一种基于投影算子的迭代bd预编码方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于投影算子的迭代BD预编码方法，包括以下步骤：1、小区用户根据基站下发的导频信号进行信道估计，获取基站到用户的下行信道信息，再通过上行链路反馈给基站；基站直接获得用户的下行信道信息；2、通过多次迭代更新计算用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子；3、根据用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子，依次计算每个用户的投影信道矩阵；4、依次对每个用户的投影信道矩阵进行施密特正交化，得到投影信道矩阵的一组正交基即为该用户的BD预编码矩阵。本发明具有可在保证系统性能不受到损失的前提下，有效降低BD预编码的计算复杂度等优点。
【专利说明】
-种基于投影算子的迭代BD预编码方法
技术领域
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，特别设及LTE下行链路中多用户多输入多输出（简 称MU-MIM0)系统中的块对角化(Block Diagonalization，BD)预编码技术。
【背景技术】
[0002] ΜΙΜΟ技术由于提供高速率和高可靠性，被视为未来无线通信系统的关键技术。经 理论和实践证明，在不增加额外系统带宽和传输功率的条件下，ΜΙΜΟ技术可W极大提高系 统的吞吐量。目前，ΜΙΜΟ技术已经被包含在许多无线通信技术标准中，比如ΙΕ邸802.11η， I邸E802.16,3GPP LTE和3GPP LTE-A。
[000引术语ΜΙΜΟ的意义较为广泛，基站与一个用户间的点对点通信称为SU-MIM0 (Single-User ΜΙΜΟ,单用户ΜΙΜΟ),几个用户使用相同的频域和时域资源同时与一个基站 通信称为MU-MIM0(Multiple-User ΜΙΜΟ,多用户ΜΙΜΟ)。由多用户构成的ΜΙΜΟ系统存在用户 间干扰。在MU-MIM0下行链路中，由于用户很难进行相互协助，因而通常是在基站侧进行预 编码处理来消除用户间干扰。
[0004] 预编码方法的实施首先要获得信道状态信息。TDD系统中利用上下行互易性，基站 可W直接获得用户的下行信道信息。抑D系统中则要依靠基于码本的有限反馈获得下行信 道信息：用户通过基站下发的公共导频信号测量基站到用户的下行信道，再将估计的信道 信息按照一定的准则，用LTE码本中的码字进行量化，最后将量化后的码字W索引的形式反 馈给基站。当MU-MIM0系统中的所有用户接收天线数总和不大于基站侧发射天线数时，基站 可根据信道状态信息，设计出块对角化预编码矩阵，达到完全消除用户间干扰的目的。
[0005] 为了便于叙述，假定小区的基站配置有Ντ根发射天线，任意用户UEk的接收天线数 目为nk，MU-MIM0系统中的用户数为K，K个用户的接收天线总数关
且满足化> Nr。
[0006] 在MU-MIM0系统下行链路中现有的抓预编码方法主要有W下Ξ种：
[0007] 方法1:SVD分解法(SVD-BD)tU。该方法包括W下步骤：
[000引（1)基站获取用户的下行ΜΙΜΟ信道矩阵化，k=l，2,…，K。
[0009] (2)基站根据所有用户的下行ΜΙΜΟ信道矩阵，确定用户服k的干扰信道矩阵为
其中H,.的大小为(NR-nk) ΧΝτ，[]H表示矩阵的共辆 转置。
[0010] ( 3 )基站对用户U E k的干扰信道矩阵馬进行奇异值分解（S V D )，
得到马零空间的一组正交基，其中?Γ的大小为
，.rank()表示矩阵的秩。
[0011] (4)基站利用用户肥k的信道矩阵化和干扰信道矩阵Ht零空间的一组正交基?/"?， 构造肥k的有效信道矩阵:巧i = Η八fi。
[0012] ( 5 )基站对用户U E k的有效信道矩阵岛t进行S V D分解
得到百，行空间的一组正交基巧)，其中踩)的大小是 (iVr )x";。计算用户肥k的抓预编码矩阵1； 巧11，其中Tk的大小是ΝτΧ祉。
