CN102685060A - 一种正交频分复用系统中多用户mimo接收方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收方法和装置，该方法包括，将接收天线接收的数据依次经过模/数转变、去除循环前缀CP操作、快速傅里叶变换，得到接收数据；提取接收数据的导频信号，根据提取的导频信号和用户发射的导频信号计算权值矩阵，根据权值矩阵和接收数据计算每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据；将每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据进行信道估计操作、频域均衡操作、解调解码操作，得到每个期望用户的发送数据。本发明提供的技术方案解决了现有技术中，由于同频干扰的存在导致信道估计不准确或者无法估计，而引起的IRC合并接收的性能恶化问题。

Description

一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收方法和装置。

背景技术

正交频分复用OFDM技术是一种在实现中极具吸引力的多载波技术。OFDM技术将高速的数据流调制为频谱交叠的多个并行低速数据流发送。由于OFDM符号周期显著增加，因此为了提高OFDM技术抗多径时延的能力，通过在OFDM符号的前端增加CP，则可以消除由多径时延引起的符号间干扰，简化接收端均衡器的负担。在向B3G／4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高系统性能。而MIMO和OFDM两种技术的结合就可实现更高的带宽效率和更好的系统性能。

因为在OFDM系统中，小区内的各个信号之间是正交的，所以OFDM技术比CDMA技术更好地解决了小区内干扰的问题。但是作为代价，OFDM系统带来的小区之间干扰（Inter-Cell Interference，ICI）问题可能比CDMA系统更加严重。

当在使用频率复用的多小区环境中利用空时链接时，链接将遭受到同信道干扰。无线网络中同信道干扰抑制的意义就在于它使频率复用更好的实现，从而改善网络频谱效率。同信道干扰抑制已经被研究了许多年，在无线链接中以非常有限的形式应用。

在多用户MIMO系统中，多个用户同时占用相同的时频资源进行通信。多用户MIMO技术利用多天线提供的空间自由度分离用户，各个用户可以占用相同的时频资源，信号依赖发送端的信号处理算法抑制多用户之间的干扰，通过时频资源复用方式有效的提高小区平均吞吐量。在小区负载较重时，通过简单的多用户调度算法就可以获得显著的多用户分集增益，是获得高系统容量的有效手段。

在MU-MIMO的OFDM系统中，共信道干扰包括配对用户的共信道干扰和非配对用户的共信道干扰。对于存在共信道干扰的系统一般采用干扰抑制合并接收机（IRC，Interference Rejection Combining）。IRC接收机在接收端通过一组天线权重对多根天线的接收数据进行合并，权重的计算可以根据不同的性能准则得到。常用的性能准则有：MMSE、最大化输出SINR、似然函数以及最小化噪声方差。通常采用IRC进行接收合并时，需要得到待检测信号以及干扰信号的信道估计值，然后根据不同的性能准则来优化天线权重。

在MU-MIMO的OFDM系统中，采用IRC进行接收合并时，需要得到待检测信号以及干扰信号的信道估计值，然后根据不同的性能准则来优化天线权重。在同频干扰存在的情况下，较好的估计出待检测信号的响应是很困难的事情，并且要估计出所有的干扰用户的信道响应也是很困难的事情。存在估计误差的待检测信号以及干扰信号的信道估计会恶化IRC接收机的性能。

综上所述，在现有的技术中，由于同频干扰的存在导致信道估计不准确或者无法估计，而引起IRC合并接收的性能恶化。

发明内容

本发明提供了一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收方法，该方法解决了现有技术中，由于同频干扰的存在导致信道估计不准确或者无法估计，而引起的IRC合并接收的性能恶化问题。

本发明公开了一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收方法，该方法包括：

将接收天线接收的数据依次经过模/数转变、去除循环前缀CP操作、快速傅里叶变换，得到接收数据；

提取接收数据的导频信号，根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算权值矩阵，根据权值矩阵和接收数据计算每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据；

将每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据进行信道估计操作、频域均衡操作、解调解码操作，得到每个期望用户的发送数据。

在上述方法中，所述根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算权值矩阵包括：

根据提取的导频信号和该导频信号的共轭计算空间相关矩阵，根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算期望接收数据流的导向矩阵；

