一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法
专利名称：一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法
技术领域：
本发明属于无线通信系统中的协作通信领域，涉及有限反馈和多用户调度等技术，具体涉及一种利用正交波束成形设计思想为协作通信系统设计一种低反馈量的隐反馈传输方法。
背景技术：
为了满足LTE-A(Long Term Evolution-Advanced)系统在边缘用户吞吐量方面的新需求，第 3 代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Pro ject, 3GPP)在 LTE-A系统中提出了协作式多点传输(Coordinated Multiple Point (CoMP) Transmission/Reception)技术。CoMP技术通过在基站间共享数据与信道信息、进行联合处理来有效管理小区间干扰，是提高小区边缘用户吞吐量的关键技术。由于CoMP系统信道的特殊性，信道信息的数据量是很大的，这就会带来严重的反馈资源开销。有限反馈技术是降低反馈量的有效方法；并且在频分双工的系统中，由于上下行信道不互易，只能通过用户反馈信道的方式使基站端获得信道信息。所以有限反馈技术是CoMP系统中的重要技术。有限反馈有两种方式一种是显反馈，另一种是隐反馈。显反馈是利用有限反馈技术反馈部分信道信息，并在基站端重构信道，由于它比较灵活并且能够支持很多传统的干扰迫零算法，所以目前对显反馈的研究比较多。较显反馈，隐反馈不需要在基站端重构信道因而不需要很大的反馈开销用于有限反馈信道信息，所以隐反馈更有利于降低CoMP系统的反馈量。并且隐反馈已经被提为LTE Release. 11中主要CoMP反馈机制之一,所以对隐反馈的研究是很有意义的。目前对CoMP系统隐反馈的研究还比较少。在不协作的通信系统中，主要有两种隐反馈传输方案一种是文献 “Kaibin Huang. Performance of Orthogonal Beamformingfor SDMA With Limited Feedback[C] IEEE Transactions on Vehicular Technology,vol. 58, no. I, pp. 152-164, Jan. 2009. ” 中介绍的每用户酉速率控制(Per-User UnitaryRate Control,PU2RC),另一种是文献“Alcatel-Lucent,“‘Best Companion’reporting forimproved single-cell MU-MIMO pairing,” 3GPP TSG RAN WGlMeeting#56/Rl-090926,Feb. 9-13,2009. ”中介绍的增加反馈其他调度多用户的信息来实现多用户调度的隐反馈方案。PU2RC需要用到全局码本，但是对于CoMP系统来说，全局码本不能自适应地根据用户位置调整并且不具备灵活拓展性，因此在CoMP系统中一般不采用全局码本。第二种方法会增加反馈量，并且由于多用户调度判断条件比较苛刻，所以不利于多用户调度。因此单小区场景中典型的两个隐反馈方案都不能直接拓展到CoMP系统中，我们需要对CoMP系统隐反馈重新设计。另外，由于隐反馈体制下基站端不重构信道，而用户端又不知道基站调度结果，所以隐反馈中存在用户下行信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ration,SINR)估计问题，即通常所说的信道质量指示(Channel Quality Indicator, CQI)估计问题。目前设计的CQI估计都比较保守，但是由于CQI用于自适应调制编码方式的选择，保守 的CQI估计不利于系统数据率的提高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法，采用了调度多用户之间正交波束成形的设计思想，设计基于单小区码字的正交多用户调度算法，巧妙地避开了 CoMP系统中用户大尺度信息对用户正交性的影响；并且本发明根据调度准则设计了 ー种信道质量指示(CQI)估计方法，且能够克服传统CQI估计保守的问题。本发明提出一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法，包括以下几个步骤
步骤ー用户端处理用户端处理过程包括两个方面码字反馈和信道质量指示CQI反馈；其中码字是用户根据下行信道从码本中选出来的，其代表码本中的ー个向量；当使用单小区码本时，用户将为每ー个协作基站选择一个码字；用户选择好码字之后，需要计算下行传输时的下行信干噪比，并将该信干噪比量化得到信道质量指示CQI。对于ー个服务范围内共有M个用户的协作簇，协作簇内的第m(m= 1，…，Μ)个用户的下行信干噪比和信道质量指示CQI的具体计算步骤为(I):计算用户下行传输时所受到的多用户干扰，按照如下公式计算/Μゆ=[Zlocal +Zcross ]其中，Imm表示用户m的多用户干扰，Nt为每个基站的发射天线数，ん为协作簇内有M个用户时的平均调度用户数，Iltrcal表示调度用户为同一基站选择码字之间的关系，Icross表示调度用户为不同基站选择码字之间的关系；
