CN101867536A - 一种多播广播业务预编码方法、基站及终端 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种预编码方法，包括：广播MBS的接收信噪比公共阈值；接收原始信噪比小于所述公共阈值的MBS用户通过公共反馈控制信道反馈基于码本的信道状态信息；根据所述反馈的信道状态信息，构造使MBS用户最小接收信噪比最大化的预编码向量。相应地，本发明实施例还提供一种基站和终端，改善了最差信道质量的用户性能，同时又不会使其它用户的性能过于损失，从而解决了限制MBS性能的瓶颈，提高了MBS的频谱效率和覆盖。

Description

一种多播广播业务预编码方法、基站及终端

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种多播广播业务预编码方法、基站及终端。

背景技术

MBS(Multicast Broadcast Service，多播广播业务)是与单播相对应的一种业务，MBS的业务传输是将数据同时传输给多个用户。由于实际***中各个用户的信道质量差异非常大，因此MBS的业务效率严重受限于最差的用户信道质量。一种有效提升MBS业务效率的方法就是通过应用多天线预编码技术利用空间分集增益改善受限用户的信道质量。

假定有K个MBS用户，基站配置M个有效发射天线，每个MBS用户配置N_k个接收天线。则第k个用户的信道参数可以表示为如下的矩阵：

其中

表示从基站的第m个有效发射天线到MBS用户k的第n个接收天线的信道参数。而第k个用户的接收信号可以表示为：

y_k＝H_kx+n_k    (1)

其中y_k为第k个MBS用户的接收信号，x为基站的公共发射信号，n_k为第k个MBS用户收到的高斯白噪声，其方差为矩阵RN。

基站的公共发射信号x可以表示为x＝φs，其中x＝[x₁ x₂…x_M]^T和φ＝[φ₁ φ₂…φ_M]^T分别是业务信号和预编码向量。

第k个MBS用户的接收处理过程可以表示为：

${\hat{s}}_k={\mathrm{\θ}}_k{y}_k={\mathrm{\θ}}_k{H}_k\mathrm{\φs}+{\mathrm{\θ}}_k{n}_k---\left(2\right)$

其中，

是发射业务信号估计，

是接收均衡因子。

基于最小均方误差准则的预编码设计如下：

第k个MBS用户估计的均方误差可以表示为：其中s表示实际的接收信号，E{}表示数学期望。基于均方误差最小准则可以得到预编码向量应该是对应于矩阵

最大特征值

的特征向量φ_k。

每个用户都需要反馈各自的

和φ_k，基站选择信道质量最差用户的特征向量作为***发射的预编码向量。

另外还有一种基于码本的预编码设计方法，具体如下：

所有MBS用户都使用相同的一组预编码，记为：MBS用户计算在码本的所有预编码中使等效信道增益最大的预编码，即：

${\hat{m}}_k=\arg \underset{m=\mathrm{1,2},\·\·\·,M}{\max }\left\{\underset{n=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_{n,m}^{\left(k\right)}\right|}^2\right\}---\left(3\right)$

和对应的等效信道增益：

$G_k={\left(h^{\left(k\right)}\right)}^H\left(h^{\left(k\right)}\right)=\underset{n=1}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_{n,m}^{\left(k\right)}\right|}^2---\left(4\right)$

并将对应的预编码序号和增益值反馈给基站。基站选择增益最小的用户的预编码，从而改善最差用户的等效信道质量。

上述MBS业务的编码方法反馈开销大，使当前信道质量最差用户改善的预编码可能使其它用户的信道质量恶化，限制了MBS业务的效率，因此并不能真正解决限制MBS业务效率的瓶颈。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明实施例提供一种MBS业务下的预编码方法，基站及终端，用以解决反馈开销大及改善最差信道质量引起其他用户信道质量恶化的问题。

本发明实施例提供一种多播广播业务MBS预编码方法，包括：

广播MBS的接收信噪比公共阈值；

接收MBS用户通过公共控制信道反馈的基于码本的信道状态信息，所述MBS用户的原始信噪比小于所述公共阈值；

根据所述反馈的基于码本的信道状态信息，构造使MBS用户最小接收信噪比最大化的预编码向量。

相应地，本发明实施例还提供一种基站，包括：

阈值广播模块，用于广播多播广播业务MBS的接收信噪比公共阈值；

信道状态信息接收模块，用于接收MBS用户通过公共控制信道反馈的基于码本的信道状态信息，所述MBS用户的原始信噪比小于所述公共阈值；

预编码向量计算模块，用于根据所述反馈的基于码本的信道状态信息，构造使MBS用户最小接收信噪比最大化的预编码向量。

另外，本发明实施例提供一种用户终端，包括：

阈值接收模块，用于接收基站广播的多播广播业务MBS的接收信噪比公共阈值；

信道状态信息反馈模块，用于当原始信噪比小于所述公共阈值时，通过公共控制信道反馈基于码本的信道状态信息。

本发明实施例提供的预编码方法、基站及终端，既改善了最差信道质量的用户性能，同时又不会使其它用户的性能过于损失，从而解决了限制MBS性能的瓶颈，提高了MBS的频谱效率和覆盖。同时，广播阈值的方法降低了不必要的信道状态信息反馈。

