一种连续优化匹配泄漏加权的信漏噪比预编码方法技术

一种连续优化匹配泄漏加权的信漏噪比预编码方法，其实现步骤是：得到每个用户的信道矩阵，利用信漏噪比预编码方法得到每个用户的初始预编码向量，再利用奇异值分解得到的每个用户的有效信道矩阵，连续优化每个用户的干扰泄漏矩阵，得到每个用户的有效干扰泄漏矩阵，对每个用户的有效干扰泄漏矩阵进行匹配加权，得到每个用户优化后的预编码向量，最后将每个用户的信道矩阵与预编码向量相乘得到的矩阵共轭转置，作为每个用户的接收译码矩阵。本发明专利技术用于多用户系统中消除用户间干扰，增强较差信道增益用户的性能，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】
一种连续优化匹配泄漏加权的信漏噪比预编码方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及无线通信预编码
中的一种连续优化匹配泄漏加权的信漏噪比预编码方法。本专利技术可用于多用户多输入多输出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
多用户多输入多输出MU-MIMO(Multi-UserMultiple-InputMultiple-Output)系统中利用空分多址在相同时间、频率资源上传送多个用户的信息，对产生的多用户干扰通常采用发送端预编码技术来消除。预编码技术可以分为非线性预编码和线性预编码技术。非线性预编码虽然可以达到理想的信道容量，但复杂度过高难以在实际中应用。线性预编码如块对角化BD(Blockdiagonalization)预编码实现了次优的系统性能，具有较低的复杂度，但并没有考虑噪声的干扰，且对收发天线数量有着严格约束。与块对角化BD预编码方案相比，信漏噪比预编码方法在发射天线数量方面放宽了对系统配置的约束，而且在设计预编码时，考虑了噪声的影响，性能优于块对角化BD预编码方法。SunC等人在其发表的论文“LinearTransmitterPrecodingDesignwithMatchingWeightedSLNRforMultiuserMIMODownlinkSystems”(IeiceTransactionsonCommunications,2012,E95.B(12):3915-3917)中提出了一种匹配泄漏加权信漏噪比预编码方法来消除用户间干扰。该方法虽然利用不同用户的信道增益与预编码向量对用户泄漏信道进行加权，对较差信道增益匹配较大的加权因子，考虑了用户之间的公平性，但是，该方法仍然存在的不足之处是，对用户泄漏信道进行加权时，包括了对未传输数据的用户泄漏信道进行加权，系统冗余较大，未能有效利用传输信道的子空间，导致每个用户的信漏噪比相对减小，误码性能较差。北京邮电大学在其申请的专利文献“一种多用户MIMO系统的子信道选择和发送预编码方法”(申请号：CN201110078253.7，申请公开号：CN102158270A)中公开了一种多用户多输入多输出MU-MIMO系统中基于子信道选择的信漏噪比预编码方法。该方法对各用户信道做奇异值分解，得到系统各用户的子信道选择矩阵，并与信道矩阵相乘，获得系统各用户的等效信道信息，根据最大化各用户信漏噪比准则，获取系统各用户的预编码矩阵。该方法虽然利用奇异值分解选取的子信道选择矩阵是具有最大信干噪比的子信道，但是不同用户子信道增益差异较大，不能保障较差信道增益用户的系统性能，误码性能较差。
