，满足QQ^H＝I。

首先证明Q＝[V₁ V₂…V_K]是酉阵。

由SVD分解可知，V_k(k＝1，...，K)的各列满足正交性，即

且

$\mathrm{span}\left({\stackrel{\‾}{H}}_k^H\right)=\mathrm{span}\left(V_k\right)---\left(6\right)$

由数学归纳法，由式(4)可得：

${\stackrel{\‾}{H}}_2{V}_1=H_2(I-V_1{V}_1^H)V_1=0---\left(7\right)$

由式(6)及式(7)可得：

$V_2^H{V}_1=0---\left(8\right)$

对于第K个用户，有

${\stackrel{\‾}{H}}_K{V}_l=H_K(I-\underset{i=1}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i{V}_i^H)V_l=H_K(V_l-V_l)=0,l=1,...,k-1---\left(9\right)$

式(9)中第二个等式成立是因为由归纳假设

(k≠j；k＜K；j＜K)。由此可得：

(l＝1，...，K-1)。

由此可知，Q＝[V₁ V₂…V_K]满足QQ^H＝I，是酉阵。

然后证明L是块下三角阵，且其每个对角子块均可以写成酉阵与对角阵的乘积。

由式(4)可得：

$H_k={\stackrel{\‾}{H}}_k+H_k\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i{V}_i^H---\left(10\right)$

$=\left(\begin{array}{ccccccc}{H}_k{V}_1& \·\·\·& H_k{V}_{k-1}& U_k{D}_k& 0& \·\·\·& 0\end{array}\right){\left(\begin{array}{ccccccc}{V}_1& \·\·\·& V_{k-1}& V_k& V_{k+1}& \·\·\·& V_k\end{array}\right)}^H$

综合考虑所有k＝1，...，K，可得：

当采用块下三角阵L作为等效信道矩阵时，后编码用户对先编码用户没有任何干扰，从而能够提高通信容量，提高系统性能。

另外，对信道矩阵H分解得到的块下三角阵L中，每个对角子块L_k可以写成酉阵与对角阵的乘积，即：

L_k＝U_kD_k         (12)

其中，U_k为N_k×N_k的酉阵，D_k为N_k×N_k的实对角矩阵。

按照式(12)，基站到各个用户终端的信道矩阵可以看作是酉阵U_k与对角阵D_k的乘积，则在用户终端中，接收机可以设计为：

$G_k=D_k^{-1}{U}_k^H---\left(13\right)$

此时，每个用户内部多个数据流之间通过

的预滤波达到相互解耦，而通过后级

则可以达到各个数据流的最大似然估计，从而能够简化接收机，检测所需计算量减少。

下面给出在多用户MIMO通信系统中，发射端发射信号的方法和接收端接收信号的方法以及发射端发射信号的装置的具体实施例。

实施例一：无功率注水的多用户MIMO通信系统

图1所示为本实施例一中，多用户MIMO通信系统的收发原理图。

在本实施例一中发射信号的步骤包括：

步骤11，对第k个用户终端的原始数据s_k进行THP编码，得到x_k，用公式表示为：

$x_k=\{s_k-L_k^{-1}\left(\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{ki}}{x}_i\right)\}\mathrm{mod}\mathrm{\τ}=s_k-L_k^{-1}\left(\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{ki}}{x}_i\right)+{\mathrm{\τl}}_k,k=\mathrm{1,2},\·\·\·,K---\left(14\right)$

其中，模数τ是由发射功率和调制阶数决定。例如，若采用M-QAM调制，则

式(14)中，

表示第1至k-1个编码顺序的数据发射到接收端时对该第k个编码顺序的数据的干扰；而

表示将第1至k-1个编码顺序的数据发射到接收端时对该第k个编码顺序的数据的干扰折合到发射端的等效干扰。

本步骤11中对原始数据s_k进行THP编码得到x_k的实现框图如图2所示。

通过本步骤11中的THP编码，可以预消除先编码用户对后编码用户的干扰，从而能够提高通信容量，提高系统性能。

步骤12，对所得到的x进行前向滤波得到发射信号z，用公式表示为：

z＝Qx              (15)

