CN102769510B - 联合非码本与码本的多用户预编码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线移动通信技术领域，公开了一种联合非码本与码本的多用户通信系统的预编码方法及装置，本发明充分利用TDD系统的信道互易性特性，通过对用户信道互易性的度量，将用户按照互易性程度进行分组，对互易性较好的用户使用基于非码本的预编码方式，对于互易性差的用户采用码本预编码方式，能够有效的提高基于码本的多用户MIMO预编码性能。

Description

联合非码本与码本的多用户预编码方法及装置

技术领域

本发明涉及无线移动通信技术领域，特别涉及一种联合非码本与码本的多用户预编码方法及装置。

背景技术

随着多天线技术研究的深入，MIMO系统已经得到广泛的应用，它可以对信道容量、链路可靠性和覆盖范围等带来诸多好处。随着多天线技术研究的深入，MIMO技术已从点对点的单用户MIMO技术扩展到了点对多点的多用户MIMO系统(MultipleUserMIMO，MU-MIMO)。MU-MIMO技术中，多天线分集增益可以有效降低系统误码率，多天线复用增益使多用户系统容量区域扩大。但是由于在利用空分多址(SpatialDivisionMultipleAccess，SDMA)技术在相同时间、频率资源上传送多个用户的信息，必然会引起各个用户间的干扰，导致系统的系统能下降。为消除MU-MIMO中的用户间干扰，通常在发送端采用预编码技术。目前3GPP协议R10版本中已经明确定义了基于码本的MU-MIMO技术。基于码本的预编码技术在发端通过接收端反馈的PMI(PrecodingMatrixIndicator)在发端的码本集合中选择最优的码子进行传输。发送端不需要知道它与各个用户之间的信道信息，减少了系统的反馈。但是基于码本的多用户预编码技术由于码本与信道信息并不匹配，所以用户间的干扰并不能得到很好的抑制，导致系统的性能下降。而基于非码本的预编码技术能够根据瞬时信道进行预编码的设计，能够有效的抑制用户间的干扰。但是它需要发送端已知与所有用户之间的信道信息。

在TDD系统中，由于上下行传输采用相同的频带，可以利用信道互易性来获得下行的信道信息。由于信道互易性的存在，可以在基站端通过估计上行的信道，来获得下行的信道信息。因此在TDD系统中基于非码本的预编码技术成为可能。但是由于信道估计的误差的存在以及信道的时变特性，导致上下行信道之间的互易性是不理想的，即通过互易性获得的信道与下行真实的信道之间是存在误差的。当信道互易性较好的时候，采用非码本的多用户预编码技术能够有效的抑制用户间的干扰，提高系统的性能，但是当信道互易性不好的时候，基于非码本的预编码方案的性能可能不如基于码本的方案。如何有效地利用信道互易性特性，来进行下行多用户预编码设计是亟待解决的关键问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何考虑在不同互易性状况下，进行联合非码本与码本的预编码方案设计。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种联合非码本与码本的多用户预编码方法，包括以下步骤：

S101：进行上行信道估计，获得t_p-τ₂和t_p时刻的基站与用户k之间的上行信道信息与k＝1,2,…,N,p＝1,2,…,P，N表示用户总数，P表示初始上行时刻的个数；

S102：根据步骤S101的上行信道估计结果，计算2个时刻的信道误差获得上下行信道互易性之间的误差的上界ε_k；

S103：利用t-τ₁时刻的上行信道信息进行对下行传输时刻t的用户调度及码本选择；

S104:根据步骤S102获得的上界ε_k对用户进行分组，分成互易性相对好的用户组Π与互易性相对差的用户组Φ，满足Π∪Φ＝{1,2…K}；

S105：对于互易性相对好的用户组Π使用基于信道互易性的非码本预编码方式获得Π中各用户的预编码矩阵F_i,i∈Π；对于互易性相对差的用户组Φ中的用户，采用基于码本的预编码方式获得Φ中各用户的预编码矩阵。

S106：根据步骤S105得到的各用户预编码矩阵对各个用户发送数据实施预编码操作。

优选地，步骤S102中获得上下行信道互易性之间的误差的上界ε_k的方式为:

