基于接收端空間調(diào)制的多用戶下行傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及一種多用戶下行鏈路傳輸方法，可以應 用于實現(xiàn)基站與小區(qū)中多個用戶在同一時刻的信息傳輸。
【背景技術(shù)】
[0002] 在多用戶多輸入多輸出ΜΜ0系統(tǒng)中，用戶資源作為一種重要的無線資源已經(jīng)越來 越多地被人們關(guān)注，尤其是考慮到下一代無線通信系統(tǒng)中，小區(qū)用戶數(shù)量大幅度增加的情 況。因此多輸入多輸出通信系統(tǒng)中多用戶下行鏈路傳輸方法也成為了一項重要的研究內(nèi) 容。
[0003] Xueru Li等人在文章 "A novel precoding scheme for downlink multi-user spatial modulation system"（IEEE International Symposium on PIMRC,London,2013) 中公開了一種基于發(fā)送端的空間調(diào)制技術(shù)的多用戶傳輸方法。該方法通過預編碼矩陣消除 用戶間的干擾，采用基于發(fā)送端的空間調(diào)制技術(shù)來傳輸信息。該方法的不足之處在于用戶 端的信號檢測是一個單用戶的多天線信號檢測問題，因此接收端的復雜度仍然較高。
[0004] Christos Masouros等人在文章 "A constellation scaling approach to vector perturbation for adaptive modulation in MU-MIM0"（ IEEE Wireless Communications Letters，Volume:4，N0·3，June 2015)中公開了一種基于塊對角化以及矢 量擾動的解決基站同時給多個用戶發(fā)送不同信息的傳輸方法，使得基站在同一個時刻廣播 發(fā)送信息后，不同的用戶能夠從該信息中提取自己需要的有用信息。文中利用傳統(tǒng)的調(diào)制 技術(shù)，通過塊對角化技術(shù)，消除用戶間信息的干擾，通過矢量擾動技術(shù)，更大程度的降低發(fā) 送信號的功率。該方法的不足之處在于當收發(fā)雙方配置的天線數(shù)目較大時，其計算復雜度 較高，誤碼性能較差，且接收機復雜度高，導致傳輸性能變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于接收端空間調(diào)制的多 用戶下行傳輸方法，以減小在收發(fā)雙方配置的天線數(shù)目較大時的計算復雜度和接收機復雜 度，提高誤碼性能，保證傳輸性能。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案包括如下：
[0007] (1)基站利用信道矩陣P，完成塊對角化，得到預編碼矩陣F:
[0008] (la)當基站配置的發(fā)送天線數(shù)遠大于K個用戶配置的總接收天線數(shù)時，求解信道 矩陣P的廣義逆矩陣M:
[0009]
[0010] 其中，X表示基站配置的發(fā)送天線數(shù)，上標Η表示矩陣的共輒轉(zhuǎn)置；
[0011] (lb)由廣義逆矩陣Μ的第（i-l)Ni+l列到第iNi列構(gòu)成第i個用戶的預編碼矩陣Fi， 且i = 1，2，. . .，K，將這些預編碼矩陣組合，得到發(fā)送端的預編碼矩陣F : ^中心表示第i個用戶配置的接收天線數(shù)，上標T表示矩陣的轉(zhuǎn) 置；
[0012] (2)基站利用預編碼矩陣F，通過矢量擾動，采用接收端空間調(diào)制技術(shù)完成對發(fā)送 信息的調(diào)制，得到已調(diào)信息：
[0013] (2a)將發(fā)送信息的前h個比特映射成接收天線索引符號，其中l(wèi)FlogW;
[0014] (2b)將發(fā)送信息中剩余的比特映射成調(diào)制符號，實現(xiàn)基于接收端的空間調(diào)制，得 到預編碼空間調(diào)制信息；
