CN106712820A - 自干扰抑制的多流分集bd预编码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自干扰抑制的多流分集BD预编码方法及装置，该方法包括：基站获取所有用户信道矩阵；确定各用户接收天线的干扰矩阵，以此构造用户所有接收天线的零空间正交基；并以此构造每个用户的自干扰抑制等效信道矩阵，进而构造各用户多流分集BD预编码和接收译码矩阵；对基站发送给各用户原始信号进行多流分集BD预编码并信号相加后从基站发射；用户用对应的接收译码矩阵对接收信号处理，将各用户接收数据流合并，估计出用户原始发送数据。本发明解决了MU‑MIMO***中接收端天线间自干扰的技术问题，消除多用户干扰的同时，抑制了等效信道的自干扰，多路数据流合并增加了空间分集增益，提高了可靠性。用于无线通信领域的抗干扰。

Description

自干扰抑制的多流分集BD预编码方法及装置

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种多用户多输入多输出(简称MU-MIMO)***下行链路中的预编码，具体是一种自干扰抑制的多流分集BD预编码方法及装置，用于无线通信领域的抗干扰。

背景技术

MU-MIMIO***能够在相同的时间和频率资源块上给多个用户发送多路空间复用信号，同时获得高的***容量和空分多址处理带来的抵消多用户干扰的好处。在该***中，由于基站(简称BS)同时给多个用户发送信号，必然会引入多用户干扰(简称MUI)，且因为接收天线分属于不同的用户，用户间无法进行协作处理，所以需要在BS端对发送信号进行预编码抑制或完全消除MUI。

MU-MIMO的预编码从类型上分为非线性预编码和线性预编码。非线性预编码如脏纸编码(简称DPC)虽然能够实现最优的***性能，但由于复杂度高，在实际中很难应用。线性预编码如BD预编码实现了次优的***性能，但由于具有较低的复杂度，因此在MU-MIMO***中被广泛采用。BD预编码方法可以利用所有用户的信道状态信息(CSI)，完全消除MUI,但并未考虑自身干扰。

现有MU-MIMO***中广泛采用的BD预编码，BS端首先获取所有用户的信道矩阵；然后构造期望用户的干扰矩阵，根据干扰矩阵获得期望用户的预编码矩阵和译码矩阵；基站利用获得的预编码矩阵对发送的原始信号进行预编码，预编码后的信号通过基站发射出去；用户接收信号并利用译码矩阵进行解码，获得原始信号。由于BD预编码在构造期望用户干扰信道矩阵时仅仅考虑其他用户的信道矩阵，并未考虑期望用户自身天线间的干扰，因此在发送多路数据流时，导致误码率性能下降。

其次，由于BD预编码中不同数据流的等效信道增益不同，如果发送多路相同数据流，接收端对多路数据流进行合并，误码率性能取决于最差等效信道状况，因此并未考虑发送多路相同的数据流的情况来提高***的可靠性。

现有技术中的BD预编码方法在构造干扰信道时只考虑了MUI干扰，并没有考虑自身天线间自干扰，在用户有多路数据流时，误码率性能较差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的BD预编码方法存在发送多路数据流时，误码率性能较差的问题，提供一种具有更好的***误码率性能的自干扰抑制的多流分集BD预编码方法和装置。

本发明是一种自干扰抑制的多流分集BD预编码方法，其特征在于，包括有如下步骤：

步骤1：确定所有用户信道矩阵，基站获取各个用户的下行信道矩阵，确定所有用户信道矩阵H_k为用户k的下行信道矩阵，k＝1,2,…,K,K为***中的用户数，[·]^T表示矩阵的转置；

步骤2：确定用户接收天线的零空间正交基，首先构造各用户每根接收天线的干扰矩阵，然后计算各用户每根接收天线的干扰矩阵的零空间正交基，从而获得各用户所有接收天线的零空间正交基，以用户k为例，用户k第i根接收天线的干扰矩阵为其中为户k的下行信道矩阵H_k去掉第i行后的信道矩阵，即该干扰矩阵既包含其他用户信道状态信息，又包含自身信道状态信息；

步骤3：构造等效信道矩阵、线性预编码矩阵和接收译码矩阵，根据各用户的所有接收天线的干扰矩阵的零空间正交基与用户的下行信道矩阵，构造每个用户的自干扰抑制等效信道矩阵，并根据自干扰抑制等效信道矩阵，构造每个用户的线性预编码矩阵和接收译码矩阵；

