CN105187109B - 多天线广播系统的残留干扰消除方法及多天线广播系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多天线广播系统的残留干扰消除方法及多天线广播系统，已解决如何消减用户终端的残留多用户干扰的问题。N个用户终端中的第k个用户终端执行：接收第1个至第k‑1个用户终端中每一用户终端的译码信息以及来自基站的第一信息；计算相应用户终端对所述第k个用户终端的残留干扰；将残留干扰从所述第一信息中消除，并对消除残留干扰后的第一信息进行译码，得到所述第k个用户终端的译码信息。本发明消除第1个用户终端至第k‑1个用户终端对第k个用户终端的残留干扰，由于部分残留干扰得到了消除，因此减轻了由于严重的残留干扰带来的系统恶化，也使使得由于严重的残留干扰限制每个用户的可达速率问题得到缓解。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种多天线广播系统的残留干扰消除方法和一种多天线广播系统。
背景技术
相对于单天线技术，多天线技术在时间和频率两个可用维度之外还提供了可用的空间维度，这使其可以在相同时频资源块下带来了多种增益，包括空间分集增益、空间复用增益、阵列增益、干扰消除等。其中，分集增益是对抗无线信道衰落的强有力手段，复用增益在相同的时频资源条件下可以为系统容量带来线性的增长，阵列增益有利于提升信噪比、对抗衰落和干扰等，从而提升无线网络的覆盖范围和性能。研究表明，多天线技术可以显著提升通信系统的性能，因此多天线技术在多种通信标准比如IEEE802.11、IEEE802.16中广泛采用。
在实际的通信系统中，基站等接入点可以装配多个天线。然而受制于体积等因素，移动终端通常只能配备单天线。在典型的下行传输过程中，多天线基站通过波束成形技术，将多个用户的信号正交化，同时服务多个单天线移动用户，即多天线广播系统模型，如图1所示。要想完美的将发送至各个用户的信号正交化，使得每个用户的接收信号无干扰，基站需要获得准确的信道状态信息(Channel State Information，简称CSI)。在实际的通信系统中，尤其是频分双工系统，移动终端通过反馈信道将估计得到的信道状态信息反馈给基站，基站根据反馈来的信道状态信息进行波束形成，将多个用户的信号区分开，达到同时服务多个用户的目的。
然而，由于反馈信道的速率通常严重受限，基站接收到的信道状态信息存在偏差，进而使得波束成形向量也存在偏差，从而无法完美的将多个用户的信号正交化，使得移动终端的接收信号面临着严重的残留多用户干扰，而且每一个移动终端从基站接收到的信息中包含其他各个移动终端对该移动终端的残留干扰。这使得系统性能严重恶化。尤其是在给定反馈比特数的情况下，残留多用户干扰使得每个用户的可达速率受限，无法随信噪比持续增长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何消减用户终端的残留多用户干扰。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种多天线广播系统的残留干扰消除方法。所述多天线广播系统包括N个用户终端，所述N个用户终端中的第k个用户终端执行：
S1、接收第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端的译码信息以及来自基站的第一信息；
S2、根据每一用户终端的译码信息计算相应用户终端对所述第k个用户终端的残留干扰；
S3、将所述第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端对所述第k个用户终端的残留干扰从所述第一信息中消除，并对消除残留干扰后的第一信息进行译码，得到所述第k个用户终端的译码信息；
其中，第1个用户终端的译码信息由所述第1个用户终端对其接收到基站的第一信息进行译码得到，其中1<k≤N。
进一步地，所述步骤S2包括：
计算所述相应用户终端的波束成形向量；
根据所述相应用户终端的译码信息、所述相应用户终端的波束成形向量和第k个用户终端的信道向量计算所述相应用户终端对第k个用户终端的残留干扰。
进一步地，第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端对第k个用户终端的残留干扰为：
其中，dk-j为第j个用户终端给第k个用户终端带来的残留干扰，为第k个用户终端的信道向量，uj为第j个用户终端的波束成形向量，sj为第j个用户终端的译码信息。
