专利摘要

本发明公开了用户具有双天线的大规模天线系统的解码方法：一.信道模型；二.对输入信号矩阵X进行设计；三.信道估计；四.对输入信号矩阵X进行解码：在系统的接收端接收到的信号表示为：用估计出的信道对每一个用户发送序列进行解码：第1步：令其中第2步：令则是4LK维的列向量；第3步：用以下式子求得本小区内第k个用户的第i个信息符号的估计；。

权利要求

1.用户具有双天线的大规模天线系统的解码方法，其按如下步骤进行：

一.信道模型

假定系统有L个小区且每个小区基站配有M根天线，每个小区有K个用户，每个用户配有两根天线且小区之间存在同频干扰；第k个用户的发送信号表示成2×2矩阵X_k，该基站接收到的信号表示成M×2的接收信号矩阵Y；ρ为信噪比,H_lk是维数为M×2第l个小区第k个用户到第1个基站的信道，W表示随机噪声,假设W中的每个分量均是服从零均值，方差为1的复高斯随机分布，且元素间是相互独立的；假定第l个小区的第k个用户先发送长度为2×2的训练序列Φ_lk，令

Φ_l表示第l个小区发送的训练序列矩阵，则系统发送的训练序列矩阵Φ＝[Φ₁^t Φ₂^t… Φ_L^t]^t，上标t表示向量或矩阵的转置；第l个小区的第k个用户发送长度为T＝2的信息序列，形成输入信号矩阵X_lk；

记X_l＝[X_l1^t X_l2^t … X_lK^t]^t， 这样第1个基站中与Φ和X对应的接收信号分别为：

其中，H＝[H₁ H₂ … H_l … H_L]，H_l＝[H_l1 H_l2 … H_lk … H_lK]，

B＝diag[B₁ B₂ … B_l … B_L]，B_l＝diag[B_l1 B_l2 … B_lk … B_lK]，B_lk＝diag[β_lk β_lk]为2×2的对角矩阵，β_lk表示第l个小区第k个用户到第1个基站接受天线的大尺度衰弱因子；W₀、W₁表示高斯白噪声；

二.对输入信号矩阵X进行设计

第1步：构造信号矩阵；

假设第l个小区第k个用户发送的信息序列为X_lk，均采用以下形式，即

其中,x_lk1、x_lk2、x_lk3、x_lk4是第个小区第k个用户发送的符号序列，均独立地取自某一个QAM；j是虚数单位；a、b、c、d是待定参数；

第2步：参数a、b、c、d的选取准则：

其中a、c为复数，b、d为实数；

第3步：则输入信号矩阵X可以表示为: 其中，X_l＝[X_l1^t X_l2^t … X_lK^t]^t

三.信道估计

根据发送的训练矩阵Φ和相应的接收信号Y₀，估计信道H，得到信道的估计值

其中， 为M×2KL的矩阵；

令 其中 为M×2K的矩阵； 表示对第l个小区第k个用户的信道估计； 分别表示对第l个小区第k个用户的信道估计 的第一列和第二列；

四.对输入信号矩阵X进行解码

在系统的接收端接收到的信号表示为

也能表示为如下形式：

其中，vec(Y)表示把矩阵Y的每一列竖叠而成的向量；对其进行进一步整理得

式中， 为第l个小区第k个用户所发送的四个信息符号序列；式中h_lk1、h_lk2分别表示第l个小区第k个用户信道矩阵的第一列和第二列，(x_i1 x_i2 x_i3 x_i4)^t表示第i个用户发送的信息序列；矩阵 矩阵

下面用估计出的信道 对每一个用户发送序列进行解码：

第1步：令 其中

第2步：令

则 是4LK维的列向量；

第3步：用以下式子求得本小区内第k个用户的第i个信息符号的估计，k＝1,2,…K,i＝1,2,3,4；

其中， 为向量 中第4k+i个分量。

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及无线通信大规模天线技术领域，具体是针对用户具有双天线的一种解码方法应用于大规模天线系统。

