CN102983934B - 多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法及装置，涉及通络技术领域，可以降低计算复杂度，提高系统效率，并且采用线性预编码技术，对于不完善的CSI的鲁棒性较强。本发明实施例提供的方案通过根据系统的信道信息确定第一矩阵，并根据所述第一矩阵获取等效信道矩阵，将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，再根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，获得预编码矩阵，使得至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡。本发明实施例提供的方案适于MU？MIMO系统下行信道和上行信道的传输信号时，在基站侧对信号进行线性预编码时采用。

Description

多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法及装置

技术领域

本发明涉及通络技术领域，尤其涉及一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法及装置。

背景技术

在蜂窝网络中，通过上行信道多个用户可以同时同频发送信息给基站，此时基站可以采用MUD(MultipleUserDetection，多用户检测)技术来分离不同用户的信号；通过下行信道基站可以同时发送信号给用户，在每个用户接受的信号中，有一部分是其他用户信号带来的MUI(Multi-UserInterference，多用户干扰)。为了消除多用户间的干扰，而又考虑到用户低功耗、低复杂度、低成本的要求，通常在基站侧消除MUI。

现有技术中，采用BD-GMD(BlockDiagonalGeometricMeanDecomposition，块对角几何平均分解)技术进行单载波下行信道的MUMIMO(Multi-UserMultiple-InputMultiple-Output，多用户多输入多输出)传输。BD-GMD为一种矩阵分解方法，首先将所有终端用户的等效信道进行分解，可以分解为三个矩阵，分别为一个是块对角矩阵，一个下三角矩阵(该下三角矩阵中每个用户的对角线元素是相等的)，一个列正交的矩阵；然后采用递归的方式扩展GMD(GeometricMeanDecomposition，几何平均分解)算法，使得BD-GMD技术能够应用到MUMIMO系统中。

然而，采用BD-GMD技术建立MUMIMO通信时，递归方式的计算复杂度较高，在实际的信号传输中会耗费大量的信令开销，使得系统效率降低，并且BD-GMD技术与非线性的预编码技术联合使用，受不完善的CSI的影响较大。

发明内容

本发明的实施例提供一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法及装置，可以降低计算复杂度，提高系统效率，并且采用线性预编码技术，提高系统的鲁棒性。

本发明的实施例采用如下技术方案：

一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法，包括：

根据系统的信道信息确定第一矩阵，所述第一矩阵用于消除或抑制多用户间干扰；

根据所述第一矩阵，获取等效信道矩阵，所述等效信道矩阵用于表示所述系统的尽兴干扰消除后的信道信息；

将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等，所述第二矩阵用于优化系统性能；

根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，获得预编码矩阵，使得至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡。

一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置，包括：

确定单元，用于根据系统的信道信息确定第一矩阵，所述第一矩阵用于消除或抑制多用户间干扰；

第一获取单元，用于根据所述第一矩阵，获取等效信道矩阵，所述等效信道矩阵用于表示所述系统的尽兴干扰消除后的信道信息；

计算单元，用于将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等，所述第二矩阵用于优化系统性能；

第二获取单元，用于根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，获得预编码矩阵，使得至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡。

本发明实施例提供的一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法及装置，通过根据系统的信道信息确定第一矩阵，并根据所述第一矩阵获取等效信道矩阵，将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，再根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，获得预编码矩阵。与现有技术中采用BD-GMD技术建立MUMIMO通信时，递归方式的计算复杂度较高，并且BD-GMD技术与非线性的预编码技术联合使用，受不完善的CSI的影响较大相比，本发明实施例提供的方案可以降低计算复杂度，并且采用线性预编码技术，提供系统的鲁棒性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法的流程图；

图2为本发明实施例1提供的一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置的框图；

图3为本发明实施例2提供的一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法的流程图；

图4为本发明实施例2提供的MUMIMO下行系统模型示意图；

图5为本发明实施例2提供的一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置的框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例提供一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101，根据系统的信道信息确定第一矩阵，所述第一矩阵用于消除或抑制多用户间干扰；

