CN108736940B - 一种空分复用的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空分复用的方法及装置，涉及通信技术领域，所述方法包括：对空分用户信道响应矩阵进行共轭相乘，得到共轭相乘矩阵；对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，并对所述扩展矩阵进行求逆运算，得到所述扩展矩阵的逆矩阵；对所述逆矩阵中的空分用户对应的元素进行编码，得到空分用户预编码矩阵。采用本发明所述的空分复用的方法及装置，能够降低***复杂性，提高通信***性能。

Description

一种空分复用的方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种空分复用的方法及装置。
背景技术
多入多出(Multiple-input,Multiple-output，MIMO)是长期演进(Long TermEvolution，LTE)和第五代移动通信技术(5th generation，5G)公认的关键技术之一，该技术可以很大幅度提供频率效率，显著改善无线网络的容量。多入多出通过很大规模的天线部署，配合波束赋形，能够更加精细的控制天线波瓣。
多入多出多用户通信***下行链路中，当发送端获得信道状态特性，可以进行预编码，使接收与发送联合处理获得较好的通信性能。预编码是在已知信道状态信息的情况下，通过在发送端对发送的信号做一个预先的处理，方便接收机进行信号检测。线性预编码是预编码技术中比较简单的一类预编码方法，依据所选用的编码准则不同，可分为基于迫零(Zero Forcing，ZF)的线性预编码和基于最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)的线性预编码两类。基于迫零的线性预编码的原理和实现方法较为简单，但是在处理的过程中有急剧放大噪声的可能，会影响***的性能。基于最小均方误差的线性预编码的目标是使接收信号与发送数据间的均方误差最小，性能较稳定，但实现相对复杂。
多入多出***空分用户数目变化不定，需要针对各种可能的用户数目情况进行设计优化。不同空分用户数目的方案如果能够进行统一，能够很大程度的降低***复杂性。
发明内容
根据本发明实施例提供的一种空分复用的方法及装置，针对数目变化不定的空分用户，实现适于各种可能的用户数目的预编码方案。
根据本发明实施例提供的一种空分复用的方法，包括：
对空分用户信道响应矩阵进行共轭相乘，得到共轭相乘矩阵；
对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，并对所述扩展矩阵进行求逆运算，得到所述扩展矩阵的逆矩阵；
对所述逆矩阵中的空分用户对应的元素进行编码，得到空分用户预编码矩阵。
优选地，所述的对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵包括：
构造与所述空分用户信道响应矩阵正交的虚拟用户信道响应矩阵；
利用所述虚拟用户信道响应矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵。
优选地，所述的对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵包括：
利用零矩阵和单位矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵。
优选地，所述的对所述逆矩阵中的空分用户对应的元素进行编码，得到空分用户预编码矩阵包括：
从所述逆矩阵中取出空分用户对应的元素，并利用迫零算法，对取出的空分用户对应的元素进行运算，得到空分用户预编码矩阵。
优选地，进一步包括：
向所述空分用户发送有用信号，并向其它用户发送归零信号；
其中，所述有用信号是利用所述预编码矩阵对待发送信号进行预处理后得到的。
根据本发明实施例提供的存储介质，其存储用于实现上述空分复用方法的程序。
根据本发明实施例提供的一种空分复用的装置，包括：
运算模块，用于对空分用户信道响应矩阵进行共轭相乘，得到共轭相乘矩阵；
扩展模块，用于对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，并对所述扩展矩阵进行求逆运算，得到所述扩展矩阵的逆矩阵；
编码模块，用于对所述逆矩阵中的空分用户对应的元素进行编码，得到空分用户预编码矩阵。
优选地，所述扩展模块具体用于构造与所述空分用户信道响应矩阵正交的虚拟用户信道响应矩阵，并利用所述虚拟用户信道响应矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵。
优选地，所述扩展模块具体用于利用零矩阵和单位矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵。