[OOU] (6)重复步骤(2)至(5)，直至蜡站得到所有Κ个用户的抓预编码矩阵:Τ= [Τι Τ2… Τκ]。
[0014] 方法2:投影算子法(Projection Operator-BD)口]。该方法包括w下步骤：
[0015] (1)基站获取用户的下行ΜΙΜΟ信道矩阵化，k=l，2,…，K。
[0016] (2)基站根据所有用户的下行ΜΙΜΟ信道矩阵，确定任意用户UEk的干扰信道矩阵为
其中的大小为(NR-nk)XNT，[]H表示矩阵的共辆 转置。
[0017] ( 3 )基站对用户U E k的干扰信道矩阵岛^进行奇异值分解（S V D )，
得到起零空间的一组正交基，其中专F的大小为 Λ'/. X (Λ'/. _ ，5: = mnk (Η,)，rank()表示矩阵的取秩运算。
[001引（4)基站利用起零空间的正交基，计算fit的零空间投影算子（Projection
軒的大小为ΝτΧΝτ。
[0019] (5)基站利用用户肥k的信道矩阵Hk和干扰信道矩阵iy勺零空间投影算子％，构造 肥k的有效信道矩阵：白,.=H,.,
[0020] ( 6 )基站对用户U E k的有效信道矩阵^进行S V D分解
导到岛布空间的一组正交基?严，从而得到用户UEk的抓预 编码矩阵为1； =γ!ι)，其中的大小是化X化。
[0021] (7)重复步骤(2)至(6)，直到基站得到所有Κ个用户的抓预编码矩阵:Τ= [Τι Τ2… Τκ]。
[0022] 方法3:零空间交集迭代法（Iterative Null Space Intersection-BD)"]。该方法 包括W下步骤：
[0023] (1)基站获取用户的下行ΜΙΜΟ信道矩阵化，k=l，2,…，Κ。
[0024] (2)基站根据所有用户的下行ΜΙΜΟ信道矩阵，确定任意用户肥k的干扰信道矩阵岛^ 零空间的一组正交基if。表1是方法3中步骤(2)包括的迭代步骤，其中nulio表示求矩阵 零空间的一组正交基。
[0025]
[00%]表1方法3中步骤(2)包括的迭代步骤
[0027] (3)基站利用用户UEk的信道矩阵化和干扰信道矩阵岛A零空间的一组正交基鸣0)， 构造肥k的有效信道矩阵:吊=。
[002引（4 )基站对用户U E k的有效信道矩阵百t进行S V D分解
得到百&行空间的一组正交基巧U，其中巧f)的大小是 7VrX(7Vr-6)。计算用户肥k的抓预编码矩阵T*二衣严辟>，其中Tk的大小是NTXnk。
[0029] (5)重复步骤(3)至(4)，直到基站得到所有K个用户的抓预编码矩阵:Τ= [Τι T2… Τκ]。
[0030] 表2至表4是上述巧巾现有的抓预编码方法复杂度分析步骤表。为了方便分析，假设 所用户的接收天线数相同，均为nr，且化> Knr。
[0031]
[0034]表3方法3所述的零空间交集迭代抓预编码的复杂度分析步骤表W
[0035]
[0036] 表4方法1所述的SVD分解抓预编码的复杂度分析步骤表W
[0037] 从上述表2和表3可W看出，现有的方法1和方法2提供的抓预编码方法主要缺点是 运算复杂度高。方法1所述的SVD分解法和方法2所述的投影算子法都需要进行两次SVD分 解。方法3所述的零空间交集迭代法实质上是对方法1的改进，运用零空间取交集的思想，通 过迭代的方式间接获取零空间的一组正交基，从而减少了计算量。然而从上述表4可W看 出，方法3中的复杂度级数为八'Π ,Ντ^Κη。当用户数K较大时，方法3中的迭代步骤运 算量依然较高。可见，现有的几种BD预编码方法在消除用户干扰时效率较低。
【发明内容】
[0038] 本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，降低方法2所述的投影算子BD 预编码方法的运算复杂度，提出一种基于投影算子的迭代抓预编码方法，该方法是一种基 于投影算子的迭代抓（Iterative Projection Operator-BD)预编码方法，利用了矩阵分析 中正交分解的思想，推导出零空间投影算子的迭代公式，该迭代公式只需要矩阵相乘、施密 特正交化和矩阵相减相对简单的运算，相比于现有的需要SVD分解的方法1、方法2W及需要 高维矩阵相乘运算和矩阵QR分解的方法3,本文提出的方法可在保证系统性能不受到损失 的前提下，有效降低BD预编码的计算复杂度，因而预编码效率更高。本发明运用矩阵分析中 正交分解的思想，得到计算用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子的迭代公式。