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，提出了一种连续优化匹配泄漏加权的信漏噪比预编码方法，消除多用户通信系统中用户间干扰，改善较差信道增益用户的性能，提升用户接收信号的质量与系统的稳定性。实现本专利技术目的的具体思路是，使用每个用户的有效信道矩阵来优化每个用户的干扰泄漏矩阵，从而充分利用每个用户的有效信道子空间，然后对每个用户的有效干扰泄漏矩阵进行匹配加权，进而改善较差信道增益用户的性能，消除了多用户间干扰，同时也降低了多用户多输入多输出系统中的误码率。本专利技术的具体步骤包括如下：(1)提取每个用户的信道矩阵：基站利用信道的互易性，从上行链路的导频训练序列中提取每个用户的信道矩阵；(2)计算每个用户的预编码向量：(2a)任意选取一个用户，将所选用户之外的其余用户作为该用户的干扰泄漏用户；(2b)利用最大化信漏噪比公式，计算当所有干扰泄漏用户总功率最小时每个用户的预编码向量；(3)获得每个用户的有效信道矩阵：(3a)在所有未选用户中任意选取一个用户，将所选用户的信道矩阵与其预编码向量相乘，得到所选用户的等效信道矩阵；(3b)对等效信道矩阵进行奇异值分解，将分解得到的左酉矩阵的第1列作为所选用户的子信道选择矩阵；(3c)将子信道选择矩阵共轭转置后与所选用户的信道矩阵相乘，得到所选用户的有效信道矩阵；(4)更新每个用户的干扰泄漏矩阵：将所有已选用户的所有有效信道矩阵组成一个新的干扰矩阵，用该新的干扰矩阵更新当前所选用户的干扰泄漏矩阵，得到当前所选用户的有效干扰泄漏矩阵；(5)判断是否选取完所有用户，若是，执行步骤(6)，否则，执行步骤(3)；(6)获得优化后的预编码向量：(6a)利用下述匹配加权公式，对更新后的每个用户的有效干扰泄漏矩阵进行匹配加权：其中，αj表示第j个干扰泄漏用户的匹配加权因子，该匹配加权因子αj满足Σ表示求和操作；(6b)利用基于广义特征值的瑞利熵公式，得到每个用户优化后的预编码向量；(7)获得接收译码矩阵：将每个用户的预编码向量的共轭转置乘以该用户信道矩阵的共轭转置作为该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了连续优化每个用户的干扰泄漏矩阵，得到每个用户的有效干扰泄漏矩阵，克服了现有技术中传输信道的子空间冗余较大导致用户信号的误码率较高的缺点，使得本专利技术可以有效利用传输信道的子空间，降低了每个用户的误码率。第二，由于本专利技术利用了对每个用户的有效干扰泄漏矩阵进行匹配加权，得到每个用户匹配加权后的有效干扰泄漏矩阵，克服了现有技术中不同用户子信道增益差异较大，不能保障较差信道增益用户性能的缺点，使得本专利技术在消除多用户间干扰的同时增强了较差信道增益用户的性能。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，提取每个用户的信道矩阵。基站利用信道的互易性，从上行链路的导频训练序列中提取每个用户的信道矩阵。步骤2，计算每个用户的预编码向量。任意选取一个用户，将所选用户之外的其余用户作为该用户的干扰泄漏用户。利用最大化信漏噪比公式，计算当所有干扰泄漏用户总功率最小时每个用户的预编码向量。所述的最大化信漏噪比公式如下：其中，Pk表示当第k个用户的所有干扰泄漏用户总功率最小时的信漏噪比，k＝1,2,…,K，K表示所有用户的总数，||·||F表示Frobenius范数操作，Hk表示第k个用户的信道矩阵，wk表示第k个用户的预编码向量，表示第k个用户的功率，表示第k个用户的所有干扰泄漏用户组成的信道矩阵，表示第k个用户的所有干扰泄漏用户总功率，Mk表示第k个用户接收天线的总数，表示第k个用户在接收端产生的噪声功率，表示当第k个用户的所有干扰泄漏用户总功率最小时对应的预编码向量wk。步骤3，获得每个用户的有效信道矩阵。在所有未选用户中任意选取一个用户，将所选用户的信道矩阵与其预编码向量相乘，得到所选用户的等效信道矩阵。对等效信道矩阵进行奇异值分解，将分解得到的左酉矩阵的第1列作为所选用户的子信道选择矩阵。将子信道选择矩阵共轭转置后与所选用户的信道矩阵相乘，得到所选用户的有效信道矩阵。