一種針對(duì)miso下行廣播信道的傳輸機(jī)制及預(yù)編碼方法
【專利說明】一種針對(duì)MISO下行廣播信道的傳輸機(jī)制及預(yù)編碼方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一般通信領(lǐng)域，尤其涉及一種針對(duì)MISO下行廣播信道的傳輸機(jī)制及 預(yù)編碼方法，適用于無線通信系統(tǒng)中由一個(gè)配有多根天線的基站針對(duì)多個(gè)單天線用戶的下 行傳輸場(chǎng)景。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 近年來，MMO技術(shù)作為一種可以提供更高頻譜效率和更高鏈路容量的具有競(jìng)爭(zhēng)力 的技術(shù)而被廣泛研宄，而多用戶MIMO則通過利用空分多址技術(shù)或多用戶分集實(shí)現(xiàn)更高的 信道容量。
[0003] 在MMO技術(shù)中，下行鏈路的預(yù)編碼設(shè)計(jì)意義重大。通常，發(fā)射機(jī)預(yù)處理用戶間 干擾是建立在獲知下行鏈路信道狀態(tài)信息（CSI)的基礎(chǔ)上的，而在廣泛應(yīng)用的頻分雙工 (FDD)系統(tǒng)中，發(fā)射端所獲得的信道狀態(tài)信息（CSIT)是由接收端進(jìn)行估計(jì)并反饋給發(fā)射端 的，這意味著系統(tǒng)需要建立從移動(dòng)終端到基站的反饋鏈路來承載反饋回基站的信道狀態(tài)信 息。由于估計(jì)誤差、反饋延時(shí)、量化誤差等因素的存在，發(fā)射端所獲取的CSI與當(dāng)前信道的 實(shí)際CSI之間存在誤差，這將導(dǎo)致干擾的殘留和系統(tǒng)性能下降。而一種極端的情況則是當(dāng) 反饋延時(shí)大于信道相關(guān)時(shí)間時(shí)，發(fā)射端獲取的CSI與實(shí)際CSI完全不相關(guān)，這種情況常見于 在高頻環(huán)境運(yùn)作的系統(tǒng)（如毫米波系統(tǒng)）或是移動(dòng)性高而導(dǎo)致系統(tǒng)相關(guān)時(shí)間很小的系統(tǒng)。
[0004] 在這種情況下，基于瞬時(shí)CSI的預(yù)編碼方案不再適用。而Maddah-Ali and Tse則 針對(duì)這種情況提出了利用過時(shí)CSI的時(shí)隙化的傳輸機(jī)制（稱為MAT)[1]，這種傳輸機(jī)制的場(chǎng) 景是一個(gè)基站服務(wù)多個(gè)用戶的MMO廣播信道，基站可獲得完全過時(shí)的CSIT，即基站所接收 到的反饋回來的CSI與當(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)際CSI完全不相關(guān)。文獻(xiàn)[1]證明了這種傳輸機(jī)制可 實(shí)現(xiàn)總的自由度大于1。在MAT的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[2][3]分別進(jìn)行了預(yù)編碼設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng) 性能進(jìn)一步提升。然而，以二用戶場(chǎng)景（共需3個(gè)時(shí)隙）為例，文獻(xiàn)[2]只針對(duì)前兩個(gè)時(shí)隙 利用統(tǒng)計(jì)CSI進(jìn)行預(yù)編碼，第三個(gè)時(shí)隙不作處理；而文獻(xiàn)[3]則只針對(duì)第三個(gè)時(shí)隙利用過時(shí) CSI進(jìn)行預(yù)編碼。
[0005] 參考文獻(xiàn)
[0006] [1]M. A. Maddah-Ali and D. N. C. Tse，"Completely stale transmitter channel state information is still very useful''，IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 58, no. 7, pp.4418-4432, July 2012.
