[发明专利]基于Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及无线通信预编码技术领域中的一种基于吉文斯Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法。本发明可用于多用户通信系统中消除用户间干扰，提升用户接收信号的质量与系统的稳定性。

背景技术

预编码技术是指在下行链路基站端向多个用户广播发送信号之前，对混合信号进行预处理，使得用户接收端能轻易地在混合接收信号中分离出有用信号，降低或消除用户间干扰。由于基站端的处理能力远大于用户端，因而预编码技术也释放了用户端的处理压力。

预编码技术通常分为线性预编码与非线性预编码。非线性预编码虽然可以达到理想的信道容量，但过高的复杂度使其很难在实际中应用。在线性预编码方法中，块对角化方法最为常用，它基于迫零思想，通过对信道矩阵进行块对角化处理，将多输入多输出信道等效成多个平行独立的空间子信道，以消除多用户干扰。然而，传统的块对角化方法对每个用户都要进行两次奇异值分解，由于奇异值分解的复杂度较高，导致方法的整体复杂度过高。与此同时，过高的复杂度却没有带来更好的误码性能收益，因此，降低复杂度或误码率就成为预编码技术中研究的关键。

Keke Zu等人在其发表的论文“Generalized Design of Low-Complexity Block Diagonalization Type Precoding Algorithms for Multiuser MIMO Systems”(IEEE Transactions on Communications,VOL.61,NO.10,OCTOBER 2013)中提出了一种基于QR分解与最大似然检测块对角化算法。该方法对每个用户的等效信道矩阵求取伪逆，并对其进行QR分解得到各用户干扰信道矩阵的零空间正交基。根据各用户干扰信道矩阵的零空间正交基，构造每个用户的线性预编码矩阵。但是，该方法仍然存在的不足之处是，在求用户信道矩阵零空间的伪逆时，计算复杂度仍然较高。

电子科技大学在其拥有的专利技术“一种块对角化预编码方法及装置”(申请号：201010622175.8，授权公开号：CN102546088B)中公开了一种基于格拉姆施密特正交化的块对角化预编码方法。该方法根据系统中各用户的下行信道矩阵确定总的用户信道矩阵，并对其共轭转置矩阵进行QR分解，得到正交矩阵和上三角矩阵的乘积。再将总的用户信道矩阵表示为下三角矩阵和正交共轭转置矩阵的乘积，并对所述下三角矩阵进行求逆计算，得到各用户干扰信道矩阵的零空间正交基。根据各用户干扰信道矩阵的零空间正交基，通过基于格拉姆施密特正交化构造每个用户的线性预编码矩阵，利用构造的线性预编码矩阵对各个用户的发射信号进行线性预编码。由于只对总信道矩阵进行分解，该方法进一步降低了预编码的复杂度，提升了编码效率。但是，该方法仍然存在的不足之处是，系统中用户信号的误码率仍然较高，尤其在低信噪比情景下时信号接收质量不佳。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于Givens变换块对角化预编码的干扰消除方法，消除多用户通信系统中用户间干扰，并降低误码率，改善用户接收信号质量，增强系统的稳定性。

实现本发明的思路是：使用基于Givens变换的QR分解代替传统块对角化方法中高复杂度的奇异值分解操作，或代替基于格拉姆施密特正交化的块对角化方法中的格拉姆施密特正交化操作，从而得到正交性更好的正交矩阵，进而获得更精确的用户干扰信道矩阵零空间的标准正交基，得到最终预编码矩阵，消除用户间干扰，同时也降低了多用户多输入多输出系统中的误码率。

实现本发明目的的具体步骤如下：

(1)估计参与预编码的信道矩阵：

(1a)使用信道估计方法，估计所有参与预编码的用户的下行信道矩阵，组成联合用户信道矩阵；

(1b)对联合用户信道矩阵进行共轭转置，得到共轭转置后的联合用户信道矩阵；

(2)对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解：

对共轭转置后的联合用户信道矩阵进行QR分解，得到用于表示联合用户信道矩阵的正交矩阵与上三角矩阵；

(3)求联合用户信道矩阵的伪逆：

(3a)对上三角矩阵共轭转置后求逆，得到求逆后的下三角矩阵；

(3b)将求逆后的下三角矩阵与正交矩阵相乘，得到联合用户信道矩阵的伪逆；

(4)构造预编码矩阵的前半部分：

(4a)将联合用户信道矩阵的上三角矩阵，划分为与用户数目相等的数个子矩阵，将得到的子矩阵作为每个用户的上三角矩阵；