步骤4：对基站发送信号进行多流分集BD预编码，利用构造的线性预编码矩阵对各个用户的发送信号进行多流分集BD预编码，对多流分集BD预编码后的信号进行相加，通过基站端天线发射出去；

步骤5：用户对接收信号进行译码、合并和估计，期望用户对从基站接收到的信号用对应的多流分集BD接收译码矩阵进行处理，将多流分集BD接收译码矩阵处理后的期望用户的数据流进行合并，利用多条数据流提供空间分集增益，估计出原始发送数据。

本发明还是一种自干扰抑制的多流分集BD预编码装置，其特征在于，按照信号处理流程依次连接有：信道矩阵获取模块、零空间正交基构造模块、预编码矩阵及接收译码矩阵构造模块、预编码处理模块、接收信号处理模块，各模块分述如下：

信道矩阵获取模块，用于获取所有用户的信道矩阵，输入为各个用户的信道矩阵，输出为所有用户的信道矩阵；

零空间正交基构造模块，用于获得各用户接收天线零空间正交基，输入为所有用户的信道矩阵，输出为各用户的所有接收天线的零空间正交基；

预编码矩阵及接收译码矩阵构造模块，用于获得用户的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵，输入为各用户的所有接收天线的零空间正交基，输出为各用户的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵；

预编码处理模块，用于将发送给所有用户的原始信号利用所述的预编码矩阵构造模模块构造的预编码矩阵进行多流分集BD预编码处理，并将所有用户多流分集BD预编码后的信号进行加和，通过基站端发射出去，输入为发送给用户的原始信号，输出为多流分集BD预编码后的信号；

接收信号处理模块，用于利用上述求得的多流分集BD接收译码矩阵处理用户的接收信号，并将多流分集BD接收译码矩阵处理后得到的用户数据流进行合并，估计原始数据。接收信号处理模块的输入为用户通过天线接收的信号，输出为基站发送给期望用户的原始信号估计。

与现有技术相比，本发明具有的优点：

1.现有BD预编码方法的主要目的为消除多用户干扰，在构造干扰矩阵求解期望用户的预编码矩阵时，仅考虑其他用户对期望用户的干扰，即干扰矩阵中只包含其他用户的信道状态信息，而本发明在构造干扰矩阵时，同时引入期望用户的信道状态信息，构造每根接收天线的干扰矩阵，因此本发明有效消除了用户间干扰，同时又消除了期望用户自身天线间自干扰，降低了误码率。

2.现有BD预编码方法在用户有多路数据流时，不同数据流间的等效信道增益差距比较大，***误码率性能取决于最差等效信道状况，因此并未考虑合并技术提高***可靠性。本发明通过消除用户天线间自干扰平衡了不同数据流的等效信道增益，并通过基站发送多路相同的数据流，用户端进行多路数据流合并的方法，增加了空间分集增益，提高了***可靠性。

附图说明

图1为MU-MIMO***下行链路结构示意图；

图2为本发明预编码方法的流程框图；

图3为本发明预编码装置的构成示意图；

图4为本发明预编码装置中零空间正交基构造模块的构成示意图；

图5为本发明预编码装置中接收信号处理模块的构成示意图；

图6为本发明与现有BD预编码方法有关错误比特率的性能比较曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明详细说明

实施例1

现有MU-MIMO***中的预编码主要有非线性预编码和线性预编码两大类。其中，非线性预编码能够提供更佳的***性能，但由于实现复杂度高，应用范围受限。线性预编码与非线性预编码相比，由于具有更低的复杂度，尽管在性能方面表现稍差，仍获得了广泛的应用,比如BD预编码。然而，块对角化BD预编码仅消除了多用户之间的干扰，并未考虑自身天线间自干扰，当用户存在多路数据流时，误码率性能下降。本发明就这一问题展开研究和创新，提出自干扰抑制的多流分集BD预编码方法，通过构造干扰矩阵时，引入自身信道状态信息，在消除多用户干扰的同时，抑制了天线间自干扰。并通过基站端发送多路相同数据流的方式，在用户端进行多路数据的合并，增加了空间分集增益，提高了***的可靠性。

