一种基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法技术

本发明专利技术公开了一种基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法，包括两个用户以及一个基站，基站通过获取接收信号的干信比、信噪比，以及干扰与期望信号的空间相关度，确定接收准则并实现自适应的接收方式选择，基于本发明专利技术的方法确定最佳的接收滤波方式，根据该接收方式对接收信号进行处理，可分别恢复出两路信号，并获得好的数据速率性能。本发明专利技术考虑了信号和干扰的关系，避免了只采用固定的接收方式造成信号的折损过大，通过测量接收信号的信噪比、干信比及相关度确定接收准则，并实现自适应的接收方式选择，改善了信号的数据速率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法
本专利技术属于移动通信
，尤其涉及一种基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法。
技术介绍
随着移动通信的快速发展，传统的时频信号设计已经很难满足人们对无线链路传输速率越来越高的要求，人们开始尝试从多个维度发掘通信的机会，空域资源便是其中的一个重要方面。多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)技术是近年来无线通信领域的一项突破性技术，该技术能够使空域资源得到充分利用。随着研究的进展，点对点的单用户MIMO系统的研究已经接近饱和，随着MIMO系统中用户数的增多，单用户MIMO技术已不满足日益增长的用户数需求，多用户MIMO(Multiple-UserMIMO，MU-MIMO)系统以其较高的可靠性、有效性和相对简单的网络结构受到越来越多的关注。在多用户MIMO系统中，当多个用户在相同频段中通信时，用户信号之间会相互干扰，这就是多用户共道干扰问题。多用户共道干扰能恶化通信质量，严重地限制了系统容量。因此，如何在多用户MIMO通信系统中消除多用户共道干扰，提升通信质量成为亟待解决的问题。多用户MIMO通信系统中常用干扰管理方法包括预编码、干扰对齐等。文献JafarSA.DegreesoffreedomontheMIMOXchannel-optimalityofzeroforcingandtheMMKscheme[Online].Available:http://www.ece.uci.edu/syed/resume.html(MIMOX信道自由度分析—迫零和MMK方案最优性)的研究表明，在多用户MIMO信道中，信号空间可以划分为期望信号子空间和干扰子空间，使用干扰对齐技术可以将期望信号对齐到无干扰信号的子空间，消除干扰的影响。由于实际中存在一些限制因素，并非所有的发送方式都能使接收端观测到的期望与干扰信号满足正交关系。当上述正交关系不满足时，共享频谱资源传输信息的多用户之间存在共道干扰，如何抑制或消除共道干扰成为值得研究的问题。文献牛兰奇,张太镒,孙建成.利用匹配滤波改进MIMO预编码方案.电子科技大学学报.2010,39(5):684-687针对多用户MIMO系统下行链路的共信道干扰问题，提出了一种可以实现发射机和接收机联合设计的传输方案，但在该方案中假定接收机为匹配滤波器，没有考虑信号和干扰的关系。文献朱世磊,祝锴,崔维嘉,仵国锋.一种基于两级预编码的认知MIMO系统干扰抑制算法.电路与系统学报.2013,18(2):514-519在认知无线电系统中解决了认知用户对主用户造成的干扰和认知用户间的共道干扰问题，但在处理认知用户间共道干扰问题时，接收端采用匹配滤波方式，没有对信号和干扰之间的关系进行研究。现有的多输入多输出技术没有考虑信号和干扰的关系，只采用固定的接收方式造成信号的折损过大，信号传输速率较小。