根据空间相关矩阵的逆矩阵和期望接收数据流的导向矩阵计算出权值矩阵。

在上述方法中，所述提取接收数据的导频信号前还包括：

根据相干带宽和相干时间将接收数据划分为基本资源块集；

所述提取接收数据的导频信号包括：

提取基本资源块集中每个基本资源块的导频信号；

所述根据提取的导频信号和该导频信号的共轭计算空间相关矩阵包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；

所述根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算期望接收数据流的导向矩阵包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发射的导频信号计算所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵；

所述根据空间相关矩阵的逆矩阵和期望接收数据流的导向矩阵计算出权值矩阵包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆矩阵和所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵计算所述基本资源块的权值矩阵；

所述根据权值矩阵和接收数据计算每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的权值矩阵和该基本资源块上的接收数据计算出每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据，

对于每路期望接收数据流，按照基本资源块在时频域的位置，排列计算得到的基本资源块上的天线合并后的接收数据，得到所述期望接收数据流的天线合并后的接收数据。

在上述方法中，所述根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵包括：

按如下公式计算基本资源块的空间相关矩阵中元素，

$r_{i,j}^{n_{\mathrm{RB}}}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(i\right)}\×{\left(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(j\right)}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵中元素，表示第i个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号和第j个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号的互相关性，为第i个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第j个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，N_pilot为导频行向量的维数，i＝1,...,M_R;j=1,...,M_R；M_R为接收天线数；n_RB=1,...,N_RB，N_RB为基本资源块的数量。

在上述方法中，所述根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发射的导频信号计算所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵具体包括：按如下公式计算基本资源块的导向矩阵中元素，

$g_q^{n_{\mathrm{RB}},n}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(q\right)}\×{\left(d_n^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的第n个期望接收数据流的导向列向量

的第q个元素，表示第q个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号和第n个期望接收数据流对应的期望用户发射的导频信号的互相关性，

为第q个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第n个期望接收数据流对应的期望用户发射的第n_RB个基本资源块的导频行向量，n=1，…N_D；q=1，…M_R；N_pilot为导频行向量的维数，M_R为接收天线数，N_D为期望接收数据流的数量。

在上述方法中，所述根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆矩阵和所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵计算出所述基本资源块的权值矩阵包括：按如下公式计算在基本资源块的权值矩阵，

$W^{n_{\mathrm{RB}}}={\left(R^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{-1}{G}^{n_{\mathrm{RB}}}$

其中，

的维数为M_R×N_D，

元素

s=1，...M_R；t＝1，...，N_D；

为第n_RB个基本资源块的第s个接收天线的第t路期望接收数据流对应的权值；

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵，

为第n_RB个基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵，N_D为期望接收数据流的数量。

在上述方法中，所述对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的权值矩阵和该基本资源块上的接收数据计算出每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据包括：

按如下公式计算基本资源块上的天线合并后的接收数据

的元素，

${\underset{\‾}{e}}_{n_{\mathrm{RB}},k}^{(m,l)}=\underset{p=1}{\overset{M_R}{\mathrm{\Σ}}}{\underset{\‾}{e}}_{n_{\mathrm{RB}}}^{(p,m,l)}\×{\left(w_{p,k}^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H$

表示第k路期望接收数据流的第n_RB个基本资源块上的天线合并后的接收数据，

为第k路期望接收数据流的第n_RB个基本资源块的第m个子载波和第l个符号所对应的时频单元上的天线合并后的接收数据，

为第p个接收天线的第n_RB个基本资源块的第m个子载波和第l个符号所对应的时频单元上的接收数据，

为第n_RB个基本资源块的第p个接收天线的第k路期望接收数据流的权值；k＝1，...N_D；

l=1，...N_symb；p=1，...M_R；

为一个基本资源块中的包含的子载波数目，N_symb为一个基本资源块中的包含的OFDM符号数目。

在上述方法中，按所述公式计算基本资源块的空间相关矩阵的上三角中元素。

本发明还公开了一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收装置，该装置包括：

预处理模块，用于将接收天线接收的数据依次经过模/数转变、去除循环前缀CP操作、快速傅里叶变换，得到接收数据；将得到的接收数据发送给数据合并模块；

数据合并模块，用于接收预处理模块发送的接收数据，提取接收数据的导频信号，根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算权值矩阵，根据权值矩阵和接收数据计算每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据；将得到的每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据发送给后处理模块；

后处理模块，用于接收数据合并模块发送的天线合并后的接收数据，将每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据进行信道估计操作、频域均衡操作、解调解码操作，得到每个期望用户的发送数据。