计算 ${\mathrm{\ϵ}}_k=\underset{1,2,...,P}{max}\left|\right|{\mathrm{\Δ}}_{k,p}^{U-U}|{|}_F,$ 使得 $\left|\right|{\mathrm{\Δ}}_{k,p}^{U-U}|{|}_F\≤{\mathrm{\ϵ}}_k.$

优选地，步骤S103具体为：依照最小化所有用户MSE之和的准则从N个用户中调度出K个用户进行传输，并从码本集合C＝{W₁,W₂,…,W_M}中确定被调度出的用户k的最优码字其中为被调度出来的用户k的预编码矩阵，M为码本集合中总的码字的个数；获得调度后各个用户的MSE结果所有用户总的MSE结果为

优选地，步骤S103中，F表示K个用户的非码本预编码矩阵，MSE_k表示用户k的MSE，其为预编码矩阵F的函数。

优选地，步骤S104中分组的方法为：

计算各用户互易性门限，根据所述互易性门限对用户进行分组，将各用户互易性度量j∈[1,k]与门限进行比较，得到互易性相对好的用户组Π和互易性相对差的用户组为Φ；或者

依据所述用户在时刻t-τ₁的上行信道信息对K个用户进行基于信道互易性的非码本预编码设计，获得K个用户的非码本预编码矩阵F，根据非码本预编码矩阵F与码本预编码矩阵获得2^K种预编码方案 $F^s=\[F_1^s,F_2^s,...F_k^s,...F_K^s\],F_k^s\∈F$ 或 $F_k^s\∈F_{opt}^c,$ 从F和中选择每个用户的预编码矩阵，分别计算2^K种预编码方案的MSE结果，选择最小的MSE对应的预编码方案作为联合非码本与码本的总的预编码矩阵F^o；依据F^o确定用户k所属用户组。

本发明还提供了一种联合非码本与码本的多用户预编码装置，包括：

获取信道及互易性误差度量模块，用于获得基站与各用户之间的上行信道信息，并获得上下行信道互易性之间的误差的上界；

用户分组模块，用于将K个用户进行分组，依照所述上下行信道互易性之间的误差的上界，将K个用户分成互易性相对好的用户组Π与互易性相对差的用户组；

非码本预编码生成模块，用于生成用户组Π中的各用户的预编码矩阵F_i,i∈Π；

联合预编码生成模块，用于生成联合非码本与码本的总的预编码矩阵。

(三)有益效果

本发明对TDD互易性进行度量，考虑将互易性好的用户进行基于非码本的预编码优化，而互易性差的用户直接应用码本中的码字进行传输，采用互易性度量并用户分组的方式将非码本与码本传输方式联合起来，能够在现有协议规定基础上，充分利用TDD系统下的信道互易性特性，提高传统仅基于码本的多用户MIMO预编码技术的性能。

附图说明

图1是本发明实施例1的基于用户分组的联合非码本与码本的多用户通信系统的预编码方法的实施流程图；

图2是本发明实施例2的基于用户分组的联合非码本与码本的多用户通信系统的预编码方法的实施流程图；

图3是本发明在整个多用户传输过程中的位置示意图；

图4为本发明实施例的联合非码本与码本的多用户预编码生成装置结构示意图；

图5示出了在所有用户在相同的信道互易性误差情况下，基于本发明的预编码方法，基于码本的预编码方法和基于非码本的预编码方法的用户总的MSE随着信道互易性误差变化的性能比较曲线图；

图6示出了在用户有不同信道互易性误差情况下，基于本发明的预编码方法，基于码本的预编码方法和基于非码本的预编码方法的用户总的MSE的随着信道互易性误差变化的性能比较曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例1的基于用户分组的联合非码本与码本的多用户预编码矩阵的生成方法，结合附图说明如下：

如图1所示，该方法包括以下步骤：

S101：基站进行上行信道估计，获得t_p-τ₂和t_p时刻的基站与用户k(k＝1,2,…,N)之间的上行信道信息与其中可以采用的信道估计方法包括：最小二乘法、最小均方误差法和基于傅里叶变换的信道估计算法等；基站端存储所述信道矩阵与其中p＝1,2,…,P，表示P个初始上行时刻，N表示用户总数；

