基于块对角化和三角分解的自干扰抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于块对角化和三角分解的自干扰抑制方法，其实现步骤是：首先利用最小二乘公式，得到每个用户的信道矩阵，利用块对角化算法得到每个用户的第一层预编码矩阵，将每个用户的第一层预编码矩阵乘以对应用户的信道矩阵，得到每个用户的等效信道矩阵，对每个用户的等效信道矩阵依次进行三角分解和奇异值分解，得到每个用户的第二层预编码矩阵，最后将每个用户的下三角矩阵的左酉矩阵的共轭转置矩阵，作为每个用户的接收译码矩阵。本发明专利技术能够消除用户间干扰，抑制用户自身多天线干扰，提高了系统用户传输速率，改善了系统下行链路的传输性能。

【技术实现步骤摘要】
基于块对角化和三角分解的自干扰抑制方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信
中的一种基于块对角化BD(Blockdiagonalization)和三角分解LU(Loweruppertriangulardecomposition)的自干扰抑制方法。本专利技术可用于由一个基站、多个多天线用户组成的从基站到用户的多用户多输入多输出MU-MIMO(Multi-usermulti-inputmulti-output)下行链路网络，消除用户间干扰，抑制用户自身多天线干扰。
技术介绍
多用户多输入多输出MU-MIMO系统利用多天线结构可以成倍地提高信道容量，具有较高的频谱利用率，成为近年来的研究热点。但是相比于单输入单输出SISO(Single-inputsingle-output)系统，多用户多输入多输出MU-MIMO系统常常会导致共信道干扰CCI(Co-channelinterference)，降低了系统的信道容量。为了消除CCI，常用的技术包括发送端预编码、接收端多用户检测或收发端联合设计。由于接收端多用户检测容易受到误码扩散的影响，因此发送端预编码成为抑制CCI的关注对象。L.Tran等人在其发表的论文“L.Tran,M.JunttiandE.Hong.OnthePrecoderDesignforBlockDiagonalizedMIMOBroadcastChannels.IEEECommunicationsLetters,16(8):1165-1168,2012”提出一种消除多用户干扰的预编码方法。该方法的实施步骤：第一步，构建各用户的干扰信道矩阵；第二步，对干扰矩阵进行奇异值分解SVD(Singularvaluedecomposition)得到消除多用户干扰的第一层预编码矩阵；第三步，将信道矩阵与第一层预编码矩阵相乘得到各用户的自干扰等效矩阵，对其进行奇异值分解SVD后得到抑制用户自身多天线干扰的第二层预编码矩阵。该方法虽然解决了多用户多输入多输出MU-MIMO下行链路通信系统中多用户干扰问题，但是，该方法仍然存在的不足之处是，直接利用奇异值分解SVD得到的奇异值较为分散，降低系统用户传输速率。西安电子科技大学在其申请的专利文献“自干扰抑制的多流分集BD预编码方法及装置”(申请号：201611137027.0申请日：2016.12.12申请公布号：CN106712820A)中公开了一种消除用户及天线间干扰的块对角化BD预编码方法。该方法的实施步骤：第一步，确定各用户各个接收天线的干扰矩阵，以此构造用户所有接收天线的零空间正交基；第二步，并以此构造每个用户的自干扰抑制等效信道矩阵，进而构造各用户多流分集块对角化BD预编码和接收译码矩阵；第三步，对基站发送给各用户原始信号进行多流分集块对角化BD预编码并信号相加后从基站发射；第四步，用户用对应的接收译码矩阵对接收信号处理，将各用户接收数据流合并，估计出用户原始发送数据。该方法虽然解决了多用户多输入多输出MU-MIMO下行链路通信系统中接收端天线间自干扰的技术问题，消除多用户干扰的同时，抑制了等效信道的自干扰。但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于该方法需要构造每个用户每个天线的干扰矩阵，而且构造出的干扰矩阵维度较大，因而降低了系统下行链路的传输性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种基于块对角化和三角分解的自干扰抑制方法。