附图说明

图1为本发明实施例方法流程图；

图2为本发明又一实施例方法流程图；

图3为本发明基站装置实施例结构框图；

图4为本发明终端装置实施例结构框图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明实施例提供一种基站预编码方法，参见图1，

101，基站广播MBS的接收信噪比公共阈值；

102，接收原始信噪比小于所述公共阈值的MBS用户通过公共反馈控制信道反馈的基于码本的信道状态信息；

这里，每个MBS用户将自身的原始信噪比与基站广播的公共阈值比较，若原始信噪比小于公共阈值，则通过公共反馈控制信道反馈信道状态信息给基站；若原始信噪比大于公共阈值，则不需要反馈。

103，根据所述反馈的信道状态信息，选择使MBS用户最小接收信噪比最大化的预编码向量。

基站根据MBS用户反馈的信道状态信息，计算使MBS用户最小信噪比最大化的预编码向量，即预编码后使得信道质量最差的MBS用户最佳化。预编码向量的计算方法可以采用如幂法等迭代方法。

通过公共阈值的引入，不需要每个用户反馈信道质量，减少了***反馈量。同时，本发明实施例预编码获取方法既改善了最差信道质量的用户性能，同时又不会使其它用户的性能过于损失，从而解决了限制MBS性能的瓶颈，提高了MBS的频谱效率和覆盖。

下面结合附图详细介绍本发明又一实施例的预编码方法，参见图2，

201，基站广播MBS的接收信噪比公共阈值；

基站广播MBS的公共阈值，记为Δ。

202，用户进行是否反馈信道状态信息判断；

用户根据自身的原始信噪比和公共阈值的大小关系进行是否反馈信道状态信息的判断。每个MBS用户根据其下行导频资源上的接收信息R_k和已知的导频信息P_k估计信道状态信息H_k＝R_k/P_k。设第k个MBS用户的原始信噪比为Γ_k，Γ_k可以按下列公式计算：

其中γ是作为发射端的基站的信噪比，I_1×M为M维全1的向量，H_k表示第k个用户的下行信道矩阵，s表示接收到的信号的量化值，n_k表示高斯白噪声，E表示数学期望，本实施例中的(.)^*均表示共轭转置，下不赘述。

可以将H_k分解成对应于码本的量化向量

和信道质量指示量化值

且体可以根据接收端即终端信噪比最大化的准则进行分解得到

量化码本可以表示为包含B个归一化的向量组

则所述分解表示为：

${\hat{h}}_k=\underset{a_i\∈A}{\arg \max }\left\{a_i^{*}{H}_k^{*}{H}_k{a}_i\mathrm{\γ}\right|i=1,...,B\}---\left(6\right)$

${\widehat{\mathrm{\Γ}}}_k={\hat{h}}_k^{*}{H}_k^{*}{H}_k{\hat{h}}_k\mathrm{\γ}---\left(7\right)$

当且仅当

时，用户才反馈信道状态信息，即信道质量好的用户不用反馈。

203，由公共反馈控制信道向基站反馈信道状态信息；

这里只有

的用户向基站反馈信道状态信息，且通过公共控制信道反馈。

针对基于正交频分多址接入的空中接口，公共控制信道的构造方法具体可以为：

基站在上行资源中为MBS的反馈分配一固定大小的资源，该资源中每个子载波承载一个QPSK调制符号，例如连续6个OFDM符号中的连续6个子载波，承载36个QPSK调制符号(或72比特)；

选择B个长度和上述承载调制符号数目相同的正交或半正交序列，例如长度为72的序列，B表示码本的大小。

这里通过构造的公共控制信道反馈的信道状态信息为基于码本的量化值，量化可以采用基于接收端信噪比最大化或能量最大化准则。如根据公式(6)，选择接收端信噪比最大化的码字，将该码字在码本空间中的序号发给基站。基站和终端通过协议已约定码本空间，因此基站可以获取使接收端即用户终端信噪比最大化的码字。

