CN101467362A - 用于在mimo无线电***中发送信息的预编码方法 - Google Patents

Abstract

一种发送包括符号的发送向量的方法，这些符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站。该方法包括：获得与在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态有关的信息；以及基于在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态来计算接收站的解码矩阵的块对角线性运算符V、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H。利用满足方程(I)的预编码矩阵P对发送向量进行预编码，并且使用与块对角线性运算符V对应的接收器滤波器在接收站中对应执行滤波。

Description

用于在MIMO无线电***中发送信息的预编码方法

技术领域

本发明涉及通信并且更具体地涉及一种发送包括如下符号的发送向量的方法、无线电***、信号处理单元、发送站、计算机程序产品和计算机程序分发介质，这些符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站。

背景技术

本发明涉及对多用户信道的利用，其中单个发送站在同一资源单元内向数个接收站发送数据。如果发送站具有数个天线，则有可能仅通过使用信道的空间性质来分离用户。这使得***吞吐量显著增强，因为无需在时域、频域或者码域中分离用户。

多输入多输出(MIMO)无线技术近来已经广受关注。已经建议将MIMO技术用于在包括未来蜂窝通信、交通工具通信、无线局域网和广域网以及军事通信的若干应用领域中。

MIMO技术具有显著增加信道容量而同时又提高链路可靠性的能力。通过使用空间分集来实现MIMO技术的优点。MIMO***中的数据从多个发送天线上发送到接收器终端中的多个接收天线。当同时通过多个信道发送多个信号时，在多个发送天线与接收天线之间的信号独立波动和衰落。可以在发送器中利用特定的空时码对发送的信号进行编码，而通过在接收器处执行相应处理可以适当地提取底层数据。目前深入研究此类组合式预编码和均衡器设计的可能性。

对于各用户仅有单个接收天线的情况，在文献中有各种预编码机制可用。对于每个用户有多个接收天线的更一般情况，近来已经提出一些机制。此类现有技术文献的示例包括Q.H.Spencer、A.LSwindlehurst和M.Haardt的“Zero-Forcing Methods for DownlinkSpatial Multiplexing in Multiuser MIMO Channels”(IEEE Trans.SignalProcessing、第52卷第2期第461-471页、2004年2月)；以及V.Stankovic和M.Haardt在Wireless World Research Forum(WWRF)第12次会议(加拿大多伦多、ON、2004年11月)的学报中的“Multi-UserMIMO Downlink Precoding for users with multiple antennas”。然而，迄今为止提出的技术依赖于源自单个接收天线情况的特别(ad-hoc)设计，并因此在最小均方误差(MMSE)意义上并非最优。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种将信息从具有多个发送天线的发送站发送到具有多个接收天线的接收站的改进方法。

根据本发明的一个方面，提供一种发送包括符号的发送向量的方法，这些符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站，该方法包括：获得与在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态有关的信息；基于在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态来计算接收站的解码矩阵的块对角线性运算符V、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；利用满足以下方程的预编码矩阵P对发送向量进行预编码：

(H^HV^HV^H+λI)P＝H^HV^H                   (1a)

$V_i(H_i{\mathrm{PP}}^H{H}_i^H+R_{\mathrm{nn},k})=P_i^H{H}_i^H---\left(1b\right)$

trace(P^HP)＝P_tr                      (1c)；

以及使用与块对角线性运算符V对应的接收器滤波器在接收站中执行滤波。

根据本发明的一个方面，也提供一种包括发送站和接收站的无线电***，该发送站包括发送器，该发送器用于在资源单元内通过一个或者多个发送天线发送包括用于一个或者多个接收站的符号的发送向量；该接收站包括接收器，该接收器用于在资源单元内通过一个或者多个接收天线从一个或者多个发送天线对接收向量进行接收；发送器还被配置用以：基于在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态来计算接收站的解码矩阵的块对角线性运算符V、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；以及利用满足方程1(a)至1(c)的预编码矩阵P对发送向量进行预编码。

根据本发明的一个方面，也提供一种信号处理单元，该信号处理单元被配置用以生成包括符号的发送向量，这些符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站，该单元还被配置用以：接收与在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态有关的信息；基于在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态来计算接收站的解码矩阵的块对角线性运算符V、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；利用满足方程1(a)至1(c)的预编码矩阵P对发送向量进行预编码。

