基于Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法技术

本发明专利技术公开一种基于Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法，具体步骤包括：(1)估计参与预编码的信道矩阵；(2)对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解；(3)求联合用户信道矩阵的伪逆；(4)构造预编码矩阵的前半部分；(5)构造预编码矩阵的后半部分；(6)获得最终联合预编码矩阵。本发明专利技术用一种基于Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法，得到正交性更好的正交矩阵，从而获得更精确的用户信道矩阵零空间的标准正交基，最终得到所需的联合预编码矩阵。本发明专利技术可用于多用户通信系统中消除用户间干扰，提升用户接收信号的质量与系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信预编码
中的一种基于吉文斯Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法。本专利技术可用于多用户通信系统中消除用户间干扰，提升用户接收信号的质量与系统的稳定性。
技术介绍
预编码技术是指在下行链路基站端向多个用户广播发送信号之前，对混合信号进行预处理，使得用户接收端能轻易地在混合接收信号中分离出有用信号，降低或消除用户间干扰。由于基站端的处理能力远大于用户端，因而预编码技术也释放了用户端的处理压力。预编码技术通常分为线性预编码与非线性预编码。非线性预编码虽然可以达到理想的信道容量，但过高的复杂度使其很难在实际中应用。在线性预编码方法中，块对角化方法最为常用，它基于迫零思想，通过对信道矩阵进行块对角化处理，将多输入多输出信道等效成多个平行独立的空间子信道，以消除多用户干扰。然而，传统的块对角化方法对每个用户都要进行两次奇异值分解，由于奇异值分解的复杂度较高，导致方法的整体复杂度过高。与此同时，过高的复杂度却没有带来更好的误码性能收益，因此，降低复杂度或误码率就成为预编码技术中研究的关键。KekeZu等人在其发表的论文“GeneralizedDesignofLow-ComplexityBlockDiagonalizationTypePrecodingAlgorithmsforMultiuserMIMOSystems”(IEEETransactionsonCommunications,VOL.61,NO.10,OCTOBER2013)中提出了一种基于QR分解与最大似然检测块对角化算法。该方法对每个用户的等效信道矩阵求取伪逆，并对其进行QR分解得到各用户干扰信道矩阵的零空间正交基。根据各用户干扰信道矩阵的零空间正交基，构造每个用户的线性预编码矩阵。但是，该方法仍然存在的不足之处是，在求用户信道矩阵零空间的伪逆时，计算复杂度仍然较高。电子科技大学在其拥有的专利技术“一种块对角化预编码方法及装置”(申请号：201010622175.8，授权公开号：CN102546088B)中公开了一种基于格拉姆施密特正交化的块对角化预编码方法。该方法根据系统中各用户的下行信道矩阵确定总的用户信道矩阵，并对其共轭转置矩阵进行QR分解，得到正交矩阵和上三角矩阵的乘积。再将总的用户信道矩阵表示为下三角矩阵和正交共轭转置矩阵的乘积，并对所述下三角矩阵进行求逆计算，得到各用户干扰信道矩阵的零空间正交基。根据各用户干扰信道矩阵的零空间正交基，通过基于格拉姆施密特正交化构造每个用户的线性预编码矩阵，利用构造的线性预编码矩阵对各个用户的发射信号进行线性预编码。由于只对总信道矩阵进行分解，该方法进一步降低了预编码的复杂度，提升了编码效率。但是，该方法仍然存在的不足之处是，系统中用户信号的误码率仍然较高，尤其在低信噪比情景下时信号接收质量不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法，消除多用户通信系统中用户间干扰，并降低误码率，改善用户接收信号质量，增强系统的稳定性。实现本专利技术的思路是：使用基于Givens变换的QR分解代替传统块对角化方法中高复杂度的奇异值分解操作，或代替基于格拉姆施密特正交化的块对角化方法中的格拉姆施密特正交化操作，从而得到正交性更好的正交矩阵，进而获得更精确的用户干扰信道矩阵零空间的标准正交基，得到最终预编码矩阵，消除用户间干扰，同时也降低了多用户多输入多输出系统中的误码率。