在上述装置中，所述数据合并模块，

用于根据提取的导频信号和该导频信号的共轭计算空间相关矩阵，

用于根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算期望接收数据流的导向矩阵；

用于根据空间相关矩阵的逆矩阵和期望接收数据流的导向矩阵计算出权值矩阵。

在上述装置中，所述装置还包括：

划分模块，用于根据相干带宽和相干时间将接收数据划分为基本资源块集；

所述数据合并模块具体包括：

导频提取子模块，用于提取基本资源块集中每个基本资源块的导频信号；

空间相关矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；

导向矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发射的导频信号计算所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵；

权值矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆矩阵和所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵计算所述基本资源块的权值矩阵；

接收数据计算子模块，具体用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的权值矩阵和该基本资源块上的接收数据计算出每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据；

对于每路期望接收数据流，按照基本资源块在时频域的位置，排列计算得到的基本资源块上的天线合并后的接收数据，得到所述期望接收数据流的天线合并后的接收数据。

综上所述，采用本发明提供的技术方案进行同信道干扰抑制时不需要任何同信道干扰用户的信道信息；不同的用户不同的数据流的空间相关矩阵是一样的，只需要算一次就可以了，这样可以大大的节省计算量；由于是以设定的基本资源块进行加权合并计算，所以计算量不大。在合并前不需要进行精确的信道估计，而合并后只需要对合并后得到的数据流进行信道估计等操作，这样也会降低计算量。其中，干扰合并不涉及信道估计，所以信道估计包含的误差不会传递到后续的检测和解调。

附图说明

图1是一种直接矩阵求逆DMI算法计算天线阵列输出数据的流程图；

图2是本发明中一种正交频分复用中多用户MIMO接收方法的流程图；

图3是本发明中一种正交频分复用中多用户MIMO接收方法的具体流程图；

图4是本发明中一种计算天线合并后的接收数据的流程图；

图5是本发明中一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收装置的结构示意图。

图6是本发明中一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收装置的详细结构示意图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

对于基于导频的OFDM系统的MU-MIMO接收方法的应用系统，假设该系统具有M_R个接收天线，接收来自K个用户的数据信号。在同一带宽和同一时间有K个用户在进行通信。接收天线接收到的信号是来自期望用户和干扰用户的M个同信道信号的叠加，并且还叠加上噪声。假设M≥K，也就是有的用户可以发射多个数据流。假定期望用户和干扰用户的信号带宽小于信道相干带宽，从而使信号受到平坦衰落的约束。同时假定衰落为慢衰落，以使得在一个相干时间内信道保持不变。在一个相干时间内，第i个符号间隔期间天线阵列接收到的信号可表示为

$r\left[i\right]=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{g}_m\left[i\right]s_m\left[i\right]+n\left[i\right]$

s_m[i]是第m个发射数据流的第i个符号上的信号，

表示信道和阵列对第m个发射数据流的信号响应的复向量，而n[i]表示噪声，满足

的复高斯噪声样值向量。不失一般性，假设前N_D路数据流

是期望接收数据流，后（M-N_D）路数据流是同频干扰数据流。在自适应阵列处理中，接收到数据r[i]通过权值矩阵W进行线性合并，以便得到天线阵列输出信号z[i]

z[i]＝W^Hr[i]

按照前面的假设，期望用户发射共N_D路数据流，则所述权值矩阵W的维数为M_R×N_D。

在线性最小均方差MMSE合并中，选择权值矩阵W使期望用户的发射信号

与天线阵列输出信号z[i]之间的均方根误差最小：

$W=\arg \underset{W\∈C^{M_R\×N_D}}{\min }E{\left\{S\right[i]-z[i\left]\right\}}^2$

$=E{\left\{r\right[i\left]r{\left[i\right]}^H\right\}}^{-1}E\left\{r\right[i\left]{S\left[i\right]}^H\right\}$

其中，空间相关矩阵R_r，r=E{r[i]r[i]^H}和期望接收数据流的导向矩阵G=E{r[i]S[i]^H}对接收机来说是未知的，因此必须估计它，以便计算出最优合并权值矩阵W。通过估计空间相关矩阵R_r，r和期望接收数据流的导向矩阵G，然后用这些估计值计算最优权值矩阵W。

