[發(fā)明專利]基于Givens變換塊對(duì)角化預(yù)編碼的干擾消除方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710021845.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-12
• 公開（公告）號(hào): CN106789781A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高明;孫成越;葛建華;劉剛;高洋;付少忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L25/03
• 分類號(hào): H04L25/03;H04L25/02
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心61205
• 代理人: 田文英,王品華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及無線通信預(yù)編碼技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于吉文斯Givens變換塊對(duì)角化預(yù)編碼的干擾消除方法。本發(fā)明可用于多用戶通信系統(tǒng)中消除用戶間干擾，提升用戶接收信號(hào)的質(zhì)量與系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

背景技術(shù)

預(yù)編碼技術(shù)是指在下行鏈路基站端向多個(gè)用戶廣播發(fā)送信號(hào)之前，對(duì)混合信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，使得用戶接收端能輕易地在混合接收信號(hào)中分離出有用信號(hào)，降低或消除用戶間干擾。由于基站端的處理能力遠(yuǎn)大于用戶端，因而預(yù)編碼技術(shù)也釋放了用戶端的處理壓力。

預(yù)編碼技術(shù)通常分為線性預(yù)編碼與非線性預(yù)編碼。非線性預(yù)編碼雖然可以達(dá)到理想的信道容量，但過高的復(fù)雜度使其很難在實(shí)際中應(yīng)用。在線性預(yù)編碼方法中，塊對(duì)角化方法最為常用，它基于迫零思想，通過對(duì)信道矩陣進(jìn)行塊對(duì)角化處理，將多輸入多輸出信道等效成多個(gè)平行獨(dú)立的空間子信道，以消除多用戶干擾。然而，傳統(tǒng)的塊對(duì)角化方法對(duì)每個(gè)用戶都要進(jìn)行兩次奇異值分解，由于奇異值分解的復(fù)雜度較高，導(dǎo)致方法的整體復(fù)雜度過高。與此同時(shí)，過高的復(fù)雜度卻沒有帶來更好的誤碼性能收益，因此，降低復(fù)雜度或誤碼率就成為預(yù)編碼技術(shù)中研究的關(guān)鍵。

Keke Zu等人在其發(fā)表的論文“Generalized Design of Low-Complexity Block Diagonalization Type Precoding Algorithms for Multiuser MIMO Systems”(IEEE Transactions on Communications,VOL.61,NO.10,OCTOBER 2013)中提出了一種基于QR分解與最大似然檢測塊對(duì)角化算法。該方法對(duì)每個(gè)用戶的等效信道矩陣求取偽逆，并對(duì)其進(jìn)行QR分解得到各用戶干擾信道矩陣的零空間正交基。根據(jù)各用戶干擾信道矩陣的零空間正交基，構(gòu)造每個(gè)用戶的線性預(yù)編碼矩陣。但是，該方法仍然存在的不足之處是，在求用戶信道矩陣零空間的偽逆時(shí)，計(jì)算復(fù)雜度仍然較高。

電子科技大學(xué)在其擁有的專利技術(shù)“一種塊對(duì)角化預(yù)編碼方法及裝置”(申請(qǐng)?zhí)枺?01010622175.8，授權(quán)公開號(hào)：CN102546088B)中公開了一種基于格拉姆施密特正交化的塊對(duì)角化預(yù)編碼方法。該方法根據(jù)系統(tǒng)中各用戶的下行信道矩陣確定總的用戶信道矩陣，并對(duì)其共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解，得到正交矩陣和上三角矩陣的乘積。再將總的用戶信道矩陣表示為下三角矩陣和正交共軛轉(zhuǎn)置矩陣的乘積，并對(duì)所述下三角矩陣進(jìn)行求逆計(jì)算，得到各用戶干擾信道矩陣的零空間正交基。根據(jù)各用戶干擾信道矩陣的零空間正交基，通過基于格拉姆施密特正交化構(gòu)造每個(gè)用戶的線性預(yù)編碼矩陣，利用構(gòu)造的線性預(yù)編碼矩陣對(duì)各個(gè)用戶的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)編碼。由于只對(duì)總信道矩陣進(jìn)行分解，該方法進(jìn)一步降低了預(yù)編碼的復(fù)雜度，提升了編碼效率。但是，該方法仍然存在的不足之處是，系統(tǒng)中用戶信號(hào)的誤碼率仍然較高，尤其在低信噪比情景下時(shí)信號(hào)接收質(zhì)量不佳。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于Givens變換塊對(duì)角化預(yù)編碼的干擾消除方法，消除多用戶通信系統(tǒng)中用戶間干擾，并降低誤碼率，改善用戶接收信號(hào)質(zhì)量，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的思路是：使用基于Givens變換的QR分解代替?zhèn)鹘y(tǒng)塊對(duì)角化方法中高復(fù)雜度的奇異值分解操作，或代替基于格拉姆施密特正交化的塊對(duì)角化方法中的格拉姆施密特正交化操作，從而得到正交性更好的正交矩陣，進(jìn)而獲得更精確的用戶干擾信道矩陣零空間的標(biāo)準(zhǔn)正交基，得到最終預(yù)編碼矩陣，消除用戶間干擾，同時(shí)也降低了多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)中的誤碼率。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體步驟如下：

(1)估計(jì)參與預(yù)編碼的信道矩陣：

(1a)使用信道估計(jì)方法，估計(jì)所有參與預(yù)編碼的用戶的下行信道矩陣，組成聯(lián)合用戶信道矩陣；

(1b)對(duì)聯(lián)合用戶信道矩陣進(jìn)行共軛轉(zhuǎn)置，得到共軛轉(zhuǎn)置后的聯(lián)合用戶信道矩陣；

(2)對(duì)共軛轉(zhuǎn)置后的聯(lián)合用戶信道矩陣進(jìn)行QR分解：

對(duì)共軛轉(zhuǎn)置后的聯(lián)合用戶信道矩陣進(jìn)行QR分解，得到用于表示聯(lián)合用戶信道矩陣的正交矩陣與上三角矩陣；

(3)求聯(lián)合用戶信道矩陣的偽逆：

(3a)對(duì)上三角矩陣共軛轉(zhuǎn)置后求逆，得到求逆后的下三角矩陣；

(3b)將求逆后的下三角矩陣與正交矩陣相乘，得到聯(lián)合用戶信道矩陣的偽逆；

(4)構(gòu)造預(yù)編碼矩陣的前半部分：

(4a)將聯(lián)合用戶信道矩陣的上三角矩陣，劃分為與用戶數(shù)目相等的數(shù)個(gè)子矩陣，將得到的子矩陣作為每個(gè)用戶的上三角矩陣；