[发明专利]基于奇异值分解的多用户MIMO系统下行链路传输方法

权利要求书

1.一种基于奇异值分解的多用户MIMO系统下行链路传输方法，它包括如下过程：

(1)将基站发送给所有用户的信息符号表示为一个列向量：

x=[x1T,x2T,···,xLT]T,]]>

式中，x_k为基站发送给第k个用户的信息符号向量，包含了s_k个数据流，1≤k≤L，L为用户的个数，[·]^T为转置；

(2)构建将发送给所有用户的信息符号列向量x的发射功率归一化的功率调整矩阵：

β＝diag{β₁，β₂，...β_L}，

式中，β_k为发送给第k个用户的信息符号向量x_k的功率调整矩阵，1≤k≤L，β_ki是使得发送给第k个用户的第i个数据流x_ki的发射功率归一化的功率调整系数，1≤i≤s_k；

(3)对基站与第k个用户之间的信道矩阵H_k进行奇异值分解：

Hk=UkΛk1/2VkH,]]>

式中，U_k为包含H_k的个左奇异值向量的维半酉矩阵，N_k为第k个用户接收天线的个数，为信道矩阵H_k的秩且1≤k≤L，

为维对角矩阵，diag{…}表示对角矩阵，λ_kq为H_k(H_k)^T的非零特征值，

V_k为包含H_k的个右奇异值向量的维半酉矩阵，M为基站发射天线的个数，为V_k的共轭转置矩阵；

(4)由右奇异值向量构建预处理矩阵：

P＝[V_s^H]⁺＝V_s[V_s^HV_s]^-1，

式中，为V_k的前s_k列，包含了H_k前s_k个最大的奇异值的右奇异值向量，1≤k≤L，[V_s^H]⁺为V_s^H的伪逆矩阵，[V_s^HV_s]^-1为[V_s^HV_s]的逆矩阵；

(5)根据基站发送给用户的所有信息符号列向量x中每个数据流的调制方式，得到x对应的扰动系数向量为：

τ=[τ1T,τ2T,···τLT]T,]]>

式中，为基站发送给第k个用户的信息符号向量x_k对应的扰动系数向量，1≤k≤L，τ_ki为发送给第k个用户的第i个数据流x_ki的扰动系数，i＝1，…s_k，s_k为发送给第k个用户数据流的个数，不同的调制方式对应不同的扰动系数，若采用N阶方形QAM调制，则若采用BPSK调制，则τ_ki＝2；

(6)根据步骤(2)中构建的功率调整矩阵β，步骤(4)中构建的预处理矩阵P和步骤(5)中的扰动系数向量τ，通过球形编码算法，确定最佳复整型扰动矢量ω，使其满足如下公式：

式中，⊙表示元素与元素相乘，‖·‖为Frobenius范数，ω′为任意复整型矢量；

(7)根据步骤(6)中的公式，构造基站发射端的功率控制系数α：

式中，P_t为基站总的瞬时发射功率；

(8)根据上述预处理矩阵P、扰动系数向量τ、功率调整矩阵β、最佳扰动矢量ω以及功率控制系数α，联合产生基站端的发送信号d：

(9)通过基站天线将信号d发送出去，第k个用户的接收信号为：

式中，n_k为第k个用户的高斯白噪声向量，其均值为0、协方差矩阵为N_k×N_k维单位矩阵，σ²为高斯白噪声的协方差，1≤k≤L；

(10)由左奇异值向量构建第k个用户接收端的后处理矩阵：

Gk=UkskH,]]>

式中，为包含信道矩阵H_k的左奇异值向量的半酉矩阵U_k的前s_k列，1≤k≤L；

(11)根据构建的后处理矩阵G_k，对第k个用户的接收信号向量y_k进行后处理，得到后处理后的接收信号：

xk^=Gkyk=UkskHyk,]]>1≤k≤L

(12)对后处理后的接收信号的第i个元素进行模操作，消除矢量扰动影响：

式中，表示对基于其对应的扰动系数τ_ki进行模操作，为取实部，为取虚部，为取不大于中数据的最大整数值；

对的每个元素进行上述模操作，得到第k个用户模操作后的信号

式中，表示对中的每一个元素基于其对应的扰动矢量系数τ_kl进行模操作，1≤l≤s_k，1≤k≤L；

(13)对模操作后的信号进行判决，得到第k个用户判决后的信号并输出，该输出的信号即为发送给第k个用户的信息符号向量x_k的估计信号，1≤k≤L。

2.根据权利要求1所述的方法，步骤(8)所述的根据上述预处理矩阵P、扰动系数向量τ、功率调整矩阵β、最佳扰动矢量ω以及功率控制系数α，联合产生基站端的发送信号d，按如下步骤进行：

8a)利用功率调整矩阵β对基站发射的所有数据流进行功率归一化处理，即β左乘信息符号列向量x，得到功率归一化后的信息符号向量：x′＝βx；

8b)利用确定的扰动系数向量τ和最佳扰动矢量ω，对功率归一化后的信息符号向量x′进行矢量扰动，得到扰动后的信号：x″＝x′+βτ⊙ω，

式中，⊙表示元素与元素相乘；

8c)利用预处理矩阵P对扰动后的信号x″进行预处理，消除多用户干扰，即用P左乘扰动后信号x″，得到预处理后的信号：

x′″＝Px″＝P(x′+βτ⊙ω)＝P(βx+βτ⊙ω)；

8d)利用构造的功率控制系数α对预处理后的信号x′″进行功率控制，即可产生基站端的发送信号d：