本发明是一种自干扰抑制的多流分集BD预编码方法，参见图1，图1为MU-MIMO***下行链路结构示意图。***中一个基站同时为K个用户提供服务。基站有N_T根发射天线，用户k有N_Rk根接收天线，***满足N_T≥N_R，其中即基站发射天线数大于等于所有用户接收天线数之和。基站发送的信号为所有用户预编码后信号的加和，基站发送给用户的数据流数与用户的接收天线数相等。根据TDD模式下的信道互易性，基站可以获知所有用户的信道矩阵。用户k的信道矩阵记为H_k，因此用户k接收到的信号为x_k为基站发送给用户k的原始信号，F_k为用户k的预编码矩阵，n_k为零均值和单位方差的加性高斯白噪声。上式中等号右边第一项表示用户k的有用信号，等号右边第二项表示MUI。

参见图2，本发明自干扰抑制的多流分集BD预编码方法包括有如下步骤：

步骤1：确定所有用户信道矩阵。

基站获取各个用户的下行信道矩阵，确定所有用户信道矩阵H_k为用户k的下行信道矩阵，k＝1,2,…,K,K为***中的用户数，[·]^T表示矩阵的转置。

基站获取用户的信道状态信息，能够利用该信息在基站端进行预编码操作，减少用户端检测操作，降低用户端的硬件复杂度。

步骤2：确定用户接收天线的零空间正交基。

首先构造各用户每根接收天线的干扰矩阵；然后计算各用户每根接收天线的干扰矩阵的零空间正交基，从而获得各用户所有接收天线的零空间正交基。以用户k为例，用户k第i根接收天线的干扰矩阵为其中为户k的下行信道矩阵H_k去掉第i行后的信道矩阵，即该干扰矩阵既包含其他用户信道状态信息，又包含自身信道状态信息。

本发明构造的各用户每根接收天线的干扰矩阵，引入了期望用户自身信道状态信息，保证了所求零空间正交基在消除多用户干扰的同时，也消除了期望用户自身天线间自干扰。期望用户即***中每一个用户，用户在信号接收时作为期望用户，其他用户为干扰用户。在本发明中，***中每个用户，都会作为期望用户参与计算自身天线的零空间正交基。

步骤3：构造等效信道矩阵、线性预编码矩阵和接收译码矩阵。

将各用户每根接收天线的干扰矩阵合并在一起，形成各用户所有接收天线的干扰矩阵，根据用户所有接收天线的干扰矩阵的零空间正交基与用户的下行信道矩阵，构造每个用户的自干扰抑制等效信道矩阵，并根据自干扰抑制等效信道矩阵，构造每个用户的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵，每个用户的自干扰抑制等效信道矩阵简称等效信道矩阵，多流分集BD预编码矩阵简称线性预编码矩阵，多流分集BD接收译码矩阵简称接收译码矩阵。

构造等效信道矩阵、线性预编码矩阵和接收译码矩阵，具体包括：

3.1：由用户k的所有接收天线的干扰矩阵的零空间正交基与用户k的信道矩阵构造自干扰抑制等效信道其中自干扰抑制等效信道为用户预编码后的信号等效通过的虚拟信道，并非实际存在的信道。

3.2：对上述自干扰抑制等效信道作奇异值分解，得到其中是的左奇异向量矩阵，是的奇异值矩阵，是的右奇异向量矩阵，是非零奇异值对应的右奇异向量矩阵，是零奇异值对应的右奇异向量矩阵。

用户k的预编码矩阵取其中表示取的前N_Rk列，用户k的接收译码矩阵为其中表示取的前N_Rk列。

奇异值分解的目的是得到自干扰抑制等效信道的左右奇异矩阵，从而确定用户的预编码矩阵和接收译码矩阵。

3.3：重复步骤3.1和步骤3.2，确定除用户k以外的所有用户的预编码矩阵和接收译码矩阵。

由于步骤2中对用户每根接收天线构造了干扰矩阵，得到用户自身每根接收天线的零空间正交基，因此本步骤中构造的等效信道实现了自干扰抑制。

步骤4：对基站发送信号进行多流分集BD预编码。

利用构造的线性预编码矩阵对各个用户的发送信号进行多流分集BD预编码，对多流分集BD预编码后的信号进行相加，通过基站端天线发射出去，具体包括：

4.1：利用步骤3中构造的线性预编码矩阵对各个用户的发送信号进行预编码：具体是对基站发送给用户的原始信号左乘多流分集BD预编码矩阵，以用户k为例，用户k进行多流分集BD预编码后的信号表示为F_kx_k，完成各个用户的多流分集BD预编码。