根据本发明的一个方面，也提供一种发送站，该发送站包括：包括多个发送天线的信号发送装置；以及信号处理单元，配置用以生成包括符号的发送向量，这些符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站，该单元还被配置用以：接收与在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态有关的信息；基于在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态来计算接收站的解码矩阵的块对角线性运算符V、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；利用满足方程1(a)至1(c)的预编码矩阵P对发送向量进行预编码。

根据本发明的一个方面，也提供一种对用于执行以下计算机处理的计算机指令过程进行编码的计算机程序产品：发送包括符号的发送向量，这些符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站；获得与在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态有关的信息；基于在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态来计算接收站的解码矩阵的块对角线性运算符V、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；利用满足方程1(a)至1(c)的预编码矩阵P对发送向量进行预编码；使用与块对角线性运算符V对应的接收器滤波器在接收站中执行滤波。

根据本发明的一个方面，也提供一种计算机可读的并且对用于执行计算机处理的计算机指令程序进行编码的计算机程序分发介质，该处理用于在无线电***中估计噪声和干扰协方差矩阵，该处理包括：发送包括符号的发送向量，这些符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站；获得与在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态有关的信息；基于在一个或者多个发送天线与一个或者多个接收天线之间的信道状态来计算接收站的解码矩阵的块对角线性运算符V、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；利用满足方程1(a)至1(c)的预编码矩阵P对发送向量进行预编码；使用与块对角线性运算符V对应的接收器滤波器在接收站中执行滤波。

本发明的不同实施方式提供若干优点。在发送器处明显减少多用户干扰，并且实现无线电***性能的显著改进。新的改进信息引入到无线电***并且以智能和有效的方式加以利用。

附图说明

在下文中将参照优选实施方式和附图更具体地描述本发明，在附图中：

图1示出了数据传输***的示例；

图2图示了发送器和接收器的示例配置；

图3图示了复数基带表示的具体化数据传输***；

图4图示了用于将信息从发送站发送到接收站的方法的示例；

图5图示了在比较之下的预编码方法的未编码误比特率曲线的仿真结果；以及

图6图示了等效信道a→

的平均每个流的信号与干扰加噪声之比的互补累积分布函数的仿真结果。

具体实施方式

本发明适用于各种不同数字无线电***，其中用于信道状态信息的机构是可得到的，例如TDMA、FDMA、CDMA无线电***及其不同变体。本发明尤其适合于时分双工(TDD)***。下文在移动通信***的配置中描述根据本发明的数据传输***的有利实施方式而并不将本发明限于说明书中使用的具体化无线电***或者具体术语和元件。

图1图示了通过无线电接入网(RAN)14连接到核心网(CN)12的用户设备10。在无线电接入网中，属于同一基站的基站收发器(BTS)16的覆盖区域形成小区。用户可以从一个小区移动到另一小区，而网络根据该移动将用户切换到不同小区。各基站包括或者连接到控制基站所用的射频和信道的基站控制器(BSC)18。基站控制器通过定义的接口连接到交换中心、因此提供在无线电接入网14与核心网12之间的接口。

通信***的用户设备10可以是仅用于语音的简化终端或者用于多种服务的终端。在后一情况中，终端充当服务平台并且支持与服务有关的各种功能的加载和执行。用户设备包括移动设备和用户识别模块，该用户识别模块带有用户标识、执行认证算法并且存储认证密钥和加密密钥以及在移动站需要的其它订阅信息。移动设备可以是能够在移动通信***中通信的任何设备或者是若干设备部件的组合，例如多媒体计算机，其中卡电话已经连接到该多媒体计算机以提供移动连接。

应当注意在图1中仅图示对于理解本发明而言必需的元件和单元。对于本领域技术人员而言清楚的是数字无线电***通常可以包括在图1中未图示的多个元件。

在下文中更具体地描述在本发明的实施中的关键***元件。图2图示了在无线电***的传输路径中发送站的发送器200和接收站的接收器250的基本配置。就图1的实施方式而言，发送站可以例如是基站而接收站可以是用户设备。