图1是一种直接矩阵求逆DMI算法计算天线阵列输出数据的流程图。如图1所示：

步骤101，通过接收信号和接收信号的共轭估计出空间相关矩阵R_r，r，

${\stackrel{\mathrm{\Λ}}{R}}_{r,r}=\frac{1}{m_t}\underset{i=0}{\overset{m_t-1}{\mathrm{\Σ}}}r\left[i\right]{r\left[i\right]}^H;$

其中，r[i]为第i个符号间隔期间天线阵列接收到的信号，m_t为进行累加的采样样点数。

步骤102，通过接收信号和期望用户的发射信号的共轭估计出期望接收数据流的导向矩阵G，

$\stackrel{\mathrm{\Λ}}{G}=\frac{1}{m_t}\underset{i=0}{\overset{m_t-1}{\mathrm{\Σ}}}r\left[i\right]S{\left[i\right]}^H;$

其中，r[i]为第i个符号间隔期间天线阵列接收到的信号，m_t为进行累加的采样样点数；S[i]为期望用户的发射信号，

s_m[i]是期望用户发射的第m个发射数据流的第i个符号间隔期间上的信号。

步骤103，通过空间相关矩阵的逆矩阵和期望接收数据流的导向矩阵G估计出权值矩阵W，其中

$\stackrel{\mathrm{\Λ}}{W}={\left({\stackrel{\mathrm{\Λ}}{R}}_{r,r}\right)}^{-1}\stackrel{\mathrm{\Λ}}{G}.$

步骤104，通过权值矩阵的共轭和接收信号进行加权合并计算天线合并后的接收数据，根据如下公式计算天线阵列的合并输出信号：

$z\left[i\right]={\stackrel{\mathrm{\Λ}}{W}}^{H}r\left[i\right]$

其中，z[i]为第i个符号间隔期间天线阵列的合并输出信号。

为估计得到的权值矩阵，r[i]为第i个符号间隔期间天线阵列接收到的信号。

基于天线阵列接收到的信号r[i]计算空间相关矩阵R_r，r，以及基于天线阵列接收的信号r[i]和期望用户发射的信号S[i]计算期望接收数据流的导向矩阵G，是本发明实现的理论基础。

在本发明的中，使用接收信号的导频信号替换上述公式中的接收信号r[i]，在计算期望接收的数据流的导向矩阵G时，使用期望用户发射的导频信号代替期望用户发射的信号S[i]。即通过对期望数据流中导频信号的计算，类推到期望数据流中的对应的期望接收数据。

图2是本发明中一种正交频分复用中多用户MIMO接收方法的流程图；如图2所示，该流程包括：

步骤201，将接收天线接收的数据依次经过模/数转变、去除循环前缀CP操作、快速傅里叶变换，得到接收数据；

步骤202，提取接收数据的导频信号，根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算权值矩阵，根据权值矩阵和接收数据计算每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据；

步骤203，将每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据进行信道估计操作、频域均衡操作、解调解码操作，得到每个期望用户的发送数据。

在本发明的一种实施例中，在根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算权值矩阵的过程中：

首先，根据提取的导频信号和该导频信号的共轭计算空间相关矩阵；

其次，根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算期望接收数据流的导向矩阵；

然后，根据空间相关矩阵的逆矩阵和期望接收数据流的导向矩阵计算出权值矩阵。

在本发明的另一种具体实施例中，为了减少加权合并时的计算量，将接收数据根据相干带宽和相干时间划分基本资源块，通过对每个基本资源块上的期望接收数据进行计算，然后再排列得到每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据。具体过程如图3所示，图3是本发明中一种正交频分复用中多用户MIMO接收方法的具体流程图。其中，

步骤301，将接收天线接收到的数据依次进行模/数转变、去除循环前缀CP操作、快速傅里叶变换，得到接收数据。

在步骤301中，对接收天线接收到的数据进行预处理，得到对应的接收数据。e ^(p)表示第p个接收天线的接收数据；p=1，…，M_R；M_R为接收天线数。

步骤302，将接收数据划分为基本资源块集。

在步骤302中，根据相干带宽和相干时间对接收数据进行划分，得到基本资源块集

为基本资源块集

中的元素，表示第p个接收天线的第n_RB个基本资源块，p=1，…，M_R；n_RB=1，…，N_RB；N_RB为将接收数据e ^(p)划分后的得到的基本资源块的数目。

