CN102130753B - 一种处理信号的方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种处理信号的方法和***，提供用于多用户多输入多输出(MU-MIMO)***中正交波束形成的方法和***。所述方法和***的多个方面包含用于计算MU-MIMO***中多个波束形成矩阵的迭代方法。发射站诸如接入点(AP)例如可使用计算的信道估计和/或奇异值向量矩阵来计算正交波束形成矩阵。可使用所述计算的正交波束形成矩阵来生成多个可同时发射至所述多个用户设备的信号。

Description

一种处理信号的方法和***

技术领域

本发明涉及通信网络，更具体地说，涉及一种用于多用户多输入多输出(MU-MIMO)***中正交波束形成的方法和***。

背景技术

移动通信改变了人们的通信方式，移动电话已从奢侈品演变成了日常生活必不可少的部分。当今，移动电话的使用由社会状况所决定，而不地域或技术的牵制。当语音连接已满足了通信的基本需要，且移动语音继续更深入的渗透到日常生活中时，移动互联网成为移动通信下一步的目标。移动互联网随时会成为日常信息的普遍来源，而且方便通用地移动访问该数据将成为理所当然的。

单用户MIMO(SU-MIMO)***通过使用发射站上多个NTX发射天线同时发射多个数据流实现高速无线通信。同时发射的数据流在使用了多个NRX天线的接收站处接收。香农容量(shannon capacity)指的是发射站和接收站之间通信的最大数据速率。在单用户MIMO***中，可通过闭环波束形成、链路自适应和/或串行干扰消除(SIC)技术达到香农容量。

MU-MIMO***与SU-MIMO***相比，发射站使用多个NTX发射天线同时发射多个数据流，所述数据流由多个接收站同时接收，其中每个接收站采用NRX接收天线。相对于SU-MIMO***，MU-MIMO***使用更多数量的发射天线以支持更多的数据流同时发射。

比较本发明后续将要结合附图阐述的方面，现有技术的其它局限性和弊端对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

发明内容

本发明提供了一种用于多用户多输入多输出(MU-MIMO)通信***中正交波束形成的方法和***，结合至少一幅附图进行了充分的展现和描述，并在权利要求中得到了更完整的阐述。

依据一方面，提供了一种处理信号的方法，所述方法包括：

通过一个或多个处理器和/或电路执行：

基于多个信道估计矩阵、信道关联矩阵和/或特征向量矩阵计算多用户多输入多输出***中的多个波束形成矩阵；

基于所述多个波束形成矩阵计算多个正交矩阵；

基于所述多个波束形成矩阵和所述多个正交矩阵确定多个正交波束形成矩阵。

优选地，所述方法进一步包括基于所述多个波束形成矩阵生成多个中间矩阵。

优选地，所述方法进一步包括选择所述多个中间矩阵的一个和所述多个波束形成矩阵的对应的所选的一个。

优选地，所述多个中间矩阵的所述所选的一个和所述多个中间矩阵的所述所选的一个的厄密(Hermitian)变换矩阵的矩阵乘积等于所述多个波束形成矩阵的所述对应的所选的一个和所述多个波束形成矩阵的所述对应的所选的一个的厄密变换矩阵的矩阵乘积。

优选地，所述方法进一步包括基于乔列斯基分解法(choleskydecomposition)生成所述多个中间矩阵的所述所选的一个。

优选地，所述多个正交矩阵的所选的一个与所述多个中间矩阵的所述所选的一个的逆矩阵相等。

优选地，所述方法进一步包括基于所述多个正交矩阵的所述所选的一个和所述多个波束形成矩阵的所述对应的所选的一个，计算所述多个正交波束形成矩阵的一个。

优选地，所述方法进一步包括计算用于所述多用户多输入多输出***的多个预编码矩阵。

优选地，所述多个预编码矩阵的每个对应于所述多用户多输入多输出***中多个用户的至少一个。

优选地，所述方法进一步包括基于所述多个预编码矩阵和所述多个正交波束形成矩阵生成多个正交预编码波束形成矩阵。

依据一方面，一种处理信号的***包括：

一个或多个电路，基于多个信道估计矩阵、信道关联矩阵和/或特征向量矩阵计算多用户多输入多输出***中的多个波束形成矩阵；

所述一个或多个电路基于所述多个波束形成矩阵计算多个正交矩阵；

所述一个或多个电路基于所述多个波束形成矩阵和所述多个正交矩阵确定多个正交波束形成矩阵。

优选地，所述一个或多个电路基于所述多个波束形成矩阵生成多个中间矩阵。

优选地，所述一个或多个电路选择所述多个中间矩阵的一个和所述多个波束形成矩阵的对应的所选的一个。

优选地，所述多个中间矩阵的所述所选的一个和所述多个中间矩阵的所述所选一个的厄密变换矩阵的矩阵乘积等于所述多个波束形成矩阵的所述对应的所选的一个和所述多个波束形成矩阵的所述对应的所选的一个的厄密变换矩阵的矩阵乘积。

