[發(fā)明專利]一種適用于物理層多播多流數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖瞻l(fā)端構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410091203.6
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103840916B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張子龍;許小東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L1/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司34101
• 代理人: 汪祥虬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多輸入多輸出(MIMO)寬帶無線和移動通信的收發(fā)設(shè)計(jì)方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及在采用多天線配置的MIMO物理層多播系統(tǒng)中傳輸多路獨(dú)立數(shù)據(jù)流的收發(fā)端構(gòu)建方法，適用于802.11n、TD-HSPA+、TD-LTE及TD-LTE-Advanced等新一代寬帶無線和移動通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)中，如果發(fā)送端和接收端完全已知信道狀態(tài)信息(CSI)，采用預(yù)編碼技術(shù)能有效提高系統(tǒng)的分集和復(fù)用增益。已有的大量研究表明，MIMO預(yù)編碼技術(shù)可應(yīng)用于各類不同的傳輸信道，包括MIMO單播信道、MIMO多播信道、MIMO廣播信道以及MIMO多址接入信道等。近年來，由于MIMO物理層多播傳輸具有較廣泛的應(yīng)用前景，基于該場景的MIMO預(yù)編碼技術(shù)越來越受到重視。在MIMO多播系統(tǒng)中，發(fā)送端將相同的信息在同一時刻發(fā)送給多個接收端，這意味著在接收端之間并無干擾存在。大多數(shù)已有工作集中于討論適用于多播場景的波束賦形算法，但是此類算法一般只支持單一數(shù)據(jù)流傳輸。對于MIMO多播系統(tǒng)來說，同時傳輸多個數(shù)據(jù)流是一種更為有效的利用頻譜資源的方式。中國專利申請?zhí)?01210128465.6提出的一種可支持兩路數(shù)據(jù)流同時傳輸?shù)摹⑦m用于MIMO物理層多播多流的預(yù)編碼方法，其基本原理是基于支持多搜索路徑的迭代更新機(jī)制和各用戶兩路數(shù)據(jù)流信噪比與用戶對應(yīng)的多播信道奇異值之間的定量關(guān)系來設(shè)計(jì)酉預(yù)編碼矩陣。然而，該方法一般僅適用于發(fā)送端配置兩根天線的MIMO多播系統(tǒng)，并不能適用于一般的多播場景。事實(shí)上，隨著技術(shù)的發(fā)展，TD-LTE-Advanced等先進(jìn)的移動通信系統(tǒng)一般支持發(fā)送端配置8根傳輸天線。這就要求發(fā)展適用于MIMO多播系統(tǒng)下任意傳輸流數(shù)的收發(fā)端構(gòu)建方法。中國專利申請?zhí)?01310293691.4提出的一種基于吉文斯旋轉(zhuǎn)的物理層多播多流數(shù)據(jù)傳輸方法，借助于用戶端所采用的迫零串行干擾消除接收技術(shù)(ZF-SIC)，利用MIMO物理層多播雙流傳輸矩陣迭代構(gòu)造出適合多流傳輸?shù)淖罴延详囶A(yù)編碼矩陣，從而拓展發(fā)送數(shù)據(jù)流數(shù)。然而，由于迫零算法的局限性，接收端的噪聲將被放大，同時也會降低整個系統(tǒng)的誤符號率(SER)性能。因此，設(shè)計(jì)基于誤符號率性能更好的接收機(jī)、同時適用于MIMO多播多流系統(tǒng)，且能保持?jǐn)?shù)據(jù)流間的公平性的預(yù)編碼方法具有重要的工程價值和實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種適用于物理層多播多流數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖瞻l(fā)端構(gòu)建方法，在保證數(shù)據(jù)流間公平性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的誤符號率性能。

本發(fā)明適用于物理層多播多流數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖瞻l(fā)端構(gòu)建方法，設(shè)基站端有M根發(fā)射天線，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流數(shù)與發(fā)射天線數(shù)M相同；發(fā)送數(shù)據(jù)s的總功率為P_t，多播組內(nèi)用戶數(shù)K≥2，各用戶接收天線數(shù)N相同且滿足接收天線數(shù)N不低于發(fā)射天線數(shù)M的條件；發(fā)送端已知所有用戶信道狀態(tài)信息，其中第k個用戶的信道矩陣用戶序號k＝1,…,K，其中信道矩陣式中的符號表示復(fù)數(shù)域；預(yù)編碼矩陣其特征在于具體操作步驟為：

第一步、在功率約束的條件下，根據(jù)最大化多播信道可達(dá)速率的準(zhǔn)則計(jì)算出適用于多播信道的功率轉(zhuǎn)換矩陣同時初始化迭代次數(shù)l以及最大迭代次數(shù)L，其中迭代次數(shù)l∈{1,2,…,L}；

第二步、初始化多流旋轉(zhuǎn)矩陣其中I_M表示M維單位矩陣；

第三步、分別計(jì)算第k個用戶的虛擬信道矩陣并對各用戶的增廣矩陣進(jìn)行QR分解，得到各用戶的接收矩陣Q_k和三角矩陣R_k，提取出各用戶的子信道增益序列

第四步、在第l次迭代過程中，在所有用戶的子信道增益序列中找到絕對值最小的一個，這里設(shè)該最小值出現(xiàn)在第p個用戶的子信道增益序列r_p內(nèi)，而后在r_p內(nèi)搜索與該最小值相鄰的子信道增益值，找到增益值的絕對值最大的一個，這兩個增益值就是本次迭代所要優(yōu)化的目標(biāo)，設(shè)其編號為q和q+1，其中q＝1,2,…,M-1；接下來，針對所有用戶的第q個和第q+1個子信道，基于最大化最小數(shù)據(jù)流信噪比準(zhǔn)則并采取支持多搜索路徑的迭代更新機(jī)制計(jì)算獲得雙流旋轉(zhuǎn)矩陣其中θ與分別表示一維旋轉(zhuǎn)角度和二維旋轉(zhuǎn)角度；根據(jù)雙流旋轉(zhuǎn)矩陣G_sub構(gòu)造多流迭代旋轉(zhuǎn)矩陣

即該矩陣的第q行第q列至第q+1行第q+1列四個元素對應(yīng)配置為雙流旋轉(zhuǎn)矩陣G_sub的四個元素,然后依據(jù)預(yù)編碼矩陣更新關(guān)系式V＝VG_q,q+1更新多流旋轉(zhuǎn)矩陣V；