发射端将按照上述步骤11和12得到的发射信号z通过信道发送到接收端，则在接收端的接收信号为：

其中，

若如式(12)所示L_k＝U_kD_k，则第k个用户可以利用作为接收机，然后进行取模运算处理之后，进行判决得到原始数据，用公式表示为：

本实施例一中，通过本发明给出的多用户MIMO通信系统中发射信号的方法和装置，对数据进行THP编码，并将MIMO信道分解成块三角阵与酉阵的乘积，从而有效地消除了多个用户之间的干扰，提高了系统速率。这时，可以利用接收端多天线之间的联合处理来进一步提高系统通信容量。本实施例一中，通过分解信道矩阵所得到的块三角阵中每个主对角元上的子矩阵又是酉阵与对角阵的乘积，这简化了接收端的处理。

下面给出本实施例一中，发射信号的装置，如图3所示，该装置包括：多级干扰预消除单元、取模单元、前向滤波单元、信道矩阵分解单元。

其中，干扰预消除单元从信道矩阵分解单元中获取对信道矩阵分解得到的块下三角阵，利用取模单元反馈的数据和所获取的块下三角阵，对原始数据进行干扰预消除，并传给取模单元；取模单元对干扰预消除单元进行干扰预消除之后得到的数据进行取模运算，并传给前向滤波单元，同时反馈给所述下级干扰预消除单元；前向滤波单元从信道矩阵分解单元中获取对信道矩阵分解得到的酉阵Q，并利用所得到的酉阵Q对取模单元得到的数据进行前向滤波得到发射信号并输出；信道矩阵分解单元将信道矩阵分解为块下三角阵L与酉阵Q的乘积，并传给所述前向滤波单元以及干扰预消除单元。

实施例二：具有功率注水的系统

本实施例二中，在发射端进行功率注水，使得在基站发射功率不变的情况下系统速率最大。图4所示为本实施例二中，多用户MIMO通信系统的收发原理图。

设给第k个用户分配的发射功率为

其中每一个元素对应第k个用户的不同数据流，则在本实施例二中发射信号的步骤包括：

步骤21，对第k个用户终端的原始数据s_k进行THP编码，然后用所分配的发射功率p_k调整编码得到的用户数据的发射功率，得到x_k，用公式表示为：

$x_k=p_k\{{[s}_k-{p_k^{-1}L}_k^{-1}\left(\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{ki}}{x}_i\right)\mathrm{mod}\mathrm{\τ}\}=p_k(s_k+{\mathrm{\τl}}_k)-L_k^{-1}\left(\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{ki}}{x}_i\right)---\left(18\right)$

式(18)中，

表示第1至k-1个编码顺序的数据发射到接收端时对该第k个编码顺序的数据的干扰；而

表示将第1至k-1个编码顺序的数据发射到接收端时对该第k个编码顺序的数据的干扰折合到发射端的等效干扰。

本步骤21中对原始数据s_k进行THP编码以及分配发射功率得到x_k的实现框图如图5所示。

步骤22，对所得到的x进行前向滤波得到发射信号z，如式(15)。

在本实施例二中，发射端将按照上述步骤21和22得到的发射信号z通过信道发送到接收端，则在接收端的接收信号为：

其中，

若如式(12)所示L_k＝U_kD_k，则第k个用户可以利用

作为接收机，然后进行取模运算处理之后，进行判决得到原始数据，用公式表示为：

通过本实施例二，不仅能够达到实施例一中的技术效果，通过发射端的功率注水，还可以方便地实现空分复用(数据流数等于发射天线数)到波束形成(数据流数小于发射天线数)之间的切换，因此有很好的自适应性。

下面给出本实施例二中，多用户MIMO发射装置，如图6所示，在实施例一中所包括的多级干扰预消除单元、取模单元、前向滤波单元、信道矩阵分解单元之外，该装置还包括功率分配单元。在本实施例二的装置中，取模单元将进行取模运算后得到的数据只需传给功率分配单元，不需要反馈给干扰预消除单元；功率分配单元接收来自于取模单元的数据，并对该数据进行功率分配后，传给所述前向滤波单元，同时反馈给所述干扰预消除单元。这时，干扰预消除单元利用功率分配单元反馈的数据，对原始数据进行干扰预消除。

