使用任意預(yù)編碼器進行非線性mu-mimo下行信道預(yù)編碼的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ê脱b置。選擇預(yù)編碼器(方框405)，以及根據(jù)所述預(yù)編碼器導(dǎo)出前饋濾波器(方框425)。在一些實施例中，所述預(yù)編碼器是一種任意有效的預(yù)編碼器。隨后可以傳輸(方框445)使用所述預(yù)編碼器和所述前饋濾波器準備的數(shù)據(jù)(方框440)。
【專利說明】使用任意預(yù)編碼器進行非線性MU-MIMO下行信道預(yù)編碼的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及數(shù)字通信，尤其涉及一種使用任意預(yù)編碼器進行非線性MU-MMO下行信道預(yù)編碼的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]多入多出廣播信道(MMO-BC)也稱為下行多用戶MM0(DL MU-MIM0)信道，它的容量域通常由臟紙編碼(DPC)實現(xiàn)。然而，DPC的實現(xiàn)方式通常過于復(fù)雜。用于DL MU-MIMO信道的復(fù)雜度較低的非線性預(yù)編碼技術(shù)的性能提升高于線性預(yù)編碼技術(shù)的性能提升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的示例實施例提供了一種使用任意預(yù)編碼進行非線性MU-MMO下行信道預(yù)編碼的系統(tǒng)和方法。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的實例實施例，提供了一種用于向多個用戶傳輸數(shù)據(jù)的方法。所述方法包括發(fā)射設(shè)備選擇預(yù)編碼器，其中所述預(yù)編碼器是一種任意有效的預(yù)編碼器；以及所述發(fā)射設(shè)備根據(jù)所述預(yù)編碼器導(dǎo)出前饋濾波器。所述方法還可包括所述發(fā)射設(shè)備使用所述預(yù)編碼器和所述前饋濾波器準備所述數(shù)據(jù)，以及所述發(fā)射設(shè)備傳輸所述準備的數(shù)據(jù)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一示例實施例，提供了一種用于向多個用戶傳輸數(shù)據(jù)的方法。所述方法包括發(fā)射設(shè)備選擇具有所述多個用戶的對于每層的功率分配的預(yù)編碼器，以及所述發(fā)射設(shè)備根據(jù)所述預(yù)編碼器導(dǎo)出前饋濾波器。所述方法還包括所述發(fā)射設(shè)備使用所述前饋濾波器調(diào)整對應(yīng)所述多個用戶的預(yù)編碼傳輸，以及所述發(fā)射設(shè)備發(fā)射所述調(diào)整的預(yù)編碼傳輸。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一示例實施例，提供一種發(fā)射設(shè)備。所述發(fā)射設(shè)備包括處理器以及可操作地耦合到所述處理器的發(fā)射器。所述處理器選擇預(yù)編碼器，根據(jù)所述預(yù)編碼器導(dǎo)出前饋濾波器，其中所述預(yù)編碼器是一種任意有效的預(yù)編碼器。所述處理器還使用所述預(yù)編碼器和所述前饋濾波器準備數(shù)據(jù)。所述發(fā)射器傳輸所述準備的數(shù)據(jù)。
[0007]實施例的一個優(yōu)點在于可以使用任意預(yù)編碼器，這樣可以允許更自由地提高性倉泛。
[0008]實施例的另一優(yōu)點在于本文所提出的技術(shù)具有較小的計算量，這樣能夠使用通常比較便宜且功率要求較低的不太強大的處理器來提供計算服務(wù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進行的描述，其中:
[0010]圖1示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的示例通信系統(tǒng)；
[0011]圖2示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的示例通信系統(tǒng)，在該示例通信系統(tǒng)中，基站使用DL MU-MIMO向多個用戶進行傳輸；
[0012]圖3示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的使用DL MU-MIMO向多個用戶進行傳輸中的操作的示例流程圖；
[0013]圖4a示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的使用DL MU-MIMO向多個用戶進行傳輸中的操作的示例流程圖，所述操作利用第一示例實施例通過非線性預(yù)編碼算法確定非線性操作系數(shù)以及相關(guān)性矩陣；