发送器200包括发送器信号处理单元210和信号发送装置220。发送器信号处理单元210对输入到发送器200的比特流执行信号处理并且生成多个发送信号至信号发送装置220。信号发送装置220包括例如具有一个或者多个天线元件的阵列天线这一形式的多个发送天线。发送信号通过对应多个传输信道从多个发送天线发送到多个接收站。这一发送机制称为空间复用，因为一个数据流在多个发送天线之间被多路复用(划分)并且通过分离的空间信道来发送。

具体而言，根据发送站的内部处理，发送器200接收包括用于在一个资源单元内向多个移动用户递送的信号的多个编码二进制数据流。发送器信号处理单元210执行信号处理并且将模拟发送信号馈送到信号发送装置220。发送器信号处理单元210是能够对数据进行***性的操作执行的设备并且通常包括用于符号映射、信号扩频和突发生成的功能单元。在符号映射中将编码位映射成调制符号。在信号上应用预定义的扩频码并且生成突发。信号发送装置220包括射频部分和多个发送天线。射频部分执行信号的数字到模拟转换、上变频转换、滤波和放大，使得它们可以馈送到多个发送天线。

对应地，接收器250包括接收器信号处理单元260和信号接收装置270。信号接收装置270包括例如具有一个或者多个天线元件的天线阵列这一形式的多个发送天线。通过对应的多个传输信道从多个发送天线接收信号并且将信号馈送到接收器信号处理单元260。接收器信号处理单元260解复用空间流、恢复原始数据并且将接收的信号输出到接收站的内部处理。

具体而言，在信号接收装置270的射频(RF)部分中处理接收的信号。射频部分将射频信号转换到中频或者基带频率、将下变频转换的信号从模拟转换成数字、对信号进行采样并且将数字化的输入采样馈送到接收器信号处理单元260。接收器信号处理单元260是能够对数据进行***性的操作执行的设备。对应于发送端，接收器信号处理单元通常包括用于至少突发分割，信号解扩和积分成用户数据符号、延迟补偿以及信道估计的功能单元。这些得到被组合成接收信号的信道补偿符号。根据本发明，接收器信号处理单元260包括滤波器，该滤波器用来确定和更新信道的当前多径延迟分布、计算线性并且由此调整对接收信号的生成，使得实现改进的性能。

应当注意为了简洁这里仅描述对于公开本发明而言必需的元件。发送站和/或接收站通常包括发送器和接收器，使得该站能够双向通信。此外，可以布置在站的发送器与接收器之间的交互使得无线电接口上的信息可以从接收器反馈到发送器以作为利用关于信道状态的知识来进行计算的基础。取而代之，发送器可以包括用于获得关于信道状态的知识的上行链路测量功能。信号处理单元可以实施为单个处理器或者数个处理器的集成式组合或者以硬件部件如集成电路、分立部件或者其任何组合的形式，这对于本领域技术人员来说不言而喻。通过信号处理单元的共享或者专用物理资源与为了执行用于相应单元的功能的操作而必需的预定义算法集的组合将功能单元形成为逻辑实体。

根据本发明，根据本发明的发送信号处理单元220进一步包括预编码器、即用于基于在发送器与接收器之间的通信信道的知识对发送信号进行预编码的功能单元。预编码器因此包括用于接收与通信信道的状态有关的定义信息的功能和用于基于接收的信息来计算预编码矩阵的功能。另外，预编码器也包括用于接收包含用于资源单元中服务的用户的符号的发送数据的功能和用于将发送数据与计算的预编码矩阵相乘的功能。

在下文中将更具体地描述线性预编码过程以及预编码器和滤波器的使用。以下表达式指代频率平坦信道。在正交频分复用(OFDM)***的情况中，该实施可以视为对各资源单元的预编码。图3图示了复数基带表示的具体化***。在图3中假设发送器(就图2而言为发送站)具有M_T个天线并且它在同一资源单元内服务于K个接收器(就图2而言为接收站)。总数目为M_R的接收天线根据 $M_R=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{M}_{R,k}$ 分布于这些用户之中，其中M_R、k表示在第k个用户的天线数目。还假设第k个用户接收S_k个独立数据流而 $S=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{S}_k$ 是将发送的流的总数目。