[0039] 本发明的目的可W通过W下技术方案实现:一种基于投影算子的迭代抓预编码方 法，包括W下步骤：
[0040] 步骤1:基站获取用户的下行ΜΙΜΟ信道矩阵化，k=l，2 ···，!(。
[0041] 步骤2:基站根据所有用户的下行ΜΙΜΟ信道矩阵，确定任意用户UEk的干扰信道矩 阵岛*的零空间投影算子其中·.. Η己Hf。； ·..巧]w。表5是本发明方法 中步骤2包括的迭代步骤，其中（）-嗦示矩阵的逆运算，^，8〉= 4化，650()表示对矩阵的列 向量进行施密特正交化。
[0042]
[0043] 表5本发明方法中步骤2包括的迭代步骤
[0044] 任意用户肥拥应的矩阵Dk是其干扰信道矩阵零空间的投影算子。Df，l<i名沁-1则 表示在第k次迭代时UEi，l含i含k-1的干扰信道矩阵的零空间投影算子。上述表5中迭代步 骤的具体含义是：
[0045] (21)在第一次迭代时，初始化第一个用户肥1的干扰信道矩阵的零空间投影算子化 为单位阵1挪，即時=I帮。
[0046] (22)在第k次迭代时，增加第k个用户，第k个用户与前k-1个用户互为干扰用户，此 时需要更新前k-1个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子。对于肥1，1 ^ i ^ k-1，应将D尸 更新为Df，具体更新投影算子化的公式为:D:f二Di-i-G色Η，1 < i < k-1，其中校= GSO(G)， G = Df-i巧化为第k次迭代增加的用户UEk的ΜΙΜΟ信道矩阵，GSOO表示对矩阵的列向量进 行施密特正交化。
[0047] (23)计算第k个用户UEk的干扰信道矩阵的零空间投影算子叫:，具体计算投影算子 :跨公式为：D;=巧--'-爲，1 含 W< 1，:其中 W = GSO(W)，W = Df-iHf，出为第i次 迭代增加的用户肥1的ΜΙΜΟ信道矩阵，i可W是1至k-1间的任意整数。
[004引（24)令k = k+l，重复步骤(22)和(24)，直至k = K即增加完最后一个用户为止。于是 得到所有用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子，记为氏古=巧，* = 1，2，...，义。
[0049]步骤3:基站利用用户UEk的信道矩阵化和干扰信道矩阵H,.的零空间投影算子民， 构造肥k的投影信道矩阵：馬二"If，，^二!，2....乂&
[0化日]步骤4:基站对用户册k的投影信道矩阵曲,进行施密特正交化，得到一组正交基 GSO脚)，从而得到用户肥k的抓预编码矩阵马二说0(宜)，足=1心..乂，其中化的大小是化 Xnko
[0051] 上述表5中关于计算更新干扰信道矩阵的零空间投影算子具有如下推导过程：
[0052] 在第k次迭代时，增加第k个用户肥k后，对于前k-1个用户中的任意用户肥i，l y < k-1其干扰信道矩阵的行空间由原来的民〇、r(铅产)扩大为Row(巧)=防现脚-i)uR〇w:(H,)，原 来的行空间民OW诉尸)对应投影算子片-1，我们要找到新行空间Row悼f)对应的新投影算 子巧，从而得到零空间施11(宜巧对应的投影算子Df =(jf广二I、.r - J:'，其中（)嗦示正交补。
[0053] 类似于物理学上力的正交分解W，我们将投影进行正交分解，利用正交分解方式 更新投影算子J:，将新投影算子J:'正交分解为两部分:一部分是已知部分片-1，另一部分是 更新部分，已知部分与更新部分需要保持正交。式(1)是正交分解式，式(2)是正交条件式。
[0054] =J:; !<,.iS/t-l 巧）
[0055] 《J; i'J。〉二 0 (2.)
