[發(fā)明專利]高速移動(dòng)場景下基于用戶調(diào)度改進(jìn)的模代數(shù)預(yù)編碼算法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811097659.8
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109067444A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖勇;楊馨怡;胡異;花遠(yuǎn)肖
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0456
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1.高速移動(dòng)場景下基于用戶調(diào)度改進(jìn)的模代數(shù)預(yù)編碼算法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，開始；

S2，建立系統(tǒng)模型；考慮一個(gè)寬帶多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系統(tǒng)中的一個(gè)單小區(qū)多用戶網(wǎng)絡(luò)下行鏈路，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，基站(Base Station,BS)部署了N_T根傳輸天線；假定總共有N個(gè)用戶，每個(gè)用戶配備一個(gè)天線接收器，用戶側(cè)所有接收用戶對應(yīng)的天線數(shù)之和為N_R，N個(gè)用戶數(shù)據(jù)用N維向量s＝[s₁,s₂,...,s_N]^T(符號[·]^T表示轉(zhuǎn)置操作)表示，取自M-QAM星座(M表示調(diào)制進(jìn)制數(shù))，功率為σ²＝2(M-1)/3；

S3，根據(jù)所建立的系統(tǒng)模型以及從接收端反饋回發(fā)送端的信道信息，采用貪婪算法進(jìn)行用戶調(diào)度，得到選擇排序后的K個(gè)用戶的用戶數(shù)據(jù)a＝[a₁,a₂,...,a_K]^T和信道矩陣H；

S4，根據(jù)貪婪算法得到的K個(gè)用戶的用戶數(shù)據(jù)a＝[a₁,a₂,...,a_K]^T和信道矩陣H，建立模代數(shù)預(yù)編碼(Tomlinson-Harashima Precoding,THP)模型；

S5，基于構(gòu)建THP的預(yù)編碼模型，在發(fā)射功率約束條件下，以最小均方誤差(MinimumMean Square Error，MMSE)為優(yōu)化目標(biāo)，推導(dǎo)得到加權(quán)矩陣G和最優(yōu)預(yù)編碼矩陣B和F；

S6，結(jié)束。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速移動(dòng)場景下基于用戶調(diào)度改進(jìn)的模代數(shù)預(yù)編碼算法，其特征在于，所述S3包括：

根據(jù)所建立的系統(tǒng)模型以及從接收端反饋回發(fā)送端的信道信息，采用貪婪算法進(jìn)行用戶調(diào)度，得到選擇排序后的K個(gè)用戶的用戶數(shù)據(jù)a＝[a₁,a₂,...,a_K]^T和信道矩陣H；以容量優(yōu)化為目標(biāo)的貪婪算法的主要思想是：首先，從所有用戶N中選出一個(gè)具有最大容量的用戶，然后選擇下一個(gè)用戶，每一次新選擇的用戶和之前選擇好的用戶一起組合得到的信道容量最大，當(dāng)選擇的用戶數(shù)達(dá)到我們設(shè)定的上限時(shí)，停止選擇，算法結(jié)束。貪婪算法的具體過程如下

根據(jù)上述算法，得到信道矩陣H，將上述算法選擇出的用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)按照被選的順序排序，得到發(fā)送信號向量，即a＝[a₁,a₂,...,a_K]^T。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速移動(dòng)場景下基于用戶調(diào)度改進(jìn)的模代數(shù)預(yù)編碼算法，其特征在于，所述S5包括：

基于貪婪算法進(jìn)行用戶調(diào)度的信道矩陣H會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的反饋矩陣B、加權(quán)矩陣G和前饋矩陣F；接收向量r可以表示為

其中，r＝[r₁,r₂,...,r_K]^T，n＝[n₁,n₂,...,n_K]^T，為預(yù)編碼符號向量，其中v＝a+d為等效的數(shù)據(jù)向量；接收端判決前的數(shù)據(jù)向量r′與發(fā)送端等效反饋信道的有效輸入向量v對應(yīng)，其誤差e表示為

其中，Gn為判決前的等效噪聲；根據(jù)MMSE的思想，在保證發(fā)送向量滿足發(fā)射功率約束的條件下，尋求合理的前饋矩陣F、反饋矩陣B及加權(quán)矩陣G，使得誤差向量最小，因此，可以構(gòu)建MMSE目標(biāo)函數(shù)和約束條件

其中，P表示發(fā)射總功率，因?yàn)橹苯忧蠼獗容^困難，利用正交原理，有

E[er^H]＝0

即接收向量r與誤差向量e正交；將誤差向量e＝r′-v代入式E[er^H]＝0，有

E[(r′-v)r^H]＝0

其中，再聯(lián)合式r′＝Gr得到

其中，假設(shè)信號向量的各元素相互正交，則為對角矩陣；令有

G[HFF^HH^H+ξI]＝BF^HH^H

其中反饋矩陣B為嚴(yán)格下三角矩陣；為了符合多用戶下行信道用戶間沒有協(xié)同的實(shí)際情況，加權(quán)矩陣G設(shè)置為對角矩陣；為了不改變發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)射功率，同時(shí)也為了得到閉合形式的解，前饋矩陣F假設(shè)為酉矩陣，滿足FF^H＝I，因此上式化簡為

G[HH^H+ξI]＝BF^HH^H

并得到

F^H＝B^-1G[HH^H+ξI]H^-H

再根據(jù)FF^H＝I，得到

F^HF＝B^-1G[HH^H+ξI]H^-HH^-1[HH^H+ξI]^HG^HB^-H＝I

即

G^-1BB^HG^-H＝[HH^H+ξI]H^-HH^-1[HH^H+ξI]^H

令L＝G^-1B，上式可表示為

LL^H＝[HH^H+ξI]H^-HH^-1[HH^H+ξI]^H

對H^-1[HH^H+ξI]^H作LQ分解，即可得到下三角矩陣L和酉矩陣Q；將L的主對角元素的倒數(shù)取出，并將其作為加權(quán)矩陣G對角線上的元素，即

反饋矩陣B可表示為

B＝GL

根據(jù)F^H＝B^-1G[HH^H+ξI]H^-H可以得到前饋矩陣FF＝Q。