CN102710390A - 一种多用户mimo***中预编码的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多用户MIMO***中预编码的方法和装置，所述方法包括：接收用户的导频信号；根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵；根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。本发明能够有效的降低预编码的计算量，并且在存在不能获得信道信息的同频干扰的情况下，也能进行有效的预编码。

Description

一种多用户MIMO***中预编码的方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种多用户MIMO***中预编码的方法和装置。

背景技术

无线通信技术的发展始终围绕着如何在恶劣的信道环境和有限的带宽内提高传输速率和质量。已经证明，在无线信道上提高数据传输率和质量的最有效途径是采用多输入/多输出(MIMO)技术，即在无线通信***的发送端和/或接收端使用天线阵列来进行信息传输的技术。MIMO技术在不增加带宽的情况下，成倍的提高通信***的容量和频谱利用率，是新一代无线移动通信***中广泛采用的关键技术之一。MIMO技术已经用于WiMax和4G等无线移动通信***中。

随着多天线技术研究的深入，MIMO技术已经从点对点的单用户MIMO技术扩展到了点对多点的多用户MIMO***。在多用户MIMO***中，多个用户同时占用相同的时频资源进行通信。多用户MIMO技术利用多天线提供的空间自由度分离用户，各个用户可以占用相同的时频资源，信号依赖发送端的预编码技术抑制多用户之间的干扰，通过时频资源复用方式有效的提高小区平均吞吐量。在小区负载较重时，通过简单的多用户调度算法就可以获得显著的多用户分集增益，是获得高***容量的有效手段。

MU-MIMO(多用户多输入/多输出)预编码技术不仅要获得较大的预编码增益，还需要有效的降低用户间的干扰。在MU-MIMO***中，共信道干扰包括配对用户的共信道干扰和非配对用户的共信道干扰。基于脏纸编码(DPC，Dirty Paper Coding)的多用户预编码方法可以达到MIMO信道容量的上限，然而由于非线性处理的高复杂度，DPC编码并不实用。现有的线性预编码算法根据对共信道干扰的处理不同，可以分为干扰抑制和干扰消除两类。干扰抑制算法允许一部分干扰存在，如最大化接收信干噪比、最大化接收信漏噪比算法(Max Signal to Leakage and Noise Ratio，MSLNR)等。干扰抑制算法综合考虑用户的干扰和噪声，鲁棒性较强，但一般需要各用户的预编码矩阵联合优化。干扰消除算法将用户之间的共信道干扰全部消除，这类算法的优点是物理概念清晰、应用灵活，缺点是由于零空间自由度的限制，往往对天线数目有一定的要求。干扰消除算法中最有代表性的是块对角化(BlockDiagonalization，BD)迫零算法。基于MSLNR(最大化接收信漏噪比，MaxSignal to Leakage and Noise Ratio)算法的MU-MIMO***的预编码流程如图1所示，基于BD(块对角化，Block Diagonalization)算法的MU-MIMO***的预编码流程如图2所示。

无论基于MSLNR的MU-MIMO预编码还是基于BD的MU-MIMO预编码，都需要获得配对用户和非配对用户的信道估计，然后针对每一个需要预编码的用户构造干扰矩阵，然后对这个干扰矩阵进行相应的处理，以达到干扰抑制或者干扰消除。通常情况下，对干扰矩阵的处理占了整个算法计算量的很大部分。多个用户都需要进行这样的处理，就会大大的增加预编码的计算量。在同频干扰存在的情况下，较好的估计出需要预编码的用户的信道响应是很困难的事情，并且要估计出所有的同频干扰用户的信道响应也是很困难的事情。很显然，存在估计误差的信道估计会恶化预编码的性能。

发明内容

本发明提供的多用户MIMO***中预编码的方法和装置，以解决如何有效的降低预编码的计算量，并且在存在不能获得信道信息的同频干扰的情况下，也能进行有效的预编码的问题。