[0化6] 其中，式(2)中的<〉表示内积符号，<A，B> = AHb。
[0化7]由于投影算子的更新是由于增加用户肥k导致的，而Jf-i中不包含新增用户肥k的任 何信道信息，所W正交分解式（1)的更新部分化应包含有新增用户肥k的信道信息化。不妨令 G = XHf * 0，如果G为列满秩的矩阵，则根据投影算子的定义可得化为式(3)。
[0化引化= G<G，G〉-1gH (3)
[0059]将G = ：XHf代入式(3)，得到化再代入正交条件式(2)，得到式(4)。
[006；3]由于G二XHf * 0，所W式（5)意味着Ji-iXHf二0。为了使jf-iXHf = 0对任意的 肥k恒成立，则应使Jf-iX = 〇,即(矿)丄二D:-i。继而得到正交分解式(2)中的功式(6)。
[0064] G =玲-j:Hf 樹
[0065] W上对G的求解是基于G为列满秩矩阵运一前提条件，事实上当信道满足"基站到 用户的不同接收天线的信道是线性不相关的，不同用户经历的信道条件也是相互独立的" 运一条件时，容易证明G-定为列满秩矩阵。为了使本发明方法更具有一般性，可W先对G进 行施密特正交化，求出G列空间的一组正交基色，再得到：Jc=色台W，从而避免矩阵GGH不可 逆的情况。
[0066] 将J。二G0 "代入正交分解式（1)，得到Jf，最后根据W = :? -如，得到Df为式 (7)。
[0073] 本发明的目的也可W通过W下技术方案实现:一种基于投影算子的迭代抓预编码 方法，包括W下步骤：
[0074] 步骤1、小区用户根据基站下发的导频信号进行信道估计，获取基站到用户的下行 信道信息，再通过上行链路反馈给基站;TDD系统中利用信道互易性，基站直接获得用户的 下行信道信息；
[0075] 步骤2、通过多次迭代更新计算用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子;具体方法 为:在第一次迭代时，只考虑第一个用户，不存在干扰用户，将其干扰信道矩阵的零空间投 影算子初始化为单位矩阵;在第二次迭代时，增加第二个用户，此时前两个用户互为干扰用 户，更新计算前两个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子;在第k次迭代时，增加第k个用 户，此时第k个用户与前k-1个用户互为干扰用户，更新计算前k个用户的干扰信道矩阵的零 空间投影算子;依次类推，直到考虑完最后一个用户，得到所有用户的干扰信道矩阵的零空 间投影算子；
[0076] 步骤3、根据用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子，依次计算每个用户的投影信 道矩阵；
[0077] 步骤4、依次对每个用户的投影信道矩阵进行施密特正交化，得到投影信道矩阵的 一组正交基即为该用户的抓预编码矩阵。
[0078] 所述步骤2包括如下分步骤：
[0079] (21)在第一次迭代时，初始化第一个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子化为 单位阵I、，即巧=Iw,，其中巧为第一次迭代时第一个用户的干扰信道矩阵的零空间投影 算子，Iav为大小为N/Ντ的单位矩阵，Ντ为基站侧的发射天线数；