S102：根据步骤S101的信道估计结果，计算2个时刻的信道误差 ${\mathrm{\Δ}}_{k,p}^{U-U}=H_k^{UL}\left(t_p\right)-H_k^{UL}(t_p-{\mathrm{\τ}}_2),$ 统计获得ε_k，使得 $\left|\right|{\mathrm{\Δ}}_{k,p}^{U-U}|{|}_F\≤{\mathrm{\ϵ}}_k.$ 以ε_k作为上下行信道互易性之间的误差的上界。计算方法为

S103：间隔时间T进行一次用户调度及码本选择，其中，基站利用t-τ₁时刻上行信道信息完成对下行传输时刻t的用户调度及码本选择。依照最小化所有用户MSE(最小均方误差)之和的准则从N个用户中调度出K个用户进行传输，并从码本集合C＝{W₁,W₂,…,W_M}中确定被调度出的用户k(K＝1,2,…,K)的最优码字其中为被调度出来的用户k的预编码矩阵，M为码本集合中总的码字的个数；用户调度及选择准则如下：

$F_{opt}^c=\underset{F,k\∈\{1,2,...,k_a\}}{\mathrm{argmin}}\underset{k}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{MSE}}_k\left(F\right)$

其中F＝[F₁F₂…F_j…F_K]为调度出来的K个用户的总预编码矩阵。得到调度后各个用户的MSE结果为所有用户总的MSE结果为MSE_k表示用户k的MSE，其为预编码矩阵F的函数；

S104：基站根据各用户互易性误差ε_k的程度，对用户进行分组，分成互易性较好的用户组Π与互易性较差的用户组Φ，并且Π∪Φ＝{1,2…K}；所述用户分组包括如下步骤：

依据S103所述用户调度结果，计算各用户互易性门限，计算公式为：

${\mathrm{Th}}_j=\frac{{\mathrm{\μ}}_j-\left|\right|{\mathrm{\Γ}}_j\left(F_{opt}^c\right)|{|}_2^2-{\mathrm{\σ}}_j^2|\left|G_j\right|{|}_F^2}{\left|\right|{\mathrm{\Ψ}}_j\left(F_{opt}^c\right)|{|}_2^2}$

其中μ_j为S103所述调度出的用户j的MSE结果，j∈[1,k]，并且 ${\mathrm{\Γ}}_j\left(F_{opt}^c\right)=vec(G_j{H}_j^{UL}{F}_{opt}^c-Q_j),{\mathrm{\Ψ}}_j\left(F_{opt}^c\right)={\left(F_{opt}^c\right)}^T\⊗G_j,$ $G_j={\left(H_j^{UL}{F}_j^c\right)}^H{(H_j^{UL}{F}_j^c{\left(H_j^{UL}{F}_j^c\right)}^H+{\mathrm{\σ}}_n^{2}I)}^{-1},j\∈\mathrm{\Π},$ 为用户接收端的噪声功率，I表示对角线元素为1的单位阵。

根据用户互易性情况，对用户进行分组。将各用户互易性度量与门限Th_j进行比较，得到互易性较好的用户组Π，满足条件

$\mathrm{\Π}=\{j:{\mathrm{\ϵ}}_j^2\≤\frac{{\mathrm{\μ}}_j-\left|\right|{\mathrm{\Γ}}_j\left(F\right)|{|}_2^2-{\mathrm{\σ}}_j^2|\left|G_j\right|{|}_F^2}{\left|\right|{\mathrm{\Ψ}}_j\left(F\right)|{|}_2^2},j=1,...,K\}$

互易性较差的用户组为Φ，满足

$\mathrm{\Φ}=\{j:{\mathrm{\ϵ}}_j^2\≥\frac{{\mathrm{\μ}}_j-\left|\right|{\mathrm{\Γ}}_j\left(F\right)|{|}_2^2-{\mathrm{\σ}}_j^2|\left|G_j\right|{|}_F^2}{\left|\right|{\mathrm{\Ψ}}_j\left(F\right)|{|}_2^2},j=1,...,K\}$

