CN101662319A - 协作多点***中基于扰动原理的闭环宏分集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，揭示了一种协作多点(CoMP)***中基于扰动原理的闭环宏分集方法。本发明所述的闭环宏分集方法包括：多个基站共同服务一个用户，在信道信息和数据信息完全共享的情况下，各基站分别进行预编码的设计，然后通过基站控制器进行预编码向量的相位调整，通过调整信道右奇异矩阵的每一列的相位来获得更高的接收信号结合增益。信道状态信息(CSI)可以通过上行链路反馈(FDD***)或通过直接信道估计(TDD***)得到。本发明与现有技术相比具有更高的频谱效率和更好中断概率性能，并且不增加额外的反馈开销和数据共享开销。

Description

协作多点***中基于扰动原理的闭环宏分集方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及基于扰动原理的闭环宏分集的通信技术。

背景技术

随着无线通信需求的迅速增长，有效利用频谱资源变得日益重要。目前，移动通信***采用蜂窝无线***来有效地利用有限的频谱资源。近年来多输入多输出(MIMO)通信技术得到充分发展。它是利用空间资源实现高速率链路传输的一种有效方式，能够在不增加额外频谱和功率的情况下显著增加通信***的传输速率和可靠性，被公认为是下一代移动通信中的关键技术之一。点对点的多天线传输(MIMO)技术的研究已日趋成熟，它通过空间复用增益、分集增益和阵列增益，可以有效地提高频谱有效性、链路可靠性和功率利用的有效性。然而随着对通信要求的提高，如高速率、高服务质量(QoS)要求、高覆盖率等，传统MIMO技术表现出不少缺陷，例如：小区覆盖面窄，存在覆盖盲区或盲点；由于远近效应和小区边缘用户的信道条件差，使得传输速率不高；在小区拥挤的情况下，平衡相邻小区流量比较困难，一切以基站为中心，基站复杂度高；对基站依赖性强，受天线数目限制，用户分集度低(SER及QoS受到影响)等。下行链路多点协作(CoMP)传输能够有效减低小区间干扰(ICI)、提高高速率覆盖、提升小区边缘用户吞吐量以及提高***吞吐量。按照用户数据流的需求，CoMP方案可以分为两大类：联合处理(JP)和协作处理调度/协作波束形成(CS/CB)，其中联合处理(JP)方案的一个技术是联合传输(JT)技术。联合传输技术的基本原理是，多个基站同时向一个用户发送数据，从而提高用户接收信号质量或消除其他用户的干扰，该方案下，用户需要接收的数据来自于不同的基站。在接收端(即用户端)，利用相干合并或非相干合并对接收信号将进行处理。这种先进技术对小区边缘用户特别有利，能够明显提高小区边缘用户吞吐量。针对基站共享数据信息和完全信道信息的情况下，对现有的单用户多点协作(SU-CoMP)预编码技术提出了一种改进方案，即预编码矩阵相位调整方法，进一步提升协作传输性能。

发明内容

技术问题：本发明各实施方式要解决的主要技术问题是提供一种协作多点(CoMP)***中基于扰动原理的闭环宏分集方法，使得分布式协作处理的多基站***获得令人满意的无线通信性能。

技术方案：协作多点***中基于扰动原理的闭环宏分集方法包括以下步骤：

a.协作多点通信***由两个协作基站即基站发送端、一个基站控制器即基站控制端以及一个移动用户即用户接收端组成，

b.协作的两个基站服务同一用户，分别获取下行链路信道信息CSI，得到各自的预编码矩阵，并反馈给基站控制器；

c.基站控制器根据两个协作基站的反馈信息，对其中一组预编码矩阵进行列向量调整，获得更高的信号结合增益；

d.基站控制器根据预编码矩阵和最大化结合增益的原则计算出一个预编码列向量调整对角阵，即产生一个扰动矩阵，并将该对角阵发送给对应的基站；

e.基站发送端分别接收到对应的预编码矩阵和预编码列向量调整矩阵后，发送前经过预编码以及预编码向量调整后，基站发送端将同样的数据信息发送给同一个用户；

f.用户接收端从两个协作基站接收到同样的数据信息，因为发送前经过基站发送端预编码及预编码向量调整处理，用户接收端信号得到加强，接收信干噪比提高，移动用户获得很高的宏分集增益。

所述的基站发送端只需要变化很慢的信道信息，根据信道信息计算各自的预编码矩阵，同时计算出预编码列向量调整对角阵；

所述的用户接收端能够对整个信道进行信道估计得到信道响应，并将获取的下行链路信道信息CSI反馈给协作基站。

两个协作基站根据所服务用户的本地信道信息计算预编码矩阵，W₁，W₂分别是基站1和基站2的预编码矩阵，对应于信道矩阵H₁和H₂的右奇异值矩阵，然后将W₁和W₂反馈给基站控制器。

