专利名称：：一种多用户多输入多输出系统的数据发送方法及装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及移动通信
技术领域：
，尤其涉及一种多用户MIMO系统的数据发送技术。
背景技术：
：多用户MIMO(MultipleInputMultipleOutput,多输入多输出)技术是在单用户MIMO技术的基础上发展而来的，与单用户MIMO技术不同的是，多用户MIMO技术中信道可以被多个用户共享，发射端同时和多个用户进行通信，并且对各用户的天线数目没有要求。多用户MIMO技术充分利用了空间自由度，使得系统能支持的用户数量增加，从而有效提高了系统容量和频谱利用率。多用户MIMO技术具有广阔的应用前景，将成为B3G(BeyondThirdGenerationMobileCommunication,超三^i移动通4言)系统以及4G(The4thGenerationMobileCommunication,第四代移动通信)系统的关键技术之一。B3G系统以及4G系统在高速率数据传输的同时，对可靠性的要求也显著提高，尤其是在恶劣的自然环境下也要求满足较高可靠性。在这种背景下，混合自动重传请求(HybridAutomaticRepeatR叫uest，HARQ)技术已成为提高可靠性的关键技术之一。HARQ技术基于自动重传请求(AutomaticRepeatRequest,ARQ)4支术和前向纠4晉(ForwardErrorCorrection,FEC)4支术，同时具备纠错和4全4晉功能。如果接收端通过循环冗余才全测(CyclicRedundancyCheck,CRC)4全验出数据传输出错，则请求对该数据进行重传，进而提高该数据被正确接收的可靠性。随着MIMO技术的飞速发展，将HARQ技术应用于MIMO系统已经是一种必然趋势，MIMO技术的引入也给HARQ技术带来了可利用的空间自由度。目前对于MIMO-HARQ技术的研究主要集中在利用MIMO技术的多天线特性设计重传策略和重传数据的处理方式，从而最大限度地提高系统的可靠性和吞吐量，使系统获得最优的整体性能。如图l所示，现有MIMO-HARQ系统中，如果接收端检验出数据传输出错，将通过反馈信息请求发射端对该数据进行重传。发射端采取的重传策略是对上一次发射的所有数据进行重传；同时为了保证系统的可靠性，发射端需对重传数据进行一定的处理，在对数据进行第k次重传时，发射端将根据信道信息和前k-l次重传的情况确定本次重传采用的预编码矩阵R。因为每次的重传数据相同，可以在接收端通过检测判决对接收信号进行联合处理，提高正确译码的概率。多用户MIMO系统中，接收端为相互独立的多个用户，发射端同时和该多个用户进行通信，每次向该多个用户同时发送数据。可见，按照现有MIMO-HARQ系统的重传策略和重传数据的处理方式，每次对所有数据进行重传，显然会降4氐多用户MIMO系统的吞吐量；同时，由于各用户间无法对凄t据进行协同处理，所以在接收端也无法通过对接收信号进行联合处理以消除用户间干扰，从而降低了多用户MIMO系统的可靠性。
发明内容本发明提供一种多用户多输入多输出系统的数据发送方法及装置，用以提高系统的吞吐量和可靠性，减少传输时延。本发明提供一种多用户多输入多输出系统的数据发送方法，包括根据至少两个用户的数据传输相关信息，确定对所述至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序，并按照所述处理顺序排列各组待发送数据；将按照所述处理顺序排列的各组待发送数据分别进行信道编码和调制，并进行消除用户间干扰的预处理后发送。本发明提供一种多用户多输入多输出系统的数据发送装置，包括控制模块用于根据至少两个用户的数据传输相关信息，确定对所述至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序；置换模块用于按照所述处理顺序排列各组待发送数据；处理发送模块用于将按照所述处理顺序排列的各组待发送数据分别进行信道编码和调制，并进行消除用户间干扰的预处理后发送。本发明提供的多用户多输入多输出系统的数据发送方法，根据至少两个用户的数据传输相关信息，确定对至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序，由于处理顺序与信道增益相关，提升了系统的吞吐量，改善了传输的可靠性，减小了系统的传输时延；并通过发射端消除用户间干扰的预处理，消除了用户间干扰的影响，从而提升了系统的可靠性，使系统的整体性能得到提升。图1为现有技术中MIMO-HARQ系统结构示意图；图2为本发明实施例中多用户MIMO系统的数据发送方法流程图;图3为本发明实施例中多用户MIMO系统的数据发送装置框图；图4为本发明实施例中预处理单元的一种可能结构框图。