具体地，根据系统的信道信息通过采用线性闭环预编码技术，确定第一矩阵。

步骤102，根据所述第一矩阵，获取等效信道矩阵，所述等效信道矩阵用于表示所述系统的尽兴干扰消除后的信道信息；

步骤103，将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等，所述第二矩阵用于优化系统性能；

具体地，可以为通过以下两种方式计算第二矩阵：

方式一：根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_i；其中，H_eq，i为所述第i个用户的等效信道矩阵，Q_i为列正交矩阵，R_i为上三角矩阵，P_i为块对角矩阵，并且Q^HQ＝P^HP＝I_L，L为信道矩阵H的秩，I为单位矩阵；F_i为第i个用户的所述第二矩阵；

根据获得所述F_i的方法，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵。

方式二：基于预设矩阵，计算功率分配矩阵，所述预设矩阵中每个用户对应的矩阵块的对角线元素分别为所述R_i中的对角线元素；

基于预设对角矩阵，根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_iG；其中，所述预设对角矩阵的对角线元素与R_i的对角线元素相同，G为所述功率分配矩阵；

根据获得所述F_i的方法，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵。

步骤104，根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，获得预编码矩阵，使得至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡。

进一步地，根据F＝βF_aF_b获得预编码矩阵；其中，所述F为所述预编码矩阵；β为功率控制因子，F_a为所述第一矩阵，F_b为所述第二矩阵。

本发明实施例提供的一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法，通过根据系统的信道信息确定第一矩阵，并根据所述第一矩阵获取等效信道矩阵，将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，再根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，获得预编码矩阵。与现有技术中采用BD-GMD技术建立MUMIMO通信时，递归方式的计算复杂度较高，并且BD-GMD技术与非线性的预编码技术联合使用，受不完善的CSI的影响较大相比，本发明实施例提供的方案可以降低计算复杂度，并且采用线性预编码技术，提供系统的鲁棒性。

本发明实施例提供一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置，该装置具体可以为基站，如图2所示，该装置包括：确定单元201，第一获取单元202，计算单元203，第二获取单元204。

确定单元201，用于根据系统的信道信息确定第一矩阵，所述第一矩阵用于消除或抑制多用户间干扰；

所述确定单元201具体用于根据系统的信道信息通过采用线性闭环预编码技术，确定第一矩阵。

第一获取单元202，用于根据所述第一矩阵，获取等效信道矩阵，所述等效信道矩阵用于表示所述系统的尽兴干扰消除后的信道信息；

计算单元203，用于将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等，所述第二矩阵用于优化系统性能；

所述计算单元203中的第一计算模块，用于根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_i；其中，H_eq，i为所述第i个用户的等效信道矩阵，Q_i为列正交矩阵，R_i为上三角矩阵，P_i为块对角矩阵，并且Q^HQ＝P^HP＝I_L，L为信道矩阵H的秩，I为单位矩阵；F_i为第i个用户的所述第二矩阵；

所述第一计算模块还用于，根据获得所述F_i的方法，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵。

所述计算单元203中的第二计算模块，用于基于预设矩阵，计算功率分配矩阵，所述预设矩阵中每个用户对应的矩阵块的对角线元素分别为所述R_i中的对角线元素；

第三计算模块，用于基于预设对角矩阵，根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_iG；其中，所述预设对角矩阵的对角线元素与R_i的对角线元素相同，G为所述功率分配矩阵；

所述第三计算模块还用于，根据获得所述F_i的方法，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵。

第二获取单元204，用于根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，获得预编码矩阵，使得至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡。