实施例三：优化编码顺序

多用户MIMO系统中，编码顺序不同则会存在性能差异。因此如何优化编码顺序是一个值得考虑的问题。对于按照上述发射端的处理后所得到的等效信道，如果考虑到各个用户的接收机，则多个用户多个流所形成的等效信道增益是由D_k，k＝1，...，K的对角元所确定的。对于一个特定的编码顺序π_l，定义D＝diag(D₁ D₂…D_K)，其对角元为d＝(d₁ d₂…d_M)，则此时通过注水算法得到的系统可达速率为：

$R\left({\mathrm{\π}}_l\right)=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{d_i^2{p}_i}{{\mathrm{\σ}}_i^2})---\left(21\right)$

$p_i={[\frac{1}{\mathrm{\λ}}-\frac{{\mathrm{\σ}}_i^2}{d_i^2}]}^{+}---\left(22\right)$

$\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=P---\left(23\right)$

其中，

P为总的发射功率，

为第i个流所对应的接收噪声方差。因此，对于K用户MIMO系统来说，共有K！种可能的编码顺序π₁，π₂，...，π_K！，对于每种编码顺序可以利用式(21)求出注水后的系统速率，因此最优编码顺序为：

$O^{\mathrm{opt}}=\underset{i=1,...,K!}{\arg \max }R\left({\mathrm{\π}}_i\right)---\left(24\right)$

若采用式(22)的方式确定编码顺序，则由于这种方法对不同的信噪比进行全搜索，且每种排序均要进行注水，故计算量相对较大。因此，下面给出简化算法。

当信噪比SNR→∞时，有如下关系：

$R=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{d_i^2{p}_i}{{\mathrm{\σ}}_i^2})\≈{\log }_2\left(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Π}}}\frac{d_i^2{p}_i}{{\mathrm{\σ}}_i^2}\right)={\log }_2\left(\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Π}}}\right|D_k|\·\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Π}}}\frac{p_i}{{\mathrm{\σ}}_i^2})---\left(25\right)$

因此，使

达到最大则可以使系统的速率R达到最大。

对于|D_k|，k＝K，K-1，...，1的求解，无须反复进行块下三角分解，可以按照如下过程进行：

首先令为，

${\stackrel{\‾}{H}}_k=H_k(I-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i{V}_i^H)=H_k[I-{\stackrel{\→}{H}}_{k-1}^H{\left({\stackrel{\→}{H}}_{k-1}{\stackrel{\→}{H}}_{k-1}^H\right)}^{-1}{\stackrel{\→}{H}}_{k-1}]---\left(26\right)$

则有，

$\left|{{\stackrel{\‾}{H}}_k\stackrel{\‾}{H}}_k^H\right|=\left|U_k{D}_k{V}_k^H{V}_k{D}_k{U}_k^H\right|={\left|D_k\right|}^2---\left(27\right)$

其中， ${\stackrel{\→}{H}}_k\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\left[\begin{array}{cccc}{H}_1^H& H_2^H& \·\·\·& H_{k-1}^H\end{array}\right]}^H.$

因此，利用基站到每个用户的信道函数H_k则可以确定使

达到最大的编码顺序，并按照最大的

所对应的编码顺序对各用户数据进行编码。通过上述方法，本实施例三在达到上述实施例一和二的技术效果之外，能够在计算量较少的情况下，能够确定较佳的编码顺序，使得通系统可达速率最大。

在本实施例三中，发射信号的步骤包括：

步骤31，确定使

达到最大的编码顺序。

步骤32，按照所确定的编码顺序，对用户终端的原始数据进行THP编码。当发射端对发射功率进行注水时，在本步骤中进一步对编码得到的各用户数据分配发射功率。

步骤33，对步骤32中得到的数据进行前向滤波得到发射信号。

本实施例三中，步骤32和步骤33的具体实现方法采用实施例一和实施例二中给出的方法，在此省略其描述。

下面给出本实施例三中，多用户MIMO发射装置，如图7所示，在实施例二中所包括的多级干扰预消除单元、取模单元、前向滤波单元、信道矩阵分解单元、功率分配单元之外，该装置还包括编码顺序优化单元。在本实施例三的装置中，编码顺序优化单元从所述信道矩阵分解单元获取对信道矩阵分解得到的块下三角阵，将块下三角阵中的对角线上的子矩阵分解为酉阵与对角矩阵的乘积，并利用所分解得到的对角矩阵对编码顺序进行优化，将优化的编码顺序发送给所述干扰预消除单元。此时，干扰预消除单元按照所得到的编码顺序，对各用户的数据进行编码。