1=告|^|2[‘〔卞乂’4|2);
P Nb Nb
4oSS =~, f JgJI Hgm，Pgm，q、N,h ；
Nネb{Nb+\) —其中，P总为协作簇的总发射功率；IIgmI I为用户m的下行信道gm的模值；在计算调度用户为相同基站选择码字之间的关系Iltxal时，该相同基站表示为第b个协作基站，且b= 1，…Nb，gm,b表示第b个协作基站到用户m的单小区信道的信道方向
カロ权因子，= \ΚΑΙ^<. IlCF，α 表示第b个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，hm,b表示第b个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，I Ihffl,J I为hm,b的模值；‘ =V4/|V4|为第b个协作基站到用户m之间小尺度衰落信道的方向；h#用户m为第b个协作基站选择的码字在码本中对应的向量；在计算调度用户为不同基站选择码字之间的关系Icmss时，该不同基站表示为Nb个协作基站中任意两个不同的协作基站P和q，(P，q) = I，…Nb,且Pデq ;gm,p表示第P个
协作基站到用户m的单小区信道的信道方向加权因子，=、|h J|/^f5<,|pf，a m,p
表示第P个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，hffl, p表示第P个协作基站至IJ用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，I Ih1J I为hm,p的模值;KP =h-/|h J为第p个协作基站到用户m之间小尺度衰落信道的方向；h-用户m为第p个协作基站选择的码字在码本中对应的向量。表示第q个协作基站到用户m的单小区信道的信道方向加权因子，“= 水,|/在:>:,|、| a ffl, q表示第q个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，匕,，表示第q个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，I |hffl, J I为hm,q的模值兄g=h J||h J为第q个协作基站到用户m之间小尺度衰落信道的方向用户m 为第q个协作基站选择的码字在码本中对应的向量。gm =[^1^,…，二]H，AH表示A的共轭转置；np,q表示对于两个不同的基站P和q，干扰用户分别为每个基站选择的码字在码本中对应的向量在用户m与该基站之间的单小区信道方向上的投影的相关性，其计算公式为Re{(5 二'r};
Vv/ 1Z Vp e{h|h hm；p=o} vg e{h|h hm；g=o}^表示用户m为第p个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，
表示码本中与垂直的向量所组成的集合，Vp表示干扰用户为第P个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，' E=0}表示Vp为集合= o)中的元素表示用
户m为第q个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，=o)表示码本中与^垂直的向量所组成的集合，Vq表示干扰用户为第q个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，V9 +丨旧…=O丨表示'为集合=0丨中的元素;AH表示A的共轭转置；Re{*}表示复数的实部；(2):计算用户下行传输时有用信号的功率，按照如下公式计算Sm =^IgfwmI2其中，Sm表不用户m的有用信号的功率，Pm为协作簇分配给用户m的信号功率；gm为该用户的下行信道，gm,…凡，a “和h&db = 1，…，Nb)分别为第b个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子和小尺度衰落信道，Nb为协作基站数^表示用户m的全局预编码向量，w =[^1:,…上(b =1，…，Nb)，01^和Cinbi的含义相同，分别表示第b个协作基站和第i个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，(b = 1，-,Nb)表示用户m为第b个协作基站选择的码字在码本中对应的向量;AH表示A的共轭转置(3):计算用户下行传输的信干噪比为SINRm = Sm 2