[0014]圖4b示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的使用DL MU-MIMO向多個用戶進行傳輸中的操作的示例流程圖，所述操作利用第二示例實施例通過非線性預(yù)編碼算法確定非線性操作系數(shù)以及相關(guān)性矩陣；
[0015]圖5示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的示例通信設(shè)備；
[0016]圖6示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的加權(quán)速率和與累積分布函數(shù)的數(shù)據(jù)圖；以及
[0017]圖7示出了根據(jù)本文所述的示例實施例的THP和修改的THP算法的總小區(qū)吞吐量與小區(qū)邊緣平均吞吐量的數(shù)據(jù)圖。

【具體實施方式】
[0018]下文將詳細討論對當前示例實施例及其結(jié)構(gòu)的操作。但應(yīng)了解，本發(fā)明提供了可以在多種具體環(huán)境中實施的許多適用的發(fā)明概念。所論述的具體實施例僅僅說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)以及用于操作本發(fā)明的具體方式，而不應(yīng)限制本發(fā)明的范圍。
[0019]本發(fā)明的一項實施例涉及使用任意預(yù)編碼器進行非線性MU-MMO下行信道預(yù)編碼。例如，在發(fā)射設(shè)備處，發(fā)射設(shè)備選擇一個預(yù)編碼器，其中該預(yù)編碼器是一種任意有效的預(yù)編碼器。發(fā)射設(shè)備還根據(jù)預(yù)編碼器導(dǎo)出前饋濾波器，使用預(yù)編碼器和前饋濾波器準備數(shù)據(jù)，以及傳輸準備的數(shù)據(jù)。再例如，在發(fā)射設(shè)備處，發(fā)射設(shè)備選擇具有多個用戶的對于每層的功率分配的預(yù)編碼器，根據(jù)預(yù)編碼器導(dǎo)出前饋濾波器，使用前饋濾波器調(diào)整對應(yīng)多個用戶的預(yù)編碼傳輸，以及傳輸所調(diào)整的預(yù)編碼傳輸。
[0020]本發(fā)明將結(jié)合特定上下文中的示例實施例來描述，該特定上下文是指支持DLMU-MMO的通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)可以符合標準，例如符合3GPP LTE、WiMAX、IEEE 802.11等標準，或可以不符合標準。
[0021]圖1示出了通信系統(tǒng)100。通信系統(tǒng)100包括基站105?；?05可服務(wù)于一個或多個用戶，例如用戶110至116?；就ǔ＿€可稱為控制器、通信控制器、NodeB、演進型NodeB等等，而用戶通常還可稱為移動電話、移動站、訂戶、終端、用戶設(shè)備等等。盡管理解通信系統(tǒng)可采用能夠與許多用戶通信的多個基站，但是為了簡潔起見，只示出一個基站和四個用戶。
[0022]在DL MU-MIMO中，基站105可向兩個或兩個以上用戶進行傳輸。例如，基站105可使用其發(fā)射天線陣列中的一根或多根第一發(fā)射天線向第一用戶進行傳輸以及使用其發(fā)射天線陣列中的一根或多根第二發(fā)射天線向第二用戶進行傳輸?；?05可利用預(yù)編碼器來調(diào)整它的傳輸和發(fā)射天線陣列。例如，預(yù)編碼器可用來對兩個用戶的傳輸進行波束成形。
[0023]如前所述，非線性預(yù)編碼技術(shù)的性能提升高于線性預(yù)編碼技術(shù)的性能提升。非線性預(yù)編碼技術(shù)的示例包括Tomlinson-Harashima預(yù)編碼(THP)、向量擾動(VP)等等。THP和VP的計算復(fù)雜度比DPC低，因此，這兩個技術(shù)可以是基站(例如基站205)側(cè)預(yù)編碼器設(shè)計的可實施候選。
[0024]在VP中，線性預(yù)編碼器用來傳輸用戶的信號。然而，包含用戶信號的向量在進行線性預(yù)編碼之前被擾亂以最小化瞬時發(fā)射功率。THP可以用公式表示為VP。換言之，在VP以及THP中，擾亂含有用戶信號的向量，然后應(yīng)用有效的線性預(yù)編碼器。THP和VP背后的想法是在保持接收器側(cè)與其沒有采用擾亂的線性對應(yīng)側(cè)(但忽略了接收器側(cè)的模損失)具有相同的信噪比(SIR)水平的同時降低平均發(fā)射功率。
[0025]任意線性預(yù)編碼器可以與VP —起使用，這樣可提供更多的自由來提高性能。然而，計算擾動向量以最小化發(fā)射功率需要球形解碼算法，這是一個NP難題。此外，擾動向量協(xié)方差矩陣的計算可能比較困難。發(fā)射功率歸一化因子的計算需要擾動信號的協(xié)方差矩陣。協(xié)方差矩陣的強制計算涉及對所有可能的用戶信號向量進行球形解碼，然后平均所有可能性，這可能過于復(fù)雜。為了估計發(fā)射功率歸一化因子，已經(jīng)提出在某些間隔內(nèi)平均各種傳輸。然而，通過這種方法估計的功率可能不準確，從而導(dǎo)致性能下降。