4.2：基站对所有用户多流分集BD预编码后的信号进行加和，并通过基站端天线发射出去，表示为x为基站发送的包括所有用户多流分集BD预编码后的信号，***中各个用户均能接收到该信号。

由于基站需要同时与多个用户进行通信，基站发送的信号包含基站服务的所有用户的信息，所以***自动引入了多用户之间的干扰，为了消除这些多用户干扰，需要利用基站对发送给所有用户的原始信号进行多流分集BD预编码处理。

步骤5：用户对接收信号进行译码、合并和估计。

期望用户端对接收到的经过基站多流分集BD预编码处理的信号，用同多流分集BD预编码矩阵对应的多流分集BD接收译码矩阵进行译码处理，将多流分集BD接收译码矩阵处理后的数据流进行合并，利用多条数据流提供空间分集增益，估计出原始发送数据。

因为本发明在设计预编码时考虑了接收天线间的影响，针对每根接收天线构造了各用户每根接收天线的干扰矩阵，消除了天线间自干扰。用户有多条数据流时，不同数据流的等效信道增益得到了有效平衡，因此能够利用合并技术，将用户的多条数据流进行合并，多条数据流提供了空间分集增益，进而也提高了MU-MIMO***的可靠性。

本发明的多流分集BD预编码方法与现有BD预编码方法相比，在构造干扰矩阵求解期望用户的预编码矩阵时，本发明各用户每根接收天线的干扰矩阵中不仅包含其他用户的信道状态信息，同时引入期望用户的信道状态信息，构造期望用户每根接收天线的干扰矩阵，因此本发明有效消除了用户间干扰，同时又消除了期望用户自身天线间自干扰。

实施例2

自干扰抑制的多流分集BD预编码方法同实施例1，其中步骤2中确定用户接收天线的零空间正交基，具体包括：

2.1：构造任意用户k的第i根接收天线的干扰矩阵该矩阵既包含其他用户的信道状态信息，又包含自身信道状态信息。

2.2：求解用户k的第i根接收天线的干扰矩阵的零空间正交基，对进行奇异值分解，得到其中是的左奇异向量矩阵，是的奇异值矩阵，是右奇异向量矩阵，是非零奇异值对应的右奇异向量矩阵，是零奇异值对应的右奇异向量矩阵，由矩阵论的知识可知，构成的零空间正交基。

2.3：求解用户k的所有接收天线的干扰矩阵的零空间，遍历用户k的所有接收天线，重复步骤2.1和步骤2.2，得到用户k的所有接收天线的干扰矩阵的零空间正交基为其中N_Rk为用户k的接收天线数。

2.4：重复步骤2.1、步骤2.2和步骤2.3，遍历所有用户，构造所有用户的每根接收天线的干扰矩阵，所有用户是包括用户k以及用户k以外所有用户，求得各个用户的所有接收天线干扰矩阵的零空间正交基。

本发明利用各个用户每根接收天线干扰矩阵计算得到的多流分集BD预编码矩阵F_k，消除了多用户干扰，同时极大地抑制了等效信道的自干扰，在用户有多路数据流时，有效降低了***的误码率。

实施例3

本发明还是一种自干扰抑制的多流分集BD预编码装置，参见图3，按照信号处理流程依次连接有：信道矩阵获取模块、零空间正交基构造模块、预编码矩阵及接收译码矩阵构造模块、预编码处理模块、接收信号处理模块，各模块分述如下：

信道矩阵获取模块，用于获取所有用户的信道矩阵，输入为各个用户的信道矩阵，输出为所有用户信道矩阵。对于时分双工***，用户信道矩阵由基站接收的上行链路的训练序列或者导频序列来获得；对于频分双工***，用户信道矩阵通过反馈获得。

