一种多用户MIMO系统的速率拆分预编码方法技术方案

本发明专利技术的一种多用户MIMO系统的速率拆分预编码方法，在发射端进行速率拆分，产生公共消息和私有消息，生成公共消息预编码器和私有消息预编码器，分别对公共消息和私有消息数据流进行预编码；在接收端，首先采用最小均方误差准则生成公共消息数据流滤波器，恢复公共消息数据流；然后采用连续干扰消除移除公共消息数据流；通过信道奇异值分解得到规则对角化滤波器，恢复私有消息数据流。本发明专利技术的多用户MIMO系统的速率拆分预编码方法，在多用户MIMO系统发射端的预编码之前进行速率拆分，分别对速率拆分之后的公共消息和私有消息数据流进行预编码，能够显著提高多用户MIMO系统的传输总速率。总速率。总速率。

【技术实现步骤摘要】
一种多用户MIMO系统的速率拆分预编码方法


[0001]本专利技术涉及一种多用户MIMO系统的速率拆分预编码方法，更具体的说，尤其涉及一种适用于多用户MIMO系统的发射端速率拆分预编码和接收端数据流合并，发射端对速率拆分之后的公共消息和私有消息分别进行预编码，接收端采用最小均方差准则合并公共消息数据流，采用规则分组对角化滤波器来合并私有消息数据流的方法，以提高多用户MIMO系统的传输总速率。

