CN102104948A - 分布式多输入多输出***中的下行传输方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种分布式多输入多输出***中的下行传输方法，包括如下步骤：(a)对所述***中的天线进行选择，以取得各个用户的传输矢量矩阵；(b)在保证传输质量的前提下，通过为每个用户分配最小的功率因子，使***的总发射功率降为最小。本发明的优点在于改善了多基站多用户MIMO***的误码率性能，减少发射的功率。
Description
【技术领域】
本发明涉及通信网络技术领域，尤其涉及一种分布式多输入多输出***中的下行传输方法及装置。
【背景技术】
随着移动通信用户数量不断增加，传统式的一个基站对多个用户的通信使得***的容量问题越来越突出，而分布式天线(DA，distributed antenna)***以其大覆盖范围、较少的切换等特性被认为是很有竞争力的备选方案。现有技术中存在一种分布式多输入多输出(MIMO)的概念，即多基站的天线构成分布式的多天线***，和用户的多天线间构成分布式的MIMO***。对于基站端的多天线，由于天线间存在的相关性以及由于不同的路径衰落，会使得某些天线的信道处于深度衰落，为了在不减小***容量的前提下降低***的复杂度，提高传输的效率，需要对***中的天线进行选择.对于普通单基站具有的情形，目前已有文献讨论，但是对于多基站的多天线还没有进行天线选择及对所有的天线进行统一的调配.
现有技术的缺点在于，
(1)在已有的分布式MIMO***中，多基站的天线构成分布式的多天线，由于基站及用户的空间方位的情况，并不是基站的所有天线到用户的信道都是质量良好的，如果信道质量差的天线参与发射会在消耗功率的同时，对***的通信贡献较小。
(2)现有的方法中都考虑的是位于基站的天线是不相关的情况，而实际上在同一基站的天线会具有一定的相关性，这种相关性会影响对通信中分集的利用。
(3)现有的方法讨论了不同信道衰落条件下的***容量及对于下行传输时如何利用信道信息对下行的波束成形矢量进行优化，但是没有兼顾在满足***传输性能的条件下如何使得***的总的消耗功率最小。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是，提供一种分布式多输入多输出***中的下行传输方法及装置，对分布式的MIMO多用户***，在下行传输时为获得良好的空分复用的效果，不仅考虑了不同空间位置所造成的不同基站到用户间的信道质量的差异，而且考虑了在同一基站部署的多天线间所存在的相关性对信道容量的影响情况，在获得下行传输最优的预编码矢量时，通过对多基站中不同基站天线的选择可以在满足用户通信的同时降低***总的发射功率，通过对***中不同基站间天线的选择与调度，对不同用户都可以选择具有最强的信道，使通信的可靠性得到了提高。
为了解决上述问题，本发明提供了一种分布式多输入多输出***中的下行传输方法，包括如下步骤：(a)对所述***中的天线进行选择，以取得各个用户的传输矢量矩阵；(b)在保证传输质量的前提下，通过为每个用户分配最小的功率因子，使***的总发射功率降为最小。
作为可选的技术方案，所述步骤(a)进一步包括：(a1)选择某一用户，对各基站到该用户的信道矩阵进行分解；(a2)选择各基站对该用户的特征子信道中最强的若干个信道构成用户的传输矢量；(a3)选择***中的另一尚未被选择的用户，重复步骤(a1)与(a2)，以获得每个用户的传输矢量矩阵；(a4)对所获得的所有用户的传输矩阵进行正交化以消除共信道干扰。
作为可选的技术方案，所述步骤(b)进一步包括：(b1)分别为每个用户在其所具有的所有的子信道中选择一个传输信号最强的特征子信道；(b2)在保证传输质量的前提下，根据所确定的各个子信道的特征值确定功率分配系数。
本发明进一步提供了一种分布式多输入多输出***中的下行传输装置，包括如下模块：天线选择模块，用于对所述***中的天线进行选择，以取得各个用户的传输矢量矩阵；功率分配模块，通过为每个用户分配最小的功率因子，使***的总发射功率降为最小。
作为可选的技术方案，所述天线选择模块进一步包括如下单元：分解单元，用于选择某一用户，对各基站到该用户的信道矩阵进行分解；选择单元，选择各基站对该用户的特征子信道中最强的若干个信道构成用户的传输矢量；用户遍历单元，用于选择***中的另一尚未被选择的用户，重复实施分解单元与选择单元，以获得每个用户的传输矢量矩阵；正交化单元，用于对所获得的所有用户的传输矩阵进行正交化以消除共信道干扰。
作为可选的技术方案，所述功率分配模块进一步包括如下单元：子信道选择单元，分别为每个用户在其所具有的所有的子信道中选择一个传输信号最强的特征子信道；分配系数计算单元，根据所确定的各个子信道的特征值确定功率分配系数。
本发明的优点在于改善了多基站多用户MIMO***的误码率性能，减少发射的功率，具体地说：
1、给出多基站天线构成的分布式MIMO***中对基站天线的选择方法