以上所述的实施例中，信道矩阵分解为块下三角阵与酉阵的乘积，但并不局限于此，也可以将信道矩阵分解为块上三角阵与酉阵的乘积，对于后者，其具体实现方式可参照上述实施例，在此省略其描述。

为了更好地说明本发明所带来的技术效果，发明人对多种可能的多用户MIMO系统进行了仿真。在仿真过程中，假设基站到各个用户之间的下行信道服从独立Rayleigh分布，且在一个数据帧内保持不变。所有仿真中假设基站可以完全得到下行信道信息，即本发明所提供地方法适用于TDD系统或带有信道信息反馈的FDD系统。对于每种不同场景，Monte Carlo仿真次数均在20000次以上。

下面结合仿真结果，说明本发明中所提出的多用户MIMO通信系统中发射信号的方法所带来的系统性能的提高。

(一)四发二收，二用户MIMO系统

图8给出了系统的可达速率性能曲线。从图8中可以看出：在SNR＝10dB时，采用MIMO-THP比BD提高约2bits可达速率，比MISO-THP提高约0.6bit。而采用最优的编码排序后，速率的提升约为0.15bit。当SNR→∞时，采用THP编码的三条曲线趋于重合。

图9给出了可达速率的概率分布曲线(CDF)。从图9中可以看出：在SNR＝10dB，概率大于50％以上时，MIMO-THP要优于MISO-THP约0.6bit；采用次优的排序后，系统速率的CDF与未排序的重合，而采用最优排序能够带来一定的性能增益。

(二)六发三收及八发四收，二用户MIMO系统

图10、图11分别给出了六发三收二用户MIMO系统的可达速率、速率概率分布。图12给出了八发四收二用户MIMO系统的速率概率分布图。从图10-12可以看出，随着用户端接收天线的增多，采用MIMO-THP的系统可达速率比MISO-THP大大提高：在很大范围内达到1.3bit(接收端三天线)及2bit(接收端四天线)，而最优及次优排序所带来的增益较小。这主要是因为当接收端天线越多，其联合接收所带来的增益越明显，而排序在用户数少的情况下效果并不明显。

(三)四发一收，四用户MISO系统

图13给出了系统的可达速率性能曲线。从图13可以看出：此时MIMO-THP与MISO-THP完全重合。这说明MIMO-THP可以看成是传统MISO-THP的一个推广，它既可以用于单天线多用户系统，也可以用于多天线多用户系统。

通过以上仿真结果可以看出，本发明所提供的多用户MIMO通信系统中的发射信号的方法，能够提高系统速率。

还有，本发明通过编码顺序的优化，系统速率能够得到一定的提升。而本发明给出的编码顺序的优化方法，能够减少编码顺序优化的计算量，因此能够减轻发射端的计算处理负担，能够提高系统性能。

另外，本发明所提供的多用户MIMO通信系统中的发射信号的方法能够适用于多用户MISO通信系统中，当多用户MISO通信系统也采用本发明所提供的方法时，从系统容量的角度考虑，与目前现有的针对多用户MISO系统的THP编码方法性能相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (12)

1.一种在多用户MIMO通信系统中发射信号的方法，其特征在于，该方法包括：

对原始数据进行汤姆林森-哈拉希玛预编码THP编码；

将信道矩阵分解为块下三角阵或块上三角阵与酉阵的乘积，并利用所分解得到的酉阵对预编码得到的数据进行前向滤波，得到发射信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对原始数据进行THP编码为：

确定对原始数据进行编码的编码顺序，从第k个编码顺序的原始数据中，去除将第1至k-1个编码顺序的数据发射到接收端时对该第k个编码顺序的数据的干扰折合到发射端的等效干扰；