所述第二获取单元具体用于：根据F＝βF_aF_b获得预编码矩阵；其中，所述F为所述预编码矩阵；β为功率控制因子，F_a为所述第一矩阵，F_b为所述第二矩阵。

本发明实施例提供的一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置，通过确定单元根据系统的信道信息确定第一矩阵，并根据所述第一矩阵第一获取单元获取等效信道，将所述等效信道矩阵进行分解，计算单元计算得出第二矩阵，再根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，第二获取单元获得预编码矩阵。与现有技术中采用BD-GMD技术建立MUMIMO通信时，递归方式的计算复杂度较高，并且BD-GMD技术与非线性的预编码技术联合使用，受不完善的CSI的影响较大相比，本发明实施例提供的方案可以降低计算复杂度，并且采用线性预编码技术，提供系统的CSI的鲁棒性。

实施例2

本发明实施例提供一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法，如图3所示，该方法包括：

步骤301，基站根据系统的信道信息确定第一矩阵，所述第一矩阵用于消除或抑制多用户间干扰；

需要说明的是，MUMIMO下行系统模型如图4所示，MUMIMO下行系统包括基站侧和用户侧，首先，基站侧装有M_T个发射天线，K个用户，每个用户有个接收天线，其中，i＝1，2，...，K.第i个用户的发送信号定义为r_i维的向量x_i，其中，r_i是发送给第i个用户的数据流的个数.K个向量可以表示为

$x={\left[\begin{array}{cccc}{x}_1^T& x_2^T& \·\·\·& x_K^T\end{array}\right]}^T,$ 其中，

联合预编码矩阵可以表示为F＝[F₁F₂…F_K]，其中，表示第i个用户的预编码矩阵。

假设在OFDM(OrthogonalFrequency-DivisionMultiplexing，正交频率复用)传输的前提下，在给定频率给定时间下，第i个用户的信道矩阵表示为H_i，则K个用户的联合信道矩阵表示如下：

$H={\left[\begin{array}{cccc}{H}_1^T& H_2^T& \·\·\·& H_K^T\end{array}\right]}^T,$

在用户端，针对接收到的信号，应用解码矩阵，其中，联合块对角化解码矩阵可以表示为：

因此，联合接收向量可以表示为

y＝D·(H·F·x+n)；其中 $y={\left[\begin{array}{cccc}{y}_1^T& y_2^T& \·\·\·& y_K^T\end{array}\right]}^T,$ y_i表示第i个用户的接收向量， $n={\left[\begin{array}{cccc}{n}_1^T& n_2^T& \·\·\·& n_K^T\end{array}\right]}^T,$ n是接收天线上的零均值加性高斯白噪声。

进一步地，基站根据系统的信道信息通过采用线性闭环预编码技术，确定第一矩阵；具体地，可以采用现有技术中的线性闭环预编码技术进行计算，具体描述如下：

方式一：定义除第i个用户信道之外的其他用户的联合信道矩阵 ${\tilde{H}}_i={\left[\begin{array}{cc}{H}_1^T\·\·\·H_{i-1}^T& H_{i+1}^T\·\·\·H_K^T\end{array}\right]}^T,$ 根据多用户之间的零干扰限制会使得第i个用户的预编码矩阵位于所述矩阵的零陷空间内，这里零陷空间可以为正交空间。

因此，通过采用SVD(Singularvaluedecomposition，奇异值分解)技术，基于MUI(Multi-UserInterference，多用户干扰)消除或者抑制，即j≠i，j，i＝1，2，…k，将秩为的分解成如下形式： ${\tilde{H}}_i={\tilde{U}}_i{\widetilde{\mathrm{\Σ}}}_i{\left[\begin{array}{cc}{\tilde{V}}_i^{\left(1\right)}& {\tilde{V}}_i^{\left(0\right)}\end{array}\right]}^H,$ 从而可以获得

其中表示的是前个右奇异值向量(rightsingularvectors)，表示的是后个右奇异值向量，这些右奇异值向量组成的是的左零陷空间leftnullspace的正交基，为第i个用户的第一矩阵；

