一种基于块对角化方法的用户天线选择方法技术

一种基于块对角化方法的用户天线选择方法。该方法以最小符号错误概率为准则，根据最小符号错误概率上界与最小信干噪比之间的关系，最优的用户天线选择子集就是所有用户天线选择子集中使得最小信干噪比最大的天线选择子集。该方法不仅可以放宽发射天线个数的限制，使得许多不能采用块对角化预编码算法传输的系统可以进行有效传输，还可以极大的提高系统的误码性能；在容量方面，该方法不仅不会减小容量，反而在某些情况下会使得容量增加。因此，在多用户MIMO下行链路系统块对角化算法中是一种非常有潜力的技术方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于块对角化方法的用户天线选择方法
本专利技术涉及通信领域，具体涉及一种基于块对角化方法的用户天线选择方法。
技术介绍
MIMO系统因能极大的提高系统性能和增大系统容量而引起了广泛的关注，尤其是近些年来的多用户MIMO系统。但是多用户MIMO下行链路系统的信道为广播信道，由于用户之间地理位置的差异导致用户之间不能协作译码。当发射端已知信道状态信息CSI(channelstateinformation)时，可以在发射端进行预处理，使得用户端接收到的信号不包含有多用户干扰，这样接收端可以不需要译码而直接接收。当用户端天线数为1时，迫零算法(ZF)对信道矩阵直接求伪逆，通过对共信道干扰的抑制，可以得到多个相互独立的并行信道，使系统的传输速率得到了有效地提高；THP(TomlinsonHarashimaPrecoding)和矢量预编码(VectorPrecoding)算法都是非线性算法，矢量预编码算法通过在发射端加入加扰矢量来提高功率效率和误码性能，最优加扰矢量的选取可以采用球形译码算法。当用户天线个数大于1时，有文献提出了一种块对角化(BlockDiagnolization)算法，该算法通过寻找干扰用户信道矩阵的零空间，来抑制多用户共道干扰，使得多用户MIMO信道分解为一系列单用户MIMO信道，进而采用单用户MIMO的一些处理方法。对于用户天线个数大于1的情况，虽然块对角化算法可以实现无共道干扰传输，但是它需要计算由其他干扰用户信道所组成信道组合的零空间。该零空间的存在性是保证块对角化预编码算法传输的可行性，而零空间的存在对于零空间的维数有限制条件，使得在很多情况下无法进行传输。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对零空间维数限制的问题，提供一种基于块对角化方法的用户天线选择方法，通过减小用户有效接收天线个数，来放松对于零空间维数的限制。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：第一步，建立MIMO系统模型一个多用户MIMO系统下行链路，发射端具有MT根发射天线，K个用户，第k个用户具有Nk根接收天线，1≤k≤K，则该多用户MIMO系统记为MU[MT；N1,N2,…,NK]；基站向所有移动用户传送的数据，首先根据个用户的信道信息进行预编码，然后利用同一频率同一时隙并行传输，bk,1≤k≤K,是发送给第k个用户的信号矢量，维数为Lk×1，Tk，1≤k≤K，是第k个信号矢量的预编码矩阵，维数为MT×Lk，Rk，1≤k≤K，是第k个用户端的译码矩阵，维数为Lk×Nk；假设多用户MIMO为准静态平坦瑞利衰落信道，第k个用户的信道矩阵为Hk，维数为Nk×MT，(Hk)ij表示第j根天线和第k个用户第i根天线之间的信道增益是一个均值为零单位方差的高斯复变量，第k个用户的接收信号表示为其中nk是第k个用户的高斯白噪声，均值为零，方差为σ2；采用块对角化算法，令表示除去第k个用户信道矩阵的其他所有用户的信道矩阵组成的矩阵组合，令Tk处于Gk的零空间中，即GkTk＝0，这样第k个用户的接收信号为等效为一个无共道干扰的单用户MIMO系统；因此，多用户MIMO信道就转化为K个独立平行的单用户MIMO信道；Gk的零空间通过SVD分解来得到其中表示矩阵Gk的零空间，预编码矩阵Tk则为其中Ak是等效单用户的预编码矩阵，等效单用户的等效信道矩阵为第二步，解决零空间维数限制在充满散射体的环境中Gk为行满秩或列满秩，Gk的维数为秩为Gk的零空间的维数为零空间存在的充分必要条件为对其进行变形得到对于k＝1,2,…,K考虑某一种特殊情况，K个用户的接收天线数都相同，即N1＝N2＝…＝NK＝N，得到用户个数的限制由于是多用户MIMO系统，用户天线个数N＞1，也即最少为2根，令N＝2，代入得到用户个数的上界为同样，多用户MIMO系统，用户个数K＞1，即最少为2个用户，令K＝2，代入得到用户天线个数的上界为N≤MT-1从式和N≤MT-1得到，用户天线个数和用户个数是决定发射天线个数的主要因素。若发射天线个数不满足充要条件则不能保证多用户MIMO系统下行链路进行无干扰传输。由于系统中所有用户的地位都是公平，在一个是时隙内，基站需要同时给K个用户发送信号，所以用户个数不能改变。但是观察用户天线个数，假设对于第k个用户，用户天线个数为Nk，需要发送信号矢量bk，其维数为Lk×1(Lk≤Nk)，那么可以在接收天线集合中选择天线子集的天线个数为Lk≤N′k≤Nk，k＝1,2,…,K，满足式第三步，建立多用户MIMO下行链路用户接收天线选择的系统带天线选择的多用户MIMO系统记为MU[MT；N1(N′1),N2(N′2),…,NK(N′K)]，其中Nk(N′k)表示第k个用户的Nk根天线中选取N′k根天线作为用户k的接收天线；对于第k个用户从Nk根天线中选取N′k根天线，共有种选取方法，采用块对角化算法，对于K个用户，天线子集选择个数共有采用最小符号错误概率作为用户接收天线选择的准则，对于给定的某一根天线q，符号错误概率为Pq，那么矢量符号错误概率PSM表示为其中，dmin是发射星座图中星座点之间的最小距离，Ne表示星座图中最近邻居星座点的个数，用最小的错误概率代替所有的天线的错误概率得到第一个上界，最后一个上界采用NNUB(NearestNeighbourUnionBound)得到；第四步，线性检测的用户天线选择算法考虑第p种天线选择子集，第k个用户的估计信号为在接收端进行检测，Ak(p)为单位矩阵，为第k个用户的等效信道矩阵；第k个用户第i根天线上的SINR对于ZF检测上式化简为由于对于第k个用户，SINR的最小值由的最小奇异值决定，即SINRk,min(p)＝λmin(k,p)/N0综合考虑K个用户，第p种天线选择子集的SINR最小值为所以，在L种可能的天线选择子集中，天线选择子集p使得SINRmin(p)最大，即p记为符号错误概率最小的最优天线选择子集。针对块对角化预编码方法中零空间维数限制问题，本专利技术提出了一种基于最小符号错误概率准则，它不仅可以放宽发射天线个数的限制，使得许多不能采用块对角化预编码算法传输的系统可以进行有效传输，还可以极大的提高系统的误码性能；在容量方面，该方法不仅不会减小容量，反而在某些情况下会使得容量增加。因此，在多用户MIMO下行链路系统块对角化算法中是一种非常有潜力的方法。附图说明图1为多用户MIMO系统结构图；图2为多用户MIMO下行链路用户接收天线选择的系统模型；图3为采用线性检测用户天线选择算法的误码率曲线图；图4为[5；2,2,2]多用户系统的平均容量图；图5为[4；3,3]多用户系统的平均容量图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。参见图1，建立MIMO系统模型考虑一个多用户MIMO系统下行链路，发射端具有MT根发射天线，K个用户，第k个用户具有Nk根接收天线，1≤k≤K，则该多用户MIMO系统记为MU[MT；N1,N2,…,NK]。