本发明专利技术公开了一种多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，包括：(1)从静态用户中选择参与通信的静态用户；(2)对静态用户的目标信号进行块对角化预编码；(3)将预编码获得的信号与动态用户的目标信号进行格拉斯曼‑欧氏叠乘；(4)各个用户分别对接收到的信号进行解码，获取目标信号；本发明专利技术提供的自由度优化方法，采用块对角化预编码加格拉斯曼‑欧氏叠乘的方法，使基站能与一个动态用户和多个静态用户通信，解决现有技术中基站每个时隙只能与一个用户进行通信的问题；并且在不改变动态用户的自由度的情况下，使满足条件的静态用户获得额外的自由度；相对于现有技术的分时策略，可显著提高系统的自由度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信
，更具体地，涉及一种多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法。
技术介绍
对于多用户MIMO(多入多出，Multi-Input Multi-Output)广播信道，其自由度很大程度上决定于收发端是否已知CSI(Channel State Information，信道边信息)，当发送端有CSIT(CSI at Transmitter，发送端信道边信息)并且接收端有CSIR(CSI at Receiver，接收端信道边信息)时，可以通过发送端预编码技术以及接收端干扰消除的方法，使发送端可以同时向所有用户发送信号。当基站天线数为M，用户数为K，各个用户天线数为Ni(1≤i≤K)，在该场景下，系统能够获得的最大自由度为而当发送端没有CSIT时，不论所有用户是否都已知或者都未知CSIR，TDMA(Time Division Multiple Access，时分复用)都是最优的；这个时候系统能够达到的最大自由度为min(M,max Ni)；但部分用户知道CSIR时，分时策略只能让基站每个时刻最多只与一个用户进行通信，系统所能达到的自由度域较低。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，其目的在于使基站能同时与多个用户进行通信，可以提高系统的自由度域，获取更大的系统容量。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，该方法基于以下多用户MIMO广播信道下的模型；该模型中，接收端用户包括多个动态用户，动态用户的收发端不知其CSI；接收端还包括多个静态用户，静态用户的收发端均已知CSI，并且静态用户之间共享CSI；该自由度优化方法具体包括如下步骤：(1)在基站与动态用户建立通信前，根据用户选择策略从静态用户中选取K个静态用户，由这K个静态用户构成静态用户组；(2)根据静态用户组的信道参数Hi获取各静态用户的预编码矩阵Ti，其中，i是指用户编号，1≤i≤K；(3)通过各静态用户的目标信号di与预编码矩阵Ti获得静态用户组的编码信号Xs；(4)对动态用户的目标信号Xd与静态用户组的编码信号Xs进行格拉斯曼-欧氏叠乘，得到叠乘信号X＝XsXd；通过基站向动态用户与静态用户组内的静态用户发送该叠乘信号；(5)由上述用户对接收信号进行解码，根据解码得到的信号获取用户的自由度。优选地，上述多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，其步骤(1)中的用户选择策略具体如下：(i)对于天线数为Nd的动态用户，从所有静态用户中选择天线数最大且天线数不小于Nd的静态用户，加入静态用户组；(ii)判断上述静态用户组中静态用户的天线数之和是否小于基站发送天线数M，若是，则从经过步骤(1)挑选后剩余的静态用户中选择天线数最大且天线数不小于Nd的静态用户，加入静态用户组；若否，则结束。优选地，上述多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，所述预编码矩阵其中，信道参数Hi包括每个静态用户的信道矩阵；其中，null是指取零空间处理。优选地，上述多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，所述静态用户组的编码信号本专利技术提供的上述自由度优化方法，在基站与动态用户进行通信前，先对静态用户进行选择，只有天线数大于该动态用户天线数的静态用户才能参与通信，并且静态用户组中天线数之和不大于基站的发送天线数；由此让尽可能多的静态用户参与通信；由于采用分时策略时静态用户均无法获取自由度，因此这种方法能使这些静态用户都可以获得额外的自由度增益。而为了达到基站同时与动态用户与选中的静态用户进行通信的目的，采用格拉斯曼-欧氏信号叠乘的方法，将静态用户组的目标信号与动态用户的目标信号整合；如此处理后，对于信号接收端而言，各用户都等效于一个点对点非相干MIMO信道，每个用户都可以获取相应的自由度；本专利技术的这种方法可以使基站同时与多个用户进行通信，起到显著提升自由度域的效果。