本发明公开了一种多用户MIMO***中预编码的方法，所述方法包括：

接收用户的导频信号；

根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵；

根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。

较佳地，所述根据接收的导频信号计算空间相关矩阵具体包括：

根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵；

所述根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵具体包括：

根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算期望用户的导向矩阵。

较佳地，所述根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵前还包括：

根据相干带宽和相干时间将导频信号划分为基本资源块集，对每个基本资源块提取导频信号；

所述根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵具体包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；

所述根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算导向矩阵具体包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块上期望用户的导向矩阵；

所述根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵具体包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵；

对于每个期望用户，按照基本资源块在时频域的位置排列所述期望用户在基本资源块的预编码矩阵，得到所述期望用户的预编码矩阵。

较佳地，所述根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵具体包括：

按如下公式计算基本资源块的空间相关矩阵中元素，

$r_{i,j}^{\mathrm{nRB}}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(i\right)}\×{\left(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(j\right)}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵中元素，表示第i个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频和第j个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频的互相关性，

为第i个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第j个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量，N_pilot为导频行向量的维数，i＝1，…，M_R，j＝1，…，M_R，M_R为接收天线数；n_RB＝1，…，N_RB，N_RB为基本资源块的数量。

较佳地，所述根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块的导向矩阵具体包括：

按如下公式计算基本资源块的导向矩阵中元素，

$g_t^{n_{\mathrm{RB}},s}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(t\right)}\×{\left(d_s^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的导向矩阵的列向量

的第t个元素，表示第t个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的接收导频和第s个期望用户的第n_RB个基本资源块的发送的导频的互相关性，

为第t个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第s个期望用户发送的导频的第n_RB个基本资源块的导频行向量，s＝1，…，N_D，N_D为期望用户数量，t＝1，…，M_R，M_R为接收天线数；M_pilot为导频行向量的维数。

较佳地，所述根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵具体包括：

按如下公式计算期望用户在基本资源块的预编码矩阵

$W^{n_{\mathrm{RB}}}={\left({\left(R^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{-1}{G}^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{*}$

其中，

的维数为M_R×N_D，

为第k个期望用户在第n_RB个基本资源块的预编码矩阵，

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵，

为第n_RB个基本资源块的导向矩阵，N_D为期望用户数量。

较佳地，所述接收用户的导频信号后还包括：

如果接收到的导频信号已包含所有同频用户的信道信息，则不做处理；

如果没有同时得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号，则将在相关时间内得到的各个包含同频用户的信道信息的导频信号叠加，得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号。

较佳地，所述对每个基本资源块提取导频信号具体包括：

将每个基本资源块的每个接收天线端口的导频按先频率后时间或先时间后频率的次序提取来形成导频行向量。

较佳地，按所述公式计算基本资源块的空间相关矩阵的上三角中元素，下三角中元素与上三角中元素共轭对称。

本发明还公开了一种多用户MIMO***中预编码的装置，所述装置包括：

导频信号模块，用于接收用户的导频信号；

参数矩阵计算模块，用于根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵；

预编码计算模块，用于根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。

较佳地，所述参数矩阵计算模块在根据接收的导频信号计算空间相关矩阵时具体用于根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵；

所述参数矩阵计算模块在根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵时具体用于根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算期望用户的导向矩阵。

较佳地，所述装置还包括：

划分模块，用于根据相干带宽和相干时间将导频信号划分为基本资源块集，对每个基本资源块提取导频信号；

所述参数矩阵计算模块具体包括：

空间相关矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；

导向矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块上期望用户的导向矩阵；

所述预编码计算模块具体用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵；对于每个期望用户，按照基本资源块在时频域的位置排列所述期望用户在基本资源块的预编码矩阵，得到所述期望用户的预编码矩阵。

本发明实施例的有益效果是：通过接收用户的导频信号；根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵；根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。本发明能够减少预编码矩阵计算量，提高***速度，并且在存在不能获得信道信息的同频干扰的情况下，也能进行有效的预编码；