发送向量a表示如下：

$a={(a_1^T,a_2^T,...,a_K^T)}^T\∈C^S.$

其中 $a_k\∈C^{S_k}$ 是包含用于第k个用户的S_k个符号的数据向量。假设数据符号标准化使得E{aa^H}＝I_S。

通过与以下矩阵预相乘来表示线性预编码步骤：

$P=[P_1,P_2,...,P_K]\∈C^{M_T\×S},$

其中子矩阵 $P_k\∈C^{M_T\×S_k}$ 对应于用户k。然后按照x＝Pa给定发送向量 $x\∈C^{M_T},$ 而它的平均功率约束如下：

$E\left\{{\left|\right|x\left|\right|}^2\right\}=\mathrm{trace}\left(P^{H}P\right)=P_{\mathrm{tr}}$ 。

另外，物理传输信道本身和接收器噪声给定为y＝Hx+n。组合信道矩阵H如下：

$H=[H_1^T,H_2^T,...,H_K^T]\∈C^{M_R\×M_T},$

其中 $H_k\∈C^{M_{R,k}\×M_T}$ 是第k个用户的信道矩阵。向量n表示协方差矩阵为R_nn的加性零均值接收器噪声。此外：

$n={[n_1^T,n_2^T,...,n_K^T]}^T\∈C^{M_R},$

其中 $n_k\∈C^{M_{R,k}}$ 是在第k个用户的噪声向量。最后定义 $R_{\mathrm{nn},k}=E\left\{n_k{n}_k^H\right\}.$

在传输链的接收器端，应用线性运算符 $V\∈C^{S\×M_R}$ 以获得 $\hat{a}=\mathrm{Vy},$ 该 $\hat{a}=\mathrm{Vy}$ 包含对真正的发送数据符号的估计。由于用户可能驻留于不同位置，因此不能执行协同接收处理，V为块对角式、即：

其中 $V_k\∈C^{S_k\×M_{R,k}}$ 是第k个用户的解码矩阵。

***输出 $\hat{a}\∈C^S$ 作为对原始发送向量a的估计。它可以表达为 $\hat{a}=\mathrm{VHPa}+\mathrm{Vn}$ 或者等效为：

$\hat{a}={[{\hat{a}}_1^T,{\hat{a}}_2^T,...,{\hat{a}}_K^T]}^T\∈C^S$

${\hat{a}}_k=V_k{H}_k\underset{l=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{P}_l{a}_l+V_k{n}_k,$   $\∀k=\mathrm{1,2},...,K.$

事先选择用于各用户的数据流的数目S_k，并且不对该数目区分优先顺序。该选择必须满足S_k≤M_R、k和S_k≤M_T。目标函数定义如下：

$E\left\{{\left|\right|a-\hat{a}\left|\right|}^2\right\}=F=F(P,V);$

由此该优化可以表达如下：

${\{P,V\}}^{\mathrm{LMP}}=\arg \underset{P\∈C^{M_T\×S}}{\min }F(P,V)$

      $V\∈C^{S\×M_R},\mathrm{block\; diagonal}$ (block diagonal：块对角式)

受tr(P^HP)＝P_t约束。

考虑到

的方程而得到：

$F=E\left\{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|V_k{H}_k{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^K{P}_l{a}_l+V_k{n}_k-a_k\left|\right|}^2\right\}$

  $=E\{{\mathrm{\Σ}}_k({\mathrm{\Σ}}_{l,m}{a}_l^H{P}_l^H{H}_k^H{V}_k^H{V}_k{H}_k{P}_m{a}_m$

    $-{\mathrm{\Σ}}_l{a}_l^H{P}_l^H{H}_k^H{V}_k^H{a}_k+n_k^H{V}_k^H{V}_k{n}_k$

    $-{\mathrm{\Σ}}_m{a}_k^H{V}_k{H}_k{P}_m{a}_m+a_k^H{a}_k)\}.$

其中使用Σ_i作为用于

的缩写。在最后的方程中已经运用信号分量与噪声分量不相关这一性质。迹(trace)运算符现在可以应用于标量项，而期望在方程内尽可能远地移动。因此：

$F={\mathrm{\Σ}}_k({\mathrm{\Σ}}_{l,m}\mathrm{tr}\left(P_l^H{H}_k^H{V}_k^H{V}_k{H}_k{P}_m\left\{a_m{a}_l^H\right\}\right)$