所述的基站控制器在接收到每个基站的反馈信息后，通过调整右奇异值矩阵每一列的相位来获得更高的接收信号结合增益，即：

${\underset{D}{\arg \max }\left|\right|H_1{W}_1+H_2{W}_{2}D\left|\right|}_F^2$

其中

表示使满足括号中表达式时矩阵D的值；max()表示使括号中表达式最大；|| |_|F²表示矩阵Frobenius范数的平方。D是R*R的对角阵，对角元素是

，R取决于W2的列数，即每个基站发送的数据流数。通过搜索法，可以在(r＝1，2，…，R)选择得到最大化的

，即：

适用于任意多个参与协作的基站和任意精度的θ_r角度，这取决于计算复杂度和性能之间的折中。

所述的用户接收端信号表示为：

$r=\sqrt{P_1}{H}_1{W}_{1}x+\sqrt{P_2}{H}_2{W}_2\mathrm{Dx}+n$

其中P₁，P₂分别是用户从基站1和基站2的接收功率；W₁，W₂分别是基站1和基站2的预编码矩阵，对应于信道矩阵H₁和H₂的右奇异值矩阵；n是加性高斯白噪声(AWGN)。等效的信道矩阵可以表示为

信道状态信息(CSI)可以通过上行链路反馈(FDD***)或通过直接信道估计(TDD***)得到。在上述协作处理下，用户接收信干噪比(SINR)可以表示为：

$\mathrm{SINR}=\frac{{\left|\right|H_1{W}_1\left|\right|}^2{P}_1+{\left|\right|H_1{W}_{2}D\left|\right|}^2{P}_2}{{\mathrm{\σ}}_o^2}$

其中σ_o ²是加性高斯白噪声功率。

有益效果：信道状态信息(CSI)可以通过上行链路反馈(FDD***)或通过直接信道估计(TDD***)得到。本发明与现有技术相比具有更高的频谱效率和更好中断概率性能，并且不增加额外的反馈开销和数据共享开销。

附图说明

图1是***模型，

图2是用户总速率随信噪比变换曲线图，

图3是信噪比SNR＝0dB时用户的累积分布函数(CDF)随着***总速率变化的曲线图，

图4是信噪比SNR＝0dB，50％中断概率时用户累积分布函数(CDF)随着***总速率变化的曲线图。

具体实施方式

本发明的实施方式公开了一种协作多点(CoMP)***中基于扰动原理的闭环宏分集方法，包含以下步骤：

多个基站共同服务一个用户的通信场景，即“闭环宏分集(Closed-Loop MacroDiversity，CL-MD)”。在信道信息和数据信息完全共享的情况下，每个基站根据所服务用户的本地信道信息计算预编码矩阵，即W₁，W₂分别是基站1和基站2的预编码矩阵，对应于信道矩阵H₁和H₂的右奇异值矩阵。然后将W₁和W₂反馈给基站控制器。

所述的基站控制器在接收到每个基站的反馈信息后，通过调整右奇异值矩阵每一列的相位来获得更高的接收信号结合增益。即

${\underset{D}{\arg \max }\left|\right|H_1{W}_1+H_2{W}_{2}D\left|\right|}_F^2$

其中

表示使满足括号中表达式时矩阵D的值；max()表示使括号中表达式最大；|| ||_F ²表示矩阵Frobenius范数的平方。D是R*R的对角阵，对角元素是

，R取决于W2的列数，即每个基站发送的数据流数。通过搜索法，可以在

(r＝1，2，…，R)选择得到最大化的

，即：

适用于任意多个参与协作的基站和任意精度的θ_r角度，这取决于计算复杂度和性能之间的折中。

所述的接收端信号可以表示为：

$r=\sqrt{P_1}{H}_1{W}_{1}x+\sqrt{P_2}{H}_2{W}_2\mathrm{Dx}+n$

其中P₁，P₂分别是用户从基站1和基站2的接收功率；W₁，W₂分别是基站1和基站2的预编码矩阵，对应于信道矩阵H₁和H₂的右奇异值矩阵；n是加性高斯白噪声(AWGN)。等效的信道矩阵可以表示为在上述协作处理下，用户接收信干噪比(SINR)可以表示为：

$\mathrm{SINR}=\frac{{\left|\right|H_1{W}_1\left|\right|}^2{P}_1+{\left|\right|H_1{W}_{2}D\left|\right|}^2{P}_2}{{\mathrm{\σ}}_o^2}$