进一步地，在对第k个用户终端消除残留干扰后的第一信息进行译码的过程中，将第k+1个用户终端至第N个用户终端中每一用户终端对第k个用户终端的残留干扰作为噪声。
进一步地，第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端通过协作链路将其译码信息发送至第j+1个用户终端至第N个用户终端中的每一用户终端上。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种多天线广播系统，该系统包括：
接收模块，用于接收第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端的译码信息以及来自基站的第一信息；
干扰计算模块，用于根据每一用户终端的译码信息计算相应用户终端对所述第k个用户终端的残留干扰；
干扰消除模块，用于将所述第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端对所述第k个用户终端的残留干扰从所述第一信息中消除；
译码模块，用于对第k个用户终端的消除残留干扰后的第一信息进行译码，得到所述第k个用户终端的译码信息；
其中，第1个用户终端的译码信息由所述第1个用户终端对其接收到基站的第一信息进行译码得到，其中1<k≤N。
进一步地，所述干扰计算模块包括：
波束成形向量计算单元，用于计算所述相应用户终端的波束成形向量；
干扰计算单元，用于根据所述相应用户终端的译码信息、所述相应用户终端的波束成形向量和第k个用户终端的信道向量计算所述相应用户终端对第k个用户终端的残留干扰。
进一步地，所述干扰计算单元通过下式计算第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端对第k个用户终端的残留干扰：
其中，dk-j为第j个用户终端给第k个用户终端带来的残留干扰，为第k个用户终端的信道向量，uj为第j个用户终端的波束成形向量，sj为第j个用户终端的译码信息。
进一步地，所述译码模块在进行译码的过程中，将第k+1个用户终端至第N个用户终端中每一用户终端对第k个用户终端的残留干扰作为噪声。
进一步地，第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端通过协作链路将其译码信息发送至第j+1个用户终端至第N个用户终端中的每一用户终端上。
本发明消除第1个用户终端至第k-1个用户终端对第k个用户终端的残留干扰，由于部分残留干扰得到了消除，因此减轻了由于严重的残留干扰带来的系统恶化，也使使得由于严重的残留干扰限制每个用户的可达速率问题得到缓解。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了现有技术中给定反馈比特数的多天线广播系统模型；
图2示出了根据本发明一个实施例的多天线广播系统的残留干扰消除方法的示意流程图；
图3示出了根据本发明一个实施例的多天线广播系统的残留干扰消除方法的译码信息发送示意图；
图4示出了根据本发明一个实施例的用户终端的示意框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
由于本发明涉及到各个用户终端之间的通信，因此本发明适于各用户终端之间存在协作链路的情况。
如图2所示，本发明提供一种多天线广播系统的残留干扰消除方法，多天线广播系统包括N个用户终端，N个用户终端中的第k个用户终端执行：
S1、接收第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端的译码信息以及来自基站的第一信息；
S2、根据每一用户终端的译码信息计算相应用户终端对第k个用户终端的残留干扰；
S3、将第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端对第k个用户终端的残留干扰从第一信息中消除，并对消除残留干扰后的第一信息进行译码，得到第k个用户终端的译码信息；
其中，第1个用户终端的译码信息是第1个用户终端对其接收到基站的第一信息进行译码得到的，其中1<k≤N。
上述技术方案中“来自基站的第一信息”是指基站将欲发送至各用户终端的信息正交化后发送至相应用户终端的信息，由于现有基站接收到的信道状态信息存在偏差，进而波束成形向量存在偏差，因此每个用户终端接收到的第一信息中存在其他各个用户终端对该用户终端的残留多用户干扰。
从上述技术方案得知，第1个用户终端的译码信息是对其来自基站的第一信息进行译码得到的，第2个用户终端至第N个用户终端中的每一用户终端的译码信息是对相应用户终端的第一信息进行干扰消除后进行译码得到的。