本专利技术利用第一层预编码矩阵消除用户间干扰，利用第二层预编码矩阵和接收译码矩阵抑制用户自身多天线干扰，提高了系统用户传输速率，改善了系统的传输性能。实现本专利技术目的的具体思路是，首先得到每个用户的信道矩阵，利用块对角化BD算法获得每个用户的第一层预编码矩阵，再利用第一层预编码矩阵得到每个用户的等效信道矩阵，对每个用户的等效信道矩阵依次进行三角分解与奇异值分解，获得第二层预编码矩阵和左酉矩阵，最后对左酉矩阵进行共轭转置操作得到每个用户的接收译码矩阵。本专利技术的具体步骤包括如下：(1)计算用户信道矩阵：(1a)基站的每根天线向所有用户发送导频训练序列；(1b)利用最小二乘公式，计算基站的每根天线到每个用户天线的下行信道估计值，将基站中所有天线到每个用户中所有天线的下行信道估计值组成每个用户的信道矩阵；(2)获得第一层预编码矩阵：利用块对角化BD算法，得到每个用户的第一层预编码矩阵；(3)获得等效信道矩阵：将每个用户第一层预编码矩阵乘以对应用户的信道矩阵，得到每个用户的等效信道矩阵；(4)获得第二层预编码矩阵：(4a)选取任意一个未处理的用户，利用三角分解LU，分解所选用户的等效信道矩阵，得到所选用户的上三角矩阵和下三角矩阵；(4b)取所选用户的下三角矩阵的共轭转置矩阵；(4c)将所选用户的下三角矩阵左乘对应的共轭转置矩阵，作为下三角矩阵的左乘对称矩阵；(4d)利用奇异值分解SVD公式，计算所选用户的左乘对称矩阵的所有奇异向量，将左乘对称矩阵的所有奇异向量，组成下三角矩阵的左酉矩阵；(4e)将所选用户的下三角矩阵右乘对应的共轭转置矩阵，作为下三角矩阵的右乘对称矩阵；(4f)利用奇异值分解SVD公式，计算所选用户的右乘对称矩阵的所有奇异向量，将右乘对称矩阵的所有奇异向量组成下三角矩阵的右酉矩阵；(4g)对所选用户的上三角矩阵进行取逆操作，得到上三角矩阵的逆矩阵；(4h)用下三角矩阵的右酉矩阵乘以上三角矩阵的逆矩阵，得到所选用户的第二层预编码；(4i)判断是否选取完所有用户，若是，则得到所有用户的第二层预编码矩阵和下三角矩阵的左酉矩阵后，执行步骤(5)，否则，执行步骤(4a)；(5)获得接收译码矩阵：(5a)将每个用户的下三角矩阵的左酉矩阵进行共轭转置操作；(5b)将共轭转置后的矩阵，作为每个用户的接收译码矩阵。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：第一，由于本专利技术利用块对角化BD算法，获得每个用户的第一层预编码矩阵，依次利用三角分解LU和奇异值分解SVD公式，获得每个用户的第二层预编码矩阵和左酉矩阵，将左酉矩阵的共轭转置矩阵，作为每个用户的接收译码矩阵，克服了现有技术直接利用奇异值分解SVD得到的奇异值较为分散，降低系统用户传输速率的问题，使得本专利技术能够消除用户间干扰，抑制用户自身多天线干扰，提高了系统用户传输速率。第二，由于本专利技术利用块对角化BD算法，构造每个用户所有天线的一个干扰矩阵，克服了现有技术中需要构造每个用户每个天线的干扰矩阵，因而降低了系统下行链路的传输性能的问题，使得本专利技术能够减少干扰矩阵的数量，改善了系统下行链路的传输性能。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的仿真图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述。参照附图1，对本专利技术的具体实施步骤做进一步详细描述。步骤1，计算用户信道矩阵。基站的每根天线向所有用户发送导频训练序列。利用最小二乘公式，计算基站的每根天线到每个用户天线的下行信道估计值，将基站中所有天线到每个用户中所有天线的下行信道估计值组成每个用户的信道矩阵。所述的最小二乘公式如下：其中，Hbmj表示基站的第b根天线到第m个用户的第j根天线的下行信道估计值，Ybmj表示第m个用户的第j根天线接收到基站的第b根天线的导频训练序列，Xb表示基站的第b根天线发送的导频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于块对角化和三角分解的自干扰抑制方法，其特征在于，利用块对角化BD算法获得每个用户的第一层预编码矩阵，依次利用三角分解LU和奇异值分解SVD公式获得每个用户的第二层预编码矩阵和左酉矩阵，将左酉矩阵的共轭转置矩阵，作为每个用户的接收译码矩阵，该方法的具体步骤包括如下：(1)计算用户信道矩阵：(1a)基站的每根天线向所有用户发送导频训练序列；(1b)利用最小二