按照基本资源块的方法来计算预编码矩阵，在预编码增益和计算量之间获得良好的折衷；

仅对基本资源块的空间相关矩阵的上三角中元素进行计算，进一步减少计算量；

计算预编码矩阵不需要进行任何的信道估计，既节省了计算量，又避免了信道估计的误差传递；

只需要进行一次矩阵求逆，不需要进行其他复杂的运算，比如SVD，特征值分解等，提高了***的计算预编码矩阵的速度；

由于本发明在抑制干扰的情况下，最大限度的适配信道特性，所以对于***可以获得较高的赋形增益。

附图说明

图1为现有技术中MSLNR算法的MU-MIMO***的预编码流程图；

图2为现有技术中BD算法的MU-MIMO***的预编码流程图；

图3为本发明的多用户MIMO***中预编码的方法的流程图；

图4为本发明的多用户MIMO***中预编码的方法的实施例的流程图；

图5为本发明的多用户MIMO***中预编码的装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

对于时分双工(TDD)***而言，由于上下行链路占用相同的频率资源，因此可以利用上下行信道的互易性来进行预编码。其中，为了从信道互易性中获益，要求对输入信道进行观察的时刻和使用这个信道信息时刻之间的延时小于信道相干时间。***可以通过接收到的各个用户的导频信号来获得用户的信道信息，比如在TD-LTE中，就可以利用解调的参考导频和探测导频来获得用户的信道信息，进行预编码。

在MU-MIMO***中，基站经过预编码的发射信号可以表示为

$X=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{W}_j{s}_j$

其中，W_j为对应于第j个用户的预编码矩阵；s_j为第j个用户的数据，共有M个同频用户，定义期望用户的发送信号

期望用户的预编码矩阵

在期望用户j(期望用户为终端，UE)接收端，接收到的信号可以表示为：

$y_j=H_j{W}_j{s}_j+H_j\underset{i=1i\≠j}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i{s}_i+n_j$

其中，H_j为期望用户j的信道响应。第1项是期望用户j需要接收的数据，第2项是其他用户数据对该用户的干扰，第3项是均值为0，方差为σ²的复高斯噪声，第2项和第3项均会对期望用户的接收产生影响。其中，期望用户j为配对用户中的某个用户。定义期望用户的接收信号为

在线性MMSE(最小均方差)合并中，选择预编码矩阵W使期望用户接收端接收到的信号Y与发送信号S的均方根误差最小：

$W=\{\arg \underset{w}{\min }E{\{S-Y\}}^2{\}}^{*}$

定义：

$T=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j{s}_j$

那么，则有

$W={\left\{\arg \underset{w}{\min }E{\{S-Y\}}^2\right\}}^{*}$

$={\left\{\arg \underset{w}{\min }E{\{S-W^{H}T\}}^2\right\}}^{*}$

$={\left\{E{\left\{T{T}^H\right\}}^{-1}E\right\{{\mathrm{TS}}^H\left\}\right\}}^{*}$

$={\left\{{\left(R\right)}^{-1}G\right\}}^{*}$

其中，空间相关矩阵R＝E{TT^H}，期望用户导向矩阵G＝E{TS^H}，(·)^*表示共轭。T相当于基站没有对原始信号做预编码时，期望用户收到的信号。由于W是对空间相关矩阵直接求逆所得，称这种方法为DMI(Direct MatrixInverse，直接矩阵逆)。

基于上述基本理论，根据信道的互易性，本发明提供的多用户MIMO***中预编码的方法流程如图3所示。

步骤S100，接收用户的导频信号。

步骤S200，根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵。

步骤S300，根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。

在一实施方式中，所述根据接收的导频信号计算空间相关矩阵具体包括：根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵。

所述根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵具体包括：根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算期望用户的导向矩阵。

举例而言，根据信道的互易性，要对下行的MU-MIMO进行预编码，则只需要根据上行接收到的包含各个同频用户的信道信息的导频信号估计空间相关矩阵R和期望用户的导向矩阵G，就可以获得期望用户的预编码矩阵W。假设基站接收到包含M个同频用户的信道信息的导频信号为Z，其中的N_D个用户为配对的MU-MIMO用户。假设M≥N_D，也就是说在同一个频率上通信的用户大于等于配对用户。