[0015] (2c)對預編碼空間調(diào)制信息進行矢量擾動，并和預編碼矩陣F相乘后得到已調(diào)信 息；
[0016] (3)基站將已調(diào)信息廣播發(fā)送給小區(qū)中的K個用戶；
[0017] (4)K個用戶對各自接收到的信息進行解調(diào)，分別得到需要的信息，完成下行傳輸 過程。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0019] 第一，由于本發(fā)明使用了塊對角化以及矢量擾動技術(shù)對發(fā)送信息進行了預編碼處 理，發(fā)現(xiàn)當收發(fā)天線數(shù)量僅滿足發(fā)送天線數(shù)大于接收天線數(shù)，不滿足發(fā)送天線數(shù)遠大于接 收天線數(shù)的情況時，預編碼矩陣F可以通過信道矩陣的廣義逆矩陣得到，并且考慮了當收發(fā) 天線數(shù)量滿足發(fā)送天線數(shù)遠遠大于接收天線數(shù)的情況時，預編碼矩陣F可以通過信道矩陣 的共輒轉(zhuǎn)置矩陣得到，很大程度的降低了計算信道矩陣的廣義逆矩陣的計算量，使得本發(fā) 明具有計算復雜度低的優(yōu)點。
[0020] 第二，由于本發(fā)明采用了矢量擾動技術(shù)，降低了發(fā)送端已調(diào)信息的發(fā)送功率，使得 本發(fā)明具有發(fā)送功率低的優(yōu)點。
[0021] 第三，由于本發(fā)明采用接收端的空間調(diào)制技術(shù)對信息進行調(diào)制，用戶端的信號檢 測簡化成了一個單用戶單天線信號檢測問題，使得本發(fā)明具有接收端的復雜度低，適合移 動終端的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)下行鏈路的場景示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的流程圖；
[0024]圖3為在1( = 2，吣=4，乂 = 8/16/32，譜效率為41^8的場景中，用本發(fā)明方法和現(xiàn)有 方法進行多用戶下行鏈路傳輸時的誤碼性能對比圖；
[0025] 圖4為在1( = 2，化=44 = 8/16/32，譜效率為813^8時的場景中，用本發(fā)明和現(xiàn)有方 法實現(xiàn)多用戶下行鏈路傳輸時的誤碼性能對比圖；
[0026]圖5為在K = 2，Ni = 4，X = 128，譜效率為4bits時的場景中，基于本發(fā)明提出的方法 和現(xiàn)有方法實現(xiàn)多用戶下行鏈路傳輸時的誤碼性能對比圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述。
[0028]參照圖1，本發(fā)明的使用場景是一個多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)，其包括一個基站和 K個用戶。基站配置了 X根發(fā)送天線，第i個用戶配置了 m根接收天線，滿足關(guān)系
，其中Y表示所有用戶的總接收天線數(shù)，且基站到每個用戶的信 道矩陣各不相同，設(shè)基站到第i個用戶的信道矩陣可以表示為Ρη則基站到所有用戶的信道 矩陣可表示關(guān)
[0029] 空間調(diào)制技術(shù)是近年來提出的一種多天線空間復用技術(shù)。由于其單射頻傳輸特 性，空間調(diào)制結(jié)構(gòu)發(fā)送端不需要天線間同步，且接收機僅需要一個簡單的單數(shù)據(jù)流檢測器。 另外，空間調(diào)制技術(shù)在普通調(diào)制技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了空間維，能夠利用無源發(fā)送天線索引 傳遞信息。因此，空間調(diào)制相比傳統(tǒng)的多天線技術(shù)具有更高的能量效率。將這一思想推廣到 接收天線上，即為基于接收端的空間調(diào)制技術(shù)。在多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中，下行鏈路的 廣播通信的干擾主要來自多用戶間的干擾，采用塊對角化對發(fā)送信息進行預編碼處理可以 成功的消除多用戶干擾。這一預編碼處理方式與接收端的空間調(diào)制技術(shù)中的預編碼處理方 式基本一致，因此只需要將發(fā)送信息映射成接收天線索引和調(diào)制星座點兩部分符號，并引 入矢量擾動技術(shù)，實現(xiàn)了接收端的空間調(diào)制，各個用戶可以從這個已調(diào)信息，中解調(diào)得到對 應的正確的接收信號，并且此時用戶端的信號檢測是一個單用戶單天線信號檢測問題，能 夠很大程度的降低接收端的復雜度。