根据获得的方法，计算K个SVD，即重新计算其他用户的第一矩阵，这样，即可获得第一矩阵F_a。

方式二：定义除第i个用户信道之外的其他用户的联合信道矩阵 ${\tilde{H}}_i={\left[\begin{array}{cc}{H}_1^T\·\·\·H_{i-1}^T& H_{i+1}^T\·\·\·H_K^T\end{array}\right]}^T;$

所有用户的等效联合信道矩阵表示为其中第i个用户的等效信道矩阵为其他用户对第i用户的干扰由确定；

由于在高SNR(Signal-to-NoiseRatio，信噪比)区域，所有用户的等效联合信道矩阵HF_a的非对角块上会收敛为零，即j≠i，j，i＝1，2，…k，因此，将进行SVD，即可以计算获得

$F_{a_i}={\tilde{V}}_i{({\widetilde{\mathrm{\Σ}}}_1^T{\widetilde{\mathrm{\Σ}}}_i+\frac{M_R{{\mathrm{\σ}}_n}^2}{P_T}{I}_{\mathrm{Mr}})}^{-1/2};$

其中，P_T是分配给每个子载波的发射功率，σ_n ²是接收机在每个子载波带宽上的噪声功率.每个子载波采用等功率分配机制，即，其中P_T，tot是总的发射功率，N_SD是数据子载波个数。

根据获得的方法，计算K个SVD，即重新计算其他用户的第一矩阵，这样，即可获得第一矩阵F_a。

通过采用方式二的方法获得的第一矩阵，可以实现对每个用户多个空间流上的功率平衡。

需要说明的是，在基站侧抑制CSI前提下，可以通过线性预编码技术和非线性预编码技术消除用户间的干扰，线性预编码技术相对于非线性预编码技术，计算复杂度较低，并且在CSI不完备的情况下的稳健性较高，因此本发明实施例提供的方案采用线性预编码技术消除用户间的干扰。

步骤302，所述基站根据获得的所述第一矩阵，获得等效信道矩阵，所述等效信道矩阵用于表示所述系统的尽兴干扰消除后的信道信息；

通过将经过预编码的信号经过信道发送给用户时，信号发生变化，引起信号发生变化的因素为预编码和在信道中传输时信号衰减及增加的干扰信号，此时，可以将信号变化的原因认为是完全由于信道引起的，这时信道即为等效信道，即所述等效信道矩阵用于表示所述系统的尽兴干扰消除后的信道信息。经过等效信道矩阵处理后的信号，可以使得多个空间流采用相同的调制编码。

由于获得的所述第一矩阵可以使得多用户的干扰消除或者抑制，即j≠i，j，i＝1，2，…k，这样，可以获得第i个用户的等效信道矩阵：该信道矩阵的维度等效于一个维的单用户MIMO系统，其中，为发射天线的个数，为接收天线的个数。

步骤303，所述基站将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等，所述第二矩阵用于优化系统性能；

多用户干扰消除之后，每个等效单用户MIMO信道H_eq，i，i＝1，2，...，K，具有和传统单用户MIMO信道相同的属性。因为根据IEEE802.11ac的标准规范，在一个传输多个用户信息的报文的传输过程中，所有子载波上的空间流数必须相同，因而现有技术中每个子载波在计算预编码矩阵式都采用注水算法，在子载波上的某个用户的空间流个数可能发生变化，这样就会导致在所有子载波上的空间流个数不一样。

单用户MIMO传输中，GMD(geometricmeandecomposition，几何平均分解)联合SIC(successiveinterferencecancellation，连续干扰消除)可以将MIMO信道分解成多个具有相同SINR(Signal-to-Interference-plus-NoiseRatio，信干噪比)的并行的子信道。具体地，可以采用以下任一种方式：

方式一：

信道矩阵H的GMD分解定义为H＝Q·R·P^H，其中，信道矩阵H的秩为L，非零奇异值λ_n，n＝，2，...，L，且 是一个上三角矩阵，矩阵R中的元素R_i，j满足i＞j且r_ij＝0，对于1≤i≤L有并且具有相同的对角线元素，其中是矩阵H的非零奇异值λ_n的几何平均值；矩阵 并且Q、P满足Q^HQ＝P^HP＝I_L。