优选地，所述一个或多个电路基于乔列斯基分解法生成所述多个中间矩阵的所述所选的一个。

优选地，所述多个正交矩阵的所选的一个与所述多个中间矩阵的所述所选的一个的逆矩阵相等。

优选地，所述一个或多个电路基于所述多个正交矩阵的所述所选的一个和所述多个波束形成矩阵的所述对应的所选的一个，计算所述多个正交波束形成矩阵的一个。

优选地，所述一个或多个电路计算用于所述多用户多输入多输出***的多个预编码矩阵。

优选地，所述多个预编码矩阵的每个对应于所述多用户多输入多输出***中多个用户的至少一个。

优选地，所述一个或多个电路基于所述多个预编码矩阵和所述多个正交波束形成矩阵生成多个正交预编码波束形成矩阵。

下文将结合附图对具体实施例进行详细描述，以帮助理解本发明的各种优点、各个方面和创新特征。

附图说明

图1是针对本发明一个实施例采用的示范MIMO收发器的框图；

图2是针对本发明一个实施例采用的示范多用户MIMO***的框图；

图3是依据本发明一个实施例的用于MU-MIMO通信***中正交波束形成的示范步骤的流程图；

图4是依据本发明一个实施例的阐述MU-MIMO通信***中具有预编码的正交波束形成的示范步骤的流程图。

具体实施方式

本发明提供用于多用户多输入多输出(MU-MIMO)通信***中正交波束形成的方法和***。本发明的各实施例能通过采用迭代方法计算MU-MIMO***中的多个波束形成矩阵，增加MU-MIMO***中通信的数据速率容量。本发明的一个实施例中，发射站诸如接入点(AP)可采用波束形成矩阵生成同时发射的信号，所述信号可同时发射至多个用户设备。每个计算的波束形成矩阵是正交的。对于每个计算的正交波束形成矩阵，可为对应的用户设备计算单个用户信道容量值。计算多个已计算的单个用户信道容量值之和可得总信道容量。计算的正交波束形成矩阵还可采用预编码。相对于其它方法，正交波束形成矩阵的采用能增加用于MU-MIMO***中通信的通信信道的数据速率容量。

图1是针对本发明一个实施例采用的示范MIMO收发站的框图。图1示出了无线收发站102和多个天线132a...132n。无线收发站102为示范无线通信设备，可用于无线通信***的接入点(AP)设备或站(STA)设备。多个天线132a...132n使无线收发站102能经无线通信媒介发射和/或接收信号，例如射频(RF)信号。图1所示的无线收发站102还可描绘为包括一个或多个发射天线，所述发射天线连接发射器116以及一个或多个接收天线，所述接收天线不失一般性地连接接收器118。

示范无线收发站包括处理器112、存储器114、接收器118、发射和接收(T/R)切换器120和天线矩阵122。天线矩阵122选择一个或多个天线132a...132n，在无线收发站102处发射和/或接收天线。T/R切换器120使天线矩阵122能通信连接发射器116或接收器118。当T/R切换器120在发射器116和天线矩阵122间实现通信连接时，可采用所选天线132a...132n来发射信号。当T/R切换器120在接收器118和天线矩阵122间实现通信连接时，可采用所选天线132a...132n来接收信号。

发射器116能生成信号，该信号可通过所选天线132a...132n发射。发射器116通过执行编码功能、信号调制和/或信号调制生成信号。本发明的各实施例中，发射器116使用预编码和/或波束形成技术生成信号。

接收器118能处理经所选天线132a...132n接收的信号。接收器118通过执行信号放大、信号解调和/或解码功能，并基于接收信号生成数据。本发明的各实施例中，接收器118能够生成数据，发射器116可采用所述数据实现预编码和/或生成信号的波束形成。