S105：对于互易性相对好的用户组Π，根据所述互易性较好用户组Π中用户的ε_k及用户在时刻t-τ₁的上行信道信息(简写为)进行基于信道互易性的非码本预编码，以获得Π中各用户的预编码矩阵F_i,i∈Π；对于互易性相对差的用户组Φ中的用户，采用基于码本的预编码方式获得Φ中各用户的预编码矩阵，也就是使Φ中各用户的预编码矩阵保持S103中的为用户j的预编码矩阵，j∈Φ，Φ是k所属集合(K＝1,2,…,K)的一个子集。具体包括如下步骤：

第一步：初始化

i＝0，最大迭代次数I_max，迭代终止门限∈，初始预编码矩阵初始用户接收矩阵 $G_k={\left(H_k^{UL}{F}_k^c\right)}^H{(H_k^{UL}{F}_k^c{\left(H_k^{UL}{F}_k^c\right)}^H+{\mathrm{\σ}}_n^{2}I)}^{-1}$

第二步：循环执行，当i＞I_max或者是MSE_old-MSE_new≤∈时终止循环

i＝i+1，MSE_old←MSE_new

MSE_new为本次迭代优化得到的MSE结果，MSE_old为上次迭代优化的MSE结果，MSE_old的初值为0；

通过凸优化工具箱求解以下半正定规划(SemidifiniteProgramming，SDP)问题

$\underset{F,{\mathrm{\λ}}_1,...,{\mathrm{\λ}}_{K_i},{\mathrm{\τ}}_1,...,{\mathrm{\τ}}_{K_i}}{min}\underset{k=1,k\∈\mathrm{\Π}}{\overset{\left|\mathrm{\Π}\right|}{\Σ}}({\mathrm{\τ}}_k+{\mathrm{\σ}}_k^2|\left|F_k\right|{|}_F^2)$

$\begin{array}{cc}s.t.& \left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\τ}}_j-{\mathrm{\λ}}_j& {\mathrm{\Γ}}_j^H& 0\\ {\mathrm{\Γ}}_j& I& -{\mathrm{\ϵ}}_j{\mathrm{\Ψ}}_j\\ 0& -{\mathrm{\ϵ}}_j{\mathrm{\Ψ}}_j^H& {\mathrm{\λ}}_{j}I\end{array}\right]\end{array}\≥0,j=1,2,...\left|\mathrm{\Π}\right|$

$tr\left(F_j{F}_j^H\right)\≤P_j,j=1,2,...\left|\mathrm{\Π}\right|$

其中 ${\mathrm{\Γ}}_j=vec(G_j{H}_j^{UL}F-Q_j),{\mathrm{\Ψ}}_j=F^T\⊗G_j,{\mathrm{\δ}}_j=vec\left({\mathrm{\Δ}}_j^{U-D}\right),$ vec()表示矩阵向量化函数，表示Kronecker乘积。F＝[F₁F₂…F_j…F_|Π|]；|Π|表示集合Π中的总的元素的个数。

根据所述得到的F，依照最小均方误差(MMSE)准则更新用户k的接收矩阵G_k，具体计算方式为

$G_k={\left(H_k^{UL}{F}_k\right)}^H{(H_k^{UL}{F}_k{\left(H_k^{UL}{F}_k\right)}^H+{\mathrm{\σ}}_n^{2}I)}^{-1},k\∈\mathrm{\Π}$

完成迭代算法后，最终得到Π用户组中所有用户的预编码矩阵 $F_i^o(i\∈\mathrm{\Π})$

对于Φ中用户，每个用户的预编码矩阵设定为

S106：根据所述Π用户组和Φ中用户组中各用户的预编码矩阵，得到系统总的预编码矩阵 $F^o=\[F_1^o{F}_2^o...F_j^o...F_K^o\],$ 并实施预编码 $x=F^o{\[s_1^T{s}_2^T...s_K^T\]}^T,$ 其中s_k为用户k要传输的数据流；