对进行干扰预消除后得到的数据进行取模运算，其中，取模运算中的模数是由发射功率和调制阶数确定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第1至k-1个编码顺序的数据发射到接收端时对该第k个编码顺序的数据的干扰为：

所述等效干扰为：

其中，x_i为对第i个编码顺序的原始数据进行THP编码后得到的数据， 

为所述块下三角阵或块上三角阵中对角线上第k个子矩阵的逆矩阵，L_ki为所述块下三角阵或块上三角阵中第k行第i列的子块。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行前向滤波之前，进一步包括：分配发射功率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对原始数据进行THP编码为：

确定对原始数据进行编码的编码顺序，从第k个编码顺序的数据中，去除将第1至k-1个编码顺序的数据发射到接收端时对该第k个编码顺序的数据的 干扰折合到发射端的等效干扰；

对进行干扰预消除后得到的数据进行取模运算，其中，取模运算中的模数是由发射功率和调制阶数确定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第1至k-1个编码顺序的数据发射到接收端时对该第k个编码顺序的数据的干扰为：

所述等效干扰为：

其中，x_i为对第i个编码顺序的原始数据进行THP编码后得到的数据， 

为所述块下三角阵或块上三角阵中对角线上第k个子矩阵的逆矩阵，L_ki为所述块下三角阵或块上三角阵中第k行第i列的子块， 

为给第k个用户分配的发射功率的倒数。

7.根据权利要求2或5所述的方法，其特征在于，所述确定对原始数据进行编码的编码顺序为：

对所述块下三角阵或块上三角阵的对角线上的子矩阵分解为酉阵与对角阵D_k的乘积；

将使 

达到最大的编码顺序为对原始数据进行编码的编码顺序，

其中K为多用户MIMO通信系统中的用户数。

8.一种多用户MIMO发射装置，其特征在于，该装置包括：

干扰预消除单元，用于从信道矩阵分解单元中获取对信道矩阵分解得到的块下三角阵或块上三角阵，利用反馈得到的数据和所获取的块下三角阵或块上三角阵，对原始数据进行干扰预消除，并将干扰预消除后得到的数据传给取模单元；

取模单元，用于对干扰预消除后得到的数据进行取模运算，并传给前向滤波单元，同时反馈给所述干扰预消除单元；

前向滤波单元，用于从信道矩阵分解单元中获取对信道矩阵分解得到的酉阵，并利用所得到的酉阵对取模单元得到的数据进行前向滤波得到发射信号并 输出；

信道矩阵分解单元，用于将信道矩阵分解为块下三角阵或块上三角阵与酉阵的乘积，并传给所述前向滤波单元以及干扰预消除单元。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：功率分配单元，用于接收来自于取模单元的数据，并对该数据进行功率分配后，传给所述前向滤波单元，同时反馈给所述干扰预消除单元。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：编码顺序优化单元，用于从所述信道矩阵分解单元获取对信道矩阵分解得到的块下三角阵，将块下三角阵中的对角线上的子矩阵分解为酉阵与对角矩阵的乘积，并利用所分解得到的对角矩阵对编码顺序进行优化，将优化的编码顺序发送给所述干扰预消除单元。

11.一种多用户MIMO通信系统，其特征在于，该系统包括：发射端、信道和多个接收端；

在所述发射端，

对原始数据进行THP编码；将信道矩阵分解为块下三角阵或块上三角阵与酉阵的乘积，并利用所分解得到的酉阵对预编码得到的数据进行前向滤波，得到发射信号；

发射信号通过所述信道发送到接收端；

在所述第k个接收端，

对接收信号通过 

进行预滤波，通过 

进行估计，然后进行取模运算之后，判决得到原始数据，

其中，U_k和D_k满足L_k＝U_kD_k，L_k为所述块下三角阵或块上三角阵中对角线上第k个子矩阵；U_k为N_k×N_k的酉阵，D_k为N_k×N_k的实对角矩阵，第k个用户终端的接收天线数为N_k， 为D_k的逆矩阵， 

等于I；

其中k为多个用户中的任一用户。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于， 

在所述发射端，在进行前向滤波之前，进一步包括：分配发射功率；

在所述第k个接收端，对接收信号通过 

进行预滤波之后，进一步包括：

用发射端所分配的发射功率对接收信号的功率归一化。 

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