优选地，所述编码模块具体用于从所述逆矩阵中取出空分用户对应的元素，并利用迫零算法，对取出的空分用户对应的元素进行运算，得到空分用户预编码矩阵。
优选地，进一步包括：
发送模块，用于向所述空分用户发送有用信号，并向其它用户发送归零信号，其中，所述有用信号是利用所述预编码矩阵对待发送信号进行预处理后得到的。
本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明对扩展矩阵进行求逆运算，能够统一不同空分用户数目的预编码方案，降低***复杂性，提高通信***性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的空分复用的方法的第一流程图；
图2是本发明实施例提供的空分服用的装置的第一框图；
图3是本发明实施例提供的进行空分复用的方法的第二流程图；
图4是本发明实施例提供的进行空分复用的装置的第二框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明实施例提供的空分复用的方法的第一流程图，如图1所示，步骤包括：
步骤S101：对空分用户信道响应矩阵进行共轭相乘，得到共轭相乘矩阵。
步骤S101包括：在利用上下行信道互易性获取空分用户的信道响应矩阵后，将空分用户的信道响应矩阵与该矩阵的共轭相乘，得到共轭相乘矩阵。
步骤S102：对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，并对所述扩展矩阵进行求逆运算，得到所述扩展矩阵的逆矩阵。
步骤S102中得到扩展矩阵的方式包括以下两种：
1.构造与所述空分用户信道响应矩阵正交的虚拟用户信道响应矩阵，然后利用所述虚拟用户信道响应矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵。
2.利用零矩阵和单位矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵。
步骤S103：对所述逆矩阵中的空分用户对应的元素进行编码，得到空分用户预编码矩阵。
步骤S103包括：从步骤S102得到的逆矩阵中取出空分用户对应的元素，并利用迫零算法，对取出的空分用户对应的元素进行运算，得到空分用户预编码矩阵。
在执行步骤S103之后，利用所述预编码矩阵对待发送信号进行预处理，得到有用信号，并发送至空分用户，进一步地，向其它用户发送归零信号，以避免干扰其它用户。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括步骤S101至步骤S103。其中，所述的存储介质可以为ROM/RAM、磁碟、光盘、U盘等。
图2是本发明实施例提供的空分服用的装置的第一框图，如图2所示，包括：
运算模块21，用于对空分用户信道响应矩阵进行共轭相乘，得到共轭相乘矩阵；
扩展模块22，用于对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，并对所述扩展矩阵进行求逆运算，得到所述扩展矩阵的逆矩阵；
编码模块23，用于对所述逆矩阵中的空分用户对应的元素进行编码，得到空分用户预编码矩阵。
所述装置进一步包括：
发送模块24，用于向所述空分用户发送有用信号，并向其它用户发送归零信号，其中，所述有用信号是利用所述预编码矩阵对待发送信号进行预处理后得到的。
在利用上下行信道互易性，获取空分用户的信道响应矩阵后，运算模块21具体用于将空分用户的信道响应矩阵与该矩阵的共轭相乘，得到共轭相乘矩阵。扩展模块22具体用于构造与所述空分用户信道响应矩阵正交的虚拟用户信道响应矩阵，并利用所述虚拟用户信道响应矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，或者利用零矩阵和单位矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，然后求取该扩展矩阵的逆矩阵。编码模块23具体用于从该逆矩阵中取出空分用户对应的元素，并利用迫零算法，对取出的空分用户对应的元素进行运算，得到空分用户预编码矩阵，以便利用所述预编码矩阵对待发送信号进行预处理，得到有用信号，并利用发送模块24发送至空分用户，同时，发送模块24向其它用户发送归零信号。
本发明提供的空分复用的方法和装置，应用于通信***中，具体地说，可应用于基站的基带单元(Building Baseband Unit，BBU)，由数字信号处理(Digital SignalProcessing，DSP)、现场可编程逻辑阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)等控制模块实现，用于提高通信***的性能。
图3是本发明实施例提供的进行空分复用的方法的第二流程图，如图3所示，一般包括以下四个步骤：
步骤S301：估计空分用户的信道响应。