[0026]注意的是，在預(yù)編碼和擾動信號協(xié)方差計算方面，THP沒有VP復(fù)雜。然而，THP通常不適合使用任意線性預(yù)編碼器。例如，在迫零(ZF)THP(ZF-THP)中，有效線性預(yù)編碼器的各列上的功率分配是固定且無法優(yōu)化的。
[0027]根據(jù)示例實施例，提出了利用任意預(yù)編碼器的THP算法的變體。作為特例，重點在于具有任意用戶功率分配的迫零THP算法的變體。此外，優(yōu)化用戶功率分配，從而最大化用戶的加權(quán)速率和。還提出了將香農(nóng)容量的高SNR近似用作用戶速率的情況下的閉式功率分配公式。
[0028]本文中使用了以下符號和運算符:粗體大寫字母符號表示矩陣(例如，A)，粗體小寫字母符號表示向量(例如，a);符號diag(A)表示由A的對角元素組成的對角矩陣；[A]u表示A的第i行第j列元素；tr(.)表示矩陣的軌跡，E [.]表示期望值，(.)τ表示轉(zhuǎn)置，(.)η表示共軛轉(zhuǎn)置，以及(.)_Η表示(偽)逆共軛轉(zhuǎn)置。
[0029]圖2示出了通信系統(tǒng)200，其中基站205使用DL MU-MIMO向多個用戶進行傳輸。基站205擁有一個發(fā)射天線陣列，該發(fā)射天線陣列具有N(大于或等于2的整數(shù)值)根發(fā)射天線，例如天線210至213?；?05可使用它的發(fā)射天線陣列向多達K(小于或等于N的整數(shù)值)個用戶(例如用戶215至218)進行傳輸。注意的是，如在這種情況下使用的那樣，一個用戶或多個用戶是指來自基站205的傳輸?shù)膶嶋H預(yù)期接收方，而不是在通信系統(tǒng)200內(nèi)操作的用戶，用戶的數(shù)目可以大于K或N。MU-MIMO信道Hkxn是從基站205到用戶的信道而且認為被基站205所知。此外，uKX1是從單元功率星座中選擇的用戶信號的向量。
[0030]在VP中，發(fā)射信號表示為:
一 X.U/ 1 \
[0031]I I )
= P(u + i)
[0032]其中Pnxk是基于Hkxn計算的預(yù)編碼器矩陣，τ是星座寬度加上兩倍的星座的最小距離，I是最小化瞬時發(fā)射功率I |x| I2的復(fù)整數(shù)向量。擾動向量?采用無限擴展星座中的值。
[0033]i的協(xié)方差矩陣由Κω表不。是預(yù)編碼器P的函數(shù)，而P是MU-MIMO {目道H的函數(shù)。平均發(fā)射功率表示為

【權(quán)利要求】
1.一種用于傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，所述方法包括: 所述發(fā)射設(shè)備選擇預(yù)編碼器，其中所述預(yù)編碼器是一種任意有效的預(yù)編碼器； 所述發(fā)射設(shè)備根據(jù)所述預(yù)編碼器導(dǎo)出前饋濾波器； 所述發(fā)射設(shè)備使用所述預(yù)編碼器和所述前饋濾波器準備所述數(shù)據(jù)；以及 所述發(fā)射設(shè)備傳輸所述準備的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，準備所述數(shù)據(jù)包括: 使用所述預(yù)編碼器對所述數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼；以及 使用所述前饋濾波器調(diào)整所述預(yù)編碼數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，導(dǎo)出所述前饋濾波器包括: 導(dǎo)出所述預(yù)編碼器的逆共軛轉(zhuǎn)置； 分解所述預(yù)編碼器的所述逆共軛轉(zhuǎn)置以產(chǎn)生第一矩陣和第二矩陣；以及 從所述第一矩陣和所述第二矩陣中確定所述前饋濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，分解所述預(yù)編碼器的所述逆共軛轉(zhuǎn)置包括將QR分解應(yīng)用到所述預(yù)編碼器的所述逆共軛轉(zhuǎn)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，分解所述預(yù)編碼器的所述逆共軛轉(zhuǎn)置包括將較低的QR分解應(yīng)用到所述預(yù)編碼器的所述逆共軛轉(zhuǎn)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，導(dǎo)出所述前饋濾波器包括: 分解所述預(yù)編碼器以產(chǎn)生第一矩陣和第二矩陣；以及 從所述第一矩陣和所述第二矩陣中確定所述前饋濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括根據(jù)所述預(yù)編碼器導(dǎo)出反饋濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括確定所述多個用戶的對于每層的功率分配。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，確定所述對于每層的功率分配包括優(yōu)化所述多個用戶的加權(quán)速率和。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括對所述多個用戶排序。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述多個用戶根據(jù)他們的功率分配進行排序。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述多個用戶根據(jù)所述多個用戶的調(diào)度順序進行排序。
