一种下行多用户MIMO传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种下行多用户MIMO传输方法。

背景技术

在LTE R13之前的MU-MIMO中，均通过正交传输的方式来降低用户间的干扰。但是从信息论的角度分析，正交传输实际上是一种次优的传输方式。若能够同时从发射端和接收端进行联合优化设计的话，即使发射机采用非正交传输方式，接收机采用先进的干扰抵消接收机是能够获得比正交传输更优异的性能，甚至能够达到理论上的多用户容量界。进而大大提升系统性能。其中一种实现方式就是采用叠加编码(Superposition Coding)。其基本思想是系统根据不同的目标传输速率，将信道状态量化为不同信道质量的等级，每一个信道量化等级对应于一个确定的目标传输速率。质量好的信道量化等级对应的传输速率较高，质量差的信道量化等级对应的传输速率较低。将两组信号分别按不同的目标速率独立地进行编码和调制映射，然后再将两个输出的星座点进行叠加传输。另一种实现方式是采用脏纸编码(Dirty Paper Coding)。其基本思想是某一个用户在发送自己信号的时候，将其他用户的信号当成已知干扰，通过合适的编码方式可以实现已知干扰信号的预消除，从而达到无干扰传输的目的。

叠加编码虽然也能够达到多用户容量界，但是强烈依赖于接收机的处理。即对于信道条件较好的强用户来说，需要首先检测出信道条件差的用户的数据，将其从接收信号中去除之后再对自身信号进行检测。对于下行链路来说将会增加用户的接收机复杂度。但是对于脏纸编码来说，只要发射机采用合适的编码方式和处理算法，不需要接收机做任何额外的处理，直接采用简单的单用户接收机就能够达到多用户容量界。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种下行多用户MIMO传输方法，对用户1和用户2的待发送数据，eNB在层映射之后、预编码之前还进行预干扰消除处理：对用户1的待发送数据进行预干扰消除，将发送给用户2的信号视为已知干扰。

进一步地，所述用户1的预编码矩阵W₁包含用户2的预编码矩阵W₂。

进一步地，所述包含具体为：

当用户1和用户2的传输层数相同时，W₁＝W₂；

当用户2的传输层数小于用户1的传输层数时，W₂为W₁的某一列或某几列。

进一步地，还包括：

当两用户的传输层数相同时，则采用完全一样的预编码矩阵，即W₁＝W₂；

当用户1为2层传输时，用户2可以为1层传输或2层传输，若W₁＝[w₁,w₂]，则W₂＝w₁、W₂＝w₂或W₁＝W₂；

当用户1为3层传输时，用户2可以为1层传输、2层传输或3层传输，若W₁＝[w₁,w₂,w₂]，则W₂＝w₁、W₂＝w₂、W₂＝w₃、W₂＝[w₁,w₂]、W₂＝[w₁,w₃]、W₂＝[w₂,w₃]或W₁＝W₂；

当用户1为4层传输时，用户2可以为1层传输、2层传输、3层传输或4层传输，若W₁＝[w₁,w₂,w₃,w₄]，则W₂＝w₁、W₂＝w₂、W₂＝w₃、W₂＝w₄、W₂＝[w₁,w₂]、W₂＝[w₁,w₃]、W₂＝[w₁,w₄]、W₂＝[w₂,w₃]、W₂＝[w₂,w₄]、W₂＝[w₃,w₄]、W₂＝[w₁,w₂,w₃]、W₂＝[w₁,w₂,w₄]、W₂＝[w₁,w₃,w₄]、W₂＝[w₂,w₃,w₄]、W₂＝[w₁,w₂,w₃]或W₁＝W₂。

进一步地，所述预干扰消除按如下公式进行：

x₁＝u₁-αu₂，

其中，u₁为用户1层映射之后的调制符号；u₂为用户2层映射之后的调制符号，u₁和u₂位于相同的空间层；α为接收端的均衡因子；表示小于等于a的最大整数；的取值与调制方式有关，具体如下：