[0080] (22)在第k次迭代时，增加第k个用户，第k个用户与前k-1个用户互为干扰用户，此 时对于前k-1个用户中的任意用户肥1，需要更新其干扰信道矩阵的零空间投影算子D尸为 Df (1引空表-1)，具体更新投影算子D i的公式为：Df二Df -色色^，1引含& -1，其中 1):(1:^/<《，-1):、媒-1分别为第4、4-1次迭代时第1个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算 子，0 =说0(巧，G = Df-iHf，化为第k个用户的ΜΙΜΟ信道矩阵，GS0( ·)表示对矩阵的列 向量进行施密特正交化；
[0081] (23)计算第k个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子巧，具体计算投影算子巧 公式为：D;> Df-i -而而Η，1 < VZ < A- I，其中，巧为第k次迭代时第k个用户的干扰信道矩 阵的零空间投影算子，Df4为第k-1次迭代时第i个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子， W = GSO(W；)，W = Df-iHf，出为第i个用户的ΜΙΜΟ信道矩阵，i可W是1至k-1间的任意整 数，GS0( ·)表示对矩阵的列向量进行施密特正交化；
[00剧 （24)令k = k+l，重复步骤(22)至(24)，直至k = K即增加完最后一个用户为止，得到 所有用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子;记UEk的干扰信道矩阵的零空间投影算子为 hb =巧= 1，2，...，K，其中起是肥k的干扰信道矩阵的零空间投影算子，雌是第K次迭代 时第k个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子，K是用户总数。
[0083] 所述步骤3中用户祀诚投影信道矩阵見讲算公式为：百4_=^巧，* = 1，2，..，怎，其 中，^是肥k的投影信道矩阵，馬是肥k的干扰信道矩阵的零空间投影算子，Hk为肥k的ΜΙΜΟ信 道矩阵。
[0084] 上述步骤4包括如下分步骤：
[0085] (44)将用户肥k的投影信道矩阵柱浪列分块得到:?二[拍1 % ... α";]，其中玲 是肥k的投影信道矩阵，日1(1 < i <nk)是岛i的列向量，祉为UEk的接收天线数；
[0086] ( 4 5 )对馬的列向量组应用施密特正交化求出对应的的标准正交向量组： Pi，p:，…IV;
[0087]
[008引其中Ρ,，?ν'·，β^是对％的列向量组<*1馬，，-，^作施密特正交化的结果.
[0089] (46)得到一组正交基说Ο脚)=[Pi 02 ·.. P,,; ]，从而用户肥k的抓预编码矩阵 为:?； = [β,私...pj，其中化是UEk的抓预编码矩阵，口|，私，…，:9?是步骤(42)的结果。
[0090] 相对于现有技术，本发明具有如下的优点与有益效果：
[0091] 本发明利用了矩阵分析中正交分解的思想，推导出零空间投影算子的迭代公式， 该迭代公式只需要矩阵相乘、施密特正交化和矩阵相减相对简单的运算，相比于现有的需 要SVD分解的方法1、方法2W及需要高维矩阵相乘运算和矩阵QR分解的方法3,本文提出的 方法可在保证系统性能不受到损失的前提下，有效降低抓预编码的计算复杂度，因而预编 码效率更高。本发明运用矩阵分析中正交分解的思想，得到计算用户的干扰信道矩阵的零 空间投影算子的迭代公式。
【附图说明】
[0092] 图1是本发明的MU-MIMO系统条件图。
[0093] 图2是现有的巧巾方法和本发明方法的复杂度随着用户数K的变化曲线图。
[0094] 图3是现有的巧巾方法和本发明得到的MU-MIMO系统吞吐量随着信噪比的变化曲线 图。
【具体实施方式】