其中σ_o ²是加性高斯白噪声功率。

1.协作多点(CoMP)通信***由两个协作基站和一个移动用户接收端组成。

2.协作基站通过上行链路反馈(FDD***)或通过直接信道估计(TDD***)得到信道状态信息(CSI)，协作的两个基站通过基站控制器共享该信道信息和数据信息。

3.基站控制器根据两个基站的信道信息计算出一个预编码列向量调整对角阵，该对角阵的计算方法是：

${\underset{D}{\arg \max }\left|\right|H_1{W}_1+H_2{W}_{2}D\left|\right|}_F^2$

其中

表示使满足括号中表达式时矩阵D的值；max()表示使括号中表达式最大；|| ||_F ²表示矩阵Frobenius范数的平方(上述三个符号的用法下同)。基站控制器分别已知基站1和基站2的预编码矩阵W₁，W₂和对应于信道矩阵H₁和H₂。D是R*R的对角阵，对角元素是

，R取决于W2的列数，即每个基站发送的数据流数。通过搜索法，可以在(r＝1，2，…，R)选择得到最大化的，即：

适用于任意多个参与协作的基站和任意精度的θ_r角度，这取决于计算复杂度和性能之间的折中。

4.协作基站根据基站控制器分配的预编码矩阵，预编码列向量调整对角阵以及用户的数据信息，同步发往移动用户。

5.移动用户接收到两个协作基站发送的数据信息，进行信号合并，获得更高的接受信干噪比。

Claims (5)

1.一种协作多点***中基于扰动原理的闭环宏分集方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a.协作多点通信***由两个协作基站即基站发送端、一个基站控制器即基站控制端以及一个移动用户即用户接收端组成，

b.协作的两个基站服务同一用户，分别获取下行链路信道信息CSI，得到各自的预编码矩阵，并反馈给基站控制器；

c.基站控制器根据两个协作基站的反馈信息，对其中一组预编码矩阵进行列向量调整，获得更高的信号结合增益；

d.基站控制器根据预编码矩阵和最大化结合增益的原则计算出一个预编码列向量调整对角阵，即产生一个扰动矩阵，并将该对角阵发送给对应的基站；

e.基站发送端分别接收到对应的预编码矩阵和预编码列向量调整矩阵后，发送前经过预编码以及预编码向量调整后，基站发送端将同样的数据信息发送给同一个用户；

f.用户接收端从两个协作基站接收到同样的数据信息，因为发送前经过基站发送端预编码及预编码向量调整处理，用户接收端信号得到加强，接收信干噪比提高，移动用户获得很高的宏分集增益。

2.根据权利要求1所述的协作多点***中基于扰动原理的闭环宏分集方法，其特征在于，

所述的基站发送端只需要变化很慢的信道信息，根据信道信息计算各自的预编码矩阵，同时计算出预编码列向量调整对角阵；

所述的用户接收端能够对整个信道进行信道估计得到信道响应，并将获取的下行链路信道信息CSI反馈给协作基站。

3.根据权利要求1所述的协作多点***中基于扰动原理的闭环宏分集方法，其特征在于，

两个协作基站根据所服务用户的本地信道信息计算预编码矩阵，W₁，W₂分别是基站1和基站2的预编码矩阵，对应于信道矩阵H₁和H₂的右奇异值矩阵，然后将W₁和W₂反馈给基站控制器。

4.根据权利要求1所述的协作多点***中基于扰动原理的闭环宏分集方法，其特征在于，

所述的基站控制器在接收到每个基站的反馈信息后，通过调整右奇异值矩阵每一列的相位来获得更高的接收信号结合增益，即：

$\underset{D}{\arg \max }{\left|\right|H_1{W}_1+H_2{W}_{2}D\left|\right|}_F^2$

其中

表示使满足括号中表达式时矩阵D的值；max()表示使括号中表达式最大；|| ||_F ²表示矩阵Frobenius范数的平方；D是R*R的对角阵，对角元素是

R取决于W2的列数，即每个基站发送的数据流数，通过搜索法，可以在

(r＝1，2，…，R)选择得到最大化的

即：

适用于任意多个参与协作的基站和任意精度的θ_r角度，这取决于计算复杂度和性能之间的折中。

5.根据权利要求1所述的协作多点***中基于扰动原理的闭环宏分集方法，其特征在于，

所述的用户接收端信号表示为：

$r=\sqrt{P_1}{H}_1{W}_{1}x+\sqrt{P_2}{H}_2{W}_2\mathrm{Dx}+n$

其中P₁，P₂分别是用户从基站1和基站2的接收功率；W₁，W₂分别是基站1和基站2的预编码矩阵，对应于信道矩阵H₁和H₂的右奇异值矩阵；n是加性高斯白噪声AWGN；等效的信道矩阵可以表示为信道状态信息CSI可以通过上行链路反馈FDD***或通过直接信道估计TDD***得到，在上述协作处理下，用户接收信干噪比SINR表示为：

$\mathrm{SINR}=\frac{{\left|\right|H_1{W}_1\left|\right|}^2{P}_1+{\left|\right|H_1{W}_{2}D\left|\right|}^2{P}_2}{{\mathrm{\σ}}_o^2}$

其中σ_o ²是加性高斯白噪声功率。

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