第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端对第k个用户终端的残留干扰是根据相应用户终端的译码信息计算得到的，而该相应用户终端(对于非第1个用户终端)的译码信息又是对其消除干扰后的第一信息译码得到的，因此第2个用户终端至第N个用户终端的残留干扰是逐次消除的。
在未消减干扰之前，每一个用户终端从基站接收到的第一信息中包含其他N-1个用户终端对该用户终端的残留干扰。虽然本发明只能消除第1个用户终端至第k-1个用户终端对第k个用户终端的残留干扰，但由于部分残留干扰得到了消除，因此减轻了由于严重的残留干扰带来的系统恶化，也使使得由于严重的残留干扰限制每个用户的可达速率问题得到缓解。
进一步地，根据每一用户终端的译码信息计算相应用户终端对第k个用户终端的残留干扰，包括：
计算相应用户终端的波束成形向量；
根据相应用户终端的译码信息、相应用户终端的波束成形向量和第k个用户终端的信道向量计算相应用户终端对第k个用户终端的残留干扰。
其中，有多种方式计算得到波束成形向量，其中一种方式是：每一用户终端都维护着一个与基站相同的量化码本，也就是说，每一个用户终端都有其他N-1个用户终端的量化码本。第j个用户终端将其信道实现的B个量化比特反馈至基站的同时，也通过协作链路广播给其他用户终端。然后，每个用户终端可以根据量化码本和量化比特得到第j个用户终端的量化信道实现数据，根据该量化信道实现数据以及波束成形准则得到第j个用户终端的波束成形向量，其中1≤j≤k-1。
进一步地，第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端对第k个用户终端的残留干扰是通过下式计算的：
其中，dk-j为第j个用户终端给第k个用户终端带来的残留干扰，为第k个用户终端的信道向量，uj为第j个用户终端的波束成形向量，sj为第j个用户终端的译码信息。
在k个用户终端接收到来自基站的第一信息可表示为：
其中，nk为噪声，为其他各个用户终端对第k个用户终端的残留干扰。
对第k个用户终端进行干扰消除后的第一信息可表示为：
可见，将第1个用户终端至第k-1个用户终端对第k个用户终端的残留干扰已经消除，对该消除干扰后的第一信息进行译码，实质就是去噪的过程。在译码过程中，将第k+1个用户终端至第N个用户终端中每一用户终端对第k个用户终端的残留干扰看作噪声。看作噪声的残留干扰连同噪声nk一起被去除。
根据消除干扰后的第一信息的表达式可以得到信噪比为：
其中，M为天线的数目，P为发送功率，SINRk为信噪比。
本发明不仅减少了残留干扰的项数，还扩展可波束成形向量的选择空间，在现有技术中，uk要与至及至中的任意一个，在本发明中，uk只要与至中的任意一个正交即可，因此带来了更好的波束成形性能。
进一步地，第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端通过协作链路将其译码信息发送至第j+1个用户终端至第N个用户终端中的每一用户终端上。即每一用户终端将其译码信息通过协作链路发送至编号大于该用户终端的每一用户终端上。
如图3所示，下面以用户终端的数目N＝4为例对上述技术方案进行说明，应当可以理解，该实例并不限定以上方案的范围。
1、第1个用户终端将自己的译码信息s1发送给第2个、第3个和第4个用户终端。
2、对于第2个用户终端，接收到第1个用户终端的译码信息s1，并计算第1个用户终端的波束成形向量u1。利用译码信息s1、波束成形向量u1和第2个用户终端的信道向量计算第1个用户终端给第2个用户终端带来的残留干扰d2-1。对第2个用户终端接收到基站发来的信息进行干扰消除，消除掉第1个用户终端带来的残留干扰d2-1。将消除掉残留干扰的信息进行译码，得到译码信息s2，在译码过程中，将第3个和第4个用户带来的残留干扰看作噪声。最后将译码信息s2转发给第3个、第4个用户终端。
3、对于第3个用户终端，接收到译码信息s1和s2，计算第1个用户终端的波束成形向量u1和第2个用户终端的波束成形向量u2。利用译码信息s1、波束成形向量u1和第3个用户终端的信道向量计算第1个用户终端给第3个用户终端带来的残留干扰d3-1。利用译码信息s2、波束成形向量u2和第3个用户终端的信道向量计算第2个用户终端给第3个用户终端带来的残留干扰d3-2。对第3个用户终端接收到基站发来的信息进行干扰消除，消除掉第1个用户终端带来的残留干扰d3-1和第2个用户终端带来的残留干扰d3-2。将消除掉残留干扰的信息进行译码，得到译码信息s3，在译码过程中，将第4个用户带来的残留干扰看作噪声。最后将译码信息s3转发给第4个用户终端。