    $-{\mathrm{\Σ}}_l\mathrm{tr}\left(P_l^H{H}_k^H{V}_k^{H}E\left\{a_k{a}_l^H\right\}\right)$

    $-{\mathrm{\Σ}}_m\mathrm{tr}\left(V_k{H}_k{P}_{m}E\left\{a_m{a}_k^H\right\}\right)$

    $+\mathrm{tr}\left(V_k^H{V}_{k}E\left\{n_k{n}_k^H\right\}\right)$

    $+\mathrm{tr}\left(E\left\{a_k{a}_k^H\right\}\right)).$

如果m＝l，则

这一类表达式赋值单位矩阵，否则为零矩阵。此外，现在还使用如先前定义的R_nn，k。因此：

$F(P,V)={\mathrm{\Σ}}_k({\mathrm{\Σ}}_l\mathrm{tr}\left(P_l^H{H}_k^H{V}_k^H{V}_k{H}_k{P}_l\right)$

           $-\mathrm{tr}\left(P_k^H{H}_k^H{V}_k^H\right)-\mathrm{tr}\left(V_k{H}_k{P}_k\right)$

           $+\mathrm{tr}\left(V_k^H{V}_k{R}_{\mathrm{nn},k}\right)+\mathrm{tr}\left(I_{S_k}\right).$

为了在优化表达式的意义上找到最优参数P和V，将应用拉格朗日乘数法。修改后的目标函数如下：

$L(P,V,\mathrm{\λ})=F(P,V)+\mathrm{\λ}({\mathrm{\Σ}}_k\mathrm{tr}\left(P_k^H{P}_k\right)-P_{\mathrm{tr}}),$

其中λ∈R是拉格朗日乘数。注意L(P，V，λ)等效于更具体的表示C(P₁，...，P_K，V₁，...，V_K，λ)。

接着关于

和λ计算C的导数。可以通过使用在新的“梯度”矩阵中排列关于各矩阵分量的导数这一惯例来直接形成导数。这一方法并不完全一致，因为‘梯度’定义由于维度性而并不满足f(x₀+Δx)＝f(x₀)+(gradf)(x₀)·Δx+O(||Δx||2)。对于将导数设置为零这一特定目的，该惯例是有用的。这种在数学上严格的方式将按照vec(P)和vec(V)而不是P和V来表达目标函数，其中vcc(·)是栈运算。定义好关于向量变元的梯度，然后可以使用该梯度。然而，当产生的结果相同时，这一方式使求导变得不必要的复杂。

的变元具有复数值。形成梯度的恰当方式是将变元及其共轭/共轭转置视为独立变量。然后仅关于共轭变元求取导数。

在这些条件之下也有 $\∂\mathrm{tr}\left(A^{H}B\right)/{\∂A}^H=B^T.$

关于

和λ的偏导数赋值如下：

${\left(\frac{\∂L}{\∂P_i^H}\right)}^T=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{H}_k^H{V}_k^H{V}_k{H}_k{P}_i-H_i^H{V}_i^H+\mathrm{\λ}{P}_i$

${\left(\frac{\∂L}{\∂V_i^H}\right)}^T=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{V}_i{H}_i{P}_l{P}_l^H{H}_i^H-P_i^H{H}_i^H+V_i{R}_{\mathrm{nn},i}$

$\frac{\∂L}{\∂\mathrm{\λ}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{tr}\left(P_k^H{P}_k\right)-P_{\mathrm{tr}}$