针对第i个用户的等效信道矩阵采用GMD进行分解，即根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_i；其中，H_eq，i为所述第i个用户的等效信道矩阵，Q_i为列正交矩阵，R_i为上三角矩阵，P_i为块对角矩阵，并且Q^HQ＝P^HP＝I_L，L为信道矩阵H的秩，I为单位矩阵；F_i为第i个用户的所述第二矩阵；

根据获得所述F_i的方法，在K个用户的等效信道上做K个GMD分解，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵，且所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等。

方式二：针对获取第一矩阵的方法中的方式二，可以采用MMSE(MinimumMean-Square-Error，最小均方误差)的功率分配机制进行功率控制，由于整个系统的BER(BitErrorRate，误比特率)性能是受限于具有最高BER的用户的性能的，系统可以针对这样的用户分配更多的功率，来平衡系统的BER。因此，此时可以采用下面的方式进一步提升功率效率，获得F_b：

①基于预设矩阵，计算功率分配矩阵；

所述预设矩阵为∑_e：

然后，根据计算功率分配矩阵；其中，G为所述功率分配矩阵；∑_e为所述预设矩阵，所述∑_e中每个用户对应的矩阵块的对角线元素分别为所述R_i中的对角线元素，其中，R_diag，1为第1个用户对于的矩阵块，所述R_diag，1中的对角线元素与R₁中对角线元素相同；P_T为分配给每个子载波的发射功率；为接收机在每个子载波带宽上的噪声功率，每个子载波采用等功率分配机制，即，其中P_T，tot是总的发射功率，N_SD是数据子载波个数。

②基于预设对角矩阵，针对第i个用户，根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_iG；其中，所述预设对角矩阵的对角线元素与Ri的对角线元素相同，G为所述功率分配矩阵；

对于第i个用户定义对角矩阵对角矩阵中的对角线元素与Ri的对角线元素相同；

③根据获得所述F_i的方法，即根据①②，在K个用户的等效信道上做K个GMD，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵，所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等。

具体地，其中，M_x为接收端总的天线个数，r为基站侧的空间流总数。

步骤304，所述基站根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，获得预编码矩阵，使得至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡；

进一步地，根据F＝βF_aF_b获得预编码矩阵；其中，所述F为所述预编码矩阵；β为功率控制因子，F_a为所述第一矩阵，F_b为所述第二矩阵。

至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡，这样就可以保证多个空间流可以采用相同的调制编码方式，这就使得本发明实施例提供的方案适合于IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，美国电气和电子工程师协会)802.11acMUMIMO系统。

需要说明的是，步骤301-步骤304为在基站侧进行的计算。另外，现有技术中采用BD-GMD技术主要通过递归的方式进行计算，其计算的复杂度很高，本发明实施例提供的方案中，计算量只要来自于计算第一矩阵和第二矩阵，计算第一矩阵依赖于所采用的多用户干扰消除或者抑制，使得第一矩阵位于其他用户信道矩阵的通用左零陷空间，这样计算的复杂度就是计算K个SVD；计算第二矩阵时，只需要在用户的等效信道山做K个GMD，这样与现有技术中计算的复杂度相比较，本发明实施例提供的方案中的计算的复杂度明显降低。

步骤305，根据所述预编码矩阵，所述基站将待发送的信号进行预编码后，发送给终端用户；

步骤306，所述终端用户接收到所述基站发送的信号，进行解码后获得所述基站发送的实际信号。

针对接收到的信号，应用解码矩阵，其中，联合块对角化解码矩阵可以表示为：

因此，联合接收向量可以表示为

y＝D·(H·F·x+n)；其中 $y={\left[\begin{array}{cccc}{y}_1^T& y_2^T& \·\·\·& y_K^T\end{array}\right]}^T,$ y_i表示第i个用户的接收向量， $n={\left[\begin{array}{cccc}{n}_1^T& n_2^T& \·\·\·& n_K^T\end{array}\right]}^T,$ n是接收天线上的零均值加性高斯白噪声。