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法，旨在解决现有的多输入多输出技术没有考虑信号和干扰的关系，只采用固定的接收方式造成信号的折损过大，信号传输速率较小的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法，该基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法包括以下步骤：第一步，第一用户获取信道信息H1，第二用户获取信道信息H2，基站获取全部信道信息，其中H1、H2分别表示第一用户与基站之间、第二用户与基站之间的信道矩阵；第二步，第一用户和第二用户采用波束成形的发射方式，分别根据H1、H2计算预编码向量p1、p2，由于两个用户均按照自己的主特征模式进行传输，所以p1、p2选取为信道矩阵H1、H2的主右奇异向量，与信道矩阵的最大奇异值对应；第三步，第一用户和第二用户的数据分别经过p1和p2的预处理向基站发送，基站接收到混合信号y，并将其分为两路；其中，x1和x2分别表示第一用户和第二用户发送的符号，PT1表示x1的发送功率，PT2为x2的发送功率，n表示加性高斯白噪声，噪声分量的方差均为第四步，基站根据获取的信道矩阵计算表征数据x1和x2空间传输的单位方向向量：第五步，基站获取x1和x2的接收干信比，即干扰信号与期望信号的功率比ki(i＝1,2)，接收端的信号与噪声的功率比值以及干扰与期望信号的空间相关度cos2θ，并计算xi的接收准则其中，i＝1,2，对于i＝1，E1＝H1p1，对于i＝2，E2＝H2p2，第六步，基站分别将两路信号的干信比ki与第五步确定的进行比较，以选取能够获得最佳数据速率的接收方式；当时，采用正交投影接收；当时，采用匹配接收；基站根据最佳接收方式分别设计x1、x2的接收滤波向量f1、f2，当采用匹配接收时，接收滤波向量fi选取fiM：fiM＝di当采用正交投影接收时，接收滤波向量fi选取fiO：其中i＝1,2，j＝1,2，并且i≠j；第七步，基站利用第六步设计的滤波向量f1、f2对与y相同的两路混合信号进行滤波处理，恢复出x1和x2；对xi的解码得到估计信号进一步，当用户数大于2时，先进行用户调度，选取2个用户共享信道，再采用基于期望与干扰信号关系多用户MIMO自适应的接收方法。进一步，基站根据第五步获得关于接收信号的干信比、信噪比，以及干扰与期望信号的空间相关度，确定接收准则并实现自适应的接收方式选择。进一步，对于发射机均配置1根天线的情况，所述步骤经过下述改变，所述自适应接收方法依旧适用。此时，发送端不必进行预编码处理，所以不需要所述第二步；而接收端表征数据x1和x2空间传输的单位方向向量变为：本专利技术提供的基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法，包括两个用户以及一个基站，基站通过获取接收信号的干信比、信噪比，以及干扰与期望信号的空间相关度，确定接收准则并实现自适应的接收方式选择，基于本专利技术的方法确定最佳的接收滤波方式，根据该接收方式对接收信号进行处理，可分别恢复出的两路信号，并获得好的数据速率性能。本专利技术考虑了信号和干扰的关系，避免了只采用固定的接收方式造成信号的折损过大，通过测量接收信号的信噪比、干信比及相关度确定接收准则，并实现自适应的接收方式选择，改善了信号的数据速率。本专利技术适用于接收端恢复存在共道干扰的两路信号的场景，如小区边缘用户恢复来自两个相邻基站的相互干扰的信号和MIMO多址接入信道。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法流程图；图2是本专利技术实施例提供的多用户MIMO系统上行通信的系统模型；图3是本专利技术实施例提供的基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法具体应用的流程图；图4是本专利技术实施例提供的接收端信号方向向量的几何关系图；图5是本专利技术实施例提供的匹配接收和正交投影接收设计的接收滤波向量与各路信号的关系图；图6是本专利技术实施例提供的最佳接收滤波方式选择准则的仿真图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图及具体实施例对本专利技术的应用原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法，其特征在于，该基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法包括以下步骤：第一步，第一用户获取信道信息H1，第二用户获取信道信息H2，基站获取全部信道信息，其中H1、H2分别表示第一用户与基站之间、第二用户与基站之间的信道矩阵；第二步，第一用户和第二用户采用波束成形的发射方式，分别根据H1、H2计算预编码向量p1、p2，由于两个用户均按照主特征模式