在由多基站多天线与用户的多天线构成的分布式MIMO***中，考虑到同一基站的天线间存在一定的相关性，同时由于相对于一个固定的用户来说，不同基站所处的空间方位不同，即使是空间方位相同，到用户的信道质量也不会完全相同。把不同基站的天线合在一起看作是一个等效基站的多天线，在和用户的多天线构成MIMO***时，为了提高发射的效率，存在一个天线的选择问题，通过对等效基站端天线的选择，选取其中质量好的子信道，可以在有效地传输信息不降低***容量的同时，减少***发射功率的消耗。
2、在完成天线的选择的情况下，在给定的传输质量的条件下使发射的功率最小化。
如果传输的质量一定，通过对天线的选择，可以对每一个用户选择都具有较强的信道，这样在完成给定的传输时，如果需要传送的符号数目和调制方式固定的情况下，可以选择使用所有子信道中质量最好的那些子信道。在用户端获得相同的接收质量的情况下，就可以降低基站端对功率的消耗。
3、可以有效地提高***的传输速率。
在单一基站对多用户的发射预处理的过程中，基站端能够传送的总字符数受到了单一基站所设置天线数的限制，但是当多个基站的天线可以统一的选择和调度时，首先把基站端对发射天线数目的限制去除了；这时，在用户端可以有效解码的情况下，可以多传一些数据，从而使***的总的传输速率得到了提高。
4、多用户多速率的调度与分配更加灵活。
由于是多基站多天线对多用户的下行传输，通过对基站端天线的选择，可以有更多的余量允许在多用户间进行调度，可以针对不同用户的信道和需求的情况分配不同数量的子信道；而且，如果传输质量一定时，还可以使信道质量好的用户多拥有一些子信道，有更高的传输速率，而信道质量差的用户少分配一些子信道。同样，在具有给定的传输质量的条件下，如果再限定发射的总功率，还可以在不同的用户间进行功率分配上的调度。
【附图说明】
附图1所示为本发明所述分布式多输入多输出***中的下行传输方法的具体实施方式的实施步骤示意图；
附图2所示为本发明所述分布式多输入多输出***中的下行传输装置的具体实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明提供的分布式多输入多输出***中的下行传输方法及装置的具体实施方式做详细说明。
首先结合附图给出本发明所述分布式多输入多输出***中的下行传输方法的具体实施方式。附图1所示为本具体实施方式的实施步骤示意图，包括：步骤S11，选择某一用户，对各基站到该用户的信道矩阵进行分解；步骤S12，选择各基站对该用户的特征子信道中最强的若干个信道构成用户的传输矢量；步骤S13，选择***中的另一尚未被选择的用户，重复步骤S11与S12，以获得每个用户的传输矢量矩阵；步骤S14，对所获得的所有用户的传输矩阵进行正交化以消除共信道干扰；步骤S21，分别为每个用户在其所具有的所有的子信道中选择一个传输信号最强的特征子信道；步骤S22，根据所确定的各个子信道的特征值确定功率分配系数。
上述方法中的步骤S11至S14可以概括为“对所述***中的天线进行选择，以取得各个用户的传输矢量矩阵”，在其他的具体实施方式中也可以通过其他类似的方法实现上述取得各个用户传输矢量矩阵的操作。
具体地说，假设***中有K个基站，每个基站有Nk个天线，共有M个用户，每个用户有Nm个天线。多基站间假设已经获得了良好的同步，并且在基站端已经获得了各用户的信道信息。在对某一特定的用户进行天线选择时，首先对不同基站对该用户的信道间的信道矩阵进行分解，选取其中最强的子信道，结合不同的基站对该用户选取给定的子信道数目。然后对其他的用户进行选择，确定各个用户的传输矢量矩阵Am。为消除基站下行传输时不同用户间的干扰，对不同的传输矢量矩阵Am间进行正交化的处理，在正交化处理完成后，重新对传输矢量矩阵Am的各列进行归一化，得到最终的各个用户的预编码矩阵。
在由多基站多天线与用户的多天线构成的分布式MIMO***中，考虑到同一基站的天线间存在一定的相关性，同时由于相对于一个固定的用户来说，不同基站所处的空间方位不同，即使是空间方位相同，到用户的信道质量也不会完全相同。把不同基站的天线合在一起看作是一个等效基站的多天线，在和用户的多天线构成MIMO***时，为了提高发射的效率，存在一个天线的选择问题，通过对等效基站端天线的选择，选取其中质量好的子信道，可以在有效地传输信息不降低***容量的同时，减少***发射功率的消耗。
上述步骤S21与S22可以概括为“在保证传输质量的前提下，通过为每个用户分配最小的功率因子，使***的总发射功率降为最小”。在其他的具体实施方式中也可以通过其他类似的方法实现上述最小化发射功率的操作。
具体地说，当用户端的传输质量一定时，在给定的传输速率的条件下，为了使基站端的发射功率最小，需要在不同用户所具有的子信道中进行选择，选择其中最强的特征子信道，然后根据各特征子信道的特征值的大小在满足给定传输质量的前提下，确定适当的功率分配系数。由于对每个用户来说都是在确保通信质量的情况下选取的最小的功率因子，这样就能够在保证传输质量的条件下，使***中总的发射功率最小。
如果设分配给第m个用户的第Ln个子信道的功率为Pmn，则给定信干噪比条件下***的发射功率最小化可以描述为：
如果传输的质量一定，通过对天线的选择，可以对每一个用户选择都具有较强的信道，这样在完成给定的传输时，如果需要传送的符号数目和调制方式固定的情况下，可以选择使用所有子信道中质量最好的那些子信道。在用户端获得相同的接收质量的情况下，就可以降低基站端对功率的消耗。