将F替换成F_a和F_b，则

由于，多用户干扰消除之后，则进一步地，

需要说明的是，基站侧采用反馈机制将解码矩阵反馈给终端用户，具体地，在终端用户侧可以采用SIC接收机进行接收信号，这样，第i个用户的解码矩阵D_i为Q_i ^H，另外将获得的第一矩阵、第二矩阵分别代入，这样，终端用户接收到的信号为y＝β·R·x+neq。

另外，在通信链路中如果没有反馈机制将解码矩阵反馈给终端用户，可以采用MMSE接收机，这样，终端用户接收到的信号为y＝β·D·H·F_a·F_bx+D·n_eq其中， $D_i={(H_i{F}_i{F}_i^H{H}_i^H+{{\mathrm{\σ}}_n}^2{I}_{M_{R_i}})}^{-1}{H}_i{F}_i.$

举例说明，在仿真中最大空间流总数为8，每个具有2个空间流的4个用户同时被服务时，可以获得最佳的性能。

本发明实施例提供的一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法，通过根据系统的信道信息确定获取第一矩阵，并根据第一矩阵获取等效信道矩阵，将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，再根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，获得预编码矩阵。与现有技术中采用BD-GMD技术建立MUMIMO通信时，递归方式的计算复杂度较高，并且BD-GMD技术与非线性的预编码技术联合使用，受不完善的CSI的影响较大相比，本发明实施例提供的方案可以降低计算复杂度，并且采用线性预编码技术，提供系统的鲁棒性。

本发明实施例提供一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置，该装置可以为基站，如图5所示，该装置包括：确定单元501，第一获取单元502，计算单元503，第一计算模块504，第二计算模块505，第三计算模块506，第二获取单元507。

确定单元501，用于根据系统的信道信息确定第一矩阵，所述第一矩阵用于消除或抑制多用户间干扰；具体地，所述确定单元501根据系统的信道信息通过采用线性闭环预编码技术，确定第一矩阵，线性闭环预编码技术可以为现有技术中的任一种线性预编码技术；

需要说明的是，在基站侧抑制CSI前提下，可以通过线性预编码技术和非线性预编码技术消除用户间的干扰，线性预编码技术相对于非线性预编码技术，计算复杂度较低，并且在CSI不完备的情况下的稳健性较高，因此本发明实施例提供的方案采用线性预编码技术消除用户间的干扰。

根据获取的所述第一矩阵，第一获取单元502获取等效信道矩阵，所述等效信道矩阵用于表示所述系统的尽兴干扰消除后的信道信息；

通过将经过预编码的信号经过信道发送给用户时，信号发生变化，引起信号发生变化的因素为预编码和在信道中传输时信号衰减及增加的干扰信号，此时，可以将信号变化的原因认为是完全由于信道引起的，这时信道即为等效信道。

计算单元503，将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等，所述第二矩阵用于优化系统性能；

具体地，所述计算单元503中的第一计算模块504，根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_i；其中，H_eq，i为所述第i个用户的等效信道矩阵，Q_i为列正交矩阵，R_i为上三角矩阵，P_i为块对角矩阵，并且Q^HQ＝P^HP＝I_L，L为信道矩阵H的秩，I为单位矩阵；F_i为第i个用户的所述第二矩阵；

所述第一计算模块504还用于，根据获得所述F_i的方法，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵，且所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等；具体地，根据获得所述F_i的方法，在K个用户的等效信道上做K个GMD分解，可以获得第二矩阵；