^MU,m +其中，<表示用户接收信号中的加性噪声和簇外干扰的功率，将步骤(I)和步骤(2)计算得到的Sm和Imm带入本步骤中即得到下行传输的信干噪比；(4):用户根据通信系统使用的调制编码方式表格，将得到的信干噪比量化得到信道质量指示；步骤ニ 基站端处理各协作基站将本地用户反馈的信息通过骨干网传输至中心处理器，中心处理器主要负责统ー处理各协作基站的数据，通过统ー处理数据来实现协作基站间信号和干扰的协调，实现协作通信，中心处理器的具体的计算步骤如下(I):中心处理器为调度用户计算所有可能的码字要求矩阵，该矩阵规定了调度用户为各个协作基站选择的码字情况，其中一个调度用户码字要求矩阵构造方式如下
权利要求
1. 一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法，其特征在于包括以下几个步骤 步骤一用户端处理 用户端处理过程包括两个方面码字反馈和信道质量指示CQI反馈；其中码字是用户根据下行信道从码本中选出来的，其代表码本中的一个向量；当使用单小区码本时，用户将为每一个协作基站选择一个码字；用户选择好码字之后，需要计算下行传输时的下行信干噪比，并将该信干噪比量化得到信道质量指示CQI，对于一个服务范围内共有M个用户的协作簇，协作簇内的第m(m= 1，…，M)个用户的下行信干噪比和信道质量指示CQI的具体计算步骤为 (I):计算用户下行传输时所受到的多用户干扰，按照如下公式计算
全文摘要
本发明属于无线通信系统中的协作通信领域，具体为一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法，包括用户端处理和基站端处理两部分，其中用户端处理包括计算用户下行传输的信干噪比、将信干噪比量化得到信道质量指示；基站端处理包括基于用户码字的正交多用户调度、正交波束成形、根据反馈信息为调度用户选择调制编码方式。本发明的用户下行信干噪比的计算结合了调度方法和实际调度情况，不仅克服了传统正交波束成形中信干噪比计算保守的问题，而且能根据实际调度情况自适应地调整。此外，本发明的调度方法只根据用户码字就可以调度出全局预编码向量严格正交的用户，而不基于用户大尺度信息，因此有利于提高小区边缘的数据率。
文档编号H04L1/00GK102647262SQ20121010241
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者侯磊, 杨晨阳, 王刚, 苏笛, 雷鸣 申请人:北京航空航天大学, 日电(中国)有限公司
技术领域：
本发明属于无线通信系统中的协作通信领域，涉及有限反馈和多用户调度等技术，具体涉及一种利用正交波束成形设计思想为协作通信系统设计一种低反馈量的隐反馈传输方法。
背景技术：
为了满足LTE-A(Long Term Evolution-Advanced)系统在边缘用户吞吐量方面的新需求，第 3 代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Pro ject, 3GPP)在 LTE-A系统中提出了协作式多点传输(Coordinated Multiple Point (CoMP) Transmission/Reception)技术。CoMP技术通过在基站间共享数据与信道信息、进行联合处理来有效管理小区间干扰，是提高小区边缘用户吞吐量的关键技术。由于CoMP系统信道的特殊性，信道信息的数据量是很大的，这就会带来严重的反馈资源开销。有限反馈技术是降低反馈量的有效方法；并且在频分双工的系统中，由于上下行信道不互易，只能通过用户反馈信道的方式使基站端获得信道信息。所以有限反馈技术是CoMP系统中的重要技术。有限反馈有两种方式一种是显反馈，另一种是隐反馈。显反馈是利用有限反馈技术反馈部分信道信息，并在基站端重构信道，由于它比较灵活并且能够支持很多传统的干扰迫零算法，所以目前对显反馈的研究比较多。较显反馈，隐反馈不需要在基站端重构信道因而不需要很大的反馈开销用于有限反馈信道信息，所以隐反馈更有利于降低CoMP系统的反馈量。并且隐反馈已经被提为LTE Release. 11中主要CoMP反馈机制之一,所以对隐反馈的研究是很有意义的。目前对CoMP系统隐反馈的研究还比较少。在不协作的通信系统中，主要有两种隐反馈传输方案一种是文献 “Kaibin Huang. Performance of Orthogonal Beamformingfor SDMA With Limited Feedback[C] IEEE Transactions on Vehicular Technology,vol. 58, no. I, pp. 152-164, Jan. 2009. ” 中介绍的每用户酉速率控制(Per-User UnitaryRate Control,PU2RC),另一种是文献“Alcatel-Lucent,“‘Best Companion’reporting forimproved single-cell MU-MIMO pairing,” 3GPP TSG RAN WGlMeeting#56/Rl-090926,Feb. 9-13,2009. ”中介绍的增加反馈其他调度多用户的信息来实现多用户调度的隐反馈方案。