本发明实施例2的基于用户分组的联合非码本与码本的多用户预编码矩阵的生成方法，结合附图说明如下：

如图2所示，该方法包括以下步骤：

S201：基站进行上行信道估计，获得t_p-τ₂和t_p时刻的基站与用户k(k＝1,2,…,N)之间的上行信道信息与其中可以采用的信道估计方法包括：最小二乘法、最小均方误差法和基于傅里叶变换的信道估计算法等；基站端存储所述信道矩阵与其中p＝1,2,…,P，表示P个初始上行时刻；

S202：根据所述信道估计结果，计算2个时刻的信道误差 ${\mathrm{\Δ}}_{k,p}^{U-U}=H_k^{UL}\left(t_p\right)-H_k^{UL}(t_p-{\mathrm{\τ}}_2),p=1,2,...,P,$ 统计获得ε_k，使得 $\left|\right|{\mathrm{\Δ}}_{k,p}^{U-U}|{|}_F\≤{\mathrm{\ϵ}}_k.$ 以ε_k作为上下行信道互易性之间的误差的上界。计算方法为 ${\mathrm{\ϵ}}_k=\underset{1,2,...,P}{max}\left|\right|{\mathrm{\Δ}}_{k,p}^{U-U}|{|}_F;$

S203：基站利用t-τ₁时刻上行信道信息完成对下行传输时刻t的用户调度及码本选择。依照最小所有用户MSE之和的准则从N个用户中调度出K个用户进行传输，并从码本集合C＝{W₁,W₂,…,W_M}中确定被调度出的用户k(K＝1,2,…,K)的最优码字其中为被调度出来的k用户的预编码矩阵，用户调度及选择准则如下：

$F_{opt}^c=\underset{F,k\∈\{1,2,...,k_a\}}{\mathrm{argmin}}\underset{k}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{MSE}}_k\left(F\right)$

其中F＝[F₁F₂…F_j…F_K]为调度出来的K个用户的总预编码矩阵，其中用户k的预编码矩阵F_k∈C，C＝{W₁,W₂,…,W_M}为码本集合。并且得到调度后各个用户的MSE的结果为所有用户总的S204：基站根据S201所述各用户互易性误差εk的程度及用户在时刻t-τ₁的上行信道信息(简写为)对所有传输的K个用户进行基于信道互易性的非码本预编码，具体包括如下步骤：

第一步：初始化

i＝0，最大迭代次数I_max，迭代终止门限∈，初始预编码矩阵初始用户接收矩阵 $G_k={\left(H_k^{UL}{F}_k^c\right)}^H{(H_k^{UL}{F}_k^c{\left(H_k^{UL}{F}_k^c\right)}^H+{\mathrm{\σ}}_n^{2}I)}^{-1},$ MSE_old＝0

第二步：循环执行，当i＞I_max或者是MSE_old-MSE_new≤∈时终止循环

i＝i+1，MSE_old←MSE_new

通过凸优化工具箱求解以下半正定规划(SemidifiniteProgramming，SDP)问题

$\underset{F,{\mathrm{\λ}}_1,...,{\mathrm{\λ}}_{K_i},{\mathrm{\τ}}_1,...,{\mathrm{\τ}}_{K_i}}{min}\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}({\mathrm{\τ}}_k+{\mathrm{\σ}}_k^2|\left|F_k\right|{|}_F^2)$

$\begin{array}{cc}s.t.& \left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\τ}}_j-{\mathrm{\λ}}_j& {\mathrm{\Γ}}_j^H& 0\\ {\mathrm{\Γ}}_j& I& -{\mathrm{\ϵ}}_j{\mathrm{\Ψ}}_j\\ 0& -{\mathrm{\ϵ}}_j{\mathrm{\Ψ}}_j^H& {\mathrm{\λ}}_{j}I\end{array}\right]\end{array}\≥0,j=1,2,...K$

$tr\left(F_j{F}_j^H\right)\≤P_j,j=1,2,...K$

其中 ${\mathrm{\Γ}}_j=vec(G_j{H}_j^{UL}F-Q_j),{\mathrm{\Ψ}}_j=F^T\⊗G_j,{\mathrm{\δ}}_j=vec\left({\mathrm{\Δ}}_j^{U-D}\right),$ vec(·)表示矩阵向量化函数，表示Kronecker乘积。F＝[F₁F₂…F_j…F_K]表示K个用户的整体非码本预编码矩阵。