零空间正交基构造模块，用于获得各用户接收天线零空间正交基，输入为所有用户的信道矩阵，输出为各用户的所有接收天线的零空间正交基。

预编码矩阵及接收译码矩阵构造模块，用于获得用户的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵，输入为各用户的所有接收天线的零空间正交基，输出为该用户的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵。其中预编码矩阵用于对基站发送的原始信号进行多流分集BD预编码处理，接收译码矩阵用于用户对接收信号进行多流分集BD译码处理。

预编码处理模块，用于将发送给所有用户的原始信号利用所述的预编码矩阵构造模块构造的预编码矩阵进行多流分集BD预编码处理，并将所有用户多流分集BD预编码后的信号进行加和，通过基站端发射出去，输入为发送给用户的原始信号，输出为多流分集BD预编码后的信号。基站发送信号包含所有用户信息，增大了***容量。

接收信号处理模块，用于利用上述求得的多流分集BD接收译码矩阵处理用户的接收信号，并将多流分集BD接收译码矩阵处理后得到的用户数据流进行合并，估计原始数据。接收信号处理模块的输入为用户通过天线接收的信号，输出为基站发送给期望用户的原始信号估计。

实施例4

自干扰抑制的多流分集BD预编码装置的构成同实施例3，参见图4，其中零空间正交基构造模块按照信号处理流程连接有干扰矩阵构造子模块和奇异值分解子模块，各子模块分述如下：

干扰矩阵构造子模块，用于根据获取的信道矩阵构造用户的每根接收天线的干扰信道矩阵，输入为信道矩阵获取模块所得到的所有用户的信道状态信息，输出为用户接收天线的干扰矩阵，以任意用户k为例，用户k第i根接收天线的干扰矩阵为

从上式中看到，各用户每根接收天线的干扰矩阵的构造方法不同于传统BD预编码方法，该干扰矩阵既包括除用户k以外其他用户的信道矩阵用来消除多用户干扰，又包含用户k自身的信道状态信息用来消除自身天线间自干扰。

奇异值分解子模块，用于对用户每根接收天线的干扰矩阵进行奇异值分解，得到每个用户每根接收天线的零空间正交基，进而得到各个用户所有接收天线的零空间正交基，输入为干扰矩阵构造子模块得到的各用户每根接收天线的干扰矩阵，输出为对应该干扰矩阵的零空间正交基。

以用户k第i根接收天线的干扰矩阵为例，对其进行奇异值分解，得到用户k第i根接收天线的干扰矩阵的零空间正交基同理可以得到用户k所有接收天线的干扰矩阵的零空间正交基为进一步构造用户自干扰抑制等效信道矩阵和多流分集BD预编码矩阵奠定了基础。

实施例5

自干扰抑制的多流分集BD预编码装置的构成同实施例3-4，参见图5，其中接收信号处理模块按照信号处理流程依次连接有信号译码子模块、数据流合并子模块和信号判决子模块，各子模块分述如下：

信号译码子模块，用于译码用户的接收信号，输入为用户的接收信号，输出为译码后的多路数据流，用户利用接收译码矩阵D_k对接收信号的进行译码，获得译码后信号为用户k接收到的译码后的数据流，L_k为发送给用户k的数据流数目，y_k为用户k的接收信号。

数据流合并子模块，将译码后的用户k的L_k条数据流进行合并，输入为用户k译码后的多路数据流，输出为多路数据流合并后的合并信号。

合并技术可以采用等比合并方法、最大比合并方法、选择合并方法，或者是几种合并方法的自由组合。

信号判决子模块，对合并后的信号进行判决，输入为用户的合并信号，输出为基站发送给用户的原始信号的估计。

下面给出一个更加完整的实例，对本发明进一步详细说明：

实施例6

自干扰抑制的多流分集BD预编码方法同实施例1-2，如图2所示，本发明的预编码方法，包括步骤：

步骤1：确定所有用户信道矩阵，基站获取各个用户的下行信道矩阵，确定所有用户信道矩阵对于时分双工***，由基站接收的上行链路的训练或者导频序列来获得；对于频分双工***，则可以通过反馈获得；H_k为用户k的下行信道矩阵，k＝1,2,…,K,K为***中的用户数，[·]^T表示矩阵的转置。

步骤2：确定用户接收天线的零空间正交基，首先，构造各用户每根接收天线的干扰矩阵，然后计算各用户每根接收天线的干扰矩阵的零空间正交基，从而获得各用户所有接收天线的零空间正交基，以用户k为例，用户k第i根接收天线的干扰矩阵为其中为户k的下行信道矩阵H_k去掉第i行后的信道矩阵，即该干扰矩阵既包含其他用户信道状态信息，又包含自身信道状态信息；具体分步骤如下：