利用时分复用(Time Division Duplexing，TDD)***上行和下行信道的互易性，下行空分用户的信道响应H可以通过探测信号(Sounding)的信道响应获得。
步骤S302：对空分用户信道响应共轭相乘的矩阵进行扩展，对扩展之后的矩阵进行求逆运算。
有如下两种扩展方式：
第一种扩展方式：构造虚拟用户的信道响应F，使得虚拟用户的信道响应和空分用户信道响应正交。将虚拟用户的信道响应添加到空分用户信道响应中，这样对空分用户信道响应H共轭相乘之后的矩阵HHH扩展后的矩阵如下：
Figure BDA0001268984830000061
如果从n流扩展为m流，那么虚拟用户的信道响应F对应的流数为(n-m)。然后对扩展之后的矩阵进行求逆运算。
第二种扩展方式：对空分用户信道响应H共轭相乘之后的矩阵HHH进行扩展，HHH扩展之后的矩阵如下：
Figure BDA0001268984830000071
如果从n流扩展为m流，那么I是(m-n)*(m-n)维单位矩阵，0是n*(m-n)维零矩阵。然后对扩展之后的矩阵进行求逆运算。
步骤S303：取求逆运算结果矩阵中空分用户对应的元素。
通过步骤S302可以获得求逆运算结果矩阵(即扩展矩阵的逆矩阵)。如果从n流扩展为m流，那么取求逆运算结果矩阵的前n行前n列记为
Figure BDA0001268984830000073
步骤S304：通过迫零算法获得空分用户预编码矩阵。
迫零算法向目标用户发送信号(即有用信号，该信号是利用空分用户预编码矩阵预处理后得到的)，而向其他用户发送归零信号，这样其他用户就不会受到目标用户干扰。
其中，用户编码矩阵通过下式获得：
Figure BDA0001268984830000072
也就是说，本发明实施例的空分复用的方法首先估计空分用户的信道响应，然后对空分用户信道响应共轭相乘的矩阵进行扩展，对扩展之后的矩阵进行求逆运算，接着取求逆运算结果矩阵中空分用户对应的元素，最后通过迫零算法获得空分用户预编码矩阵。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括步骤S301至步骤S304。其中，所述的存储介质可以为ROM/RAM、磁碟、光盘、U盘等。
以第二种扩展方式为例，通过以下两个实例进行详细说明。
1.如果从2流扩展为8流，具体实施方式如下。
步骤1：估计空分用户的信道响应。
利用TDD上行和下行信道的互易性，下行空分用户的信道响应H可以通过Sounding的信道响应获得。
步骤2：对空分用户信道响应共轭相乘的矩阵进行扩展，对扩展之后的矩阵进行求逆运算。
对空分用户信道响应H共轭相乘之后的矩阵HHH进行扩展，HHH扩展之后的矩阵如下：
Figure BDA0001268984830000081
I是6*6维单位矩阵，0是2*6维零矩阵。然后对扩展之后的矩阵进行求逆运算。
步骤3：取求逆运算结果矩阵中空分用户对应的元素。
通过步骤2可以获得求逆运算结果矩阵。取求逆运算结果矩阵的前2行前2列为
Figure BDA0001268984830000084
步骤4：通过迫零算法获得空分用户预编码矩阵。迫零算法向目标用户发送信号，而向其他用户发送归零信号，这样其他用户就不会受到目标用户干扰。其中，用户编码矩阵通过下式获得
Figure BDA0001268984830000082
2.如果从4流扩展为8流，具体实施方式2如下。
步骤1：估计空分用户的信道响应。
利用TDD上行和下行信道的互易性，下行空分用户的信道响应H可以通过Sounding的信道响应获得。
步骤2：对空分用户信道响应共轭相乘的矩阵进行扩展，对扩展之后的矩阵进行求逆运算。
对空分用户信道响应H共轭相乘之后的矩阵HHH进行扩展，HHH扩展之后的矩阵如下：
Figure BDA0001268984830000083
I是4*4维单位矩阵，0是4*4维零矩阵。然后对扩展之后的矩阵进行求逆运算。
步骤3：取求逆运算结果矩阵中空分用户对应的元素。
通过步骤2可以获得求逆运算结果矩阵。取求逆运算结果矩阵的前4行前4列为
Figure BDA0001268984830000091
步骤4：通过迫零算法获得空分用户预编码矩阵。
迫零算法向目标用户发送信号，而向其他用户发送归零信号，这样其他用户就不会受到目标用户干扰。其中，用户编码矩阵通过下式获得：
Figure BDA0001268984830000092
图4是本发明实施例提供的进行空分复用的装置的第二框图，如图4所示，一般包括以下四个模块：信道估计模块41，矩阵扩展模块42(实现图2的运算模块21和扩展模块22的功能)，矩阵获得模块43(实现图2的编码模块23的取元素的功能)，权值获得模块44(实现图2的编码模块23的获的空分用户预编码矩阵的功能)。
信道估计模块41，用于估计空分用户的信道响应；
矩阵扩展模块42，用于对空分用户信道响应共轭相乘的矩阵进行扩展，对扩展之后的矩阵进行求逆运算；
矩阵获得模块43，用于取求逆运算结果矩阵中空分用户对应的元素；
权值获得模块44，用于通过迫零算法获得空分用户预编码矩阵。