处理器112能生成发射数据和/或处理接收数据。发射器116可采用处理器112生成的数据来生成信号。处理器112可处理接收器118生成的数据。本发明的各实施例中，节点B中，处理器112可处理接收器118接收的数据和生成系数数据，发射器116可采用所述系数数据实现预编码和/或生成信号的波束形成。系数数据储存在存储器114中。

本发明的各实施例中，AP中，处理器112用于迭代计算多个波束形成矩阵和/或对应的匹配滤波器矩阵。AP内的处理器112基于从一个或多个STA接收的信号和/或反馈信息，计算波束形成矩阵和/或匹配滤波器矩阵。波束形成矩阵和/或匹配滤波器矩阵储存在存储器114中。匹配滤波器矩阵由处理器112发送至发射器116，或由发射器116从存储器114中提取。发射器116采用波束形成矩阵生成信号，以传送匹配滤波器矩阵至STA。生成的信号经发射天线132a...132n同时发射。

图2是针对本发明一个实施例采用的示范多用户MIMO***的框图。图2示出了具有多个发射天线222a、222b、...、222n的AP 202、具有多个天线242a...242n的STA 232a、具有多个天线244a...244n的STA 232b、具有多个天线246a...246n的STA 232n以及通信媒介252。STA 232a、STA 232b、...、STA232n的数量由数量K表示。天线242a...242n、244a...244n和/或246a...246n分别用于STA 232a、232b和232n处的信号发射和/或接收。其中每个STA处的天线数量由数量M表示。然而，本发明的各实施例中，可单独确定给定STA处的天线数量。AP 202包括多个波束形成块F₁212a、F₂212b和F_k212n。发射天线222a、222b、...、222n的数量由数量N表示。

本发明的一个实施例中，AP 202可同时发射多个K组数据流(X₁、X₂、...、X_k)。本发明的一个实施例中，每个数据流组Xi表示多个L数据流。如图2所示，每组数据流输入至对应的一个波束形成块。例如，如图2所示，连接数据流组X₁作为到波束形成块F₁212a的输入，连接数据流组X₂作为到波束形成块F₂212b的输入，...，连接数据流组X_k作为到波束形成块F_k212n的输入。波束形成块212a、212b、...、212n的每个可连接多个发射天线222a、222b、...、222n。波束形成块212a、212b、...、212n的每个采用对应的波束形成矩阵F₁、F₂、...、F_k来生成多个发射信号链，继而经多个N发射天线222a、222b、...、222n同时发射。发射信号在通信媒介252上传播。本发明的一个实施例中，AP 202可同时发射从多个K·L数据流生成的信号。本发明的各实施例中，N≥K·L。

本发明的一个实施例中，从AP 202同时发射的信号经通信媒介252传播后在STA 232a处由多个M天线242a、...、242n接收。AP 202到STA 232a的通信信道可由信道估计矩阵H₁表征，该矩阵基于经多个N发射天线同时发射的和经多个M接收天线接收的信号。从AP 202同时发射的信号经通信媒介252传播后在STA 232a处经多个M天线244a、...、244n接收。AP 202到STA232b的通信信道可由信道估计矩阵H₂表征。从AP 202同时发射的信号经通信媒介252传播后在STA 232n处经多个M天线246a、...、246n接收。AP 202到STA 232n的通信信道可由信道估计矩阵H_k表征。本发明的各实施例中，M≥L。

本发明的一个实施例中，每个STA采用对应的匹配滤波器矩阵W_i选择性接收K组数据流X₁、X₂、...、X_k中对应的一个。例如，STA 232a采用匹配滤波器矩阵W₁选择性接收数据流组X₁，STA 232b采用匹配滤波器矩阵W₂选择性接收数据流组X₂，...，STA 232n采用匹配滤波器矩阵W_k选择性接收数据流组X_k。

本发明的各实施例包括用于计算波束形成矩阵F₁、F₂、...、F_k和匹配滤波器矩阵W₁、W₂、...、W_k的迭代程序，以最大化由信道估计矩阵H₁、H₂、...、H_k表征的通信信道的总容量。

本发明的一个实施例中，每个STA接收L空间流和采用多个M接收天线，但本发明的各实施例不受此限制。本发明的各实施例还可在独立选择每个空间流(spatial stream)组中的空间流数量和每个STA处接收天线的数量时实行。