另外，基于预设矩阵，所述计算单元503中的第二计算模块505，计算功率分配矩阵；所述预设矩阵为∑_e：

所述第二计算模块505具体用于：根据计算功率分配矩阵；其中，G为所述功率分配矩阵；∑_e为所述预设矩阵，所述∑_e中每个用户对应的矩阵块的对角线元素分别为所述R_i中的对角线元素，其中，R_diag，1为第1个用户对于的矩阵块，所述R_diag，1中的对角线元素与R₁中对角线元素相同；P_T为分配给每个子载波的发射功率；为接收机在每个子载波带宽上的噪声功率；

基于预设对角矩阵，第三计算模块506，根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_iG；其中，所述预设对角矩阵的对角线元素与R_i的对角线元素相同，G为所述功率分配矩阵；

所述第三计算模块506还用于，根据获得所述Fi的方法，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵。

在获得所述第一矩阵和所述第二矩阵之后，第二获取单元507，根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，获得预编码矩阵，使得至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡；

进一步地，所述第二获取单元507具体用于：根据F＝βF_aF_b获得预编码矩阵；其中，所述F为所述预编码矩阵；β为功率控制因子，F_a为所述第一矩阵，F_b为所述第二矩阵。

至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡，这样就可以保证多个空间流可以采用相同的调制编码方式，这就使得本发明实施例提供的方案适合于IEEE802.11acMUMIMO系统。将编码处理后的信号发送给终端用户，终端用户可以采用解码矩阵将接收到的信号进行解码，具体地，终端用户可以采用SIC接收机或者采用MMSE接收机进行接收信号。

本发明实施例提供的一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置，通过确定单元根据系统的信道信息确定第一矩阵，并根据所述第一矩阵，第二获取单元获取等效信道矩阵，将所述等效信道矩阵进行分解，计算单元计算得出第二矩阵，再根据所述第一矩阵和所述第二矩阵，第二获取单元获得预编码矩阵。与现有技术中采用BD-GMD技术建立MUMIMO通信时，递归方式的计算复杂度较高，并且BD-GMD技术与非线性的预编码技术联合使用，受不完善的CSI的影响较大相比，本发明实施例提供的方案可以降低计算复杂度，并且采用线性预编码技术，提供系统的CSI的鲁棒性。

需要说明的是，本发明实施例提供的方案可以扩展应用在MUMIMO上行传输中。在下行传输过程中，主要的处理为对数据进行预编码处理，以保证用户终端上的多用户间干扰消除或者抑制。在上行多用户MIMO系统中，一组用户同时同频给基站传输信息，一些下行的增益同样可以获得，采用分布式天线阵列的多天线可以有效利用起来。但是与下行传输一个主要的不同就是同时传输的多个用户之间的天线是不可以协调工作的。对于在上行传输过程中，为了保证终端的低成本，并且使得预处理的过程尽量简单，因此，基站侧的后处理就需要完成对抗同时发送的各个终端用户之间的干扰。这样，本发明实施例提供的方案可以反过来应用到上行链路上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法，其特征在于，包括：

根据系统的信道信息确定第一矩阵，所述第一矩阵用于消除或抑制多用户间干扰；

根据所述第一矩阵与所述系统的信道矩阵的乘积，获取等效信道矩阵，所述等效信道矩阵用于表示所述系统的进行干扰消除后的信道信息；

将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等，所述第二矩阵用于优化系统性能；

根据所述第一矩阵、所述第二矩阵以及公式F＝βF_aF_b获得预编码矩阵，使得至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡；其中，所述F为所述预编码矩阵，β为功率控制因子，F_a为所述第一矩阵，F_b为所述第二矩阵。

2.根据权利要求1所述的多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法，其特征在于，所述根据系统的信道信息确定第一矩阵包括：

根据系统的信道信息通过采用线性闭环预编码技术，确定第一矩阵。

3.根据权利要求2所述的多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法，其特征在于，所述将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵包括：

根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_i；其中，H_eq,i为所述第i个用户的等效信道矩阵，Q_i为列正交矩阵，R_i为上三角矩阵，P_i为块对角矩阵，并且Q^HQ＝P^HP＝I_L，L为信道矩阵H的秩，I为单位矩阵；F_i为第i个用户的所述第二矩阵；