204，基站根据接收到的信道状态信息，构造使MBS用户最小接收信噪比最大化的预编码向量。

基站构造一个使MBS用户最小接收信噪比最大化的预编码向量

具体的构造过程如下：

对应预编码向量的第k个MBS用户的信道质量指示量化值表示为：

因而，MBS预编码的计算可以建模为：

由于通过广播阈值对上报信道状态信息的用户进行了限制，可以近似认为这些用户的信道质量指示量化值

相同，基站根据收到的信道状态信息

确定使最小的接收端信噪比最大化的预编码，将信道状态信息代入MBS预编码的目标模型，当用户的信道质量指示量化值相同，可以得到如下的表示：

这样，基站可以根据(10)式确定最终的预编码向量

上式可以采用迭代法求解，具体为：

设置MBS预编码初始值为：其中I_1×M为M维全1的向量。设置MBS预编码初始值下的最小接收端信噪比为：

设置MBS预编码更新增量M维向量δ及终止门限ε；

更新预编码为：

更新当前接收端最小信噪比为：

判断是否满足终止条件||Г⁽ⁿ⁾-Γ^(n-1)||＜ε，如果满足，则停止迭代，生成MBS预编码

否则，继续迭代执行更新预编码和接收端最小信噪比的步骤。

本发明实施例通过公共阈值的引入，不需要每个用户反馈信道质量，减少了***反馈量。反馈基于工控反馈控制信道，避免了针对用户反馈资源的分配调度，反馈开销不随MBS用户数的增加而增加。同时，本发明实施例预编码获取方法既改善了最差信道质量的用户性能，同时又不会使其它用户的性能过于损失，从而解决了限制MBS性能的瓶颈，提高了MBS的频谱效率和覆盖。

与方法实施例对应，本发明还提供基站和终端的装置实施例。

一种基站，如图3，包括：

阈值广播模块301，用于广播多播广播业务MBS的接收信噪比公共阈值；

信道状态信息接收模块302，用于接收原始信噪比小于所述公共阈值的MBS用户通过公共控制信道反馈的基于码本的信道状态信息；

预编码向量计算模块303，用于根据所述反馈的信道状态信息，选择使MBS用户最小接收信噪比最大化的预编码向量。

其中，基于码本的信道状态信息基于接收端信噪比最大化或容量最大化准则。预编码向量计算模块303中预编码向量的计算可以采用迭代法，根据反馈的信道信息，预编码初始值、更新增量以及中止门限，迭代生成预编码向量，具体可以参见上面方法实施例中步骤204中迭代的过程。

一种终端，如图4，包括：

阈值接收模块401，用于接收基站广播的多播广播业务MBS的接收信噪比公共阈值；

信道状态信息反馈模块402，用于当原始信噪比小于所述公共阈值时，通过公共控制信道反馈的基于码本的信道状态信息。

这里的信道状态信息反馈模块402反馈的信道状态信息为基于码本且基于接收端信噪比最大化或容量最大化准则获取，即上面公式(9)中的

本发明实施例提供的预编码方法、基站及终端，通过公共阈值的引入，不需要每个用户反馈信道质量，减少了***反馈量。反馈基于工控反馈控制信道，避免了针对用户反馈资源的分配调度，反馈开销不随MBS用户数的增加而增加。同时，本发明实施例预编码获取方法既改善了最差信道质量的用户性能，同时又不会使其它用户的性能过于损失，从而解决了限制MBS性能的瓶颈，提高了MBS的频谱效率和覆盖。

本申请文件中所公开的实施例描述的各单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (8)

1.一种多播广播业务MBS预编码方法，其特征在于，包括：

广播MBS的接收信噪比公共阈值；

接收MBS用户通过公共控制信道反馈的基于码本的信道状态信息，所述MBS用户的原始信噪比小于所述公共阈值；

根据所述反馈的基于码本的信道状态信息，构造使MBS用户最小接收信噪比最大化的预编码向量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反馈的基于码本的信道状态信息基于接收端信噪比最大化或容量最大化准则获取。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构造使MBS用户最小接收信噪比最大化的预编码向量包括：

根据所述反馈的基于码本的信道状态信息，预设的预编码初始值、更新增量以及中止门限，采用迭代的方法生成预编码向量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述构造的预编码向量

其中

为所述MBS用户反馈的基于码本的信道状态信息，K表示原始信噪比小于所述公共阈值的MBS用户总数，(.)^*表示共轭转置，maxmin{}表示最小值最大化函数。

5.一种基站，其特征在于，包括：

阈值广播模块，用于广播多播广播业务MBS的接收信噪比公共阈值；

信道状态信息接收模块，用于接收MBS用户通过公共控制信道反馈的基于码本的信道状态信息，所述MBS用户的原始信噪比小于所述公共阈值；

预编码向量计算模块，用于根据所述反馈的基于码本的信道状态信息，构造使MBS用户最小接收信噪比最大化的预编码向量。

6.根据权利要求5所述的基站，其特征在于，所述信道状态信息接收模块接收的基于码本的信道状态信息基于接收端信噪比最大化或容量最大化准则获取。

7.一种用户终端，其特征在于，包括：

阈值接收模块，用于接收基站广播的多播广播业务MBS的接收信噪比公共阈值；

信道状态信息反馈模块，用于当原始信噪比小于所述公共阈值时，通过公共控制信道反馈基于码本的信道状态信息。

8.根据权利要求7所述的终端，其特征在于，所述信道状态信息反馈模块反馈的基于码本的信道状态信息基于接收端信噪比最大化或容量最大化准则获取。

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