4、对于第4个用户终端，接收到译码信息s1s2和s3，计算第1个用户终端的波束成形向量u1、第2个用户终端的波束成形向量u2和第3个用户终端的波束成形向量u3，然后按照上述方法分别计算第1个、第2个和第3个用户终端给第4个用户终端带来的残留干扰，并将上述3个用户终端带来的残留干扰从对第4个用户终端接收到基站发来的信息中消除。
相应于上述消除方法，本发明还提供了一种多天线广播系统。如图4所示，该系统包括N个用户终端100，第k个用户终端100包括：
接收模块101，用于接收第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端的译码信息以及来自基站的第一信息；
干扰计算模块102，用于根据每一用户终端的译码信息计算相应用户终端对第k个用户终端的残留干扰；
干扰消除模块103，用于将第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端对第k个用户终端的残留干扰从第一信息中消除；
译码模块104，用于对第k个用户终端的消除残留干扰后的第一信息进行译码，得到第k个用户终端的译码信息；
其中，第1个用户终端的译码信息是第1个用户终端对其接收到基站的第一信息进行译码得到的，其中1<k≤N。
进一步地，干扰计算模块102包括：
波束成形向量计算单元1021，用于计算相应用户终端的波束成形向量；
干扰计算单元1022，用于根据相应用户终端的译码信息、相应用户终端的波束成形向量和第k个用户终端的信道向量计算相应用户终端对第k个用户终端的残留干扰。
进一步地，干扰计算单元1022通过下式计算第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端对第k个用户终端的残留干扰：
其中，dk-j为第j个用户终端给第k个用户终端带来的残留干扰，为第k个用户终端的信道向量，uj为第j个用户终端的波束成形向量，sj为第j个用户终端的译码信息。
进一步地，译码模块104在进行译码的过程中，将第k+1个用户终端至第N个用户终端中每一用户终端对第k个用户终端的残留干扰看作噪声。
进一步地，第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端通过协作链路将其译码信息发送至第j+1个用户终端至第N个用户终端中的每一用户终端上。
可见该多天线广播系统的技术方案与上述消除方法的技术方案相对应，因此多天线广播系统具有与消除方法的技术方案相同的技术效果，各部分具体内容的解释和说明请参考上述消除方法的相应部分，再此不再赘述。
综上，本发明提供的消除方法和多天线广播系统具有的优点简述如下：
(1)本发明减少了残留用户干扰的项数，带来了复用增益和功率增益的显著增加，大大改善了用户终端的可达速率；
(2)扩大了波束成形向量的选择空间；
(3)该方法实现容易、射频功耗低，特别适合电池供电的移动手持终端。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，考虑到现有技术中残留多用干扰带来的问题。通过本发明的技术方案，能够减少残留多用干扰，从而减少其带来的各种问题。
在本发明中，术语“第一”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (8)
1.一种多天线广播系统的残留干扰消除方法，其特征在于，所述多天线广播系统包括N个用户终端，所述N个用户终端中的第k个用户终端执行：
S1、接收第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端的译码信息以及来自基站的第一信息；
S2、根据每一用户终端的译码信息计算相应用户终端对所述第k个用户终端的残留干扰；
S3、将所述第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端对所述第k个用户终端的残留干扰从所述第一信息中消除，并对消除残留干扰后的第一信息进行译码，得到所述第k个用户终端的译码信息；
其中，第1个用户终端的译码信息由所述第1个用户终端对其接收到基站的第一信息进行译码得到，其中1＜k≤N；
所述步骤S2包括：
计算所述相应用户终端的波束成形向量；
根据所述相应用户终端的译码信息、所述相应用户终端的波束成形向量和第k个用户终端的信道向量计算所述相应用户终端对第k个用户终端的残留干扰；
计算所述相应用户终端的波束成形向量包括：