基站向所有移动用户传送的数据，首先根据个用户的信道信息进行预编码，然后利用同一频率同一时隙并行传输，bk,1≤k≤K,是发送给第k个用户的信号矢量，维数为Lk×1，Tk，1≤k≤K，是第k个信号矢量的预编码矩阵，维数为MT×Lk，Rk，1≤k≤K，是第k个用户端的译码本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于块对角化方法的用户天线选择方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，建立MIMO系统模型一个多用户MIMO系统下行链路，发射端具有MT根发射天线，K个用户，第k个用户具有Nk根接收天线，1≤k≤K，则该多用户MIMO系统记为MU[MT；N1,N2,…,NK]；基站向所有移动用户传送的数据，首先根据个用户的信道信息进行预编码，然后利用同一频率同一时隙并行传输，bk,1≤k≤K,是发送给第k个用户的信号矢量，维数为Lk×1，Tk，1≤k≤K，是第k个信号矢量的预编码矩阵，维数为MT×Lk，Rk，1≤k≤K，是第k个用户端的译码矩阵，维数为Lk×Nk；假设多用户MIMO为准静态平坦瑞利衰落信道，第k个用户的信道矩阵为Hk，维数为Nk×MT，(Hk)ij表示第j根天线和第k个用户第i根天线之间的信道增益是一个均值为零单位方差的高斯复变量，第k个用户的接收信号表示为

【技术特征摘要】
1.一种基于块对角化方法的用户天线选择方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，建立MIMO系统模型一个多用户MIMO系统下行链路，发射端具有MT根发射天线，K个用户，第k个用户具有Nk根接收天线，1≤k≤K，则该多用户MIMO系统记为MU[MT；N1,N2,…,NK]；基站向所有移动用户传送的数据，首先根据个用户的信道信息进行预编码，然后利用同一频率同一时隙并行传输，bk,1≤k≤K,是发送给第k个用户的信号矢量，维数为Lk×1，Tk，1≤k≤K，是第k个信号矢量的预编码矩阵，维数为MT×Lk，Rk，1≤k≤K，是第k个用户端的译码矩阵，维数为Lk×Nk；假设多用户MIMO为准静态平坦瑞利衰落信道，第k个用户的信道矩阵为Hk，维数为Nk×MT，(Hk)ij表示第j根天线和第k个用户第i根天线之间的信道增益是一个均值为零单位方差的高斯复变量，第k个用户的接收信号表示为其中nk是第k个用户的高斯白噪声，均值为零，方差为σ2；采用块对角化算法，令表示除去第k个用户信道矩阵的其他所有用户的信道矩阵组成的矩阵组合，令Tk处于Gk的零空间中，即GkTk＝0，这样第k个用户的接收信号为等效为一个无共道干扰的单用户MIMO系统；因此，多用户MIMO信道就转化为K个独立平行的单用户MIMO信道；Gk的零空间通过SVD分解来得到其中表示矩阵Gk的零空间，预编码矩阵Tk则为其中Ak是等效单用户的预编码矩阵，等效单用户的等效信道矩阵为第二步，解决零空间维数限制在充满散射体的环境中Gk为行满秩或列满秩，Gk的维数为秩为Gk的零空间的维数为零空间存在的充分必要条件为对其进行变形得到对于k＝1,2,…,K考虑某一种特殊情况，K个用户的接收天线数都相同，即N1＝N2＝…＝NK＝N，得到用户个数的限制由于是多用户MIMO系统，用户天线个数N＞1，也即最少为2根，令N＝2，代入得到用户个数的上界为同样，多用户MIMO系统，用户个数K＞1，即最少为2个用户，令K＝2，代入得到用户天线个数的上界为N≤M...

【专利技术属性】
技术研发人员：王沛，卢晓春，汪瑞，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61