图2中阐述的通信***可由以下所示公式表示：

$\left(\begin{array}{c}{R}_1\\ .\\ .\\ .\\ R_K\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{H}_1\\ .\\ .\\ .\\ H_K\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}{F}_1& ...& F_K\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{X}_1\\ .\\ .\\ .\\ X_K\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}{n}_1\\ .\\ .\\ .\\ n_K\end{array}\right)---\left[1\right]$

其中R₁…R_k表示每个对应STA处接收的信号的接收信号向量，H₁…H_k表示与从AP 202到每个对应STA的通信信道关联的信道估计矩阵，F₁…F_k表示与位于AP 202处对应波束形成块212a、212b、...、212n关联的波束形成矩阵，X₁…X_k表示AP 202处生成的多个空间流组的每个的数据向量，以及n₁…n_k表示与通信媒介252关联的信道噪声的噪声向量。

参考公式[1]，以及在AP 202包括N发射天线和生成多个K数据向量，每一数据相关都包括L数据流的本发明一个示范实施例中，在示范MU-MIMO通信***中，包含多个K STA，每个都采用多个M天线，每个接收信号向量R_i包括M行和1列，每个信道估计矩阵H_i包括M行和N列，每个波束形成矩阵F_i包括N行和L列，每个数据向量X_i包括L行和1列，以及每个噪声向量n_i包括M行和1列。参考公式[2]，每个非对角线元素(H_iF_j，i≠j)对应于各STA处的干扰信号。例如，对于STA 232a，接收信号向量R₁可按以下所示公式表示：

R₁＝H₁F₁X₁+H₁F₂X₂+…+H₁F_KX_K              [3]

公式[3]中，STA 232a接收的由AP 202所发射的信号分量表示为H₁F₁X₁项，公式[3]中剩余信号分量H₁F_jX_j(其中j≠1)表示STA 232a接收的干扰信号。公式[3]中表示的干扰信号对应AP 202为其它STA接收而发射的、但被STA232a接收的信号。

每个STA采用匹配滤波器过滤如公式[3]所示的干扰信号。本发明的一个示范实施例中，每个STA采用对应的匹配滤波器，该匹配滤波器由下面所示公式中对应的匹配滤波器矩阵W_i表示：

参考公式[4]，以及在多个K STA的每个采用多个M天线和接收多个L数据流的本发明一个示范实施例中，每个匹配滤波器矩阵W_i包括L行和M列。对应地，每个过滤信号向量W_iR_i包括L行和1列。每个非对角线矩阵元素(W_iH_iF_j，i≠j)对应STA处的过滤干扰信号。例如，对于STA 232a，过滤信号向量W_iR_i由下面所示公式表示：

W₁R₁＝W₁H₁F₁X₁+W₁H₁F₂X₂+…+W₁H₁F_KX_K                 [5]

公式[5]中，所需信号分量由W₁H₁F₁X₁项表示，公式[5]中剩余信号分量W₁H₁F_jX_j(其中j≠1)表示干扰信号。由信道估计矩阵H₁表征的通信信道的容量C₁，在匹配滤波矩阵W₁成功抑制住公式[3]中的干扰信号分量时达到最大。参考公式[5]，这个条件发生在：

W₁H₁F₂X₂+…+W₁H₁F_KX_K＝0                                    [6]

本发明的各实施例包括用于计算波束形成矩阵F₁...F_k和匹配滤波器矩阵W₁...W_k的迭代程序，使得信道C_i(i＝1、2、...、K)的总容量C_MU-MIMO达到最大。总容量C_MU-MIMO由以下所示公式表示：

$C_{\mathrm{MU}-\mathrm{MIMO}}=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i---\left[7\right]$

其中C_i表示由信道估计矩阵H₁表征的信道容量。每个容量值C_i可由以下所示公式表示：

$C_i={\log }_2\left(\det \right[I+F_i^H{H}_i^H{(H_i\left(\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}{F}_k{F}_k^H\right)H_i^H+I{\mathrm{\σ}}^2)}^{-1}{H}_i{F}_i\left]\right)---\left[8\right]$

其中i表示对应多个K STA 232a、232b、...、232n中一个的用户索引，矩阵A^H表示矩阵A的复共轭(或厄密转置)矩阵，A^-1表示矩阵A的逆矩阵，矩阵I表示单位矩阵以及σ²表示每个接收天线处的噪声功率。本发明的一个示范实施例中，噪声功率对应加性白高斯噪声(Additive White Gaussion Noise，AWGN)信道。