2.1：构造任意用户k的第i根接收天线的干扰矩阵本发明中的干扰矩阵既包含其他用户的信道状态信息，又包含用户k自身信道状态信息。

2.2：求解用户k的第i根接收天线的干扰矩阵的零空间正交基，对进行奇异值分解，得到其中是的左奇异向量矩阵，是的奇异值矩阵，是右奇异向量矩阵，是非零奇异值对应的右奇异向量矩阵，是零奇异值对应的右奇异向量矩阵，由矩阵论的知识可知，构成的零空间正交基。

2.3：求解用户k的所有接收天线的干扰矩阵的零空间，遍历用户k的所有接收天线，重复步骤2.1和步骤2.2，得到用户k的所有接收天线的干扰矩阵的零空间正交交基为其中N_Rk为用户k的接收天线数。

2.4：重复步骤2.1、步骤2.2和步骤2.3，遍历所有用户，构造除用户k以外的用户的每根接收天线的干扰矩阵，求得各个用户的所有接收天线干扰矩阵的零空间正交基。用户k及其以外的用户构成所有用户。

步骤3：根据各用户的所有接收天线的干扰矩阵的零空间正交基与用户的下行信道矩阵，构造每个用户的自干扰抑制等效信道矩阵，并根据自干扰抑制等效信道矩阵，构造每个用户的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵；具体分步骤如下：

3.1：构造用户k的自干扰抑制等效信道矩阵。利用用户k的信道矩阵和用户k的所有天线的零空间矩阵得到用户k的自干扰抑制等效信道矩阵其中为用户k的所有接收天线的零空间矩阵；将展开，表示成如下形式

自干扰抑制等效信道矩阵成块对角形式，即步骤2中干扰矩阵的构造方法有效消除了等效信道自干扰，其中h_k为H_k的第k行。

3.2：确定用户k的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵。对进行SVD分解其中是的左奇异向量矩阵，是的奇异值矩阵，是的右奇异向量矩阵；是非零奇异值对应的右奇异向量矩阵，是零奇异值对应的右奇异向量矩阵；用户k的预编码矩阵取其中表示取的前N_Rk列；用户k的接收矩阵为其中表示取的前N_Rk列。

3.3：重复步骤3.1和步骤3.2，遍历所有用户，确定所有用户的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵。

步骤4：对基站发送信号预编码。

4.1：利用步骤3中构造的线性预编码矩阵对各个用户的发送信号进行多流分集BD预编码：具体是对用户的信号左乘多流分集BD预编码矩阵，以用户k为例，用户k多流分集BD预编码后的信号表示为F_kx_k。

4.2：基站对所有用户多流分集BD预编码后的信号进行相加，并通过基站端天线发射出去，表示为x为基站发送的多流分集BD预编码后信号。

步骤5：用户端对接收到的基站多流分集BD预编码后的信号用对应的多流分集BD接收译码矩阵进行处理，将接收译码矩阵处理后的用户的数据流进行合并，估计出用户的原始发送数据。具体分步骤如下：

5.1：利用上述获得的用户的多流分集BD接收译码矩阵处理用户的接收信号，获得译码后信号为用户k接收到的译码后的数据流，L_k为基站发送给用户k的数据流的数目，y_k为用户k接收到的信号。

5.2：将译码后的用户k的L_k条数据流进行合并，假设每路数据流在合并时的加权值为复数{ω_n,n＝1,2,…,L_k}，加权合并后的信号表示为合并技术可以采用等比合并方法、最大比合并方法、选择合并方法，或者是几种合并方法自由组合。

5.3：对合并后的信号进行判决，得到基站发送给用户的原始数据的估计完成自干扰抑制的多流分集BD预编码以及接收过程，得到准确率更高的信号。

本发明的多流分集BD预编码有效平衡了不同数据流的等效信道增益，抑制了等效信道自干扰，通过基站发送多路相同的数据流，用户端进行多路数据流的合并，增加了空间分集增益，提高了***可靠性。

