基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法及装置制造方法及图纸

技术编号:18950304 阅读:17 留言:0更新日期:2018-09-15 13:14
本发明专利技术提供一种基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法及装置,所述方法包括步骤:估计非线性信号的统计特征,并将非线性信号分解为不相关的线性增益信号和失真信号;通过预编码生成方式消除多用户间线性增益信号的干扰;将非线性失真信号看做加性高斯白噪声,在接收端使用基于MMSE准则的新的检测矩阵以恢复出原始信号。本发明专利技术可实现系统性能的提升,使得非线性失真对有用信号的影响减弱,本发明专利技术的装置结构简单,几乎不增加系统的额外开销。

Method and device for improving nonlinear multi-user MIMO system performance based on MMSE criterion

The present invention provides a method and apparatus for improving the performance of a nonlinear multiuser MIMO system based on MMSE criterion. The method comprises the following steps: estimating the statistical characteristics of the nonlinear signals, decomposing the nonlinear signals into uncorrelated linear gain signals and distortion signals, and eliminating the linear gain among multiusers by precoding generation. The non-linear distortion signal is regarded as additive white Gaussian noise, and a new detection matrix based on MMSE criterion is used to recover the original signal at the receiver. The invention can improve the system performance and weaken the influence of nonlinear distortion on useful signals. The device of the invention has simple structure and hardly increases the extra cost of the system.