参考公式[8]，本发明的各实施例中，可在不改变如公式[8]所示的对应容量值C_i的情形下，结合对应波束形成矩阵F_i采用预编码酉矩阵P_i(例如，通过由矩阵乘积F_iP_i代替矩阵F_i)。本发明的一个示范实施例中，空间流向量X_i可随着输入至波束形成矩阵F_i的预编码矩阵P_i的输出而输入至预编码矩阵P_i。本发明的一个示范实施例中，预编码矩阵P_i包括L_i行和L_i列(其中L_i对应于与MU-MIMO通信***中第i用户关联的数据流的数量)。

本发明的各实施例中，可基于以下公式所示的SU-MIMO信道的容量确定容量值C_MU-MIMO的上边界：

$C_{\mathrm{MU}-\mathrm{MIMO}}\≤{\log }_2\left(\det \right[I+\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}{H}^{H}H\left]\right)---\left[9\right]$

其中H表示SU-MIMO信道的信道估计矩阵。

参考公式[8]，其中一项：

$(H_i\left(\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}{F}_k{F}_k^H\right)H_i^H+I{\mathrm{\σ}}^2)---\left[10\right]$

包括干扰项

和噪声项Iσ²。因此公式[10]表示公式[8]中的干扰加噪声项。

基于公式[7]和[8]，总容量C_MU-MIMO可由以下所示公式表示：

$C_{\mathrm{MU}-\mathrm{MIMO}}=\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2\left(\det \right[I+F_i^H{H}_i^H{(H_i\left(\underset{k\≠i}{\mathrm{\Σ}}{F}_k{F}_k^H\right)H_i^H+I{\mathrm{\σ}}^2)}^{-1}{H}_i{F}_i\left]\right)---\left[11\right]$

本发明的各实施例中，并在高SNR条件下：

$F_i^H{H}_i^H{H}_i{F}_j=0,(j\≠i)---\left[12\right]$

容量值可在波束形成矩阵F_i为正交时达到最大，如以下公式表示：

$F_i^H{F}_i=D_i---\left[13\right]$

其中矩阵D_i表示正交矩阵。

本发明的各实施例中，可例如基于信号泄露噪声比(Signal-to-Leakage-plus-Noise Ratio，SLNR)波束形成矩阵或基于均衡(equalized)单用户(SU)波束形成方法计算波束形成矩阵F_i。对于均衡SU波束形成方法，例如，可按以下计算波束形成矩阵F：

F＝V(V^HV)^-1                            [14a]

其中F包括MU-MIMO***中多个K用户对应的多个波束形成矩阵F_i：

F＝[F₁  F₂  …  F_K]                    [14b]

以及V包括与MU-MIMO***中多个K用户对应的H_i的多个特征向量V_i：

V＝[V₁  V₂  …  V_K]                    [14c]

通常，每个波束形成矩阵F_i可以不是正交的。

本发明的各实施例中，可按照以下计算中间矩阵：

$Y_i^H{Y}_i=F_i^H{F}_i---\left[15a\right]$

其中可采用乔列斯基分解法计算中间矩阵Y_i。可基于计算的中间矩阵Y_i计算矩阵Z_i：

$Z_i=Y_i^{-1}---\left[15b\right]$

基于矩阵Z_i和计算的波束形成矩阵F_i，可按以下所示公式计算正交波束形成矩阵

${\tilde{F}}_i=F_i{Z}_i---\left[16\right]$

图3是依据本发明一个实施例的阐述用于MU-MIMO***中正交波束形成的示范步骤的流程图。参考图3，标号300阐述了当采用最大SLNR波束形成方法计算波束形成矩阵F_i时正交波束形成的示范步骤，而标号350阐述了当采用均衡SU波束形成方法计算波束形成矩阵F_i时正交波束形成的示范步骤。

参考标号300，给定噪声方差参数σ和多个信道关联矩阵R₁、R₂、…、R_k，其中：

$R_i=H_i^H{H}_i---\left[17\right]$

其中H_i表示MU-MIMO***中第i用户的信道估计矩阵。最大SLNR波束形成块可使用最大SLNR波束形成来计算对应的多个波束形成矩阵F_i。通常，每个计算的波束形成矩阵F_i不是正交的，如以下公式所示：