进一步地，还包括：eNB通过合适的方式获取接收端的均衡因子α用于所述预编码。

进一步地，所述合适的方式包括：

对TDD系统，通过获取的上行信道矩阵利用MMSE或ZF准则计算得出；

对FDD系统，通过反馈获取。

进一步地，还包括：

对于用户1，将经过预干扰处理的信号经过预编码、RE映射，生成OFDM符号并发射；

对于用户2，直接将层映射之后的信号经过预编码、RE映射，生成OFDM符号并发射。

进一步地，对于基于码本的闭环的两用户传输，所述用户1为近用户，用户2为远用户。

进一步地，对于采用Larger CDD的两用户传输，两用户采用相同的预编码矩阵W。

本发明给出了一种适用于下行链路的多用户MIMO传输方式，采用该方案只需要在基站端进行合适的编码，而不需要接收机进行额外的操作就能够达到多用户容量界。

附图说明

图1为实施例1的预干扰消除处理流程图；

图2为实施例2预干扰消除在LTE中的应用过程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一个实施例提出一种下行多用户MIMO传输方法，对用户1和用户2的待发送数据，eNB在层映射之后、预编码之前还进行预干扰消除处理：对用户1的待发送数据进行预干扰消除，将发送给用户2的信号视为已知干扰。

在一个可选实施例中，用户1的预编码矩阵W₁包含用户2的预编码矩阵W₂。

在一个可选实施例中，所述包含具体为：

当用户1和用户2的传输层数相同时，W₁＝W₂；

当用户2的传输层数小于用户1的传输层数时，W₂为W₁的某一列或某几列。

在一个可选实施例中，还包括：

当两用户的传输层数相同时，则采用完全一样的预编码矩阵，即W₁＝W₂；

当用户1为2层传输时，用户2可以为1层传输或2层传输，若W₁＝[w₁,w₂]，则W₂＝w₁、W₂＝w₂或W₁＝W₂；

当用户1为3层传输时，用户2可以为1层传输、2层传输或3层传输，若W₁＝[w₁,w₂,w₂]，则W₂＝w₁、W₂＝w₂、W₂＝w₃、W₂＝[w₁,w₂]、W₂＝[w₁,w₃]、W₂＝[w₂,w₃]或W₁＝W₂；

当用户1为4层传输时，用户2可以为1层传输、2层传输、3层传输或4层传输，若W₁＝[w₁,w₂,w₃,w₄]，则W₂＝w₁、W₂＝w₂、W₂＝w₃、W₂＝w₄、W₂＝[w₁,w₂]、W₂＝[w₁,w₃]、W₂＝[w₁,w₄]、W₂＝[w₂,w₃]、W₂＝[w₂,w₄]、W₂＝[w₃,w₄]、W₂＝[w₁,w₂,w₃]、W₂＝[w₁,w₂,w₄]、W₂＝[w₁,w₃,w₄]、W₂＝[w₂,w₃,w₄]、W₂＝[w₁,w₂,w₃]或W₁＝W₂。

在一个可选实施例中，所述预干扰消除按如下公式进行：

x₁＝u₁-αu₂；

其中，u₁为用户1层映射之后的调制符号；u₂为用户2层映射之后的调制符号，u₁和u₂位于相同的空间层；α为接收端的均衡因子；表示小于等于a的最大整数；的取值与调制方式有关，具体如下：

在一个可选实施例中，还包括：eNB通过合适的方式获取接收端的均衡因子α用于所述预编码。

在一个可选实施例中，所述合适的方式包括：

对TDD系统，通过获取的上行信道矩阵利用MMSE或ZF准则计算得出；

对FDD系统，通过反馈获取。

在一个可选实施例中，还包括：

对于用户1，将经过预干扰处理的信号经过预编码、RE映射，生成OFDM符号并发射；

对于用户2，直接将层映射之后的信号经过预编码、RE映射，生成OFDM符号并发射。

在一个可选实施例中，对于基于码本的闭环的两用户传输，所述用户1为近用户，用户2为远用户。

在一个可选实施例中，对于采用Larger CDD的两用户传输，两用户采用相同的预编码矩阵W。

本发明给出了一种适用于下行链路的多用户MIMO传输方式，采用该方案只需要在基站端进行合适的编码，而不需要接收机进行额外的操作就能够达到多用户容量界。

实施例1：

假设经过层映射之后，在某一层上发送给用户1和用户2的经过调制之后的数据分别为u₁和u₂，用户1和用户2的预编码矩阵分别为W₁和W₂。eNB侧对用户1实施如图1所示的预干扰消除过程，并将发送给用户2的信号视为已知干扰。用户1的预编码W₁包含用户2的预编码W₂，即：当两用户的传输层数一定时要求W₁＝W₂，当用户2的传输层数小于用户1的传输层数时，W₂为W₁的某一列或某几列。