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，采用格拉斯曼-欧氏叠乘的方法获得发送信号，对于动态用户而言，叠乘处理并不改变动态用户与基站间的通信，对动态用户的自由度没有变影响，但是对于静态用户而言，当发送信号为叠乘信号时，由于采用分时策略时静态用户均无法获取自由度，因此这种方法能够让部分静态用户获得额外的自由度增益；(2)本专利技术提供的多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，由于静态用户能够获取额外的自由度增益，在基站天线数足够大的情况下，系统获得的自由度增益随着静态用户天线数的增加而增加；而传统的分时策略每个时刻只能与最多一个用户进行通信；相比较而言，在通信中应用本专利技术提供的方法，可以获得显著的自由度提升。附图说明图1为本专利技术实施例中的多用户MIMO广播信道模型；图2为本专利技术实施例提供的多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法的流程图；图3为实施例中MIMO广播信道模型下的三种传输方法的自由度域比较示意图。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，以下结合附图及实施例，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。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例所基于的多用户MIMO广播信道模型，如图1所示意的，静态用户数目为K1，各静态用户的天线数分别为Ni，动态用户个数为K2，每个动态用户的天线数为Rj，相干周期为Tj；其中，i是指静态用户编号，j是指动态用户编号，1≤i≤K1，1≤j≤K2；其中，静态用户天线数满足N0＝∞，实施例中，对于任一用户，当用户的天线数大于基站的发送天线数M，将该用户的发送天线数取为M；因为无论是基站与该用户进行点对点通信，还是基站与包含该用户在内的几个用户进行广播通信，接收天线数超过M都是没有意义的，将其天线数取M对系统自由度域无影响；因此，实施例中，对所有i和j，均有Ni≤M，Rj≤M；其中，i是指静态用户编号，j是指动态用户编号。实施例中，动态用户与动态用户之间的通信采用分时策略，基站每次最多只与一个动态用户通信，在基站与某动态用户进行通信时，选中天线数不小于该动态用户天线数的静态用户参与通信，通过使用块对角化(或迫零)预编码对所选静态用户的目标信号进行预编码，将得到的编码信号矩阵与动态用户的信号矩阵进行叠乘，获得格拉斯曼-欧氏叠乘信号；基站发送该叠乘信号，接收端各个用户对接收到的信号分别解码，根据解码获得的信号获取各用户相应的自由度。实施例提供的多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，其流程如图2所示，包括如下步骤：(1)在基站与动态用户建立通信前，根据用户选择策略从静态用户中选取K个静态用户，由这K个静态用户构成静态用户组；(2)根据静态用户组的信道参数Hi获取各个静态用户的预编码矩阵Ti，1≤i≤K；(3)通过各静态用户的目标信号di与预编码矩阵Ti获得静态用户组的编码信号Xs；(4)对动态用户的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)在基站与动态用户建立通信前，根据用户选择策略从静态用户中选取K个静态用户，由所述K个静态用户构成静态用户组；(2)根据静态用户组的信道参数Hi获取静态用户的预编码矩阵Ti，其中，i是指静态用户编号，1≤i≤K；(3)通过静态用户的目标信号di与所述预编码矩阵Ti获得静态用户组的编码信号Xs；(4)对动态用户的目标信号Xd与静态用户组的编码信号Xs进行格拉斯曼‑欧氏叠乘，获得叠乘信号X＝XsXd；通过基站向动态用户与静态用户组内的静态用户发送所述叠乘信号；(5)由用户对接收到的信号进行解码，根据解码得到的信号获取用户的自由度。
【技术特征摘要】
1.一种多用户MIMO广播信道在混合CSI下的自由度优化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)在基站与动态用户建立通信前，根据用户选择策略从静态用户中选取K个静态用户，由所述K个静态用户构成静态用户组；(2)根据静态用户组的信道参数Hi获取静态用户的预编码矩阵Ti，其中，i是指静态用户编号，1≤i≤K；(3)通过静态用户的目标信号di与所述预编码矩阵Ti获得静态用户组的编码信号Xs；(4)对动态用户的目标信号Xd与静态用户组的编码信号Xs进行格拉斯曼-欧氏叠乘，获得叠乘信号X＝XsXd；通过基站向动态用户与静态用户组内的静态用户发送所述叠乘信号；(5)由用户对接收到的信号进行解码，根据解码得到的信号获取用户...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏鹏敏，王德胜，万晨，刘文旭，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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