实现本专利技术目的的具体步骤如下：(1)估计参与预编码的信道矩阵：(1a)使用信道估计方法，估计所有参与预编码的用户的下行信道矩阵，组成联合用户信道矩阵；(1b)对联合用户信道矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的联合用户信道矩阵；(2)对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解：对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解，得到用于表示联合用户信道矩阵的正交矩阵与上三角矩阵；(3)求联合用户信道矩阵的伪逆：(3a)对上三角矩阵共轭转置后求逆，得到求逆后的下三角矩阵；(3b)将求逆后的下三角矩阵与正交矩阵相乘，得到联合用户信道矩阵的伪逆；(4)构造预编码矩阵的前半部分：(4a)将联合用户信道矩阵的上三角矩阵，划分为与用户数目相等的数个子矩阵，将得到的子矩阵作为每个用户的上三角矩阵；(4b)在所有参与预编码的用户中任选一个未处理的用户，对所选用户的上三角矩阵求共轭转置的逆，得到所选用户求逆后的下三角矩阵；(4c)将所选用户求逆后的下三角矩阵与联合用户信道矩阵的正交矩阵相乘，得到所选用户信道矩阵零空间的伪逆；(4d)利用基于Givens变换的QR分解，对所选用户信道矩阵零空间的伪逆分解，得到所选用户分解的正交矩阵与上三角矩阵；(4e)判断所有用户是否已遍历完，若是，则执行步骤(4f)，否则，执行步骤(4b)；(4f)提取每个用户分解的正交矩阵，组成块对角化矩阵，将块对角化矩阵作为联合预编码矩阵的前半部分；(5)构造预编码矩阵的后半部分：(5a)在所有参与预编码的用户中任选一个未处理的用户，将所选用户分解的正交矩阵与所选用户的下行信道矩阵相乘，得到所选用户的等效单用户信道矩阵；(5b)对所选用户的等效单用户信道矩阵进行奇异值分解，得到所选用户的左酉矩阵与所选用户的右酉矩阵；(5c)将所选用户的右酉矩阵的前x个右奇异向量，作为所选用户预编码矩阵的后半部分，所选用户的左酉矩阵的共轭转置作为所选用户的接收矩阵，x表示所选用户的等效单用户信道矩阵的秩；(5d)判断是否已遍历所有用户，若是，则执行步骤(5e)，否则，执行步骤(5a)；(5e)将每个用户预编码矩阵的后半部分组成联合预编码矩阵的后半部分；(6)获得最终联合预编码矩阵：将联合预编码矩阵的前半部分与联合预编码矩阵的后半部分相乘，得到最终联合预编码矩阵。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：第一，由于本专利技术利用了基于Givens变换的QR分解，得到正交性更好的正交矩阵，克服了现有技术中用户信号的误码率较高的缺点，使得本专利技术在消除了多用户通信系统中用户间干扰的同时降低了误码率。第二，由于本专利技术利用了对用户的上三角矩阵求共轭转置的逆，得到用户信道矩阵零空间的伪逆，克服了现有技术在求用户信道矩阵零空间的伪逆时运算复杂度较高的缺点，使得本专利技术可以降低多用户通信系统中干扰消除的运算复杂度，提升了多用户通信系统干扰消除的编码效率。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是本专利技术的仿真图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步的详细描述。参照附图1，对本专利技术的具体步骤作进一步的详细描述。步骤1，估计参与预编码的信道矩阵。使用多用户多输入多输出系统中信道估计方法，估计每个用户的下行信道矩阵，组成联合用户信道矩阵。对联合用户信道矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的联合用户信道矩阵。步骤2，对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解。对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解，得到用于表示联合用户信道矩阵的正交矩阵与上三角矩阵。步骤3，求联合用户信道矩阵的伪逆。对上三角矩阵共轭转置后求逆，得到求逆后的下三角矩阵。将求逆后的下三角矩阵与正交矩阵相乘，得到联合用户信道矩阵的伪逆。