PU2RC需要用到全局码本，但是对于CoMP系统来说，全局码本不能自适应地根据用户位置调整并且不具备灵活拓展性，因此在CoMP系统中一般不采用全局码本。第二种方法会增加反馈量，并且由于多用户调度判断条件比较苛刻，所以不利于多用户调度。因此单小区场景中典型的两个隐反馈方案都不能直接拓展到CoMP系统中，我们需要对CoMP系统隐反馈重新设计。另外，由于隐反馈体制下基站端不重构信道，而用户端又不知道基站调度结果，所以隐反馈中存在用户下行信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ration,SINR)估计问题，即通常所说的信道质量指示(Channel Quality Indicator, CQI)估计问题。目前设计的CQI估计都比较保守，但是由于CQI用于自适应调制编码方式的选择，保守 的CQI估计不利于系统数据率的提高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法，采用了调度多用户之间正交波束成形的设计思想，设计基于单小区码字的正交多用户调度算法，巧妙地避开了 CoMP系统中用户大尺度信息对用户正交性的影响；并且本发明根据调度准则设计了 ー种信道质量指示(CQI)估计方法，且能够克服传统CQI估计保守的问题。本发明提出一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法，包括以下几个步骤
步骤ー用户端处理用户端处理过程包括两个方面码字反馈和信道质量指示CQI反馈；其中码字是用户根据下行信道从码本中选出来的，其代表码本中的ー个向量；当使用单小区码本时，用户将为每ー个协作基站选择一个码字；用户选择好码字之后，需要计算下行传输时的下行信干噪比，并将该信干噪比量化得到信道质量指示CQI。对于ー个服务范围内共有M个用户的协作簇，协作簇内的第m(m= 1，…，Μ)个用户的下行信干噪比和信道质量指示CQI的具体计算步骤为(I):计算用户下行传输时所受到的多用户干扰，按照如下公式计算/Μゆ=[Zlocal +Zcross ]其中，Imm表示用户m的多用户干扰，Nt为每个基站的发射天线数，ん为协作簇内有M个用户时的平均调度用户数，Iltrcal表示调度用户为同一基站选择码字之间的关系，Icross表示调度用户为不同基站选择码字之间的关系；
1=告|^|2[‘〔卞乂’4|2);
P Nb Nb
4oSS =~, f JgJI Hgm，Pgm，q、N,h ；
Nネb{Nb+\) —其中，P总为协作簇的总发射功率；IIgmI I为用户m的下行信道gm的模值；在计算调度用户为相同基站选择码字之间的关系Iltxal时，该相同基站表示为第b个协作基站，且b= 1，…Nb，gm,b表示第b个协作基站到用户m的单小区信道的信道方向
カロ权因子，= \ΚΑΙ^<. IlCF，α 表示第b个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，hm,b表示第b个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，I Ihffl,J I为hm,b的模值；‘ =V4/|V4|为第b个协作基站到用户m之间小尺度衰落信道的方向；h#用户m为第b个协作基站选择的码字在码本中对应的向量；在计算调度用户为不同基站选择码字之间的关系Icmss时，该不同基站表示为Nb个协作基站中任意两个不同的协作基站P和q，(P，q) = I，…Nb,且Pデq ;gm,p表示第P个
协作基站到用户m的单小区信道的信道方向加权因子，=、|h J|/^f5<,|pf，a m,p
表示第P个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，hffl, p表示第P个协作基站至IJ用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，I Ih1J I为hm,p的模值;KP =h-/|h J为第p个协作基站到用户m之间小尺度衰落信道的方向；h-用户m为第p个协作基站选择的码字在码本中对应的向量。表示第q个协作基站到用户m的单小区信道的信道方向加权因子，“= 水,|/在:>:,|、| a ffl, q表示第q个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，匕,，表示第q个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，I |hffl, J I为hm,q的模值兄g=h J||h J为第q个协作基站到用户m之间小尺度衰落信道的方向用户m 为第q个协作基站选择的码字在码本中对应的向量。gm =[^1^,…，二]H，AH表示A的共轭转置；np,q表示对于两个不同的基站P和q，干扰用户分别为每个基站选择的码字在码本中对应的向量在用户m与该基站之间的单小区信道方向上的投影的相关性，其计算公式为Re{(5 二'r};