为了获得关于最优P和V的必要条件，这些方程必须同时设置为零。通过使用下式：

${\mathrm{\Σ}}_k{H}_k^H{V}_k^H{V}_k{H}_k=H^H{V}^H\mathrm{VH}$

${\mathrm{\Σ}}_l{P}_l{P}_l^H={\mathrm{PP}}^H,$

该方程可以改写如下：

$H^H{V}^H{\mathrm{VHP}}_i-H_i^H{V}_i^H+{\mathrm{\λP}}_i=0_{M_T\×S_i},i=1...K$

另外，通过对彼此紧接的所有列进行级联来聚集第一行中的K个方程。通过提取公因子可以推断如下：

(H^HV^HVH+λI_Mr)P＝H^HV^H

$V_i(H_i{\mathrm{PP}}^H{H}_i^H+R_{\mathrm{nn},i})=P_i^H{H}_i^H,i=1...K$

tr(P^HP)＝P_tr

方程1(a)至1(c)的直接求解并不容易实现。意识到方程1(a)可以用来按照V表达P，可以根据方程集来消除P的所有出现。然后可以用最小平方公式改写该问题：

其中P_v是从方程1(a)获得的作为V和λ的函数的特定P，而

表示Frobenius矩阵范数。方程(1b)应用于本领域技术人员公知的数值方法。对于自由变量的初始猜想，可以使用连续最小均方误差(S-MMSE)或者块对角化(BD)机制作为对V的初始猜想。

可见对于固定的P而言，上述方程表明V_i是用于用户i的公知线性MMSE接收器。具体而言，在接收端中有效信道可以估计如下：

而干扰加噪声协方差矩阵如下：

$R_{\mathrm{eq},l}=H_i\left(\underset{k\≠i}{\overset{K}{\underset{k=1}{\mathrm{\Σ}}}}{P}_k{P}_k^H\right)H_i^H+R_{\mathrm{mn},i}.$

这些可以用来计算标准LMMSE接收器滤波器如下：

${\hat{V}}_i=H_{\mathrm{eq},i}^H{(H_{\mathrm{eq},i}{H}_{\mathrm{eq},i}^H+R_{\mathrm{eq},i})}^{-1}.$

因此，V_i无需从发送站转发到接收站，而是可以本地估计它们的分量。无需附加的空中交互以实现改进的性能是本发明的一个明显优点。

图4图示了用于将信息从发送站发送到接收站的具体化方法的步骤。应当注意该方法图示了整个数据传输***的操作、因此从接收站以及发送站的角度示出了功能。在步骤40中，发送站获得发送向量a，该发送向量包括用于K个接收站的发送向量，各向量包括用于接收站的符号。在步骤41中，发送站获得形式为协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H的信道状态信息。可以从接收器支路经由反馈获得信道状态信息、可以根据上行链路测量来导出该信息、可以利用预定义的值。通常经由反馈获得R_nn、经由反馈获得H或者在时分双工(TDD)***的情况中也根据上行链路测量来获得该信息。对协方差矩阵和组合信道矩阵的定义在本领域中已经有广泛讨论、因此一般为本领域技术人员所知。

在步骤42中，发送站计算最小均方误差(MMSE)最优的预编码矩阵P。MMSE涉及具有利用最小均方差可能的估计的估计器。MMSE估计器普遍描述为最优。使用方程(1(a)、1(b)和1(c))来计算P。在步骤43中将发送向量a与预编码矩阵P相乘，而在步骤44中经由发送站的M_T个发送天线发送预编码的发送向量x。在步骤45中，利用K个接收站的多个接收天线对接收向量y进行接收。在步骤46中，接收站估计它的有效信道矩阵和干扰加噪声协方差矩阵并且使用它们来计算标准线性最小均方误差(LMMSE)接收器滤波器 ${\hat{V}}_i=H_{\mathrm{eq},i}^H{(H_{\mathrm{eq},i}{H}_{\mathrm{eq},i}^H+R_{\mathrm{eq},i})}^{-1}.$ 在步骤47中，接收站按照 ${\hat{V}}_i=V_i$ 执行滤波以便生成用于前向纠错(FEC)解码的软比特。

本发明的解决机制提供与用于将信息从具有多个发送天线的发送站发送到具有多个接收天线的接收站的现有技术相比有显著改进的性能。为了比较本发明的解决机制与现有技术BD和S-MMSE解决机制的性能，进行了对每个用户有单个数据流的情况的蒙特卡罗仿真。这是通过针对本发明的方法选择S_k＝1(S_k＝1，

针对L_k)而针对现有技术的方法应用主特征值发送来实施的。

图5示出了用于在比较之下的预编码方法的未编码误比特率曲线。已经针对如下设置生成曲线，在该设置中K＝3个用户分别具有1个、2个和3个天线并且该设置具有6个发送天线。为了绘图，已经针对所有用户将误比特率平均。已经利用独立瑞利衰落随机地绘制信道实现，其中信道矩阵的各元素具有单位平均功率。已经将噪声假设为在所有接收天线之间独立。在每一个数据流上已经发送具有单位功率的随机OPSK符号。已经将接收器噪声假设为功率为N₀＝σ² _N的复数高斯。另外，E_S定义为每个数据符号的平均发送功率。