步骤303，提取基本资源块集中每个基本资源块的导频信号。

在步骤303中，提取每个接收天线的基本资源块的导频信号，得到对应的导频行向量

为提取的第p个接收天线的第n_RB个基本资源块

中的导频信号得到对应的导频行信号，

的维数为1×N_pilot，p=1，…M_R；N_pilot为导频行向量的维数，可以通过提取的基本资源块中的导频数量确定。其中，每个接收天线提取出来的多个导频信号组成一个导频行向量，有M_R个接收天线就有对应的M_R个导频行向量。

步骤304，对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵。

在步骤304中，按如下公式计算基本资源块的空间相关矩阵中元素，

$r_{i,j}^{n_{\mathrm{RB}}}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(i\right)}\×{\left(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(j\right)}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵中元素，表示第i个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号和第j个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号的互相关性，

为第i个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，为第j个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，N_pilot为导频行向量的维数，i＝1,...,M_R;j＝1,...,M_R；M_R为接收天线数；n_RB＝1,...,N_RB，N_RB为基本资源块的数量。

第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵

的维数为M_R×M_R，根据

物理含义可知，

由于相同两个接收天线的互相关性互为共轭，只需要按所述公式计算基本资源块的空间相关矩阵

的上三角中元素，下三角中元素与上三角中元素共轭对称。采用该方式，进一步节省计算量。

步骤305，对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发射的导频信号计算所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵。

在步骤305中，按如下公式计算基本资源块的导向矩阵中元素，

$g_q^{n_{\mathrm{RB}},n}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(q\right)}\×{\left(d_n^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的第n个期望接收数据流的导向列向量

的第q个元素，表示第q个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号和第n个期望接收数据流的发射导频信号的互相关性，

为第q个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第n个期望接收数据流对应的期望用户发射的第n_RB个基本资源块的导频行向量，n=1，...N_D；q=1，...M_R；N_pilot为导频行向量的维数，M_R为接收天线数，N_D为期望接收数据流的数量。

步骤306，对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆矩阵和所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵计算所述基本资源块的权值矩阵。

在步骤306中，按如下公式计算在基本资源块的权值矩阵

$W^{n_{\mathrm{RB}}}={\left(R^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{-1}{G}^{n_{\mathrm{RB}}}$

其中，

的维数为M_R×N_D，

元素

s=1，...M_R；t＝1，...，N_D；

为第n_RB个基本资源块的第s个接收天线的第t路期望接收数据流对应的权值，

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵，为第n_RB个基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵，N_D为期望接收数据流的数量。

步骤307，对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的权值矩阵和该基本资源块上的接收数据计算出每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据。

在步骤307中，按如下公式计算基本资源块上的天线合并后的接收数据

的元素，

接收数据，具体为第n_RB个基本资源块上的接收数据通过对应的权值进行加权合并后得到的天线合并后的接收数据；其元素

为第k路期望接收数据流的第n_RB个基本资源块的第m个子载波和第l个符号所对应的时频单元上的天线合并后的接收数据，

为第p个接收天线的第n_RB个基本资源块的第m个子载波和第l个符号所对应的时频单元上的接收数据，为第n_RB个基本资源块的第p个接收天线的第k路期望接收数据流的权值；k＝1，...N_D；

p=1，...M_R；l=1，...N_symb；

为一个基本资源块中的包含的子载波数目，N_symb为一个基本资源块中的包含的OFDM符号数目。

步骤308，对于每路期望接收数据流，按照基本资源块在时频域的位置，排列计算得到的基本资源块上的天线合并后的接收数据，得到所述期望接收数据流的天线合并后的接收数据。

步骤309，将每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据进行信道估计操作、频域均衡操作、解调解码操作，得到每个期望用户的发送数据。

在本发明的具体实施例中，由于不同的用户不同的期望数据流的空间相关矩阵相同，只需要计算一次即可，节省了运算时间。故可以简化对接收数据进行相关操作得到天线合并后的接收数据的过程。图4是本发明中一种计算天线合并后的接收数据的流程图，其中，假设有M_R个接收天线，将接收天线组成的接收天线阵列所接收到的数据进行模/数转变、去除循环前缀CP、快速傅里叶变换后得到M_R路接收数据