13.一種用于傳輸數(shù)據(jù)的方法，其特征在于，所述方法包括: 發(fā)射設(shè)備選擇具有對于多個用戶的每層功率分配的預(yù)編碼器，其中所述預(yù)編碼器是一種任意有效的預(yù)編碼器； 所述發(fā)射設(shè)備根據(jù)所述預(yù)編碼器導(dǎo)出前饋濾波器； 所述發(fā)射設(shè)備使用所述前饋濾波器調(diào)整對應(yīng)所述多個用戶的預(yù)編碼傳輸；以及 所述發(fā)射設(shè)備傳輸所述調(diào)整的預(yù)編碼傳輸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，導(dǎo)出所述前饋濾波器包括: 導(dǎo)出所述預(yù)編碼器的逆共軛轉(zhuǎn)置； 分解所述預(yù)編碼器的所述逆共軛轉(zhuǎn)置以產(chǎn)生第一矩陣和第二矩陣；以及 從所述第一矩陣和所述第二矩陣中確定所述前饋濾波器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，導(dǎo)出所述前饋濾波器包括: 分解所述預(yù)編碼器以產(chǎn)生第一矩陣和第二矩陣；以及 從所述第一矩陣和所述第二矩陣中確定所述前饋濾波器。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，調(diào)整所述預(yù)編碼傳輸包括使用所述前饋濾波器復(fù)用所述預(yù)編碼傳輸。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進一步包括根據(jù)所述每層功率分配對所述多個用戶排序。
18.一種發(fā)射設(shè)備，其特征在于，包括: 處理器，用于選擇預(yù)編碼器以根據(jù)所述預(yù)編碼器導(dǎo)出前饋濾波器，其中所述預(yù)編碼器是一種任意有效的預(yù)編碼器；以及用于使用所述預(yù)編碼器和所述前饋濾波器準備數(shù)據(jù)；以及 可操作地耦合到所述處理器的發(fā)射器，所述發(fā)射器用于傳輸所述準備的數(shù)據(jù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)射設(shè)備，其特征在于，所述處理器用于使用所述預(yù)編碼器對所述數(shù)據(jù)進行預(yù)編碼，以及使用所述前饋濾波器調(diào)整所述預(yù)編碼數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)射設(shè)備，其特征在于，所述處理器用于導(dǎo)出所述預(yù)編碼器的逆共軛轉(zhuǎn)置，分解所述預(yù)編碼器的所述逆共軛轉(zhuǎn)置以產(chǎn)生第一矩陣和第二矩陣，以及從所述第一矩陣和所述第二矩陣中確定所述前饋濾波器。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)射設(shè)備，其特征在于，所述處理器用于將QR分解應(yīng)用到所述預(yù)編碼器的所述逆共軛轉(zhuǎn)置。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)射設(shè)備，其特征在于，所述處理器用于將較低的QR分解應(yīng)用到所述預(yù)編碼器的所述逆共軛轉(zhuǎn)置。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)射設(shè)備，其特征在于，所述處理器用于根據(jù)所述預(yù)編碼器使用非線性預(yù)編碼算法導(dǎo)出反饋濾波器。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)射設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)射設(shè)備向多個用戶進行傳輸，以及所述處理器用于確定對于所述多個用戶的每層功率分配。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)射設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)射設(shè)備向多個用戶進行傳輸，以及所述處理器用于對所述多個用戶排序。
【文檔編號】H04B1/00GK104185954SQ201380015157
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】默罕默德哈迪·巴里, 哈米德雷扎·法曼巴 申請人:華為技術(shù)有限公司