根据获得所述F_i的方法，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵。

4.根据权利要求3所述的多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法，其特征在于，所述将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵包括：

基于预设矩阵，计算功率分配矩阵，所述预设矩阵中每个用户对应的矩阵块的对角线元素分别为所述R_i中的对角线元素；

基于预设对角矩阵，根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_iG；其中，所述预设对角矩阵的对角线元素与所述R_i的对角线元素相同，G为所述功率分配矩阵；

根据获得所述F_i的方法，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵。

5.根据权利要求4所述的多用户多输入多输出系统中线性预编码的方法，其特征在于，所述根据预设矩阵，计算功率分配矩阵包括：

根据计算功率分配矩阵；其中，G为所述功率分配矩阵；

Σ_e为所述预设矩阵；P_T为分配给每个子载波的发射功率；为接收机在每个子载波带宽上的噪声功率；M_R为接收端天线个数；Ir为r阶单位矩阵，r为接收到的数据流的个数。

6.一种多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置，其特征在于，包括：

确定单元，用于根据系统的信道信息确定第一矩阵，所述第一矩阵用于消除或抑制多用户间干扰；

第一获取单元，用于根据所述第一矩阵与所述系统的信道矩阵的乘积，获取等效信道矩阵，所述等效信道矩阵用于表示所述系统的进行干扰消除后的信道信息；

计算单元，用于将所述等效信道矩阵进行分解，计算得出第二矩阵，所述第二矩阵中的每个用户对应的矩阵块的对角线元素相等，所述第二矩阵用于优化系统性能；

第二获取单元，用于根据所述第一矩阵、所述第二矩阵以及公式F＝βF_aF_b获得预编码矩阵，使得至少两个同时待发送信号经过所述预编码矩阵处理后，每个用户的空间流的能量均衡；其中，所述F为所述预编码矩阵，β为功率控制因子，F_a为所述第一矩阵，F_b为所述第二矩阵。

7.根据权利要求6所述的多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置，其特征在于，所述确定单元具体用于：根据系统的信道信息通过采用线性闭环预编码技术，确定第一矩阵。

8.根据权利要求7所述的多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置，其特征在于，所述计算单元包括：

第一计算模块，用于根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_i；其中，H_eq,i为所述第i个用户的等效信道矩阵，Q_i为列正交矩阵，R_i为上三角矩阵，P_i为块对角矩阵，并且Q^HQ＝P^HP＝I_L，L为信道矩阵H的秩，I为单位矩阵；F_i为第i个用户的所述第二矩阵；

所述第一计算模块还用于，根据获得所述F_i的方法，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵。

9.根据权利要求8所述的多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置，其特征在于，计算单元包括：

第二计算模块，用于基于预设矩阵，计算功率分配矩阵，所述预设矩阵中每个用户对应的矩阵块的对角线元素分别为对角矩阵R_i中的元素；

第三计算模块，用于基于预设对角矩阵，根据H_eq，i＝Q_iR_iP_i ^H将第i个用户的等效信道矩阵进行分解，使得所述第i个用户的等效信道矩阵中的对角线元素相等，并计算得出F_i＝P_iG；其中，所述预设对角矩阵的对角线元素与R_i的对角线元素相同，G为所述功率分配矩阵；

所述第三计算模块还用于，根据获得所述F_i的方法，获得F_b；其中，F_b为所述第二矩阵。

10.根据权利要求9所述的多用户多输入多输出系统中线性预编码的装置，其特征在于，所述第二计算模块具体用于：

根据计算功率分配矩阵；其中，G为所述功率分配矩阵；Σ_e为所述预设矩阵；P_T为分配给每个子载波的发射功率；为接收机在每个子载波带宽上的噪声功率；M_R为接收端天线个数；Ir为r阶单位矩阵，r为接收到的数据流的个数。