技术介绍

[0002]随着对无线数据传输需求的快速增加，频率资源的不足成为遏制无线通信发展的瓶颈。多入多出(Multiple
‑
input multiple
‑
output,MIMO)技术可以通过空间复用的方式向多用户提供高速率数据传输。然而，多用户干扰会降低无线MIMO传输系统的性能。在文献“Linear transmit processing in MIMO communications systems”(M.Joham,W.Utschick,and J.A.Nossek，IEEE Trans.on Sig.Proc.,vol.53,no.8,pp.2700
–
2712,Aug 2005)和文献“Zero
‑
forcing methods for downlink spatial multiplexing in multiuser MIMO channels”(Q.H.Spencer,A.L.Swindlehurst,and M.Haardt,IEEE Trans.on Sig.Proc.,vol.52,no.2,pp.461
–
471,Jan.2004)中报道了几种旨在减轻多用户干扰的MIMO预编码方法。这些方法需要在发射机端获得精确的信道状态信息，难以在实践中付诸实施。速率拆分被认为是改善无线通信系统性能的一种新兴技术。速率拆分在发射端将原始消息分成公共消息和私有消息，分别对公共消息和私有消息进行数据流预编码，然后以叠加方式进行传输。在接收端，首先对公共消息数据流进行干扰消除和译码，然后再对私有消息数据流进行译码。即使在发射机难以获得精确的信道状态信息的情况下，通过速率拆分带来的灵活性，可以对消息的构成和发射功率进行调整，便于接收端进行消除干扰和数据流合并，可以使无线通信系统取得较好的系统性能。
[0003]但在目前的无线通信系统预编码方案中，采用了速率拆分的多用户MIMO系统预编码和数据流合并方法还缺少成功的先例。现有多用户MIMO系统的预编码和数据流合并没有充分利用速率拆分技术，所取得的系统性能较差。
[0004]在本专利技术中，专利技术人提出了一种多用户MIMO系统的速率拆分预编码方法，用以提高系统的总速率。在本专利技术中，发射端对消息进行速率拆分，对拆分之后的公共消息和私有消息进行预编码，接收端采用最小均方差准则恢复公共消息数据流，采用规则分组对角化滤波器来恢复私有消息数据流的方法，能够显著提高多用户MIMO系统的传输总速率。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服上述技术问题的缺点，提出了一种多用户MIMO系统的速率拆分预编码方法。
[0006]本专利技术的多用户MIMO系统的速率拆分预编码方法，其特征在于，通过如下步骤来实现：步骤一，在发射端进行速率拆分，产生公共消息和私有消息预编码器，对传输信号进
行预编码；步骤二，在接收端采用最小均方误差准则生成公共消息数据流滤波器，恢复公共消息数据流；步骤三，采用连续干扰消除移除公共消息数据流，通过信道奇异值分解得到规则对角化滤波器，恢复私有消息数据流。
[0007]本专利技术的多用户MIMO系统速率拆分预编码方法，所述步骤一通过以下分步骤来实现：
[0008]a)在发射端进行速率拆分；对混合消息信号m
(RS)
进行拆分，产生公共数据流m
c
和第k个私有消息m
k
；采用信道编码器对公共消息和所有M个私有消息，即[m
c
,m1,m2,
…
,m
M
]T
，进行信道编码，得到信道编码后的信号其中s
k
是属于第k个用户的私有消息数据流；
[0009]b)生成公共消息预编码器和私有消息预编码器；在发射端，预编码器可表述为P
(RS)
＝[p
c
,P]，其中的p
c
为公共消息预编码器，该预编码器可通过对信道进行奇异值分解后的奇异值矢量来确定；P为私有消息预编码器，该预编码器可表示为P＝[P1,P2,
…
,P
K
]，其中的P
k
为第k个用户的私有消息预编码器；按照规划分组对角化来产生私有消息预编码器其中预编码器负责部分消除多用户干扰，并按如下方式来确定：
[0010][0011]公式(1)中，且代表从发射端到第k个用户接收端的无线MIMO信道,为等效噪声矢量，n
k
为第k个用户接收端的噪声，δ是约束发射功率的归一化因子；
[0012]c)对公式(1)中的优化问题求解，可得到预编码器的表达式为：
[0013][0014]公式(2)中，和的取值通过奇异值分解决定；预编码器按以下公式给出：
[0015][0016]公式(3)中，V
k
的取值通过奇异值分解决定，且有
[0017]d)对发射信号进行预编码；采用预编码器P对发射信号进行预编码，得到送往发射天线的信号：
[0018][0019]公式(4)中，α
k
是私有消息的功率分配系数矢量，a
c
是公共消息的功率分配系数；完成预编码后的信号从N
t
个发射天线发射出去；
[0020]本专利技术的多用户MIMO系统速率拆分预编码方法，所述步骤二通过以下分步骤来实现：
[0021]e)第k个用户接收信号；在接收端，第k个用户接收到的信号为：
[0022][0023]公式(5)中，表示第k个用户的数据流集合；
[0024]f)基于最小均方误差准则进行公共数据流恢复，恢复公共数据流的滤波器按以下方式确定：
[0025][0026]公式(6)中，
[0027]本专利技术的多用户MIMO系统速率拆分预编码方法，所述步骤三通过以下分步骤来实现：
[0028]g)采用连续干扰消除移除公共消息数据流；在最小均方误差准则恢复公共数据流之后，利用公共消息预编码器p
c
和信道矩阵H
k
作为加权系数，将公共数据流从接收信号中移除；
[0029]h)恢复私有消息数据流；通过规划分组对角化获得私有消息滤波器：
[0030][0031]公式(7)中，U
k
的取值通过奇异值分解决定；对连续干扰消除之后的信号，采用作为滤波加权系数，恢复私有消息数据流；
[0032]本专利技术的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多用户MIMO系统的速率拆分预编码方法，其特征在于，通过如下步骤来实现：步骤一，在发射端进行速率拆分，产生公共消息和私有消息预编码器，对传输信号进行预编码；步骤二，在接收端采用最小均方误差准则生成公共消息数据流滤波器，恢复公共消息数据流；步骤三，采用连续干扰消除移除公共消息数据流，通过信道奇异值分解得到规则对角化滤波器，恢复私有消息数据流。2.根据权利要求1所述的多用户MIMO系统的速率拆分预编码方法，其特征在于，所述步骤一通过以下分步骤来实现：a)在发射端进行速率拆分；对混合消息信号m
(RS)
进行拆分，产生公共数据流m
c
和第k个用户的私有数据流m
k
；采用信道编码器对公共消息和所有K个用户的私有消息，即[m
c
，m1，m2，
…
，m
K
]
T
，进行信道编码，得到信道编码后的信号b)生成公共消息预编码器和私有消息预编码器；在发射端，预编码器可表述为P
(RS)
＝[p
c
，P]，其中的p
c
为公共消息预编码器，该预编码器可通过对信道进行奇异值分解后的奇异值矢量来确定；P为私有消息预编码器，该预编码器可表示为P＝[P1，P2，
…
，P
K
]，其中的P
k
为第k个用户的私有消息预编码器；按照规划分组对角化来产生私有消息预编码器其中预编码器负责部分消除多用户干扰，并按如下方式来确定：公式(1)中，且代表从发射端到第k个用户接收端的无线MIM...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘沛栩，刘洪武，毛玉明，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：