具体实施例方式本发明实施例提供一种多用户MIMO系统的数据发送方法及装置，用以提高系统的吞吐量和可靠性，减小传输时延，从而提升系统的整体性能。由于MIMO系统中需要在发射端对至少两个用户的待发送数据进行预处理来消除用户间干扰。目前，常用的预处理方式包括线性预编码和非线性预编码。由于非线性预编码的性能优于线性预编码，并且非线性预编码能够达到多用户MIMO系统的容量域，所以较优的，预处理方式采用非线性预编码方式。THP(Tomlinson-HarashimaPre-coding)技术是一种非线性预编码方式，具有低复杂度和高性能的特点，本发明实施例将基于THP技术的多用户MIMO系统，7详细介绍多用户MIMO系统的数据发送方法。THP技术可用于时分双工模式、以及不限反馈信道带宽的频分双工模式的多用户MIMO系统，对其进行简单介绍。为了便于分析，假设发射端的发射天线数目为N，每根发射天线上可发射一路独立的数据流，也可称为一组待发送数据，则可支持的最大用户数目为N;接收端每个用户只有一根接收天线，假设接收端每个用户只有一根接收天线，与实际情况相符合。本实施例中，假设N根发射天线对应N个用户，即一根发射天线向一个用户发送数据；第i个用户对应的信道响应为A,,其中/z,为N维的行向量，其对应的一组待发送数据为",，w,经THP预处理后的发射数据为;c,。其中，从一组待发送数据w,.到发射数据jc,之间的THP预处理主要包括三部分操作串行干扰消除、取模和线性处理。若用户有多根接收天线，则可通过接收波束成形技术得到等效的信道响应A(因此只需考虑用户具有单天线的情况)。假定不考虑对各用户对应数据的处理顺序，即向N个用户发送的数据按照用户的编号顺序排列，则多组待发送数据组成的待发送数据向量为M=[Ml，W2,."，MjV;r,经处理后的发射数据向量为x4^^，…，;T。该系统的信道响应矩阵可写成如下等效形式/f-[/^，《，…,《]"，其中矩阵Y表示矩阵」的转置矩阵，矩阵^表示矩阵j的共轭转置矩阵。对THP预处理中各操作的功能和实现原理进行简单介绍。对NxN矩阵/^进行QR分解，得到i^=2L则^^^e"-S2H。其中，S为下三角矩阵，对角线元素为正实数；e为酉矩阵，即满足2//2=/。为了消除信道响应矩阵i/可能产生的用户间干扰，可以根据2"通过线性处理操作消除用户将干扰，即乘以矩阵e"的共轭转置矩阵e(也为逆矩阵)，从而消除了信道响应矩阵/Z经QR分解得到的gH。下三角矩阵S同样会造成用户间千^"0，可以根据S通过串行干扰消除操作消除用户间干扰，如公式[l]所示/-1S"i其中，^为下三角矩阵S第/行第ifc列的元素，v,为经过串行干扰消除操作之后得到的中间数据。可以将s称为第一干扰矩阵，g〃称为第二干扰矩阵。很明显，由于公式[l]中最后一项gi、的引入，会使得v,.的发射功率较w,变大(直观上理解，即该项将星座点移至星座图之外)，从而影响了系统的整体性能，因此通过取模操作(将v,.搬移至星座图内)，来消除该项对发射功率的影响。至此，信道响应矩阵i/可能产生的用户间干扰已完全被消除，多用户MIMO系统等效于在N个并行信道上同时发送数据，各并行信道之间没有干扰。以上并未考虑对各用户对应数据的处理顺序，而实际上，对各用户对应数据的处理顺序，对信道性能有着很大影响。定义用户所处的层数来描述对用户对应数据的处理顺序，即层数表示用户对应数据在待发送数据向量w中所处位置。用户所处的层数越高，则其对应数据在待发送数据向量M中的位置越靠前，例如位于层数最高的用户，其对应数据为待发送数据向量w中的第一个。定义层数最高为第l层，最低为第N层。如前所述，在经过THP预处理后，多用户MIMO系统等效于在N个并行信道上同时发送数据，易知，第/个用户的接收信号经取模操作后如公式[2]所示X[2]其中n,为加性高斯白噪声，用户对应的信道增益为|&I。则第/个用户的信噪比如公式[3]所示其中《为第/个用户对应的发射功率，^为噪声功率。由于高斯白噪声对每个用户的影响是相同的，因此信道性能由下三角矩阵S的对角线元素决定。随着对用户对应数据的处理顺序的变化，信道响应矩阵也会发生相应的变化，从而使下三角矩阵S发生改变，从而影响信道性能。根据QR分解的性质，可得到用户对应数据的处理顺序对信道性能的影响为第一点、层数最高的用户,'对应的信道增益为llA,H，而其余各层用户it0#!')对应的信道增益小于IWI;第二点、对于同一用户，其所处层数越高，对应的信道增益越大，所处层数越低，对应的信道增益越小。对以上两点进行简单证明。任何一个wx"杀巨P车A者卩可纟至QR分解为爿=gi,其中Q是wx"的矩阵，满足0"2-J;R是n阶上三角矩阵。矩阵A经过QR分解之后，所有R矩阵的对角线上相同位置元素的模是相等的。