背景技术

多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线通信系统在当今通信领域已得到广泛应用，它能提供改善频谱效率和无线链路传输性能的巨大潜力。一般来说，每个用户与基站(BS)之间的信道需要正交，这就使得他们之间的通信需处在不同时频资源上，从信息论的观点上看显然不是最佳的。如果不同用户与基站之间的通信能在同一时频资源上进行，就可以得到更高的频谱使用率，但这需要复杂的解码技术来消除用户间干扰。MU-MIMO技术在实际的蜂窝通信系统中不仅会受到小区内用户间干扰，位于小区边缘的用户还会受到来自邻小区的小区间干扰。

发明内容

本发明针对现有大规模天线系统及其解码方法的不足，提出了一种用户具有双天线的大规模天线系统的解码方法。

本发明采取以下技术方案：

用户具有双天线的大规模天线系统的解码方法，其按如下步骤进行：

一.信道模型

假定系统有L个小区且每个小区基站配有M根天线，每个小区有K个用户，每个用户配有两根天线且小区之间存在同频干扰。第k个用户的发送信号可表示成2×2矩阵X_k，该基站接收到的信号可表示成M×2的接收信号矩阵Y。ρ为信噪比,H_lk是维数为M×2第l个小区第k个用户到第1个基站的信道，W表示随机噪声,假设W中的每个分量均是服从零均值，方差为1的复高斯随机分布，且元素间是相互独立的。假定第l个小区的第k个用户先发送长度为2×2的训练序列Φ_lk，令

Φ_l表示第l个小区发送的训练序列矩阵，则系统发送的训练序列矩阵 上标t表示向量或矩阵的转置(以下同)。第l个小区的第k个用户发送长度为T＝2的信息序列，形成输入信号矩阵X_lk。

记 这样第1个基站中与Φ和X对应的接收信号分别为：

其中，H＝[H₁H₂…H_l…H_L]，H_l＝[H_l1H_l2…H_lk…H_lK]，

B＝diag[B₁B₂…B_l…B_L]，B_l＝diag[B_l1B_l2…B_lk…B_lK]，B_lk＝diag[β_lkβ_lk]为2×2的对角矩阵，β_lk表示第l个小区第k个用户到第1个基站接受天线的大尺度衰弱因子。在本发明中，W₀、W₁表示高斯白噪声。

本发明基于Y₀用MMSE估计信道信息H基础上，提出一种对输入信号矩阵X的设计和解码的方法。具体如下所述：

二.对输入信号矩阵X进行设计

第1步：构造信号矩阵。假设第l个小区第k个用户发送的信息序列为X_lk，均采用以下形式，即

其中,x_lk1、x_lk2、x_lk3、x_lk4是第l个小区第k个用户发送的符号序列，均独立地取自某一个QAM(正交幅度调制信号)。j是虚数单位。a、b、c、d是待定参数。

第2步：参数a、b、c、d的选取准则：

其中a、c为复数，b、d为实数。

第3步：则输入信号矩阵X可以表示为: 其中

三.信道估计

根据发送的训练矩阵Φ和相应的接收信号Y₀，用MMSE估计方法估计信道H，得到信道的估计值

其中， 为M×2KL的矩阵。

令 其中 为M×2K的矩阵。 表示对第l个小区第k个用户的信道估计。 分别表示对第l个小区第k个用户的信道估计 的第一列和第二列。

四.对输入信号矩阵X进行解码

在系统的接收端接收到的信号可以表示为

也可以表示为如下形式：

其中，vec(Y)表示把矩阵Y的每一列竖叠而成的向量。对其进行进一步整理得

式中， 为第l个小区第k个用户所发送的四个信息符号序列。式中h_lk1、h_lk2分别表示第l个小区第k个用户信道矩阵的第一列和第二列，(x_i1x_i2x_i3x_i4)^t表示第i个用户发送的信息序列。矩阵 矩阵