[0095] 下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明。在对具体实施例作详细的介 绍的同时，也对实施例中的基础知识做简要介绍。由于运部分内容都是基于现有技术，因此 没有详细地展开描述，但是运并不影响本领域的普通技术人员对本发明的理解和实施。
[0096] 实施例
[0097] 为了便于说明本发明方法，现对MU-MIMO系统条件做如下假设:如图1所示，用户配 置相同数目的天线，即nk = nr，k=l，2, ···，!(;基站侧的发射天线数不小于总的接收天线数， 即化>Knr;基站同时对K个用户进行数据传输，每个用户接收到nr个数据流，基站端采用均 等功率分配。
[0098] 基站获得K个用户的信道信息，第k个用户的ΜΙΜΟ信道矩阵化为式(10)。
[0099]
(10)
[0100] 其中hu表示基站的第j根发射天线到用户的第i根接收天线的信道系数。第k个用 户的接收信号为式(11)。
[0101] yk = HkTx+nk (11)
[0102] 其中X是发射数据矢量，包含K个用户的数据流。T为预编码矩阵，nk是零均值、方差 为的加性高斯白噪声。
[0103] 本实施例的抓预编码方法，包括W下步骤：
[0104] 步骤1:小区用户根据基站下发的导频信号进行信道估计，获取基站到用户ΜΙΜΟ信 道矩阵，再通过上行链路反馈给基站。TDD系统中利用信道互易性，基站可W直接获得用户 的下行信道信息。
[0105] 步骤2:基站根据所有用户的下行ΜΙΜΟ信道矩阵，确定任意用户UEk的干扰信道矩 阵兩的零空间投影算子砖，其中島=[巧…Hf_i Hfy…巧]H。具体操作为：
[0106] (21)在第一次迭代时，初始化第一个用户肥1的干扰信道矩阵的零空间投影算子化 为单位阵4',，即巧=1斯.。
[0107] (22)在第k次迭代时，增加第k个用户，第k个用户与前k-1个用户互为干扰用户，此 时需要更新前k-1个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子。对于肥i，l<i<k-l，应将D:尸 更新为岭，具体更新投影算子Di的公式为：=D,W-G色W，1引著4-1，其中 G=GSO(G)，G = DfiHf，化为第k个用户的ΜΙΜΟ信道矩阵，GSO妈表示对矩阵的列向量进 行施密特正交化。
[0108] (23)计算第k个用户UEk的干扰信道矩阵的零空间投影算子Dt，具体计算投影算子 D;-公式为：战=Df-1-##丹，1<解<东_1，其中碱= eS〇(W)， W = Df-iHf，Hi为第i个 用户的ΜΙΜΟ信道矩阵，i可W是1至k-1间的任意整数。
[0109] (24)令k = k+l，重复步骤(22)和(24)，直至k = K即增加完最后一个用户为止，得到 所有用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子。U化的干扰信道矩阵的零空间投影算子记为 起 巧'，/( = 1，2，...，乂。
[0110] 步骤3:基站利用用户UEk的信道矩阵化和干扰信道矩阵稱勺零空间投影算子％， 构造肥k的投影信道矩阵:円；二P;Hf，./、'二1.2,...乂
[0111] 步骤4:基站对用户册k的投影信道矩阵百，进行施密特正交化，得到一组正交基 GSO(円1)，从而得到用户UEk的抓预编码矩阵V=GSO(円.<)，/、'二1，2，...Κ，其中Tk的大小是Ντ Xnko
[0112] 具体操作为：
[OW] (4!)将投影信道矩阵岛浪列分块得到：宜*=[?1 ?2…。
[0114] (42)对恥的列向量组应用GS0方法求出对应的的标准正交向量组βι，也，···#,:,。