计算空间相关矩阵表示为

${\stackrel{\mathrm{\Λ}}{R}}_{z,z}=\frac{1}{m_t}\underset{i=0}{\overset{m_t-1}{\mathrm{\Σ}}}Z\left[i\right]Z{\left[i\right]}^H$

其中，m_t为进行累加的采样到的导频信号数量。因为Z包含了所有的同频用户的信道信息，所以对于所有的用户只需要算一个空间相关矩阵。计算N_D个期望用户的导向矩阵

假设

表示期望用户发射的导频信号，

$\stackrel{\mathrm{\Λ}}{G}=\frac{1}{m_t}\underset{i=0}{\overset{m_t-1}{\mathrm{\Σ}}}Z\left[i\right]S{\left[i\right]}^H$

其中，

第j个期望用户的空间相关矩阵。

计算N_D个期望用户的预编码矩阵

$\stackrel{\mathrm{\Λ}}{W}={\left({\left({\stackrel{\mathrm{\Λ}}{R}}_{z,z}\right)}^{-1}\stackrel{\mathrm{\Λ}}{G}\right)}^{*}$

其中，

为第k个期望用户的预编码矩阵。(·)^*表示共轭。

在另一实施方式中，进行基本资源块划分，以基本资源块为单位，计算预编码。该实施方式具体如下所述

步骤S201，接收用户的导频信号。

进一步地，为获得所有同频用户的信道信息，在接收到导频信号后，进行如下处理。

如果接收到的导频信号已包含所有同频用户的信道信息，则不做处理。

如果没有同时得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号，则将在相关时间内得到的各个包含同频用户的信道信息的导频信号叠加，得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号。

步骤S202，根据相干带宽和相干时间将导频信号划分为基本资源块集，对每个基本资源块提取导频信号。

提取导频信号的方法的一具体实施举例为将每个基本资源块的每个接收天线端口的导频按先频率后时间或先时间后频率的次序提取来形成导频行向量。

步骤S203，对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵。

计算空间相关矩阵的一具体实施举例如下所述。

按如下公式计算基本资源块的空间相关矩阵中元素，

$r_{i,j}^{\mathrm{nRB}}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(i\right)}\×{\left(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(j\right)}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵中元素，表示第i个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频和第j个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频的互相关性；

为第i个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量；

为第j个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量；N_pilot为导频行向量的维数，即在基本资源块内采样到的导频数量；i＝1，…，M_R，j＝1，…，M_R，M_R为接收天线数。n_RB＝1，…，N_RB，N_RB为基本资源块的数量。

进一步地，由于相同两个接收天线端口的互相关性互为共轭，故按所述公式计算基本资源块的空间相关矩阵的上三角中元素。下三角中元素与上三角中元素共轭对称。采用该方式，进一步节省计算量。

步骤S204，对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块上期望用户的导向矩阵。

计算导向矩阵的一具体实施举例如下所述。

按如下公式计算基本资源块的导向矩阵中元素，

$g_t^{n_{\mathrm{RB}},s}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(t\right)}\×{\left(d_s^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的导向矩阵的列向量

的第t个元素，表示第t个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的接收导频和第s个期望用户的第n_RB个基本资源块的发送的导频的互相关性，

为第t个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第s个期望用户发送的导频的第n_RB个基本资源块的导频行向量，s＝1，…，N_D，N_D为期望用户数量，t＝1，…，M_R，M_R为接收天线数；N_pilot为导频行向量的维数。

步骤S205，对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵。

计算预编码矩阵的一具体实施举例如下所述。

按如下公式计算期望用户在基本资源块的预编码矩阵

$W^{n_{\mathrm{RB}}}={\left({\left(R^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{-1}{G}^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{*}$