如图4所示，

步骤401，根据相干带宽和相干时间划分基本资源块。

在步骤401中，将每个接收天线得到的接收数据都进行划分；具体为，将得到的第p个接收天线的接收数据e ^(p)根据相干带宽和相干时间划分，将全部的接收天线的接收数据进行划分后得到基本资源块集

p=1，...，M_R；n_RB=1，...，N_RB；N_RB为将一个接收天线对应的接收数据划分后的得到的基本资源块的数目。

其中，

为划分后的第p个接收天线的第n_RB个基本资源块

中的一个时频单元上的接收数据，

l=1，...N_symb；

为

中的包含的子载波数目，N_symb为

中的包含的OFDM符号数目。

步骤402，提取基本资源块的导频向量。

在步骤402中，根据先频率后时间或者是先时间后频率的次序提取每个基本资源块中的每个接收天线的接收数据中的导频信号，得到相应的导频行向量

其中

表示为第p个接收天线的第n_RB个基本资源块

中的导频行向量，

的维数为1×N_pilot，p=1，...M_R；N_pilot为导频行向量的维数，可以通过提取的基本资源块中的导频数量确定。

步骤403：根据提取的基本资源块的导频向量计算空间相关矩阵。

在步骤403中，根据步骤402中得到的导频行向量

计算基本资源块的空间相关矩阵，按如下公式计算基本资源块的空间相关矩阵中元素：

$r_{i,j}^{n_{\mathrm{RB}}}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(i\right)}\×{\left(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(j\right)}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵中

的元素，表示第i个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号和第j个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号的互相关性；空间相关矩阵

其维数为M_R×M_R；

为第i个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第j个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，N_pilot为导频行向量的维数，i＝1,...,M_R；j=1,...,M_R；M_R为接收天线数；n_RB=1,...,N_RB，N_RB为基本资源块的数量。

步骤404，根据提取的基本资源块的导频向量和期望用户发射的导频信号计算导向矩阵。

在步骤404中，根据如下公式计算对应的期望接收数据流的导向矩阵中的元素：

$g_q^{n_{\mathrm{RB}},n}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(q\right)}\×{\left(d_n^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的第n个期望接收数据流的导向列向量

的第q个元素，表示第q个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号和第n个期望接收数据流的发射导频信号的互相关性，

为第q个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第n个期望接收数据流对应的期望用户发射的第n_RB个基本资源块的导频行向量，n=1，...N_D，q=1，...M_R，N_pilot为导频行向量的维数，M_R为接收天线数，N_D为期望接收数据流的数量。

步骤405，计算权值矩阵。

在步骤405中，根据公式

计算基本资源块的期望接收数据流的多天线合并的权值矩阵

其中，

的维数为M_R×N_D，

的元素

为第n_RB个基本资源块的第s个接收天线的第t路期望接收数据流对应的权值。s＝1，...M_R；t＝1，...，N_D。M_R为接收天线数，N_D为期望接收数据流的数量。为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵，其维数为M_R×M_R，通过步骤403中计算得到。

步骤406，对每个基本资源块上的接收数据进行加权合并得到每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据。

在步骤406中，对M_R路接收天线的第n_RB个基本资源块上的接收数据进行加权合并得到新的N_D路天线合并后的接收数据。每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据按如下公式计算基本资源块上的天线合并后的接收数据

的元素，

${\underset{\‾}{e}}_{n_{\mathrm{RB}},k}^{(m,l)}=\underset{p=1}{\overset{M_R}{\mathrm{\Σ}}}{\underset{\‾}{e}}_{n_{\mathrm{RB}}}^{(p,m,l)}\×{\left(w_{p,k}^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H$

的元素

为第k路期望接收数据流的第n_RB个基本资源块的第m个子载波和第l个符号所对应的时频单元上的天线合并后的接收数据；

为第p个接收天线的第n_RB个基本资源块的第m个子载波和第l个符号所对应的时频单元上的接收数据；为第n_RB个基本资源块的第p个天线接收的第k路期望接收数据流的权值；k＝1，...N_D；

p=1，...M_R；l=1，...N_symb；

为一个基本资源块中的包含的子载波数目，N_symb为一个基本资源块中的包含的OFDM符号数目。

步骤407，计算期望接收数据流的天线合并后的接收数据。

在步骤407，对每一个基本资源块的接收数据进行步骤402~步骤406的处理，最后得到每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据，

把每一路数据按照基本资源块在时频域的位置，排列计算得到的基本资源块上的天线合并后的接收数据，得到所述期望接收数据流的天线合并后的接收数据；即得到N_D路期望接收数据流的天线合并后的接收数据