【技术实现步骤摘要】
基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法及装置
本专利技术涉及通信
,特别是涉及一种基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法及装置。
技术介绍
为了消除射频前端功率放大器等带来的非线性失真,数字预失真作为一种广泛使用的射频功率放大器线性化技术存在复杂度较高的问题。功率放大器模型分为物理模型和行为模型,其中行为模型分为无记忆行为模型和有记忆行为模型。记忆多项式模型被广泛应用于有记忆性功率放大器的建模。为了估计出多项式中的参数,设计出准确的数字预失真多项式,复杂的矩阵求逆使得计算的复杂度成倍提高。中兴通讯股份有限公司申请号为CN200710111529.0的专利技术提出了一种预失真模型装置和信号的预失真处理装置、系统及方法。此专利技术实现的预失真模型可以只输出一个预失真参数,并且可以用复数乘法器级联,并可以同时对信号放大设备的瞬时失真和记忆失真进行校准。不用提取信号放大设备的非线性模型,直接提取预失真模型,从而降低数字预失真处理的复杂度,并可降低误差。京信通信系统(中国)有限公司申请号为CN201310665379.3的专利技术公开了一种预失真参数确定方法、设备及数字预失真处理系统。该方法包括:根据当前输入至功率放大器PA的第一前向信号和所述第一前向信号对应的反馈信号,确定当前的预失真系数矩阵;根据确定的所述当前的预失真系数矩阵和最近N次的预失真系数矩阵,确定平滑处理后的预失真系数矩阵;根据所述平滑处理后的预失真系数矩阵,确定预失真参数。由于对当前的预失真系数矩阵做了平滑处理,并根据平滑处理后的预失真系数矩阵确定预失真参数,可在DPD模块利用上述预失真参数对输入至DPD模块的第二前向信号进行数字预失真处理时提高系统输出信号的稳定性。作为数字预失真技术的一种,还是存在复杂度过高的问题,需要额外的计算复杂度。在现有的通信系统中,正交频分复用(Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,OFDM)技术可以节省频率资源,克服符号间干扰(InterSymbolInterference,ISI)和信道间干扰(InterChannelInterference,ICI),简化信道估计和均衡,从而得到了广泛的应用。当前,在无线通信系统中,多用户MIMO系统通过使用预编码技术消除多用户间干扰,将用户信号分配到多个发射天线上,但是,由于功率放大器进入饱和区等带来的非线性失真信号,在一定程度上破坏了预编码矩阵带来的信号的正交性,使得用户间干扰无法被完全消除,成为系统性能损失的来源之一。设定多用户MIMO系统中有M个用户,基站侧有L根发射天线,每个用户均有Nm根接收天线。第m个用户第k个子载波上的信号Sm(k),所有用户信号的数据流总和和发射天线数量可以不一样。使用预编码矩阵Qm(k)消除用户间干扰。则发射信号为使用离散傅里叶变换(DiscreteFourierTransform,DFT,表示为)和离散傅里叶逆变换(InverseDiscreteFourierTransform,IDFT,表示为)做时频域转换。在线性多用户MIMO系统中,f(·)=1,则第m个用户的接收信号为:其中,当我们使用预编码技术寻找到预编码矩阵Q(K),存在使得上式右边第二项即可消除用户间干扰,可得:Rm(k)=Hm(k)Qm(k)Sm(k)+Nm(k)接收端通过传统的MMSE检测技术可恢复出发射信号,可得为多用户MIMO系统中预编码之后的每个用户的等效信道。而在非线性系统中,y(n)=f(x(n)),则第m个用户的接收信号为:其中,由于f(·)≠1,所以和不能相互抵消,导致额外非线性失真信号的残留,导致严重的系统性能衰退。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点,本专利技术的目的在于提供一种基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法及装置,用于解决现有技术中由于功率放大器进入饱和区带来的非线性失真信号严重降低系统性能的问题。为实现上述目的,本专利技术采用以下方案:一种基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法,所述方法至少包括以下步骤:步骤1)、估计发送端非线性信号的统计特征,基于所述非线性信号将非线性信号分解为线性增益信号和失真信号,且线性增益信号和失真信号不相关;步骤2)、对分解后的非线性信号进行预编码,以消除多用户间线性增益信号的干扰;步骤3)、将多用户间失真信号干扰化为噪声处理;步骤4)、根据接收端的非线性信号求取MMSE检测矩阵,以恢复多用户的原始发射信号。于本专利技术的一实施方式中,所述方法还包括利用快速逆傅里叶变换将预编码之后的信号进行频域向时域的转换,利用快速傅里叶变换将接收端的非线性信号进行时域向频域的转换。于本专利技术的一实施方式中,所述方法还包括调制多用户的原始发射信号。于本专利技术的一实施方式中,调制多用户的原始发射信号采用正交振幅调制或正交相移键控调制。于本专利技术的一实施方式中,在所述步骤1)中,估计发送端非线性信号的统计特征,并将非线性信号分解为线性增益信号和失真信号的步骤包括:步骤11)、通过非线性信号y(n)=f(x(n)),估计非线性信号的线性增益系数α和失真信号的功率线性增益系数α满足条件:失真信号的功率满足条件:其中,y为时域失真信号,x为时域发送信号,α为线性增益系数,为失真信号的功率,y*表示时域失真信号的共轭,E(xy*)表示时域发送信号与时域失真信号共轭乘积的期望值,E(|x|2)表示时域信号绝对值平方的期望值;步骤12)、将非线性信号分解为线性增益信号和失真信号,并满足:y(n)=αx(n)+d(n),其中,x(n)为线性增益信号,d(n)为失真信号,且x(n)和d(n)不相关。