[0030] 參照附圖2，對本發(fā)明實現(xiàn)步驟如下：
[0031]步驟1，基站求解預編碼矩陣F。
[0032]基站利用信道矩陣Ρ，完成塊對角化，得到預編碼矩陣F。
[0033] (la)求解信道矩陣Ρ的廣義逆矩陣Μ:
[0034] 在多輸入多輸出系統(tǒng)中，預編碼矩陣F可以通過信道矩陣P的廣義逆矩陣Μ得到。首 先信道矩陣Ρ是一個Υ行X列的矩陣，其廣義逆矩陣Μ是一個X行Υ列的矩陣，當收發(fā)天線數(shù)量 滿足發(fā)送天線數(shù)遠遠大于接收天線數(shù)的情況時，廣義逆矩陣Μ的求解過程會帶來非常大的 計算復雜度，而在這樣的多輸入多輸出系統(tǒng)中，信道矩陣Ρ是近似行正交的，因此可以得到 廣義逆矩陣Μ和信道矩陣Ρ的關(guān)系如下：
[0035]
[0036] 其中，X表示基站配置的發(fā)送天線數(shù)，上標Η表示矩陣的共輒轉(zhuǎn)置。因此廣義逆矩陣 Μ可以通過信道矩陣Ρ的共輒轉(zhuǎn)置矩陣得到，可以大大降低求解廣義逆矩陣Μ帶來的計算復 雜度;信道矩陣Ρ中的每個元素在獨立同分布的瑞利信道下，均服從均值為〇,方差為1的復 高斯分布；
[0037] (lb)通過廣義逆矩陣Μ求得預編碼矩陣F:
[0038]由廣義逆矩陣Μ的第(i-DNdl列到第1化列構(gòu)成第i個用戶的預編碼矩陣Fi，且i = 1，2,...，K，將這些預編碼矩陣組合，得到發(fā)送端的預編碼矩陣F:
[0039]
[0040] 步驟2,基站利用預編碼矩陣F，通過矢量擾動，采用接收端空間調(diào)制技術(shù)完成對發(fā) 送信息的調(diào)制，得到已調(diào)信息。基站對預編碼信息采用基于接收端的空間調(diào)制技術(shù)，完成對 預編碼信息的調(diào)制，得到已調(diào)信息。
[0041 ] (2a)將發(fā)送信號映射成兩部分信息：
[0042] 本發(fā)明采用基于接收端的空間調(diào)制技術(shù)，將發(fā)送信號映射成兩部分信息，一部分 是接收天線索引，另一部分則調(diào)制成傳統(tǒng)的星座符號，以第i個用戶為例，它們的信息比特 長度滿足如下關(guān)系：
[0043] l = h+l2
[0044] li = log2Ni
[0045] l2 = log2m
[0046] 其中，1表示發(fā)送信息比特的長度，h表示接收天線索引符號信息比特的長度，12表 示傳統(tǒng)調(diào)制星座符號信息比特的長度，K表示第i個用戶配置的接收天線數(shù)，m表示調(diào)制星 座的大??；
[0047] (2b)將發(fā)送信息按照上述(2a)的映射關(guān)系映射成長度為Y的信息，實現(xiàn)基于接收 端的空間調(diào)制，得到預編碼空間調(diào)制信號；
[0048] (2c)對預編碼空間調(diào)制信息進行矢量擾動，并和預編碼矩陣F相乘后得到已調(diào)信 息，其中矢量擾動技術(shù)中的擾動矢量，通過球形譯碼算法可以得到。
[0049] 步驟3,基站將已調(diào)信息廣播給小區(qū)中的K個用戶。
[0050] 步驟4,接收端的K個用戶對接收到的信息進行解調(diào)，分別得到各自需要的信息，完 成這一通信過程。
[0051] 已調(diào)信息在經(jīng)過下行鏈路傳輸后，基于步驟1中預編碼矩陣F的設(shè)計原理，用戶端 的信號檢測是一個單用戶單天線信號檢測，各個用戶收到的信息即為用戶各自需要接收到 的信息比特，因此檢測時，接收端只需直接對該信息進行最大似然檢測即可恢復