图6图示了等效信道a→

的平均每个流的信号与干扰加噪声之比的互补累积分布函数。对于给定的信道实现(H，R_nn)，预编码矩阵和解码矩阵P和V用来将等效信道表达为(H_eq，R_nn，eq)＝(VHP，VR_nnV^H)。然后可易于获得用于第k个用户的SINR_k和针对所有用户的平均值SINR_db如下：

${\mathrm{SINR}}_k=\frac{{\left|{\left(H_{\mathrm{eq}}\right)}_{k,k}\right|}^2}{{\left(R_{\mathrm{nn},\mathrm{eq}}\right)}_{k,k}+{\mathrm{\Σ}}_{\begin{array}{c}l=1\\ l\≠k\end{array}}^K{\left|{\left(H_{\mathrm{eq}}\right)}_{k,l}\right|}^2},$

SINR_dB＝1/K∑_k10dB·log₁₀(SINR_k)。

已经使用与用于图5相同的***参数并且E_s/N₀已经固定于5dB。针对各信道实现来计算针对所有用户而平均的单个采样SINR_db。用于各预编码方法的共计10000个这种采样已经用来产生绘图。

图5和图6二者示出了本发明的方法在与先前的现有方法相比时明显改进的性能。误比特率为10^-2的E_y/N₀增益对于S-MMSE约为4.5dB而对于BD约为11.6dB。使用本发明的方法，平均每个流的SINR的10％预留(outage)值比S-MMSE高1.4dB而比BD高5.2dB。

在一个方面中，本发明提供一种对用于执行计算机处理的计算机指令程序进行编码的计算机程序分发介质。

在另一方面中，本发明提供一种计算机可读的并且对用于执行计算机处理的计算机指令程序进行编码的计算机程序分发介质。

分发介质可以包括计算机可读介质、程序存储介质、记录介质、计算机可读存储器、计算机可读软件分发包、计算机可读信号、计算机可读电信信号和/或计算机可读压缩软件包。

结合图4示出和描述了计算机处理的实施方式。可以在发送器和/或接收器的信号处理单元中执行计算机程序。

尽管上文根据附图参照示例描述了本发明，但是不言而喻，本发明不限于此，而是可以在所附权利要求的范围内用若干方式修改本发明。

Claims (15)

1.一种发送包括符号的发送向量的方法，所述符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站，所述方法包括：

获得与在所述一个或者多个发送天线与所述一个或者多个接收天线之间的信道状态有关的信息；

基于在所述一个或者多个发送天线与所述一个或者多个接收天线之间的所述信道状态来计算所述接收站的解码矩阵的块对角线性运算符v、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；

利用满足以下方程的预编码矩阵P对所述发送向量进行预编码：

(H^HV^HVH+λI)P＝H^HV^H          (1a)

$V_i(H_i{\mathrm{PP}}^H{H}_i^H+R_{\mathrm{nn},k})=P_i^H{H}_i^H---\left(1b\right)$

trace(P^HP)＝P_tr                (1c)；

使用与所述块对角线性运算符v对应的接收器滤波器在所述接收站中执行滤波。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括通过反馈来获得关于所述信道状态的信息。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括通过上行链路测量来获得关于所述信道状态的信息。

4.一种包括发送站和接收站的无线电***，

所述发送站包括发送器，所述发送器用于在资源单元内通过一个或者多个发送天线发送包括用于一个或者多个接收站的符号的发送向量；

所述接收站包括接收器，所述接收器用于在资源单元内通过一个或者多个接收天线从所述一个或者多个发送天线对接收向量进行接收；

所述发送器还被配置用以：基于在所述一个或者多个发送天线与所述一个或者多个接收天线之间的信道状态来计算所述接收站的解码矩阵的块对角线性运算符v、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；以及利用满足以下方程的预编码矩阵P对所述发送向量进行预编码：

(H^HV^HVH+λI)P＝H^HV^H         (1a)