乘公式，计算基站的每根天线到每个用户天线的下行信道估计值，将基站中所有天线到每个用户中所有天线的下行信道估计值组成每个用户的信道矩阵；(2)获得第一层预编码矩阵：利用块对角化BD算法，得到每个用户的第一层预编码矩阵；(3)获得等效信道矩阵：将每个用户第一层预编码矩阵乘以对应用户的信道矩阵，得到每个用户的等效信道矩阵；(4)获得第二层预编码矩阵：(4a)选取任意一个未处理的用户，利用三角分解LU，分解所选用户的等效信道矩阵，得到所选用户的上三角矩阵和下三角矩阵；(4b)取所选用户的下三角矩阵的共轭转置矩阵；(4c)将所选用户的下三角矩阵左乘对应的共轭转置矩阵，作为下三角矩阵的左乘对称矩阵；(4d)利用奇异值分解SVD公式，计算所选用户的左乘对称矩阵的所有奇异向量，将左乘对称矩阵的所有奇异向量，组成下三角矩阵的左酉矩阵；(4e)将所选用户的下三角矩阵右乘对应的共轭转置矩阵，作为下三角矩阵的右乘对称矩阵；(4f)利用奇异值分解SVD公式，计算所选用户的右乘对称矩阵的所有奇异向量，将右乘对称矩阵的所有奇异向量组成下三角矩阵的右酉矩阵；(4g)对所选用户的上三角矩阵进行取逆操作，得到上三角矩阵的逆矩阵；(4h)用下三角矩阵的右酉矩阵乘以上三角矩阵的逆矩阵，得到所选用户的第二层预编码；(4i)判断是否选取完所有用户，若是，则得到所有用户的第二层预编码矩阵和下三角矩阵的左酉矩阵后，执行步骤(5)，否则，执行步骤(4a)；(5)获得接收译码矩阵：(5a)将每个用户的下三角矩阵的左酉矩阵进行共轭转置操作；(5b)将共轭转置后的矩阵，作为每个用户的接收译码矩阵。...

【技术特征摘要】
1.一种基于块对角化和三角分解的自干扰抑制方法，其特征在于，利用块对角化BD算法获得每个用户的第一层预编码矩阵，依次利用三角分解LU和奇异值分解SVD公式获得每个用户的第二层预编码矩阵和左酉矩阵，将左酉矩阵的共轭转置矩阵，作为每个用户的接收译码矩阵，该方法的具体步骤包括如下：(1)计算用户信道矩阵：(1a)基站的每根天线向所有用户发送导频训练序列；(1b)利用最小二乘公式，计算基站的每根天线到每个用户天线的下行信道估计值，将基站中所有天线到每个用户中所有天线的下行信道估计值组成每个用户的信道矩阵；(2)获得第一层预编码矩阵：利用块对角化BD算法，得到每个用户的第一层预编码矩阵；(3)获得等效信道矩阵：将每个用户第一层预编码矩阵乘以对应用户的信道矩阵，得到每个用户的等效信道矩阵；(4)获得第二层预编码矩阵：(4a)选取任意一个未处理的用户，利用三角分解LU，分解所选用户的等效信道矩阵，得到所选用户的上三角矩阵和下三角矩阵；(4b)取所选用户的下三角矩阵的共轭转置矩阵；(4c)将所选用户的下三角矩阵左乘对应的共轭转置矩阵，作为下三角矩阵的左乘对称矩阵；(4d)利用奇异值分解SVD公式，计算所选用户的左乘对称矩阵的所有奇异向量，将左乘对称矩阵的所有奇异向量，组成下三角矩阵的左酉矩阵；(4e)将所选用户的下三角矩阵右乘对应的共轭转置矩阵，作为下三角矩阵的右乘对称矩阵；(4f)利用奇异值分解SVD公式，计算所选用户的右乘对称矩阵的所有奇异向量，将右乘对称矩阵的所有奇异向量组成下三角矩阵的右酉矩阵；(4g)对所选用户的上三角矩阵进行取逆操作，得到上三角矩阵的逆矩阵；(4h)用下三角矩阵的右酉矩阵乘以上三角矩阵的逆矩阵，得到所选用户的第二层预编码；(4i)判断是否选取完所有用户，若是，则得到所有用户的第二层预编码矩阵和下三角矩阵的左酉矩阵后，执行步骤(5)，否则，执行步骤(4a)；(5)获得接收译码矩阵：(5a)将每个用户的下三角矩阵的左酉矩阵进行共轭转置操作；(5b)将共轭转置后的矩阵，作为每个用户的接收译码矩阵。2.根据权利要求1所述的基于块对角化和三角分解的自干扰抑制方法，其特征在于，步骤(1b)中所述的最小二乘公式如下：其中，Hbmj表示基站的第b根天线到第m个用户的第j根天线的下行信道估计值，Ybmj表示第m个用户的第j根天线接收到基站的第b根天线的导频训练序列，Xb表示基站的第b根天线发送的导频训练序列，H表示共轭转置操作，-1表示矩阵取逆操作。3.根据权利要求1所述的基于块对角...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰令，黄怡梅，蔡亚乐，牛立栋，张睿，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61