采用Householder变换来对矩阵A进行QR分解，整个QR分解过程通过对矩阵A的第1列到第n列逐列左乘Householder矩阵来实现，如公式[4]所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>[4]这样，可应用^消除第一列中除了第一个元素之外的其它元素，其它各列也相应变化。该过程可看成把第一列所有元素的能量都集中到该列的第一个元素,u上，这也就证明了第一点影响。继续构造第二个Householder矩阵，如公式[5]所示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>[5]这样就把第二列除/"12之外所有元素的能量集中到r22上。针对其余各列均用Householder矩阵重复以上过程，直至得到上三角矩阵R。矩阵A可写成^=(7^..//2巧广及=0,完成了对矩阵A的QR分解操作。下面证明上述第二点影响。首先考虑一种筒单的情况，即将第2列与第,'列(2<;<")交换后对角线元素模值的变化情况。因为Householder矩阵为正交矩阵，因此左乘该矩阵后不改变各列的才莫值。改变列的顺序通过对矩阵A右乘初等矩阵P实现，如公式[6]所示问其中，初等矩阵P如公式[7]所示—1户:所示尸=…^[8〗其中A(ls;^")用于调整第k个需重传用户的所处层数。为了保持jv-"个发送新数据的用户的处理先后顺序，则如公式[9]所示=尸^"—户^,广，…[9]i^表示一个初等矩阵，其作用是互换矩阵中第/行和第_/行的元素，如公式[10]所示<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>通过公式[8]构造得到的置换矩阵P，即可完成对各组待发送数据的置换处理，提高需重传用户的层数，增强重传的可靠性。值得注意的是，在进行置换操作之后，信道响应矩阵H也应根据置换矩阵P调整其各行顺序，构造新的信道响应矩阵H,再进行THP预处理。本发明实施例提供的多用户MIMO系统的数据发送方法，通过发射端消除用户间干扰的THP预处理，消除了用户间干扰的影响，从而提升了多用户MIMO系统的可靠性；并根据至少两个用户的反馈信息，以及QoS、信道响应信息和剩余重传次数等数据传输相关信息，确定对至少两个用户的各組待发送数据的处理顺序，由于处理顺序与信道增益相关，提升了系统的吞吐量，改善了重传的可靠性，减小了多用户MIMO系统的传输时延，使系统的整体性能得到提升。明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。权利要求1、一种多用户多输入多输出系统的数据发送方法，其特征在于，包括根据至少两个用户的数据传输相关信息，确定对所述至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序，并按照所述处理顺序排列各组待发送数据；将按照所述处理顺序排列的各组待发送数据分别进行信道编码和调制，并进行消除用户间干扰的预处理后发送。2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据传输相关信息包括用户反馈的确认信令ACK和非确认信令NACK;以及，所述才艮据至少两个用户的数据传输相关信息，确定对所述至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序，具体包括确定反馈NACK的用户的待发送数3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，当用户反馈ACK时，用户的待发送数据为新数据；当用户反馈NACK时，用户的待发送数据为重传数据。4、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述数据传输相关信息还包括服务质量信息QoS;以及所述根据至少两个用户的数据传输相关信息，确定对所述至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序，具体包括对反馈NACK的用户的各组待发送数据，按照QoS的数值由高到低的顺序确定处理顺序。5、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述数据传输相关信息还包括信道响应信息；以及所述根据至少两个用户的数据传输相关信息，确定对所述至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序，具体包括根据信道响应信息确定信道增益，对反馈NACK的用户的各组待发送数据，按照信道增益由高到低的顺序确定处理顺序。