根据所述得到的F，依照最小均方误差(MMSE)准则更新用户k的接收矩阵G_k，具体计算方式为

$G_k={\left(H_k^{UL}{F}_k\right)}^H{(H_k^{UL}{F}_k{\left(H_k^{UL}{F}_k\right)}^H+{\mathrm{\σ}}_n^{2}I)}^{-1},k\∈\mathrm{\Π}$ 完成迭代算法后，最终得到所有K个用户的非码本预编码矩阵F；

S205：根据所述K个用户的非码本预编码矩阵F与码本预编码矩阵获得2^K种预编码方案 $F^s=\[F_1^s,F_2^s,...F_k^s,...F_K^s\],F_k^s\∈F$ 或者 $F_k^s\∈F_{opt}^c,$ 对于每个用户的预编码矩阵可以从F和中选择。分别计算2^K种预编码方案的MSE性能，选择最小的MSE对应的预编码方案作为联合非码本与码本的总的预编码矩阵F^o；具体包括：

$MSE\left(F^s\right)=\underset{j=1}{\overset{K}{\Σ}}\left(\left|\right|G_j{H}_j^{UL}{F}^s-Q_j|{|}_F^2+{\mathrm{\σ}}_j^2|\left|G_j\right|{|}_F^2\right),where{Q}_j=\left[\begin{array}{ccc}{0}_{n_j\×\underset{k=1}{\overset{j-1}{\Σ}}{n}_k},& I_{n_j},& 0_{n_j\×\underset{k=j+1}{\overset{K}{\Σ}}{n}_k}\end{array}\right]$

$F^o=\underset{F^s}{\arg \min }MSE\left(F^s\right)$

依据确定用户k所属用户组。互易性较好的用户组Π，满足条件

$\mathrm{\Π}=\{j:F_j^o\∈F,j=1,...,K\}$

互易性较差的用户组为Φ，满足

$\mathrm{\Φ}=\{j:F_j^o\∈F_{opt}^c,j=1,...,K\}$

其中为用户k的最优预编码矩阵。

S206：根据所述得到系统总的预编码矩阵并实施预编码其中s_k为用户k要传输的数据流；

图3为本发明在整个多用户传输过程中的位置示意图，本发明位于系统发送端，为联合非码本与码本多用户预编码。

图4为本发明实施例的联合非码本与码本的多用户预编码生成装置结构示意图，该装置包括：包括获取信道及互易性误差度量模块S401，用户调度及码本选择模块S402，用户分组模块S403，非码本预编码生成模块S404，联合预编码生成模块S405。

其中所述获取信道及互易性误差度量模块S401，用于基站端获得基站与各用户之间的上行信道信息，并完成各用户互易性好坏程度的度量ε_k；其中，所述获取信道及互易性度量模块S401进一步包括：

上行信道估计模块S4011：用于对基站和所有用户间的上行信道进行信道估计，获得相邻2个上行时刻t_p与t_p-τ2的上行信道信息和 $H_k^{UL}(t_p-{\mathrm{\τ}}_2);$