在第j个用户终端将其信道实现的B个量化比特反馈至基站的同时，通过协作链路将所述B个量化比特广播给其他用户终端；
根据每个用户终端的量化码本和所述B个量化比特，得到所述第j个用户终端的量化信道实现数据；其中，每个用户终端均维护一个与所述基站相同的量化码本；
根据所述量化信道实现数据以及波束成形准则，得到所述第j个用户终端的波束成形向量，其中，1≤j≤k-1。
2.根据权利要求1所述的消除方法，其特征在于，第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端对第k个用户终端的残留干扰为：
其中，dk-j为第j个用户终端给第k个用户终端带来的残留干扰，为第k个用户终端的信道向量，uj为第j个用户终端的波束成形向量，sj为第j个用户终端的译码信息。
3.根据权利要求1所述的消除方法，其特征在于，在对第k个用户终端消除残留干扰后的第一信息进行译码的过程中，将第k+1个用户终端至第N个用户终端中每一用户终端对第k个用户终端的残留干扰作为噪声。
4.根据权利要求1所述的消除方法，其特征在于，第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端通过协作链路将其译码信息发送至第j+1个用户终端至第N个用户终端中的每一用户终端上。
5.一种多天线广播系统，其特征在于，包括N个用户终端，所述N个用户终端中的第k个用户终端包括：
接收模块，用于接收第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端的译码信息以及来自基站的第一信息；
干扰计算模块，用于根据每一用户终端的译码信息计算相应用户终端对所述第k个用户终端的残留干扰；
干扰消除模块，用于将所述第1个用户终端至第k-1个用户终端中每一用户终端对所述第k个用户终端的残留干扰从所述第一信息中消除；
译码模块，用于对第k个用户终端的消除残留干扰后的第一信息进行译码，得到所述第k个用户终端的译码信息；
其中，第1个用户终端的译码信息是所述第1个用户终端对其接收到基站的第一信息进行译码得到的，其中1＜k≤N；
所述干扰计算模块包括：
波束成形向量计算单元，用于计算所述相应用户终端的波束成形向量；
干扰计算单元，用于根据所述相应用户终端的译码信息、所述相应用户终端的波束成形向量和第k个用户终端的信道向量计算所述相应用户终端对第k个用户终端的残留干扰；
所述波束成形向量计算单元包括：
反馈及广播子单元，用于在第j个用户终端将其信道实现的B个量化比特反馈至基站的同时，通过协作链路将所述B个量化比特广播给其他用户终端；
量化信道实现数据获取子单元，用于根据每个用户终端的量化码本和所述B个量化比特，得到所述第j个用户终端的量化信道实现数据；其中，每个用户终端均维护一个与所述基站相同的量化码本；
波束成形向量获取子单元，用于根据所述量化信道实现数据以及波束成形准则，得到所述第j个用户终端的波束成形向量，其中，1≤j≤k-1。
6.根据权利要求5所述的多天线广播系统，其特征在于，所述干扰计算单元通过下式计算第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端对第k个用户终端的残留干扰：
其中，dk-j为第j个用户终端给第k个用户终端带来的残留干扰，为第k个用户终端的信道向量，uj为第j个用户终端的波束成形向量，sj为第j个用户终端的译码信息。
7.根据权利要求5所述的多天线广播系统，其特征在于，所述译码模块在进行译码的过程中，将第k+1个用户终端至第N个用户终端中每一用户终端对第k个用户终端的残留干扰作为噪声。
8.根据权利要求5所述的多天线广播系统，其特征在于，第1个用户终端至第k-1个用户终端中第j个用户终端通过协作链路将其译码信息发送至第j+1个用户终端至第N个用户终端中的每一用户终端上。
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| CN101904109A (zh) * | 2007-12-19 | 2010-12-01 | 高通股份有限公司 | Mimo系统中的波束成形 |
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2015
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Patent Citations (1)
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