6、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述数据传输相关信息还包括信道响应信息；以及所述4艮据至少两个用户的数据传输相关信息，确定对所述至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序，具体包括根据信道响应信息确定信道增益，对反馈NACK且QoS的数值相同的用户的各组待发送数据，按照信道增益由高到低的顺序确定处理顺序。7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数据传输相关信息还包括剩余重传次数；以及，所述才艮据至少两个用户的彰:据传输相关信息，确定对所述至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序，具体包括对反馈NACK且QoS的数值相同、以及信道增益相同的用户的各组待发送数据，按照剩余重传次数由小到大的顺序确定处理顺序。8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括当反馈NACK的用户，其QoS的数值和信道增益低于设定的阈值，且剩余重传次数为1时，将所述用户的待发送数据的处理顺序排在最后。9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行消除用户间干扰的预处理，包括对分别进行信道编码和调制之后的各组待发送数据，4艮据第一干扰矩阵进行消除用户间干扰的操作；并在取模操作之后乘以第二干扰矩阵的共轭转置矩阵，所述第一干扰矩阵和第二干扰矩阵是冲艮据所述至少两个用户对应的信道响应矩阵确定的。10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一干扰矩阵和第二干扰矩阵的确定方法，包括将所述信道响应矩阵分解为一个下三角矩阵和一个酉矩阵，所述酉矩阵与其共轭转置矩阵相乘为单位矩阵；确定分解得到的所述下三角矩阵为第一干扰矩阵，所述酉矩阵为第二干扰矩阵。11、一种多用户多输入多输出系统的数据发送装置，其特征在于，包括控制模块用于根据至少两个用户的数据传输相关信息，确定对所述至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序；置换模块用于按照所述处理顺序排列各组待发送数据；处理发送模块用于将按照所述处理顺序排列的各组待发送数据分别进行信道编码和调制，并进行消除用户间干扰的预处理后发送。12、如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述数据传输相关信息包括用户反馈的确认信令ACK和非确认信令NACK;以及，所述控制模块还用于根据用户反馈的ACK和NACK，确定反馈NACK的用户的待发送数据的处理顺序优先于反馈ACK的用户的待发送数据的处理顺序。13、如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述处理发送模块包括至少两个信道编码单元、至少两个调制单元、预处理单元和发送单元，其中所述信道编码单元用于对一组待发送数据进行信道编码得到一组编码序列；所述调制单元用于对接收的一组编码序列进行调制得到一组数据符号；号，进行消除用户间干扰的预处理；所述发送单元用于发送预处理后的至少两组数据符号。14、如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述预处理单元，包括分解子单元用于将至少两个用户对应的信道响应矩阵分解为第一干扰矩阵和第二干扰矩阵，所述第一干扰矩阵为下三角矩阵，第二干扰矩阵为酉矩阵；第一干扰消除子单元用于对接收到的至少两组数据符号，根据所述第一干扰矩阵进行消除用户间干扰的操作；取模子单元用于对第一干扰消除子单元输出的数据进行取模操作；第二干扰消除子单元用于将取模子单元输出的数据乘以所述第二干扰矩阵的共轭转置矩阵后输入发送单元。全文摘要本发明涉及移动通信
技术领域：
，尤其涉及一种多用户MIMO系统的数据发送技术。本发明公开了一种多用户MIMO系统的数据发送方法及装置，用以提高系统的吞吐量和可靠性，减小传输时延。所述方法包括根据至少两个用户的数据传输相关信息，确定对所述至少两个用户的各组待发送数据的处理顺序，并按照所述处理顺序排列各组待发送数据；将按照所述处理顺序排列的各组待发送数据分别进行信道编码和调制，并进行消除用户间干扰的预处理后发送。文档编号H04L1/18GK101594217SQ200810113489公开日2009年12月2日申请日期2008年5月28日优先权日2008年5月28日发明者刘光毅,庞家锋,林雪红,田宝玉,璐韩,黄宇红申请人:中国移动通信集团公司