进行传输，所以p1、p2选取为信道矩阵H1、H2的主右奇异向量，与信道矩阵的最大奇异值对应；第三步，第一用户和第二用户的数据分别经过p1和p2的预处理向基站发送，基站接收到混合信号y，并分为两路；y=PT1H1p1x1+PT2H2p2x2+n]]>其中，x1和x2分别表示第一用户和第二用户发送的符号，PT1表示x1的发送功率，PT2为x2的发送功率，n表示加性高斯白噪声，噪声分量的方差均为第四步，基站根据获取的信道矩阵计算表征数据x1和x2空间传输的单位方向向量：d1=H1p1||H1p1||,d2=H2p2||H2p2||;]]>第五步，基站获取x1和x2的接收干信比，即干扰信号与期望信号的功率比ki(i＝1,2)，信噪比以及干扰与期望信号的空间相关度cos2θ，并计算xi的接收准则kdivi=1PTiσn2||Ei||2(1-cos2θ)]]>其中，i＝1,2，为信噪比，cos2θ=d1Hd2d2Hd1||d1||2||d2||2=||d1Hd2||2||d1||2||d2||2=||d1Hd2||2,]]>对于i＝1，E1=H1p1,k1=PT2||H2p2||2PT1||H1p1||2;]]>对于i＝2，E2＝H2p2，k2=PT1||H1p1||2PT2||H2p2||2;]]>第六步，基站分别将两路信号的干信比ki与第五步确定的进行比较，以选取能够获得最佳数据速率的接收方式；当时，采用正交投影接收；当时，采用匹配接收；基站根据最佳接收方式分别设计x1、x2的接收滤波向量f1、f2，当采用匹配接收时，接收滤波向量fi选取fiM=di]]>当采用正交投影接收时，接收滤波向量fi选取fiO=di-djHdidj||di-djHdidj||]]>其中i＝1,2，j＝1,2，并且i≠j；第七步，基站利用第六步设计的滤波向量f1、f2对两路与y相同的混合信号进行滤波处理，恢复出x1和x2；对xi的解码如下式：yi‾=PT1(fi)HH1p1x1+PT2(fi)HH2p2x2+(fi)Hn.]]>...

【技术特征摘要】
1.一种基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法，其特征在于，该基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法包括以下步骤：第一步，第一用户获取信道信息H1，第二用户获取信道信息H2，基站获取全部信道信息，其中H1、H2分别表示第一用户与基站之间、第二用户与基站之间的信道矩阵；第二步，第一用户和第二用户采用波束成形的发射方式，分别根据H1、H2计算预编码向量p1、p2，由于两个用户均按照主特征模式进行传输，所以p1、p2选取为信道矩阵H1、H2的主右奇异向量，与信道矩阵的最大奇异值对应；第三步，第一用户和第二用户的数据分别经过p1和p2的预处理向基站发送，基站接收到混合信号y，并分为两路；其中，x1和x2分别表示第一用户和第二用户发送的符号，PT1表示x1的发送功率，PT2为x2的发送功率，n表示加性高斯白噪声，噪声分量的方差均为第四步，基站根据获取的信道矩阵计算表征数据x1和x2空间传输的单位方向向量：第五步，基站获取x1和x2的接收干信比，即干扰信号与期望信号的功率比ki(i＝1,2)，接收端的信号与噪声的功率比值以及干扰与期望信号的空间相关度cos2θ，并计算xi的接收准则其中，i＝1,2，对于i＝1，E1＝H1p1，对于i＝2，E2＝H2p2，第六步，基站分别将两路信号的干信比ki与第五步确定的进行比较，以选取能够获得最佳数据速率的接收方式；当时，采用正交投影接收；当时，采用匹配接收；基站根据最佳接收方式分别设计x1、x2的接收滤波向量f1、f2，当采用匹配接收时，接收滤波向量fi选取fiM：fiM＝di当采用正交投影接收时，接收滤波向量fi选取fiO：其中i＝1,2，j＝1,2，并且i≠j；第七步，基站利用第六步设计的滤波向量f1、f2对两路与y相同的混合信号进行滤波处理，恢复出x1和x2；对xi的解码得到估计信号2.如权利要求1所述的基于期望与干扰信号关系的多用户MIMO自适应接收方法，其特征在于，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钊，戴晓琴，李建东，赵林靖，刘勤，黄鹏宇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61