下面用估计出的信道 对每一个用户发送序列进行解码，采用MMSE检测算法对其进行解码，其过程如下：

第1步：令 其中

第2步：令

则 是4LK维的列向量。

第3步：用以下方法求得本小区内第k个用户的第i个信息符号的估计(k＝1,2,…K,i＝1,2,3,4)。

其中， 为向量 中第4k+i个分量。

本发明用户具有双天线的大规模天线系统的解码方法受小区内用户间及邻小区的小区间的干扰小。

附图说明

图1是实施例1的性能分析图。

具体实施方式

下面对本发明优选实施例作详细说明。

实施例1

假设系统有3个小区，每个小区有一个基站和3个双天线用户，每个基站装有128根天线。下面以第一个小区为例。

第1步：令训练矩阵 l＝1,2,3代表每个小区向第一个小区基站发送的训练序列。B＝diag[B₁B₂B₃]，B_l＝diag[B_l1B_l2B_l3]，B_lk＝diag[β_lkβ_lk]为2×2的对角矩阵，β_lk表示第l个小区第k个用户到第1个基站接受天线的大尺度衰弱因子，0-1之间随机产生。则可得发送训练序列接收到的信号为

第2步：对信道进行估计。根据发送的训练矩阵Φ和相应的接收信号Y₀，用MMSE估计方法估计信道H，得到信道的估计值

其中， 为128×18的矩阵。令 其中 为128×6的矩阵。 表示对第l个小区第k个用户的信道估计。 分别表示对第l个小区第k个用户的信道估计 的第一列和第二列。l＝1,2,3；k＝1,2,3。

第3步：根据估计出的信道 对用户输入的数据进行解码。下面以解第一个小区的用户信息为例。输入信号采用黄金码的编码形式。即每个用户在发送端发送的信息矩阵 其中x₁，x₂，x₃，x₄为用户所发送的四个信息符号。

在系统的接收端接收到的信号可以表示为

对其进行进一步整理得

在(3)式中 为第l个小区第k个用户所发送的四个信息符号序列。式中h_lk1、h_lk2分别表示第l个小区第k个用户信道矩阵的第一列和第二列，(x_i1 x_i2 x_i3 x_i4)^t表示第i个用户发送的信息序列。矩阵 矩阵 其中1≤l≤3,1≤k≤3。第1步：根据上面化解整理后信道矩阵 求得满足MMSE准则的线性算子为 其中

第2步：令

则 是36维的列向量。

第3步：用以下方法求得本小区内第k个用户的第i个信息符号的估计(k＝1,2,3,i＝1,2,3,4)。

其中 为向量 中第4k+i个分量。

通过仿真，得到该解码方法的性能分析如图1所示。

下面介绍该设计方法的理论依据：

在系统的接收端接收到的信号可以表示为

也可表示为如下形式：

对其进行进一步整理得

式中 为第l个小区第k个用户所发送的四个信息符号序列。式中，h_lk1、h_lk2分别表示第l个小区第k个用户信道矩阵的第一列和第二列，(x_i1 x_i2 x_i3 x_i4)^t表示第i个用户发送的信息序列。矩阵 矩阵

变化后信道矩阵中的向量 是渐近正交性的论证,即要证明 这里P表示概率意义上成立。

式中

而

当M→∞,1≤i≠j≤L,1≤p≠q≤K,(6)式中h_ip1和h_jq1、h_jq2相互正交，h_ip2也和h_jq1、h_jq2相互正交，所以

当M→∞，1≤i＝j≤L,1≤p＝q≤K，(6)式中h_ip1、h_ip2相互正交，h_ip1、h_ip2中的每个元素服从复高斯正态分布，所以

那么

由于所选取的a、b、c、d满足： 其中a、c为复数，b、d为实数。所以 其中I₄表示4阶的单位阵。

进一步可知，当M→∞时， 所以变形后的信道满足渐近正交性，即当接收天线数M→∞，信道的每一列相互正交。对于一个给定的小区i用户j(1≤j≤K,1≤i≤L)，要从等式(2)中解出其发送的信号X_ij，其他的传送信号X_lk(1≤k≠j≤K,1≤l≠i≤L)均涉及在内，因而这些信号就成为解码过程中的干扰，通常的情况是将这些干扰当作噪声来处理(因为当接收天线数很大时，信道矩阵H中的向量是相互正交的)。

本领域的普通技术人员应当认识到，以上实例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化，变形都将落在本发明的保护范围。

用户具有双天线的大规模天线系统的解码方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。