实施例7

自干扰抑制的多流分集BD预编码方法和装置同实施例1-6，下面对本发明的自干扰抑制的多流分集BD预编码方法与现有技术中的BD预编码方法的错误比特率性能进行仿真比较。

图6为本发明的自干扰抑制的多流分集BD预编码方法与现有技术中的BD预编码方法的错误比特率性能的比较仿真图。横轴表示用户的接收信噪比，纵轴表示错误比特率。

仿真条件为：MU-MIMO***，***中有一个基站，基站天线数为6，每个用户的接收天线数为2，用户数为3，信道模型建模为完美的单径瑞利衰落信道，采用蒙特卡罗仿真方法，参与仿真的有本发明的自干扰抑制的多流分集BD预编码方法和传统BD预编码方法。发送信号采用QPSK调制，误码率为多次实验的统计平均误码率。

如图6所示，本发明的自干扰抑制的多流分集BD预编码方法与传统的BD预编码方法相比，在误比特率性能上有明显的优势，当误码率为10^-3时，本发明的自干扰抑制的多流分集BD预编码方法与传统BD预编码方法相比，获得约1.5dB的增益。并且随着接收信噪比的增加，本发明的自干扰抑制的多流分集BD预编码方法相对于传统BD预编码方法在相同的信噪比下，误比特率更低，也就是说误码率性能的优势更加明显。用本发明的技术方案进行多流分集BD预编码处理，可以使***获得更佳的误码性能，且提高了***的传输可靠性。

综上所述，本发明公开的自干扰抑制的多流分集BD预编码方法及装置，该方法包括：基站获取各个用户的下行信道矩阵，确定总的用户信道矩阵；基站端确定各用户接收天线的干扰信道矩阵的零空间正交基；根据用户的所有接收天线干扰矩阵的零空间正交基与用户的下行信道矩阵，构造每个用户的自干扰抑制等效信道矩阵，并根据等效信道矩阵，构造每个用户的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵；对基站发送给所有用户的原始信号进行多流分集BD预编码，并将预编码后的信号相加，从基站端天线发射出去；用户端对接收到的信号用对应的多流分集BD接收译码矩阵接收处理，将各用户接收处理后的数据流进行合并，估计出原始发送数据。本发明提供的自干扰抑制的多流分集BD预编码方法，解决了MU-MIMO***中接收端天线间自干扰的技术问题，消除多用户干扰的同时，极大地抑制了等效信道的自干扰，并通过多路数据流的合并增加了空间分集增益，提高了***的可靠性。用于无线通信领域的抗干扰。

Claims (5)

1.一种自干扰抑制的多流分集BD预编码方法，其特征在于，包括有如下步骤：

步骤1：确定所有用户信道矩阵，基站获取各个用户的下行信道矩阵，确定所有用户信道矩阵H_k为用户k的下行信道矩阵，k＝1,2,…,K,K为***中的用户数，[·]^T表示矩阵的转置；

步骤2：确定用户接收天线的零空间正交基，首先构造各用户每根接收天线的干扰矩阵，然后计算各用户每根接收天线的干扰矩阵的零空间正交基，从而获得各用户所有接收天线的零空间正交基，以用户k为例，用户k第i根接收天线的干扰矩阵为其中为户k的下行信道矩阵H_k去掉第i行后的信道矩阵，即该干扰矩阵既包含其他用户信道状态信息，又包含自身信道状态信息；

步骤3：构造等效信道矩阵、线性预编码矩阵和接收译码矩阵，根据各用户的所有接收天线的干扰矩阵的零空间正交基与用户的下行信道矩阵，构造每个用户的自干扰抑制等效信道矩阵，并根据自干扰抑制等效信道矩阵，构造每个用户的线性预编码矩阵和接收译码矩阵；

步骤4：对基站发送信号进行多流分集BD预编码，利用构造的线性预编码矩阵对各个用户的发送信号进行多流分集BD预编码，对多流分集BD预编码后的信号进行相加，通过基站端天线发射出去；

步骤5：用户对接收信号进行译码、合并和估计，期望用户对从基站接收到的信号用对应的多流分集BD接收译码矩阵进行处理，将多流分集BD接收译码矩阵处理后的期望用户的数据流进行合并，利用多条数据流提供空间分集增益，估计出原始发送数据。