$V_i(H_i{\mathrm{PP}}^H{H}_i^H+R_{\mathrm{nn},k})=P_i^H{H}_i^H---\left(1b\right)$

trace(P^HP)＝P_tr         (1c)；

所述接收器还被配置用以使用与所述块对角线性运算符v对应的接收器滤波器在所述接收站中执行滤波。

5.根据权利要求4所述的***，其中所述发送站也包括接收器，而所述发送器被配置用以通过来自所述接收器的反馈来获得关于所述信道状态的信息。

6.根据权利要求4所述的***，其中所述发送器被配置用以通过上行链路测量来获得关于所述信道状态的信息。

7.一种信号处理单元，配置用以接收信息并且生成包括符号的发送向量，所述符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站，所述单元还被配置用以：

接收与在所述一个或者多个发送天线与所述一个或者多个接收天线之间的信道状态有关的信息；

基于在所述一个或者多个发送天线与所述一个或者多个接收天线之间的所述信道状态来计算所述接收站的解码矩阵的块对角线性运算符v、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；

利用满足以下方程的预编码矩阵P对所述发送向量进行预编码：

(H^HV^HVH+λI)P＝H^HV^H        (1a)

$V_i(H_i{\mathrm{PP}}^H{H}_i^H+R_{\mathrm{nn},k})=P_i^H{H}_i^H---\left(1b\right)$

trace(P^HP)＝P_tr              (1c)。

8.根据权利要求7所述的信号处理单元，其中所述单元被配置用以通过来自所述接收器的反馈来获得关于所述信道状态的信息。

9.根据权利要求7所述的信号处理单元，其中所述单元被配置用以通过上行链路测量来获得关于所述信道状态的信息。

10.一种发送站，包括：

包括多个发送天线的信号发送装置和根据权利要求7所述的信号处理单元。

11.根据权利要求10所述的发送站，其中所述发送站是用于无线电***的基站。

12.根据权利要求11所述的发送站，其中所述发送站是用于TDD无线电***的基站。

13.一种计算机程序产品，对用于执行以下计算机处理的计算机指令过程进行编码：

发送包括符号的发送向量，所述符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站；

获得与在所述一个或者多个发送天线与所述一个或者多个接收天线之间的信道状态有关的信息；

基于在所述一个或者多个发送天线与所述一个或者多个接收天线之间的所述信道状态来计算所述接收站的解码矩阵的块对角线性运算符v、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；

利用满足以下方程的预编码矩阵P对所述发送向量进行预编码：

(H^HV^HVH+λI)P＝H^HV^H       (1a)

$V_i(H_i{\mathrm{PP}}^H{H}_i^H+R_{\mathrm{nn},k})=P_i^H{H}_i^H---\left(1b\right)$

trace(P^HP)＝P_tr             (1c)；

使用与所述块对角线性运算符v对应的接收器滤波器在所述接收站中执行滤波。

14.一种计算机可读的并且对用于执行计算机处理的计算机指令程序进行编码的计算机程序分发介质，所述处理包括：

发送包括符号的发送向量，所述符号将在资源单元内从具有一个或者多个发送天线的发送站递送到具有一个或者多个接收天线的一个或者多个接收站；

获得与在所述一个或者多个发送天线与所述一个或者多个接收天线之间的信道状态有关的信息；

基于在所述一个或者多个发送天线与所述一个或者多个接收天线之间的所述信道状态来计算所述接收站的解码矩阵的块对角线性运算符v、协方差矩阵R_nn和组合信道矩阵H；

利用满足以下方程的预编码矩阵P对所述发送向量进行预编码：

(H^HV^HVH+λI)P＝H^HV^H       (1a)

$V_i(H_i{\mathrm{PP}}^H{H}_i^H+R_{\mathrm{nn},k})=P_i^H{H}_i^H---\left(1b\right)$

trace(P^HP)＝P_tr            (1c)；

使用与所述块对角线性运算符v对应的接收器滤波器在所述接收站中执行滤波。

15.根据权利要求14所述的计算机程序分发介质，所述分发介质包括计算机可读介质、程序存储介质、记录介质、计算机可读存储器、计算机可读软件分发包、计算机可读信号、计算机可读电信信号和/或计算机可读压缩软件包。

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