其中，

的维数为M_R×N_D，

为第k个期望用户在第n_RB个基本资源块的预编码矩阵，

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵，

为第n_RB个基本资源块的导向矩阵，N_D为期望用户数量。

步骤S206，对于每个期望用户，按照基本资源块在时频域的位置排列所述期望用户在基本资源块的预编码矩阵，得到所述期望用户的预编码矩阵。预编码矩阵包括期望用户在调度的时频域上的预编码。

本发明的具体实施例如图4所示。

在包含本发明的MU-MIMO***的预编码流程中，不需要对各个同频用户进行信道估计。在计算的空间相关矩阵中，包含了所有同频信号的信道信息，这样对于所有的配对用户，只需要计算一个空间相关矩阵，随后的矩阵求逆对不同的配对用户也只需要计算一次。通过前面的叙述，也可以得出，我们给出的方法在存在同频干扰的情况下，也能正常工作。

步骤S401，构造包含同频用户的信道信息的导频信号e ^(p)(p＝1，…，M_R)，M_R为接收天线数。

若接收到的导频信号已经包含了所有同频用户的信道信息，则直接用接收到的导频信号。

若不能同时得到包含同频用户的信道信息的导频信号，则将在相关时间内得到的各个包含同频用户的信道信息的导频信号叠加起来得到导频信号e ^(p)。

步骤S402，划分预编码的基本资源块。

根据相干带宽和相干时间把导频信号e ^(p)(p＝1，…，M_R)划分为基本资源块集(resource block，RB)

(p＝1，…，M_R，n_RB＝1，…，N_RB)。N_RB为基本资源块的数量。

的元素为

(p＝1，…，M_R；l＝1，…，N_symb)，也就是1个

包含N_symb个采样点。在N_symb个采样点中，可能只有导频信号，也有可能除了导频信号还有数据信号。

步骤S403，提取基本资源块中的导频。

将第p个接收天线端口的第n_RB个基本资源块

中的导频按先频率后时间(或者先时间后频率)的次序提取出来形成一个行向量

的维数为1×N_pilot，N_pilot为第p个接收天线端口的第n_RB个基本资源块

中的导频数量。各个接收天线端口的导频数量N_pilot相同。对每一个接收天线相应的基本资源块

都进行导频提取就可以得到导频行向量

步骤S404，求第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵

的维数为M_R×M_R，其元素为

(i＝1，…，M_R，j＝1，…，M_R)表示第i个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频和第j个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频的互相关性，也就是：

$r_{i,j}^{\mathrm{nRB}}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(i\right)}\×{\left(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(j\right)}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，(.)^H表示求共轭转置。

根据的物理含义可知，

那么只需要计算

上三角的元素，这样会进一步节省计算量。

步骤S405，求第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵

的逆矩阵

步骤S406，求第n_RB个基本资源块的期望用户的导向矩阵

的维数为M_R×N_D，

其列向量(s＝1，…，N_D)表示第s个期望用户的导向向量，

的元素

(t＝1，…，M_R)表示第t个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的接收导频和第s个期望用户发送的导频的互相关性。需要对期望用户进行预编码。

也就是：

$g_t^{n_{\mathrm{RB}},s}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(t\right)}\×{\left(d_s^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第s个期望用户发送的导频的第n_RB个基本资源块的导频行向量。

步骤S407，求N_D个MU-MIMO用户的预编码矩阵

$W^{n_{\mathrm{RB}}}={\left({\left(R^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{-1}{G}^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{*}$

其中，

的维数为M_R×N_D，

为第k个MU-MIMO用户的预编码矩阵。于是在第n_RB个基本资源块对应的时频资源上发送的信号的预编码矩阵为

步骤S408，依据基本资源块上期望用户的预编码矩阵，获得期望用户在被调度的时频域上的预编码矩阵。

对每一个基本资源块的接收数据进行步骤S403至步骤S408的处理，最后得到N_D路所有时频资源上的预编码矩阵W¹，…，

把得到的各个基本资源块的预编码矩阵，依据每个基本资源块在时频域的位置排列起来，就得到所述期望用户在被调度的时频域上的预编码矩阵，共得到N_D个MU-MIMO用户的预编码W¹，…，