在如图4所示的过程中，还完成了对共信道干扰的抑制。

本发明还公开了一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收装置，该装置包括：预处理模块501，数据合并模块502，后处理模块503；图5是本发明中一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收装置的结构示意图，如图5所述，其中，

预处理模块501，用于将接收天线接收的数据依次经过模/数转变、去除循环前缀CP操作、快速傅里叶变换，得到接收数据；将得到的接收数据发送给数据合并模块502；

数据合并模块502，用于接收预处理模块501发送的接收数据，提取接收数据的导频信号，根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算权值矩阵，根据权值矩阵和接收数据计算每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据；将得到的每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据发送给后处理模块503；

后处理模块503，用于接收数据合并模块502发送的天线合并后的接收数据，将每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据进行信道估计操作、频域均衡操作、解调解码操作，估计得到每个期望用户的发送数据。

在上述装置中，所述数据合并模块502，用于根据提取的导频信号和该导频信号的共轭计算空间相关矩阵，

用于根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算期望接收数据流的导向矩阵；

用于根据空间相关矩阵的逆矩阵和期望接收数据流的导向矩阵计算出权值矩阵。

图6是本发明中一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收装置的详细结构示意图，如图6所示，在上述装置中，所述装置还包括：

划分模块601，用于根据相干带宽和相干时间将接收数据划分为基本资源块集；

所述数据合并模块502具体包括：

导频提取子模块602，用于提取基本资源块集中每个基本资源块的导频信号；

空间相关矩阵计算子模块603，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；

导向矩阵计算子模块604，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发射的导频信号计算所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵；

权值矩阵计算子模块605，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆矩阵和所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵计算所述基本资源块的权值矩阵；

接收数据计算子模块606，具体用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的权值矩阵和该基本资源块上的接收数据计算出每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据，

对于每路期望接收数据流，按照基本资源块在时频域的位置，排列计算得到的基本资源块上的天线合并后的接收数据，得到所述期望接收数据流的天线合并后的接收数据。

综上所述，采用本发明提供的技术方案进行同信道干扰抑制时不需要任何同信道干扰用户的信道信息；不同的用户不同的数据流的空间相关矩阵相同，只需计算一次即可，这样可以大大的节省计算量；由于是以设定的基本资源块进行加权合并计算，所以计算量不大。在合并前不需要进行精确的信道估计，而合并后只需要对合并出的数据流进行信道估计，这样也会降低计算量。由于干扰合并不涉及信道估计，所以信道估计包含的误差不会传递到后续的检测和解调。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收方法，其特征在于，该方法包括：

将接收天线接收的数据依次经过模/数转变、去除循环前缀CP操作、快速傅里叶变换，得到接收数据；

提取接收数据的导频信号，根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算权值矩阵，根据权值矩阵和接收数据计算每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据；

将每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据进行信道估计操作、频域均衡操作、解调解码操作，得到每个期望用户的发送数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算权值矩阵包括：

根据提取的导频信号和该导频信号的共轭计算空间相关矩阵，根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算期望接收数据流的导向矩阵；

根据空间相关矩阵的逆矩阵和期望接收数据流的导向矩阵计算出权值矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述提取接收数据的导频信号前还包括：

根据相干带宽和相干时间将接收数据划分为基本资源块集；

所述提取接收数据的导频信号包括：

提取基本资源块集中每个基本资源块的导频信号；

所述根据提取的导频信号和该导频信号的共轭计算空间相关矩阵包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；

所述根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算期望接收数据流的导向矩阵包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发射的导频信号计算所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵；

所述根据空间相关矩阵的逆矩阵和期望接收数据流的导向矩阵计算出权值矩阵包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆矩阵和所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵计算所述基本资源块的权值矩阵；

所述根据权值矩阵和接收数据计算每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的权值矩阵和该基本资源块上的接收数据计算出每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据，

对于每路期望接收数据流，按照基本资源块在时频域的位置，排列计算得到的基本资源块上的天线合并后的接收数据，得到所述期望接收数据流的天线合并后的接收数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵包括：

按如下公式计算基本资源块的空间相关矩阵中元素，

$r_{i,j}^{n_{\mathrm{RB}}}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(i\right)}\×{\left(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(j\right)}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵中元素，表示第i个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号和第j个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号的互相关性，