假设eNB对发送给用户1和用户2的信号在某一层进行叠加传输，调制之后的待传输数据分别为u₁和u₂。

对于用户1，假设用户1在接收检测信号u₁时进行了因子为α的均衡处理，eNB通过合适的方式获取接收端的均衡因子α。

在进行预编码之前做如下的干扰预消除：

x₁＝u₁-αu₂，

式中，表示取小于等于a的最大整数。的取值与用户1的调制方式有关，具体取值如表1所示。对与干扰消除之后的数据进行预编码、RE映射，生成OFDM符号并发射。

表1取值与调制星座对照表

对于用户2，直接将层映射之后的信号x₂＝u₂经过预编码、RE映射，生成OFDM符号并发射。

为了保证对用户1的无干扰传输，用户2的预编码矩阵为用户1的预编码的一部分。

实施例2：基于码本的闭环的两用户传输

图2中给出了上述的预干扰消除干扰技术在LTE中的应用过程。预干扰消除技术位于层映射和预编码之间。由于只对用户1进行了预干扰消除，故该方法只实现一个用户的完全无干扰传输。对于用户2来说，用户1的信号就表现为高斯噪声。为了保证系统的性能，一般选择一个近用户和一个远用户进行MU传输，并对近用户实施预干扰消除，对远用户来说，近用户就将发送给用户1的信号视为高斯噪声。

实施例3：采用Larger CDD的两用户传输

目前的LTE中单用户的Larger CDD方案中支持2、3、4层的信号传输。不同层传输对应的U矩阵和D矩阵都是固定的，W矩阵可以从预编码矩阵中进行选择。此时为了实现某一个用户的无干扰传输，两用户采用相同的预编码矩阵W。

通过上述实施例可以看出，为了保证用户1的无干扰传输，在信号叠加层两用户采用相同的预编码，用户2的层数小于用户1并且用户1的预编码包含用户2的预编码。当两用户的传输层数相同时，则采用完全一样的预编码矩阵，即W₁＝W₂。当用户1为两层传输，用户2可以为1层传输或2层传输，若W₁＝[w₁,w₂]，则W₂＝w₁、W₂＝w₂或W₁＝W₂；当用户1为3层传输，用户2可以为1层传输、2层传输或3层传输，若W₁＝[w₁,w₂,w₂]，则W₂＝w₁、W₂＝w₂、W₂＝w₃、W₂＝[w₁,w₂]、W₂＝[w₁,w₃]、W₂＝[w₂,w₃]或W₁＝W₂；当用户1为4层传输时，用户2可以为1层传输、2层传输、3层传输或4层传输，若W₁＝[w₁,w₂,w₃,w₄]，则W₂＝w₁、W₂＝w₂、W₂＝w₃、W₂＝w₄、W₂＝[w₁,w₂]、W₂＝[w₁,w₃]、W₂＝[w₁,w₄]、W₂＝[w₂,w₃]、W₂＝[w₂,w₄]、W₂＝[w₃,w₄]、W₂＝[w₁,w₂,w₃]、W₂＝[w₁,w₂,w₄]、W₂＝[w₁,w₃,w₄]、W₂＝[w₂,w₃,w₄]、W₂＝[w₁,w₂,w₃]或W₁＝W₂。

预消除过程中的取模运算一方面实现了用户1的星座扩展，同时也保证了必要的功率约束。另外，eNB通过某种方式获取用户1的均衡因子α用于预编码：对于TDD系统，可以利用上下行的互易性，通过获取的上行信道矩阵利用MMSE或ZF等准则计算得到；对于FDD系统则可以通过反馈获取。

本发明通过简单的预干扰消除方法实现了两用户的同时传输，实现了一个用户的完全无干扰传输，并且用户端的接收机不需要做任何修改，可以直接采用单用户接收机进行译码。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。