步骤4，更新每个用户的干扰泄漏矩阵。将所有已选用户的所有有效信道矩阵组成一个新的干扰矩阵，用该新的干扰矩阵更新当前所选用户的干扰泄漏矩阵，得到当前所选用户的有效干扰泄漏矩阵；步骤5，判断是否选取完所有用户，若是，执行步骤6，否则，执行步骤3。步骤6，获得优化后的预编码向量。利用下述匹配加权公式，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续优化匹配泄漏加权的信漏噪比预编码方法，其特征在于，将单基站多用户多输入多输出系统中每个用户信道与预编码向量作为加权因子，对泄漏到每个用户的功率进行匹配加权，连续更新每个用户的有效干扰泄漏矩阵，得到每个用户优化后的预编码向量；该方法的具体步骤如下：(1)提取每个用户的信道矩阵：基站利用信道的互易性，从上行链路的导频训练序列中提取每个用户的信道矩阵；(2)计算每个用户的预编码向量：(2a)任意选取一个用户，将所选用户之外的其余用户作为该用户的干扰泄漏用户；(2b)利用最大化信漏噪比公式，计算当所有干扰泄漏用户总功率最小时每个用户的预编码向量；(3)获得每个用户的有效信道矩阵：(3a)在所有未选用户中任意选取一个用户，将所选用户的信道矩阵与其预编码向量相乘，得到所选用户的等效信道矩阵；(3b)对等效信道矩阵进行奇异值分解，将分解得到的左酉矩阵的第1列作为所选用户的子信道选择矩阵；(3c)将子信道选择矩阵共轭转置后与所选用户的信道矩阵相乘，得到所选用户的有效信道矩阵；(4)更新每个用户的干扰泄漏矩阵：将所有已选用户的所有有效信道矩阵组成一个新的干扰矩阵，用该新的干扰矩阵更新当前所选用户的干扰泄漏矩阵，得到当前所选用户的有效干扰泄漏矩阵；(5)判断是否选取完所有用户，若是，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(3)；(6)获得优化后的预编码向量：(6a)利用下述匹配加权公式，对更新后的每个用户的有效干扰泄漏矩阵进行匹配加权：...

【技术特征摘要】
1.一种连续优化匹配泄漏加权的信漏噪比预编码方法，其特征在于，将单基站多用户多输入多输出系统中每个用户信道与预编码向量作为加权因子，对泄漏到每个用户的功率进行匹配加权，连续更新每个用户的有效干扰泄漏矩阵，得到每个用户优化后的预编码向量；该方法的具体步骤如下：(1)提取每个用户的信道矩阵：基站利用信道的互易性，从上行链路的导频训练序列中提取每个用户的信道矩阵；(2)计算每个用户的预编码向量：(2a)任意选取一个用户，将所选用户之外的其余用户作为该用户的干扰泄漏用户；(2b)利用最大化信漏噪比公式，计算当所有干扰泄漏用户总功率最小时每个用户的预编码向量；(3)获得每个用户的有效信道矩阵：(3a)在所有未选用户中任意选取一个用户，将所选用户的信道矩阵与其预编码向量相乘，得到所选用户的等效信道矩阵；(3b)对等效信道矩阵进行奇异值分解，将分解得到的左酉矩阵的第1列作为所选用户的子信道选择矩阵；(3c)将子信道选择矩阵共轭转置后与所选用户的信道矩阵相乘，得到所选用户的有效信道矩阵；(4)更新每个用户的干扰泄漏矩阵：将所有已选用户的所有有效信道矩阵组成一个新的干扰矩阵，用该新的干扰矩阵更新当前所选用户的干扰泄漏矩阵，得到当前所选用户的有效干扰泄漏矩阵；(5)判断是否选取完所有用户，若是，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(3)；(6)获得优化后的预编码向量：(6a)利用下述匹配加权公式，对更新后...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰令，蔡亚乐，黄怡梅，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