[0007] [2]Jue Wang,Michail Matthaiou,Shi Jin and Xiqi Gao/^Precoder Design for Multiuser MISO Systems Exploiting Statistical and Outdated CSIT"， IEEE Trans. Commun.，vol. 61，no. 11，pp. 4551，Nov 2013
[0008] [3]X. Yi and D. Gesbert/^Precoding methods for the MISO broadcast channel with delayed CSIT''，IEEE Trans. Wireless Commun.，vol. 12, no. 5, pp. 111，May 2013. 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)MISO下行廣播信道的傳輸機(jī)制及預(yù)編碼方法， 在文獻(xiàn)[2] [3]的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能，對(duì)3個(gè)時(shí)隙進(jìn)行整體分析，結(jié)合統(tǒng)計(jì)CSI和 過時(shí)CSI，以優(yōu)化系統(tǒng)總的平均互信息。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0011] -種針對(duì)MISO下行廣播信道的傳輸機(jī)制及預(yù)編碼方法，基于MISO系統(tǒng)，所述MISO 系統(tǒng)包括一個(gè)基站BS和N個(gè)用戶，基站BS配有N t根天線，每個(gè)用戶各配有一根天線；將N 個(gè)用戶兩兩一組，每次一組循環(huán)發(fā)送，每組發(fā)送時(shí)包括以下步驟：
[0012] 1)、階段1:
[0013] 時(shí)隙1 :基站BS發(fā)送A用戶波束賦形后的信號(hào)向量：
[0014] x(1)=WaSa (2)
[0015] 時(shí)隙2 :基站BS發(fā)送B用戶波束賦形后的信號(hào)向量：
[0016] X (2) =WbSb (3)
[0017] 2)、階段 2:
[0018] 時(shí)隙3 :基站BS對(duì)時(shí)隙1和時(shí)隙2發(fā)送的信號(hào)X(I)和X (2)進(jìn)行波束賦形，得到 X(3)并發(fā)送，其中：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種針對(duì)MISO下行廣播信道的傳輸機(jī)制及預(yù)編碼方法，其特征在于，基于MISO系 統(tǒng)，所述MIS0系統(tǒng)包括一個(gè)基站BS和N個(gè)用戶，基站BS配有Nt根天線，每個(gè)用戶各配有 一根天線；將N個(gè)用戶兩兩一組，每次一組循環(huán)發(fā)送，每組發(fā)送時(shí)包括以下步驟： 1) 、階段1: 時(shí)隙1 :基站BS發(fā)送A用戶波束賦形后的信號(hào)向量： x(l) =ffAsA(2) 時(shí)隙2 :基站BS發(fā)送B用戶波束賦形后的信號(hào)向量： x (2) = ffBsB (3) 2) 、階段2: 時(shí)隙3 :基站BS對(duì)時(shí)隙1和時(shí)隙2發(fā)送的信號(hào)x (1)和x (2)進(jìn)行波束賦形，得到x (3)并發(fā)送，其中：
x(j)為第j個(gè)時(shí)隙BS發(fā)送的信號(hào)向量，j= 1、2、3 ;S￡eC2xl為基站BS發(fā)向用戶i(i=A，B)的符號(hào)向量，滿足
為第1、2個(gè)時(shí)隙用戶i的預(yù)編碼矩陣，其 中，WA= [WiOJ〗)]，
，~為order-2信號(hào)， 滿足下述形式：
為第三時(shí)隙用戶i的預(yù)編碼向量，其中I|wi(3) | |2= 1，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)MISO下行廣播信道的傳輸機(jī)制及預(yù)編碼方法，其特 征在于，用戶A和用戶B在三個(gè)時(shí)隙接收到的信號(hào)向量表示如下：
其中yi= [y i(1)yi(2) yi (3)]T為用戶i在3個(gè)時(shí)隙中接收到的信號(hào)向量，
為零均值，單位方差的復(fù)高斯向量，
P為每個(gè)時(shí)隙總的傳輸功率；則 用戶A的有效信號(hào)和干擾信號(hào)對(duì)應(yīng)的等效信道矩陣分別為：
用戶B的干擾信號(hào)和有效信號(hào)對(duì)應(yīng)的等效信道矩陣分別為：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)MISO下行廣播信道的傳輸機(jī)制及預(yù)編碼方法，其特 征在于，WJPwi(3)通過以下方法計(jì)算得到： 4、 最大化式（14)得出^和'的初值^[0]和1[0]:
b)、記k為迭代次數(shù)，Wi[k]和Wi⑶[k]為其第k次迭代的值；初始化k= 0,然后重復(fù) 步驟⑴至（3): ⑴將1&-1]和WB[k-l]分別代入式（15) (16)，則式（15) (16)化為瑞利熵形式，解 出K⑶[k];
(2) 將wj3)[k]代入式（15) (16)，用梯度下降法解出WA[k] *WB[k]; (3) k=k+1 ； 直至IIWiM-Wjk-1]II<s且I|Wi(3) [k]-Wi(3) [k-1]II<e結(jié)束，得到化和~⑶。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)MISO下行廣播信道的傳輸機(jī)制及預(yù)編碼方法，其特 征在于，從最大化總的平均互信息的角度來設(shè)計(jì)預(yù)編碼矩陣和預(yù)編碼向量。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種針對(duì)MISO下行廣播信道的傳輸機(jī)制及預(yù)編碼方法，基于MISO系統(tǒng)，包括一個(gè)基站BS和N個(gè)用戶，基站BS配有Nt根天線，每個(gè)用戶各配有一根天線；將N個(gè)用戶兩兩一組，每次一組循環(huán)發(fā)送，每組發(fā)送時(shí)包括：時(shí)隙1：基站發(fā)送A用戶波束賦形后的信號(hào)向量；時(shí)隙2：基站發(fā)送B用戶波束賦形后的信號(hào)向量；時(shí)隙3：基站對(duì)時(shí)隙1和時(shí)隙2發(fā)送的信號(hào)x(1)和x(2)進(jìn)行波束賦形，得到x(3)并發(fā)送；本發(fā)明通過最大化總的平均互信息同時(shí)對(duì)三個(gè)時(shí)隙進(jìn)行預(yù)編碼設(shè)計(jì)，并提出了解決該優(yōu)化問題的迭代算法；仿真數(shù)據(jù)顯示，本發(fā)明提出的預(yù)編碼方法可有效提升系統(tǒng)傳輸速率。同時(shí)，本發(fā)明提出的方法可擴(kuò)展至多用戶情況并進(jìn)一步提升性能。
【IPC分類】H04L1-00
【公開號(hào)】CN104780021
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510151510
【發(fā)明人】徐靜, 何蕊馨, 羅新民, 張亞
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月1日