2.根据权利要求1所述的自干扰抑制的多流分集BD预编码方法，其特征在于，步骤2所述确定用户接收天线的零空间正交基，具体包括：

2.1：构造任意用户k的第i根接收天线的干扰矩阵该干扰矩阵既包含其他用户的信道状态信息，又包含自身信道状态信息；

2.2：求解用户k的第i根接收天线的干扰矩阵的零空间正交基，对进行奇异值分解，得到其中是的左奇异向量矩阵，是的奇异值矩阵，是右奇异向量矩阵，是非零奇异值对应的右奇异向量矩阵，是零奇异值对应的右奇异向量矩阵，由矩阵论的知识可知，构成的零空间正交基；

2.3：求解用户k的所有接收天线的干扰矩阵的零空间，遍历用户k的所有接收天线，重复步骤2.1和步骤2.2，得到用户k的所有接收天线的干扰矩阵的零空间正交基为其中N_Rk为用户k的接收天线数；

2.4：重复步骤2.1、步骤2.2和步骤2.3，遍历所有用户，构造所有用户的每根接收天线的干扰矩阵，求得各个用户的所有接收天线干扰矩阵的零空间正交基。

3.一种自干扰抑制的多流分集BD预编码装置，其特征在于，按照信号处理流程依次连接有：信道矩阵获取模块、零空间正交基构造模块、预编码矩阵及接收译码矩阵构造模块、预编码处理模块、接收信号处理模块，各模块分述如下：

信道矩阵获取模块，用于获取所有用户的信道矩阵，输入为各个用户的信道矩阵，输出为所有用户的信道矩阵；

零空间正交基构造模块，用于获得各用户接收天线零空间正交基，输入为所有用户的信道矩阵，输出为各用户的所有接收天线的零空间正交基；

预编码矩阵及接收译码矩阵构造模块，用于获得用户的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵，输入为各用户的所有接收天线的零空间正交基，输出为各用户的多流分集BD预编码矩阵和多流分集BD接收译码矩阵；

预编码处理模块，用于将发送给所有用户的原始信号利用所述的预编码矩阵构造模模块构造的预编码矩阵进行多流分集BD预编码处理，并将所有用户多流分集BD预编码后的信号进行加和，通过基站端发射出去，输入为发送给用户的原始信号，输出为多流分集BD预编码后的信号；

接收信号处理模块，用于利用上述求得的多流分集BD接收译码矩阵处理用户的接收信号，并将多流分集BD接收译码矩阵处理后得到的用户数据流进行合并，估计原始数据。接收信号处理模块的输入为用户通过天线接收的信号，输出为基站发送给期望用户的原始信号估计。

4.根据权利要求3所述的自干扰抑制的多流分集BD预编码装置，其特征在于，所述零空间正交基构造模块按照信号处理流程连接有干扰矩阵构造子模块和奇异值分解子模块，各子模块分述如下：

干扰矩阵构造子模块，用于根据获取的信道矩阵构造用户的每根接收天线的干扰信道矩阵，输入为信道矩阵获取模块所得到的所有用户的信道状态信息，输出为用户接收天线的干扰矩阵，以任意用户k为例，用户k第i根接收天线的干扰矩阵为

奇异值分解子模块，用于对用户每根接收天线的干扰矩阵进行奇异值分解，得到每个用户每根接收天线的零空间正交基，进而得到各个用户所有接收天线的零空间正交基，输入为干扰矩阵构造子模块得到的各用户每根接收天线的干扰矩阵，输出为对应该干扰矩阵的零空间正交基。

5.根据权利要求3所述的自干扰抑制的多流分集BD预编码装置，其特征在于，所述接收信号处理模块按照信号处理流程连接有信号译码子模块、数据流合并子模块和信号判决子模块，各子模块分述如下：

信号译码子模块，用于译码用户接收信号，输入为用户接收信号，输出为译码后的多路数据流，用户利用接收译码矩阵D_k对接收信号的进行译码，获得译码后信号为用户k接收到的译码后的数据流，L_k为发送给用户k的数据流数目，y_k为用户k的接收信号；

数据流合并子模块，将译码后的用户k的L_k条数据流进行合并，输入为用户k译码后的多路数据流，输出为多路数据流合并后的合并信号；

信号判决子模块，对合并后的信号进行判决，输入为用户的合并信号，输出为基站发送给用户的原始信号的估计。