步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法，包括以下步骤：(1)估计参与预编码的信道矩阵：(1a)使用信道估计方法，估计所有参与预编码的用户的下行信道矩阵，组成联合用户信道矩阵；(1b)对联合用户信道矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的联合用户信道矩阵；(2)对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解：对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解，得到用于表示联合用户信道矩阵的正交矩阵与上三角矩阵；(3)求联合用户信道矩阵的伪逆：(3a)对上三角矩阵共轭转置后求逆，得到求逆后的下三角矩阵；(3b)将求逆后的下三角矩阵与正交矩阵相乘，得到联合用户信道矩阵的伪逆；(4)构造预编码矩阵的前半部分：(4a)将联合用户信道矩阵的上三角矩阵，划分为与用户数目相等的数个子矩阵，将得到的子矩阵作为每个用户的上三角矩阵；(4b)在所有参与预编码的用户中任选一个未处理的用户，对所选用户的上三角矩阵求共轭转置的逆，得到所选用户求逆后的下三角矩阵；(4c)将所选用户求逆后的下三角矩阵与联合用户信道矩阵的正交矩阵相乘，得到所选用户信道矩阵零空间的伪逆；(4d)利用基于Givens变换的QR分解，对所选用户信道矩阵零空间的伪逆分解，得到所选用户分解的正交矩阵与上三角矩阵；(4e)判断所有用户是否已遍历完，若是，则执行步骤(4f)，否则，执行步骤(4b)；(4f)提取每个用户分解的正交矩阵，组成块对角化矩阵，将块对角化矩阵作为联合预编码矩阵的前半部分；(5)构造预编码矩阵的后半部分：(5a)在所有参与预编码的用户中任选一个未处理的用户，将所选用户分解的正交矩阵与所选用户的下行信道矩阵相乘，得到所选用户的等效单用户信道矩阵；(5b)对所选用户的等效单用户信道矩阵进行奇异值分解，得到所选用户的左酉矩阵与所选用户的右酉矩阵；(5c)将所选用户的右酉矩阵的前x个右奇异向量，作为所选用户预编码矩阵的后半部分，所选用户的左酉矩阵的共轭转置作为所选用户的接收矩阵，x表示所选用户的等效单用户信道矩阵的秩；(5d)判断是否已遍历所有用户，若是，则执行步骤(5e)，否则，执行步骤(5a)；(5e)将每个用户预编码矩阵的后半部分组成联合预编码矩阵的后半部分；(6)获得最终联合预编码矩阵：将联合预编码矩阵的前半部分与联合预编码矩阵的后半部分相乘，得到最终联合预编码矩阵。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法，包括以下步骤：(1)估计参与预编码的信道矩阵：(1a)使用信道估计方法，估计所有参与预编码的用户的下行信道矩阵，组成联合用户信道矩阵；(1b)对联合用户信道矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的联合用户信道矩阵；(2)对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解：对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解，得到用于表示联合用户信道矩阵的正交矩阵与上三角矩阵；(3)求联合用户信道矩阵的伪逆：(3a)对上三角矩阵共轭转置后求逆，得到求逆后的下三角矩阵；(3b)将求逆后的下三角矩阵与正交矩阵相乘，得到联合用户信道矩阵的伪逆；(4)构造预编码矩阵的前半部分：(4a)将联合用户信道矩阵的上三角矩阵，划分为与用户数目相等的数个子矩阵，将得到的子矩阵作为每个用户的上三角矩阵；(4b)在所有参与预编码的用户中任选一个未处理的用户，对所选用户的上三角矩阵求共轭转置的逆，得到所选用户求逆后的下三角矩阵；(4c)将所选用户求逆后的下三角矩阵与联合用户信道矩阵的正交矩阵相乘，得到所选用户信道矩阵零空间的伪逆；(4d)利用基于Givens变换的QR分解，对所选用户信道矩阵零空间的伪逆分解，得到所选用户分解的正交矩阵与上三角矩阵；(4e)判断所有用户是否已遍历完，若是，则执行步骤(4f)，否则，执行步骤(4b)；(4f)提取每个用户分解的正交矩阵，组成块对角化矩阵，将块对角化矩阵作为联合预编码矩阵的前半部分；(5)构造预编码矩阵的后半部分：(5a)在所有参与预编码的用户中任选一个未处理的用户，将所选用户分解的正交矩阵与所选用户的下行信道矩阵相乘，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明，孙成越，葛建华，刘刚，高洋，付少忠，
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