一种多用户MIMO***中预编码的装置如图5所示。

所述装置包括：

导频信号模块100，用于接收用户的导频信号；

参数矩阵计算模块200，用于根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵；

预编码计算模块300，用于根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。

较佳的，所述参数矩阵计算模块在根据接收的导频信号计算空间相关矩阵时具体用于根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵；

所述参数矩阵计算模块在根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵时具体用于根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算期望用户的导向矩阵。

较佳的，所述装置还包括：

划分模块，用于根据相干带宽和相干时间将导频信号划分为基本资源块集，对每个基本资源块提取导频信号；

所述参数矩阵计算模块具体包括：

空间相关矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；

导向矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块上期望用户的导向矩阵；

所述预编码计算模块具体用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵；对于每个期望用户，按照基本资源块在时频域的位置，排列所述期望用户在基本资源块的预编码矩阵，得到所述期望用户的预编码矩阵。

所述预编码矩阵中包括期望用户在调度的时频域上的预编码。

较佳的，所述空间相关矩阵计算子模块具体用于按如下公式计算基本资源块的空间相关矩阵中元素，

$r_{i,j}^{\mathrm{nRB}}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(i\right)}\×{\left(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(j\right)}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵中元素，表示第i个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频和第j个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频的互相关性，

为第i个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第j个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量，N_pilot为导频行向量的维数，i＝1，…，M_R，j＝1，…，M_R，M_R为接收天线端口数量；n_RB＝1，…，N_RB，N_RB为基本资源块的数量。

进一步地，按所述公式计算基本资源块的空间相关矩阵的上三角中元素，下三角中元素与上三角中元素共轭对称。

较佳的，所述导向矩阵计算子模块具体用于按如下公式计算基本资源块的导向矩阵中元素，

$g_t^{n_{\mathrm{RB}},s}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(t\right)}\×{\left(d_s^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的导向矩阵的列向量

的第t个元素，表示第t个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的接收导频和第s个期望用户的第n_RB个基本资源块的发送的导频的互相关性，

为第t个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量，为第s个期望用户发送的导频的第n_RB个基本资源块的导频行向量，s＝1，…，N_D，N_D为期望用户数量，t＝1，…，M_R，M_R为接收天线数；N_pilot为导频行向量的维数。

较佳的，所述预编码计算模块具体用于按如下公式计算期望用户在基本资源块的预编码矩阵，

$W^{n_{\mathrm{RB}}}={\left({\left(R^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{-1}{G}^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{*}$

其中，

的维数为M_R×N_D，

为第k个期望用户在第n_RB个基本资源块的预编码矩阵，

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵，

为第n_RB个基本资源块的导向矩阵，N_D为期望用户数量。

较佳的，所述导频信号模块在接收用户的导频信号后还用于如果接收到的导频信号已包含所有同频用户的信道信息，不做处理；如果没有同时得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号，则将在相关时间内得到的各个包含同频用户的信道信息的导频信号叠加，得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号。

较佳的，划分模块在对每个基本资源块提取导频信号时具体用于将每个基本资源块的每个接收天线端口的导频按先频率后时间或先时间后频率的次序提取来形成导频行向量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种多用户MIMO***中预编码的方法，其特征在于，所述方法包括：

接收用户的导频信号；

根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵；

根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述根据接收的导频信号计算空间相关矩阵具体包括：

根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵；

所述根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵具体包括：

根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算期望用户的导向矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵前还包括：

根据相干带宽和相干时间将导频信号划分为基本资源块集，对每个基本资源块提取导频信号；

所述根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵具体包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；

所述根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算导向矩阵具体包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块上期望用户的导向矩阵；

所述根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵具体包括：

对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵；

对于每个期望用户，按照基本资源块在时频域的位置排列所述期望用户在基本资源块的预编码矩阵，得到所述期望用户的预编码矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵具体包括：