本发明实施例提供的另一种基于数据摸排探索事件线索的装置，包括：
处理器，用于对空分用户信道响应矩阵进行共轭相乘，得到共轭相乘矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，并对所述扩展矩阵进行求逆运算，得到所述扩展矩阵的逆矩阵，对所述逆矩阵中的空分用户对应的元素进行编码，得到空分用户预编码矩阵；
存储器，与所述处理器连接，其上存储供所述处理器执行的程序。
综上所述，本发明的实施例具有以下技术效果：
本发明所述的空分复用的方法和装置，通过利用构造虚拟用户的方法，统一不同空分用户的赋形方案，可以降低***实现复杂度。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种空分复用的方法，包括：
对任意空分用户数目对应的空分用户信道响应矩阵进行共轭相乘，得到共轭相乘矩阵；
对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，并对所述扩展矩阵进行求逆运算，得到所述扩展矩阵的逆矩阵，其中，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，采用如下其中一种方式进行：
方式一：构造与所述空分用户信道响应矩阵正交的虚拟用户信道响应矩阵；将所述虚拟用户信道响应矩阵添加至所述空分用户信道响应矩阵中，并对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，扩展后的矩阵如下：
Figure FDA0003558899650000011
其中，H为空分用户信道响应矩阵，F为虚拟用户信道响应矩阵，HH为空分用户信道响应矩阵H的共轭，FH为虚拟用户信道响应矩阵F的共轭，HHH为共轭相乘矩阵，HFH为H与FH相乘的矩阵，FHH为F与HH相乘的矩阵，FFH为F与FH相乘的矩阵；
方式二：利用零矩阵和单位矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，扩展后的矩阵如下：
Figure FDA0003558899650000012
其中，HHH为共轭相乘矩阵，I为单位矩阵，0为零矩阵，0H为零矩阵的共轭；
对所述扩展矩阵的逆矩阵中的空分用户对应的元素进行编码，得到空分用户预编码矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的对所述扩展矩阵的逆矩阵中的空分用户对应的元素进行编码，得到空分用户预编码矩阵包括：
从所述扩展矩阵的逆矩阵中取出空分用户对应的元素，并利用迫零算法，对取出的空分用户对应的元素进行运算，得到空分用户预编码矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
向所述空分用户发送有用信号，并向其它用户发送归零信号；
其中，所述有用信号是利用所述预编码矩阵对待发送信号进行预处理后得到的。
4.一种空分复用的装置，包括：
运算模块，用于对任意空分用户数目对应的空分用户信道响应矩阵进行共轭相乘，得到共轭相乘矩阵；
扩展模块，用于对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，并对所述扩展矩阵进行求逆运算，得到所述扩展矩阵的逆矩阵，其中，所述扩展模块还采用如下其中一种方式进行矩阵扩展：
方式一：构造与所述空分用户信道响应矩阵正交的虚拟用户信道响应矩阵；将所述虚拟用户信道响应矩阵添加至所述空分用户信道响应矩阵中，并对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，扩展后的矩阵如下：
Figure FDA0003558899650000021
其中，H为空分用户信道响应矩阵，F为虚拟用户信道响应矩阵，HH为空分用户信道响应矩阵H的共轭，FH为虚拟用户信道响应矩阵F的共轭，HHH为共轭相乘矩阵，HFH为H与FH相乘的矩阵，FHH为F与HH相乘的矩阵，FFH为F与FH相乘的矩阵；
方式二：利用零矩阵和单位矩阵，对所述共轭相乘矩阵进行扩展，得到扩展矩阵，扩展后的矩阵如下：
Figure FDA0003558899650000031
其中，HHH为共轭相乘矩阵，I为单位矩阵，0为零矩阵，0H为零矩阵的共轭；
编码模块，用于对所述扩展矩阵的逆矩阵中的空分用户对应的元素进行编码，得到空分用户预编码矩阵。
5.根据权利要求4所述的装置，所述编码模块具体用于从所述扩展矩阵的逆矩阵中取出空分用户对应的元素，并利用迫零算法，对取出的空分用户对应的元素进行运算，得到空分用户预编码矩阵。
6.根据权利要求5所述的装置，进一步包括：
发送模块，用于向所述空分用户发送有用信号，并向其它用户发送归零信号，其中，所述有用信号是利用所述预编码矩阵对待发送信号进行预处理后得到的。
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