$F_i^H{F}_i\≠D_i---\left[18\right]$

其中矩阵D_i表示正交矩阵。

本发明的各实施例中，对于每个计算的波束形成矩阵F_i，可按公式[13]-[16]所示计算对应的正交波束形成矩阵

。参考标号300，可通过每个正交块304a、304b、…、304n表示公式[13]-[16]。

参考标号350，示出了多个特征向量矩阵V₁、V₂、…、V_k，其中每个矩阵V_i包括N行(例如，N表示MU-MIMO通信***中AP202处发射天线的数量)和L_i列，可基于对应信道估计矩阵H_i的奇异值分解法(SVD)计算所述矩阵V_i(例如，每个矩阵V_i可包括奇异值分解法中L_i最大奇异值对应的右奇异向量)。给定可选噪声方差参数σ和多个矩阵V₁、V₂、…、V_k，均衡SU波束形成块352可使用均衡波束形成来计算对应的多个波束形成矩阵F_i。通常，每个计算的波束形成矩阵F_i不是正交的，如公式[18]所表示。本发明的各实施例中，针对每个计算的波束形成矩阵F_i，可按公式[13]-[16]所示计算对应的正交波束形成矩阵

参考标号350，可通过每个正交块354a、354b、…、354n表示公式[13]-[16]。

本发明的各实施例中，可采用对应的预编码酉矩阵(unitary precodingmatrix)P_i对每个第i用户关联的数据流进行预编码。预编码的数据流输入至对应正交波束形成矩阵

的波束形成块。本发明的一个示范实施例中，当在图2中表示的示范MU-MIMO通信***中AP 202处采用预编码时，可按以下公式所示基于正交波束形成矩阵

和对应的预编码矩阵P_i计算具有预编码的正交波束形成矩阵

${\widetilde{\stackrel{~}{F}}}_i={\tilde{F}}_i{P}_i---\left[19\right]$

图4是依据本发明一个实施例的阐述MU-MIMO通信***中具有预编码的正交波束形成的示范步骤的流程图。参考图4，标号400阐述了当采用最大SLNR波束形成方法计算波束形成矩阵F_i时正交波束形成的示范步骤，而标号450阐述了当采用均衡SU波束形成方法计算波束形成矩阵F_i时具有预编码的正交波束形成的示范步骤。

参考标号400，给定噪声方差参数σ和多个矩阵R₁、R₂、…、R_k，可使用最大SLNR波束形成计算对应的多个波束形成矩阵F_i。通常，每个计算的波束形成矩阵F_i不是正交的。本发明的各实施例中，对于每个计算的波束形成矩阵F_i，可按公式[13]-[16]所示计算对应的正交波束形成矩阵

参考标号400，可通过每个正交块404a、404b、…、404n表示公式[13]-[16]。

对于每个计算的正交波束形成矩阵

可按公式[19]所示计算对应的具有预编码的正交波束形成矩阵

参考标号400，可通过每个SU波束形成块406a、406b、…、406n表示公式[19]。

参考标号450，给定可选噪声方差参数σ和多个矩阵V₁、V₂、…、V_k，可使用均衡SU波束形成计算对应的多个波束形成矩阵F_i。通常，每个计算的波束形成矩阵F_i不是正交的。本发明的各实施例中，对于每个计算的波束形成矩阵F_i，可按公式[13]-[16]所示计算对应的正交波束形成矩阵

参考标号450，可通过每个正交块454a、454b、…、454n表示公式[13]-[16]。对于每个计算的正交波束形成矩阵

可按公式[19]所示计算对应的具有预编码的正交波束形成矩阵

参考标号450，可通过每个SU波束形成块456a、456b、…、456n表示公式[19]。

本发明的各实施例中，对于MU-MIMO***中第i用户的接收器，可采用SVD(如以下公式所示)计算预编码矩阵P_i，其中该接收器例如STA 232a科采用线性均衡方法：

$U_i{S}_i{V}_i^H=H_i{\tilde{F}}_i---\left[20\right]$

其中S_i表示对角奇异值矩阵，U_i表示左奇异值向量矩阵，V_i表示右奇异值向量矩阵。本方面的各实施例中，矩阵U_i和V_i为酉矩阵。基于公式[20]，可按以下公式所示计算预编码矩阵F_i：

$P_i=V_i\left[\begin{array}{c}{I}_{L_i}\\ 0\end{array}\right]---\left[21\right]$

其中I_Li表示单位矩阵，包括Li行和Li列。

本发明的各实施例中，对于MU-MIMO***中第i用户的接收器，可计算每个预编码矩阵P_i来优化接收器的后似然(ML)检测性能，其中该接收器例如STA232a采用似然检测。用于提升ML接收器性能的示范方法在申请号为No.12/246,206、申请日为2008年10月6日的美国专利中公开，其以引用的方式整体并入本文中。