按如下公式计算基本资源块的空间相关矩阵中元素，

$r_{i,j}^{\mathrm{nRB}}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(i\right)}\×{\left(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(j\right)}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵中元素，表示第i个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频和第j个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频的互相关性，

为第i个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量，

为第j个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量，N_pilot为导频行向量的维数，i＝1，…，M_R，j＝1，…，M_R，M_R为接收天线数；n_RB＝1，…，N_RB，N_RB为基本资源块的数量。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块的导向矩阵具体包括：

按如下公式计算基本资源块的导向矩阵中元素，

$g_t^{n_{\mathrm{RB}},s}=(P_{n_{\mathrm{RB}}}^{\left(t\right)}\×{\left(d_s^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^H)/N_{\mathrm{pilot}}$

其中，

为第n_RB个基本资源块的导向矩阵的列向量

的第t个元素，表示第t个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的接收导频和第s个期望用户的第n_RB个基本资源块的发送的导频的互相关性，

为第t个接收天线端口的第n_RB个基本资源块的导频行向量，为第s个期望用户发送的导频的第n_RB个基本资源块的导频行向量，s＝1，…，N_D，N_D为期望用户数量，t＝1，…，M_R，M_R为接收天线数；N_pilot为导频行向量的维数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵具体包括：

按如下公式计算期望用户在基本资源块的预编码矩阵

$W^{n_{\mathrm{RB}}}={\left({\left(R^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{-1}{G}^{n_{\mathrm{RB}}}\right)}^{*}$

其中，

的维数为M_R×N_D，

为第k个期望用户在第n_RB个基本资源块的预编码矩阵，

为第n_RB个基本资源块的空间相关矩阵，

为第n_RB个基本资源块的导向矩阵，N_D为期望用户数量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述接收用户的导频信号后还包括：

如果接收到的导频信号已包含所有同频用户的信道信息，则不做处理；

如果没有同时得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号，则将在相关时间内得到的各个包含同频用户的信道信息的导频信号叠加，得到包含所有同频用户的信道信息的导频信号。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述对每个基本资源块提取导频信号具体包括：

将每个基本资源块的每个接收天线端口的导频按先频率后时间或先时间后频率的次序提取来形成导频行向量。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

按所述公式计算基本资源块的空间相关矩阵的上三角中元素，下三角中元素与上三角中元素共轭对称。

10.一种多用户MIMO***中预编码的装置，其特征在于，所述装置包括：

导频信号模块，用于接收用户的导频信号；

参数矩阵计算模块，用于根据接收的导频信号计算空间相关矩阵，根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵；

预编码计算模块，用于根据空间相关矩阵的逆和导向矩阵计算期望用户的预编码矩阵。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述参数矩阵计算模块在根据接收的导频信号计算空间相关矩阵时具体用于根据接收的导频信号和接收的导频信号的共轭计算空间相关矩阵；

所述参数矩阵计算模块在根据接收的导频信号和用户发射的导频信号计算期望用户的导向矩阵时具体用于根据接收的导频信号和期望用户发送的导频信号计算期望用户的导向矩阵。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，

所述装置还包括：

划分模块，用于根据相干带宽和相干时间将导频信号划分为基本资源块集，对每个基本资源块提取导频信号；

所述参数矩阵计算模块具体包括：

空间相关矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和导频信号的共轭计算所述基本资源块的空间相关矩阵；

导向矩阵计算子模块，用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的导频信号和期望用户发送的导频信号计算所述基本资源块上期望用户的导向矩阵；

所述预编码计算模块具体用于对于每个基本资源块，根据所述基本资源块的空间相关矩阵的逆和所述基本资源块的导向矩阵计算所述基本资源块的期望用户的预编码矩阵；对于每个期望用户，按照基本资源块在时频域的位置排列所述期望用户在基本资源块的预编码矩阵，得到所述期望用户的预编码矩阵。

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