[0115]
[0116] (4則得到一组正交基傑〇(盘4 =扣... Pj，从而用户肥k的抓预编码矩阵 η =GSO(向,,')，A =1，2.….欠-。
[0117] 最后，基站将构造好的抓预编码矩阵和相应用户的数据向量相乘，通过发射天线 发送给用户，至此，完成整个抓预编码的系统流程。
[0118] 表6是本发明方法的复杂度分析步骤表。
[0119]
[0120] 表6本发明方法"基于投影算子的迭代抓预编码方法"的复杂度分析步骤表
[0121] 从上述表3和表6可W看出，本发明方法之所W能使复杂度明显降低，关键在于两 点：1.计算零空间投影算子的复杂度明显减少，在方法二中是直接通过SVD分解首先得到干 扰信道矩阵零空间的正交基再计算投影算子，而在本发明方法中，是利用正交分解得到干 扰信道矩阵的零空间投影算子计算更新公式，通过迭代的方式计算投影算子运算量小；2. 计算投影信道矩阵的正交基的复杂度明显减少，在方法二中仍是通过SVD分解得到有效信 道矩阵行空间的一组正交基，而在本发明方法中是利用低复杂度的施密特交化方法求取投 影信道矩阵的正交基，因而带来了运算量的减少。
[0122] 图2是当用户配置1根天线和2根天线（即nr=l和nr = 2)时，现有的3种方法和本发 明方法的复杂度(总运算浮点数flops)随着用户数K的变化曲线图。可W看出，随着用户数K 的增加，本发明方法的复杂度不仅远低于方法1和方法2,而且还比方法3的计算量小。本发 明方法的复杂度级数是〇(Κ2解2,.)，而方法3的复杂度级数是0(A'jiV中其中Ντ> Κη"
[012；3] 图3是在ητ=1，Κ = 4，Ντ = 4和nr = 2，K = 4，NT = 8两种MU-MIM0系统配置时，采用现 有的巧中方法和本发明方法得到的MU-MIM0系统吞吐量随着信噪比的变化曲线图。可W看 出，本发明方法和现有的几种抓预编码方法具有相同的系统性能。所W，使用本发明方法进 行预编码处理，能够有效减少算法复杂度，同时不会对系统性能带来损失，本发明方法是一 种较优的设计方法。
[0124]本发明的参考文献：
[012日] [1]C.Peel，B.Hochwald,and A.Swindlehurst..A vector-perturbation technique for near-capacity multiantenna multiuser communication-PartI: Channel inversion 过nd regul过riz过tion[J].Communic过tions，IEEE Tr过ns过ctions on， νο1·53，ηο·1，pp.195-202,Jan.2005.
[0126] [2]Fuchs，M·;Del Galdo，G·;Haardt，M··Low-Complexity Space-Time- Frequency Scheduling for ΜΙΜΟ Systems With SDMA[J].Vehicular Technology，IEEE Transactions on.Vol.56，Issue.5，pp.2775-2784,2007
[0127] [3]L.-N.Tran,M.Bengtsson,and B.Ottersten.Iterative precoder desig打and user scheduling for block-diagonalizedsystems[J]. IEEE Trans .SignalProcess.， vol.60,no.7,pp.3726-3739,Jul.2012.