本发明的另一个实施例提供一种计算机可读介质，其上存储的计算机程序具有至少一个可由计算机执行的代码段，使得计算机能够执行本文所描述的用于多用户多输入多输出(MU-MIMO)***中正交波束形成的步骤。

对应地，本发明可用硬件、软件、或其中的组合来实现。本发明可以在至少一个计算机***中以集成的方式实现，或将不同的单元置于多个相互相连的计算机***中以分立的方式实现。适于执行本发明所描述方法的任何计算机***或其他的装置都是适用的。典型的硬件和软件的组合为带有计算机程序的通用计算机***，当该程序被装载和执行时控制计算机***，使其执行本发明所描述的方法。

本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，所述程序包含能够实现本发明方法的全部特征，当其安装到计算机***中时，通过运行，可以实现本发明的方法。本申请文件中的计算机程序所指的是：可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表达式，该指令组使***具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后，a)转换成其它语言、代码或符号；b)以不同的格式再现，实现特定功能。

本发明是通过具体实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

相关申请的引用

本申请主张申请日为2010年1月20日、申请号为NO.61/296,633的美国临时申请的优先权。

Claims (10)

1.一种处理信号的方法，其特征在于，包括：

通过一个或多个处理器和/或电路执行：

基于多个信道估计矩阵、信道关联矩阵和/或特征向量矩阵计算多用户多输入多输出***中的多个波束形成矩阵；

基于所述多个波束形成矩阵计算多个正交矩阵；

基于所述多个波束形成矩阵和所述多个正交矩阵确定多个正交波束形成矩阵；

对于每个确定的正交波束形成矩阵，为对应的用户设备计算单个用户信道容量值；以及

计算多个已计算的单个用户信道容量值之和作为总信道容量；

其中，基于计算所述多个正交矩阵和确定所述多个正交波束形成矩阵，所述总信道容量被最大化。

2.根据权利要求1所述的处理信号的方法，其特征在于，包括基于所述多个波束形成矩阵生成多个中间矩阵。

3.根据权利要求2所述的处理信号的方法，其特征在于，包括选择所述多个中间矩阵的一个和所述多个波束形成矩阵的对应的所选的一个。

4.根据权利要求3所述的处理信号的方法，其特征在于，其中所述多个中间矩阵的所述所选的一个和所述多个中间矩阵的所述所选的一个的厄密变换矩阵的矩阵乘积等于所述多个波束形成矩阵的所述对应的所选的一个和所述多个波束形成矩阵的所述对应的所选的一个的厄密变换矩阵的矩阵乘积。

5.根据权利要求4所述的处理信号的方法，其特征在于，包括基于乔列斯基分解法生成所述多个中间矩阵的所述所选的一个。

6.根据权利要求5所述的处理信号的方法，其特征在于，所述多个正交矩阵中的一个与所述多个中间矩阵的所述所选的一个的逆矩阵相等。

7.根据权利要求6所述的处理信号的方法，其特征在于，包括基于所述多个正交矩阵的所述所选的一个和所述多个波束形成矩阵的所述对应的所选的一个，计算所述多个正交波束形成矩阵的一个。

8.根据权利要求1所述的处理信号的方法，其特征在于，包括计算用于所述多用户多输入多输出***的多个预编码矩阵。

9.根据权利要求8所述的处理信号的方法，其特征在于，所述多个预编码矩阵的每个对应于所述多用户多输入多输出***中多个用户的至少一个。

10.一种处理信号的***，其特征在于，包括：

第一电路模块，基于多个信道估计矩阵、信道关联矩阵和/或特征向量矩阵计算多用户多输入多输出***中的多个波束形成矩阵；

第二电路模块，基于所述多个波束形成矩阵计算多个正交矩阵；

基于所述多个波束形成矩阵和所述多个正交矩阵确定多个正交波束形成矩阵；

第三电路模块，对于每个确定的正交波束形成矩阵，为对应的用户设备计算单个用户信道容量值；以及

第四电路模块，计算多个已计算的单个用户信道容量值之和作为总信道容量；

其中，基于计算所述多个正交矩阵和确定所述多个正交波束形成矩阵，所述总信道容量被最大化。

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