Vv/ 1Z Vp e{h|h hm；p=o} vg e{h|h hm；g=o}^表示用户m为第p个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，
表示码本中与垂直的向量所组成的集合，Vp表示干扰用户为第P个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，' E=0}表示Vp为集合= o)中的元素表示用
户m为第q个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，=o)表示码本中与^垂直的向量所组成的集合，Vq表示干扰用户为第q个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，V9 +丨旧…=O丨表示'为集合=0丨中的元素;AH表示A的共轭转置；Re{*}表示复数的实部；(2):计算用户下行传输时有用信号的功率，按照如下公式计算Sm =^IgfwmI2其中，Sm表不用户m的有用信号的功率，Pm为协作簇分配给用户m的信号功率；gm为该用户的下行信道，gm,…凡，a “和h&db = 1，…，Nb)分别为第b个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子和小尺度衰落信道，Nb为协作基站数^表示用户m的全局预编码向量，w =[^1:,…上(b =1，…，Nb)，01^和Cinbi的含义相同，分别表示第b个协作基站和第i个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，(b = 1，-,Nb)表示用户m为第b个协作基站选择的码字在码本中对应的向量;AH表示A的共轭转置(3):计算用户下行传输的信干噪比为SINRm = Sm 2
^MU,m +其中，<表示用户接收信号中的加性噪声和簇外干扰的功率，将步骤(I)和步骤(2)计算得到的Sm和Imm带入本步骤中即得到下行传输的信干噪比；(4):用户根据通信系统使用的调制编码方式表格，将得到的信干噪比量化得到信道质量指示；步骤ニ 基站端处理各协作基站将本地用户反馈的信息通过骨干网传输至中心处理器，中心处理器主要负责统ー处理各协作基站的数据，通过统ー处理数据来实现协作基站间信号和干扰的协调，实现协作通信，中心处理器的具体的计算步骤如下(I):中心处理器为调度用户计算所有可能的码字要求矩阵，该矩阵规定了调度用户为各个协作基站选择的码字情况，其中一个调度用户码字要求矩阵构造方式如下
权利要求
1. 一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法，其特征在于包括以下几个步骤 步骤一用户端处理 用户端处理过程包括两个方面码字反馈和信道质量指示CQI反馈；其中码字是用户根据下行信道从码本中选出来的，其代表码本中的一个向量；当使用单小区码本时，用户将为每一个协作基站选择一个码字；用户选择好码字之后，需要计算下行传输时的下行信干噪比，并将该信干噪比量化得到信道质量指示CQI，对于一个服务范围内共有M个用户的协作簇，协作簇内的第m(m= 1，…，M)个用户的下行信干噪比和信道质量指示CQI的具体计算步骤为 (I):计算用户下行传输时所受到的多用户干扰，按照如下公式计算
全文摘要
本发明属于无线通信系统中的协作通信领域，具体为一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法，包括用户端处理和基站端处理两部分，其中用户端处理包括计算用户下行传输的信干噪比、将信干噪比量化得到信道质量指示；基站端处理包括基于用户码字的正交多用户调度、正交波束成形、根据反馈信息为调度用户选择调制编码方式。本发明的用户下行信干噪比的计算结合了调度方法和实际调度情况，不仅克服了传统正交波束成形中信干噪比计算保守的问题，而且能根据实际调度情况自适应地调整。此外，本发明的调度方法只根据用户码字就可以调度出全局预编码向量严格正交的用户，而不基于用户大尺度信息，因此有利于提高小区边缘的数据率。
文档编号H04L1/00GK102647262SQ20121010241
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者侯磊, 杨晨阳, 王刚, 苏笛, 雷鸣 申请人:北京航空航天大学, 日电(中国)有限公司
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