[0128] [4]C.D.Meyer ,Matrix Analysis and Applied Linear Algebra[M], SIAM, Philadelphia,2000
[0129] 本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发 明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的 普通技术人员可^根据本发明公开的技术做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变 形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于投影算子的迭代K)预编码方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、小区用户根据基站下发的导频信号进行信道估计，获取基站到用户的下行信道 信息，再通过上行链路反馈给基站;TDD系统中利用信道互易性，基站直接获得用户的下行 信道信息； 步骤2、通过多次迭代更新计算用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子;具体方法为： 在第一次迭代时，只考虑第一个用户，不存在干扰用户，将其干扰信道矩阵的零空间投影算 子初始化为单位矩阵;在第二次迭代时，增加第二个用户，此时前两个用户互为干扰用户， 更新计算前两个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子;在第k次迭代时，增加第k个用户， 此时第k个用户与前k-ι个用户互为干扰用户，更新计算前k个用户的干扰信道矩阵的零空 间投影算子;重复执行，直到考虑完最后一个用户，得到所有用户的干扰信道矩阵的零空间 投影算子； 步骤3、根据用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子，依次计算每个用户的投影信道矩 阵； 步骤4、依次对每个用户的投影信道矩阵进行施密特正交化，得到投影信道矩阵的一组 正交基即为该用户的BD预编码矩阵。2. 根据权利要求1所述的基于投影算子的迭代BD预编码方法，其特征在于，所述步骤2 包括如下分步骤： (21) 在第一次迭代时，初始化第一个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子Di为单位 阵I%，即叫=，其中〇丨为第一次迭代时第一个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子， ?.ν,为大小为N/ NT的单位矩阵，NT为基站侧的发射天线数； (22) 在第k次迭代时，增加第k个用户，第k个用户与前k-Ι个用户互为干扰用户，此时对 于前k-Ι个用户中的任意用户UEi，需要更新其干扰信道矩阵的零空间投影算子Di 1为 Df(19U-l),具体更新投影算子公式为：D丨=Df-:1-00? i < k-Ι，其中 分别为第k、k-l次迭代时第i个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算 子，G.:GSO(G)，G = D:' 为第k个用户的MMO信道矩阵，GSO( ·)表示对矩阵的列 向量进行施密特正交化； (23) 计算第k个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子Df，具体计算投影算子1?公式 为:D丨=Df-1 -, l sm-1，其中，Df为第k次迭代时第k个用户的干扰信道矩阵的 零空间投影算子，Df为第k-Ι次迭代时第i个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子， W = GSO(W), W = 'Hf ,?为第i个用户的MMO信道矩阵，i可以是1至k-Ι间的任意整 数，GSO( ·)表示对矩阵的列向量进行施密特正交化； (24) 令k = k+l，重复步骤(22)至（24)，直至k = K即增加完最后一个用户为止，得到所有 用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子;记UEk的干扰信道矩阵的零空间投影算子为色， 之=Df ,/c = 1,2,…,夂，其中瓦是UEk的干扰信道矩阵的零空间投影算子，Df是第K次迭代时 第k个用户的干扰信道矩阵的零空间投影算子，K是用户总数。3. 根据权利要求1所述的基于投影算子的迭代BD预编码方法，其特征在于，所述步骤3 中用户UEk的投影信道矩阵愈4计算公式为:= %Hf j = 1,2,···,^：,其中，:?是UEk的投影信 道矩阵，?\是版的干扰信道矩阵的零空间投影算子，Hk为UEk的Μ頂0信道矩阵。4.根据权利要求1所述的基于投影算子的迭代BD预编码方法，其特征在于，上述步骤4 包括如下分步骤： (41) 将用户UEk的投影信道矩阵民按列分块得到： (*2…α"」，其中fi,是 UEk的投影信道矩阵，ai(l < i <nk)是的列向量，nkSUEk的接收天线数； (42) 对'民.的列向量组应用施密特正交化求出对应的的标准正交向量组：Pi，P:，· · ·>Ρ,,ι(;其中队為，·"是对iy勺列向量组α15α2，…，％作施密特正交化的结果； (43) 得到一组正交3从而用户UEk的BD预编码矩阵为：实中Tk是UEk的K)预编码矩阵，PrP，''J Hi是步骤(42)的结果。
【文档编号】H04B7/04GK105871439SQ201610382739
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】李相思, 冯穗力, 丁跃华, 张远见, 胡应添, 李馨
【申请人】华南理工大学, 京信通信技术(广州)有限公司