互易性误差度量模块S4012：用于度量各个用户的互易性好坏，得到个用户互易性误差的度量因子ε_k；

其中用户调度及码本选择模块S402，用于从N个用户中调度出K个用户进行传输，并从码本集合中选择出K个用户的最优码字

所述用户分组模块S403，用于将所述K个传输用户进行分组，依照所述互易性误差的度量结果，将K个用户分成互易性较好组Π与互易性差组Φ；

所述非码本预编码生成模块S404，用于生成所述Π用户组中的用户的预编码矩阵

所述联合预编码生成模块S405，用于生成所有K个传输的用户的预编码矩阵。

图5与图6给出了在所有用户在相同的信道互易性误差和用户不同信道互易性误差的情况下，基于本发明的预编码方法实施例1与实施例2，基于码本的预编码方法和基于非码本的预编码方法的用户总的MSE随着信道互易性误差变化的性能比较曲线图；该系统有10个用户，每个用户有2根接收天线，并且每个用户发送2个数据流，每次从10个用户中调度出2个用户进行传输。由图5和图6可以看出，本发明中基于用户分组的联合码本与非码本的预编码方案的性能在信道互易性较好的时候明显优于基于码本的传输方案，而在互易性差的时候性能优于非码本的方案，并获得与码本方案相同的性能。表明本发明方案，能够有效地结合码本与非码本预编码的优势，获得优于仅使用码本方式的性能。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种联合非码本与码本的多用户预编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：进行上行信道估计，获得t_p-τ₂和t_p时刻的基站与用户k之间的上行信道信息与k＝1,2,…,N,p＝1,2,…,P，N表示用户总数，P表示初始上行时刻的个数；

S102：根据步骤S101的上行信道估计结果，计算2个时刻的信道误差获得上下行信道互易性之间的误差的上界ε_k；

S103：利用t-τ₁时刻的上行信道信息进行对下行传输时刻t的用户调度及码本选择；

S104:根据步骤S102获得的上界ε_k对用户进行分组，分成互易性相对好的用户组Π与互易性相对差的用户组Φ，满足Π∪Φ＝{1,2…K}；

S105：对于互易性相对好的用户组Π使用基于信道互易性的非码本预编码方式获得Π中各用户的预编码矩阵F_i,i∈Π；对于互易性相对差的用户组Φ中的用户，采用基于码本的预编码方式获得Φ中各用户的预编码矩阵；

S106：根据步骤S105得到的各用户预编码矩阵对各个用户发送数据实施预编码操作。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S102中获得上下行信道互易性之间的误差的上界ε_k的方式为:

计算 ${\mathrm{\ϵ}}_k=\underset{1,2,...,P}{max}\left|\right|{\mathrm{\Δ}}_{k,p}^{U-U}|{|}_F,$ 使得 $\left|\right|{\mathrm{\Δ}}_{k,p}^{U-U}|{|}_F\≤{\mathrm{\ϵ}}_k.$

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S103具体为：依照最小化所有用户MSE之和的准则从N个用户中调度出K个用户进行传输，并从码本集合C＝{W₁,W₂,…,W_M}中确定被调度出的用户k的最优码字 $F_{opt}^c=\left[\begin{array}{cccccc}{F}_1^c& F_2^c& ...& F_k^c& ...& F_K^c\end{array}\right],$ 其中为被调度出来的用户k的预编码矩阵，M为码本集合中总的码字的个数；获得调度后各个用户的MSE结果所有用户总的MSE结果为

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S103中，F＝[F₁F₂…F_j…F_K]表示K个用户的总预编码矩阵，MSE_k表示用户k的MSE，其为预编码矩阵F的函数。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤S104中分组的方法为：

计算各用户互易性门限，根据所述互易性门限对用户进行分组，将各用户互易性度量j∈[1,k]与门限进行比较，得到互易性相对好的用户组Π和互易性相对差的用户组为Φ；或者

依据所述用户在时刻t-τ₁的上行信道信息对K个用户进行基于信道互易性的非码本预编码设计，获得K个用户的非码本预编码矩阵F，根据非码本预编码矩阵F与码本预编码矩阵获得2^K种预编码方案或从F和中选择每个用户的预编码矩阵，分别计算2^K种预编码方案的MSE结果，选择最小的MSE对应的预编码方案作为联合非码本与码本的总的预编码矩阵F^o；依据F^o确定用户k所属用户组。

6.一种联合非码本与码本的多用户预编码装置，其特征在于，包括：

获取信道及互易性误差度量模块，用于获得基站与各用户之间的上行信道信息，并获得上下行信道互易性之间的误差的上界；

用户分组模块，用于将K个用户进行分组，依照所述上下行信道互易性之间的误差的上界，将K个用户分成互易性相对好的用户组Π与互易性相对差的用户组；

非码本预编码生成模块，用于生成用户组Π中的各用户的预编码矩阵F_i,i∈Π；

联合预编码生成模块，用于生成联合非码本与码本的总的预编码矩阵。