为第i个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第j个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，N_pilot为导频行向量的维数，i＝1,...,M_R;j=1,...,M_R；M_R为接收天线数；n_RB=1,...,N_RB，N_RB为基本资源块的数量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发射的导频信号计算所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵具体包括：按如下公式计算基本资源块的导向矩阵中元素，

$g_q^{n_{\mathrm{RB}},n}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(q\right)}\×{\left(d_n^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的第n个期望接收数据流的导向列向量

的第q个元素，表示第q个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频信号和第n个期望接收数据流对应的期望用户发射的导频信号的互相关性，为第q个接收天线的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第n个期望接收数据流对应的期望用户发射的第n_RB个基本资源块的导频行向量，n=1，...N_D；q=1，...M_R；N_pilot为导频行向量的维数，M_R为接收天线数，N_D为期望接收数据流的数量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆矩阵和所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵计算出所述基本资源块的权值矩阵包括：按如下公式计算在基本资源块的权值矩阵，

$W^{n_{\mathrm{RB}}}={\left(R^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{-1}{G}^{n_{\mathrm{RB}}}$

其中，

的维数为M_R×N_D，

元素

s=1，...M_R；t＝1，...，N_D；为第n_RB个基本资源块的第s个接收天线的第t路期望接收数据流对应的权值；

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵，为第n_RB个基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵，N_D为期望接收数据流的数量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的权值矩阵和该基本资源块上的接收数据计算出每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据包括：

按如下公式计算基本资源块上的天线合并后的接收数据

的元素，

${\underset{\‾}{e}}_{n_{\mathrm{RB}},k}^{(m,l)}=\underset{p=1}{\overset{M_R}{\mathrm{\Σ}}}{\underset{\‾}{e}}_{n_{\mathrm{RB}}}^{(p,m,l)}\×{\left(w_{p,k}^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H$

表示第k路期望接收数据流的第n_RB个基本资源块上的天线合并后的接收数据，

为第k路期望接收数据流的第n_RB个基本资源块的第m个子载波和第l个符号所对应的时频单元上的天线合并后的接收数据，

为第p个接收天线的第n_RB个基本资源块的第m个子载波和第l个符号所对应的时频单元上的接收数据，

为第n_RB个基本资源块的第p个接收天线的第k路期望接收数据流的权值；k＝1，...N_D；

l=1，...N_symb；p=1，...M_R；为一个基本资源块中的包含的子载波数目，N_symb为一个基本资源块中的包含的OFDM符号数目。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

按所述公式计算基本资源块的空间相关矩阵的上三角中元素。

9.一种正交频分复用系统中多用户MIMO接收装置，其特征在于，该装置包括：

预处理模块，用于将接收天线接收的数据依次经过模/数转变、去除循环前缀CP操作、快速傅里叶变换，得到接收数据；将得到的接收数据发送给数据合并模块；

数据合并模块，用于接收预处理模块发送的接收数据，提取接收数据的导频信号，根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算权值矩阵，根据权值矩阵和接收数据计算每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据；将得到的每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据发送给后处理模块；

后处理模块，用于接收数据合并模块发送的天线合并后的接收数据，将每路期望接收数据流的天线合并后的接收数据进行信道估计操作、频域均衡操作、解调解码操作，得到每个期望用户的发送数据。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述数据合并模块，

用于根据提取的导频信号和该导频信号的共轭计算空间相关矩阵，

用于根据提取的导频信号和期望用户发射的导频信号计算期望接收数据流的导向矩阵；

用于根据空间相关矩阵的逆矩阵和期望接收数据流的导向矩阵计算出权值矩阵。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述装置还包括：

划分模块，用于根据相干带宽和相干时间将接收数据划分为基本资源块集；

所述数据合并模块具体包括：

导频提取子模块，用于提取基本资源块集中每个基本资源块的导频信号；

空间相关矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；

导向矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发射的导频信号计算所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵；

权值矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆矩阵和所述基本资源块的期望接收数据流的导向矩阵计算所述基本资源块的权值矩阵；

接收数据计算子模块，具体用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的权值矩阵和该基本资源块上的接收数据计算出每路期望接收数据流在该基本资源块上的天线合并后的接收数据；

对于每路期望接收数据流，按照基本资源块在时频域的位置，排列计算得到的基本资源块上的天线合并后的接收数据，得到所述期望接收数据流的天线合并后的接收数据。

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