[发明专利]多用户多输入多输出无线传输系统中的针对矩阵计算利用接收机波束成形的广义决策反馈均衡器的预编码器

说明书

技术领域

概括地说，本发明涉及多输入多输出(MIMO)通信系统，具体地说，涉及MIMO系统中的基于广义决策反馈均衡器(GDFE)的预编码器配置以及利用接收机波束成形的矩阵计算。

背景技术

众所周知，基于广义决策反馈均衡器(GDFE)的预编码器提供了用于多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线系统的最佳的容量解决方案。然而，确定与GDFE预编码器相关联的各种滤波器的计算成本通常过高并且不适用于很多实际的系统。

存在多种已知的预编码技术，这些预编码技术使配备有多个天线的基站(BS)能够向多个用户终端(UT)发送同步数据流，以便优化系统容量。通常，针对MU-MIMO系统的预编码旨在优化诸如系统容量或误码率等的某一标准。在下文中将指出所选择的参考文献以及对其中所提出的技术的有关方面的描述。

Q.H Spencer、A.L.Swindlehurst和M.Haardt于2004年2月在IEEE Transactions on Signal Processing的第461-471页上发表的“Zero-forcing methods for downlink spatial multiplexing in multi-user MIMO channels”[1]描述了一种被称作块对角线化(BD)的线性预编码技术，该技术通过确保干扰跨越被干扰的UT的信道的零空间来将数据流分离到不同UT。该BD技术使有效的信道矩阵对角线化，以便在BS和UT之间创建多个隔离的MIMO子信道。虽然这种方案易于实现，但其稍微限制了系统容量。

C.Windpassinger、R.F.H Fischer、T.Vencel以及J.B Huber于2004年7月在IEEE Transactions on Wireless Communications的第1305-1316页上发表的“Precoding in multi-antenna and multi-user communications”[2]描述了一种被称作Tomlinson-Harashima预编码(THP)的非线性预编码方案。这种方案依赖于BS处的连续干扰预消除。取模操作用于确保不超出发射功率。不同于BD和其它线性技术，THP使有效的信道矩阵三角形化，并且当与BD等相比时提供略高的系统容量。然而，这仍然未提供最佳的系统容量。

在W.Yu于2002年2月在斯坦福大学发表的博士论文“Competition and Cooperation in Multi-User Communication Environments”[3]以及W.Yu和J.Cioffi于2004年9月在IEEE Transactions on Information Theory的第1875-1892页上发表的“Sum capacity of Gaussian vector broadcast channels”[4]中，Wei Yu介绍了GDFE预编码器，并且说明其达到了较高程度的系统容量。在图1中示出了这个方案的基本组件。GDFE预编码器包括干扰预消除块101。与上面的参考文献[2]中所讨论的THP预编码方案类似，干扰预消除有助于确保在第k个步骤处编码的符号向量将仅遭受来自(k-1)个符号向量的干扰。干扰预消除块101对信息符号u进行处理以产生经滤波的向量符号x。

然后，经滤波的向量符号x通过由矩阵B表示的发射滤波器103以产生发射信号y。在参考文献[3]和[4]中，提出了基于与“最不利的噪声”对应的协方差矩阵(S_zz)的技术来计算GDFE预编码器组件。虽然该技术达到了较高程度的系统容量，但是对于大多数实际系统所需的实时实现来说，确定GDFE预编码器组件的计算成本实际上过高。

X.Shao、J.Yuan和P Rapajic于2005年5月在IEEE International Conference on Communications(ICC)的第788-794页上发表的“Precoder design for MIMO broadcast channels”[5]提出了一种不同的预编码技术，该技术达到了接近于理论上的最大系统容量的容量。与GDFE预编码器技术相比，所提出的方法具有较小的计算复杂度。然而，所提出的方法向所有的数据流分配相等的功率，这对于使用有限数量的量化比特率的实际系统来说可能不是有效的技术。此外，所提出的技术限制于可逆的信道矩阵，但是可能并非总是如此。