于本专利技术的一实施方式中,在所述步骤3)中,还包括计算多用户间的失真信号干扰的步骤:步骤31)、获得每根发射天线上发射信号的频域表达式,满足:Y(k)=αX(k)+D(k),其中,D(k)是多重随机变量分布的叠加,看做加性高斯白噪声;步骤32)、获得发射信号矩阵:Y(k)=αX(k)+D(k);步骤33)、计算第m个用户第k个子载波上的接收信号并将Y(k)=αX(k)+D(k)上式,得:Rm(k)=αHm(k)Qm(k)Sm(k)+Hm(k)D(k)+Nm(k),其中,Sm(k)为第m个用户第k个子载波上的发射信号,Hm(k)为信道矩阵,Qm(k)为预编码矩阵,Nm(k)为加性高斯白噪声;Hm(k)D(k)为多用户间的失真信号干扰项。于本专利技术的一实施方式中,在所述步骤4)中,求取MMSE检测矩阵包括以下步骤:步骤41)、通过MMSE准则计算恢复的线性发射信号满足:其中Gm(k)为线性发射信号对应的MMSE检测矩阵;步骤42)、将Rm(k)=αHm(k)Qm(k)Sm(k)+Hm(k)D(k)+Nm(k),式带入上式,得到非线性发射信号对应的MMSE检测矩阵:其中,为噪声功率,I为单位矩阵,α为线性增益系数。于本专利技术的一实施方式中,在所述步骤2)中,对非线性信号进行预编码的步骤包括:步骤21)、通过发射训练信号估计每个用户到基站侧的信道矩阵;步骤22)、通过预编码技术和所述信道矩阵得到对应于每个用户的预编码矩阵;步骤23)、利用预编码矩阵对非线性信号进行预编码。于本专利技术本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法,其特征在于,所述方法至少包括以下步骤:步骤1)、估计发送端非线性信号的统计特征,基于所述非线性信号的统计特征将非线性信号分解为线性增益信号和失真信号,且线性增益信号和失真信号不相关;步骤2)、对分解后的非线性信号进行预编码,以消除多用户间线性增益信号的干扰;步骤3)、将多用户间失真信号干扰化为噪声处理;步骤4)、根据接收端的非线性信号求取MMSE检测矩阵,以恢复多用户的原始发射信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法,其特征在于,所述方法至少包括以下步骤:步骤1)、估计发送端非线性信号的统计特征,基于所述非线性信号的统计特征将非线性信号分解为线性增益信号和失真信号,且线性增益信号和失真信号不相关;步骤2)、对分解后的非线性信号进行预编码,以消除多用户间线性增益信号的干扰;步骤3)、将多用户间失真信号干扰化为噪声处理;步骤4)、根据接收端的非线性信号求取MMSE检测矩阵,以恢复多用户的原始发射信号。2.根据权利要求1所述的基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法,其特征在于,还包括利用快速逆傅里叶变换将预编码之后的信号进行频域向时域的转换,利用快速傅里叶变换将接收端的非线性信号进行时域向频域的转换。3.根据权利要求1所述的基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法,其特征在于,还包括调制多用户的原始发射信号。4.根据权利要求3所述的基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法,其特征在于,调制多用户的原始发射信号采用正交振幅调制或正交相移键控调制。5.根据权利要求1所述的基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法,其特征在于,步骤1)包括:步骤11)、计算非线性信号的线性增益系数和失真信号的功率,满足如下关系:其中,y(n)=f(x(n)),y为时域失真信号,x为时域发送信号,α为线性增益系数,为失真信号的功率,y*表示时域失真信号的共轭,E(xy*)表示时域发送信号与时域失真信号共轭乘积的期望值,E(|x|2)表示时域信号绝对值平方的期望值;步骤12)、将非线性信号分解为线性增益信号和失真信号,满足如下关系:y(n)=αx(n)+d(n),其中,x(n)为线性增益信号,d(n)为失真信号,且x(n)和d(n)不相关。6.根据权利要求5所述的基于MMSE准则提高非线性多用户MIMO系统性能的方法,其特征在于,在所述步骤3)中,还包括计算多用户间的失真信号干扰的步骤:步骤31)、获得各根发射天线上发射信号的频域表达式,满足:Y(k)=αX(k)+D(k),其中,D(k)是多重随机变量分布的叠加;步骤32)、基于各根发射天线上发射信号的频域表达式获得发射信号矩阵:Y(k)=αX(k)+D(k);(1)步骤33)、计算第m个用户第k个子载波上的接收信号,满足:并将(1)式带入(2)式,得:Rm(k)=αHm(k)Qm(k)Sm(k)+Hm(k)D(k)+Nm(k),(3)其中,Rm(k)为第m个用户第k个子载波上的接收信号,Sm(k)为第m个用户第k个子载波上的发射信号,Hm(k)为信道矩阵,Qm(k)为预编码矩阵,Nm(k)为加性高斯白噪声;Hm(k)D(k)为多用户间的失真信号干扰项。7.根据权利要求6所述的基于MMSE准则提...

【专利技术属性】
技术研发人员:钱骅方舟康凯朱正航
申请(专利权)人:中国科学院上海高等研究院
类型:发明
国别省市:上海,31

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