本具体实施方式所述方法可以有效地提高***的传输速率。在单一基站对多用户的发射预处理的过程中，基站端能够传送的总字符数受到了单一基站所设置天线数的限制，但是当多个基站的天线可以统一的选择和调度时，首先把基站端对发射天线数目的限制去除了；这时，在用户端可以有效解码的情况下，可以多传一些数据，从而使***的总的传输速率得到了提高。
本具体实施方式所述的方法还可以使多用户多速率的调度与分配更加灵活。由于是多基站多天线对多用户的下行传输，通过对基站端天线的选择，可以有更多的余量允许在多用户间进行调度，可以针对不同用户的信道和需求的情况分配不同数量的子信道；而且，如果传输质量一定时，还可以使信道质量好的用户多拥有一些子信道，有更高的传输速率，而信道质量差的用户少分配一些子信道。同样，在具有给定的传输质量的条件下，如果再限定发射的总功率，还可以在不同的用户间进行功率分配上的调度。
接下来结合附图给出本发明所述分布式多输入多输出***中的下行传输装置的具体实施方式。
附图2所示是本具体实施方式所述装置的结构示意图，包括如下模块：天线选择模块210，用于对所述***中的天线进行选择，以取得各个用户的传输矢量矩阵；功率分配模块220，通过为每个用户分配最小的功率因子，使***的总发射功率降为最小。
所述天线选择模块210进一步包括如下单元：分解单元211，用于选择某一用户，对各基站到该用户的信道矩阵进行分解；选择单元212，选择各基站对该用户的特征子信道中最强的若干个信道构成用户的传输矢量；用户遍历单元213，用于选择***中的另一尚未被选择的用户，重复实施分解单元与选择单元，以获得每个用户的传输矢量矩阵；正交化单元214，用于对所获得的所有用户的传输矩阵进行正交化以消除共信道干扰。
所述功率分配模块220进一步包括如下单元：子信道选择单元221，分别为每个用户在其所具有的所有的子信道中选择一个传输信号最强的特征子信道；分配系数计算单元222，根据所确定的各个子信道的特征值确定功率分配系数。
以上各个模块以及单元的工作原理以及彼此之间的相互关系请参考前一个具体实施方式的内容，此处不再赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种分布式多输入多输出***中的下行传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)对所述***中的天线进行选择，以取得各个用户的传输矢量矩阵；
(b)在保证传输质量的前提下，通过为每个用户分配最小的功率因子，使***的总发射功率降为最小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)进一步包括：
(a1)选择某一用户，对各基站到该用户的信道矩阵进行分解；
(a2)选择各基站对该用户的特征子信道中最强的若干个信道构成用户的传输矢量；
(a3)选择***中的另一尚未被选择的用户，重复步骤(a1)与(a2)，以获得每个用户的传输矢量矩阵；
(a4)对所获得的所有用户的传输矩阵进行正交化以消除共信道干扰。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)进一步包括：
(b1)分别为每个用户在其所具有的所有的子信道中选择一个传输信号最强的特征子信道；
(b2)在保证传输质量的前提下，根据所确定的各个子信道的特征值确定功率分配系数。
4.一种分布式多输入多输出***中的下行传输装置，其特征在于，包括如下模块：
天线选择模块，用于对所述***中的天线进行选择，以取得各个用户的传输矢量矩阵；
功率分配模块，在保证传输质量的前提下，通过为每个用户分配最小的功率因子，使***的总发射功率降为最小。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述天线选择模块进一步包括如下单元：
分解单元，用于选择某一用户，对各基站到该用户的信道矩阵进行分解；
选择单元，选择各基站对该用户的特征子信道中最强的若干个信道构成用户的传输矢量；
用户遍历单元，用于选择***中的另一尚未被选择的用户，重复实施分解单元与选择单元，以获得每个用户的传输矢量矩阵；
正交化单元，用于对所获得的所有用户的传输矩阵进行正交化以消除共信道干扰。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述功率分配模块进一步包括如下单元：
子信道选择单元，分别为每个用户在其所具有的所有的子信道中选择一个传输信号最强的特征子信道；
分配系数计算单元，根据所确定的各个子信道的特征值确定功率分配系数。
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|---|---|---|---|---|
| CN101123461A (zh) * | 2002-02-19 | 2008-02-13 | 高通股份有限公司 | 部分信道状态信息(csi)多输入、多输出(mimo)***的功率控制 |
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