CN102415120B - 协同多点传输方法及其设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种协同多点(CoMP)传输方法及其设备。该方法包括：在多于一个基站的每一个处独立产生能够关于信道进行相位预调整的预编码矩阵；多于一个基站中的每一个使用预编码矩阵对将被发送到移动终端(UE)的相同信号进行预编码并向UE发送编码后的信号；UE对从多于一个基站中的每一个接收到的编码后的信号进行合并。通过以上技术方案，可以获得高性能和高增益的CoMP传输。

Description

协同多点传输方法及其设备

技术领域

本发明的实施方式涉及无线通信技术，更具体地，涉及实现协同多点传输的方法及其设备。

背景技术

协同多点发送和接收(CoMP)是LTE-Advanced增强小区中心和小区边缘频谱效率的关键技术之一。可将CoMP分成两类；联合处理(JP)和协同调度/波束赋形(CS/CB)。由于其低回程和低等待时间要求，作为针对联合发送的可能的预编码类型的非相干发送方案是非常有希望的。在时分多址(TDD)***中，非相干预编码是特别优选的。其中，由于相互性，联合发送涉及到的每一个eNB能够通过上行链路探测参考信号(S-RS)知道针对非相干本地预编码的目标用户(UE)的信道。

对于TDD下行链路(DL)CoMP中的非相关发送，所涉及到的eNB向被称为CoMP UE的预期UE发送相同的数据流，然后将CoMP UE处接收到的信号进行非相干合并，这使得与相干发送相比，***的性能恶化了。

为了增强非相关发送场景的性能，非常期望CoMP UE处的相干接收。为了做到这一点，需要在每一个eNB处独立地设计一个特殊的预编码器以进行相干接收。

假定处于TDD DL CoMP的场景中。在随后的描述中，假定每一个eNB装备有M根天线，UE装备有N根天线。在单用户(SU)多输入多输出(MIMO)TDDDL CoMP的场景中，所有的eNB同时向CoMP UE发送相同的数据。每一个eNB具有相等的总发射功率P，并在每一个eNB的数据流中采用平均的功率分配。还假定有两个基站，eNB A是用户CoMP UE所属基站，记为第一eNB，eNB B是协作基站，记为第二eNB。

针对其发送信号，每一个eNB基于奇异值(SVD)分解使用特征向量作为其最优预编码器来独立地设计自身的预编码器。对于SU-MIMO中的预编码器设计来说，该方法是最优的。然而，在TDD DL CoMP中，在每一个eNB处将用户信道进行SVD分解后的右酉矩阵用于预编码器设计，CoMP UE侧的接收信号将进行非相干合并。这是因为在SVD分解中，很难在每一个eNB处执行预相位调整以实现CoMPUE侧的相干接收。CoMP UE侧接收到的信号是：

$y=(\sqrt{\frac{P}{N}}{H}_{11}{T}_{11}+\sqrt{\frac{P}{N}}{H}_{12}{T}_{12})x+n$

$=\sqrt{\frac{P}{N}}({\stackrel{\‾}{H}}_{11}+{\stackrel{\‾}{H}}_{12})x+n$

其中，n是CoMP UE接收到的噪声，x是eNB发送的信号，H₁₁和H₁₂分别表示eNB A和eNB B到CoMP UE的信道，T₁₁和T₁₂分别是eNB A和eNB B从SVD分解得到的用于进行预编码的特征向量，N是从eNB发送到CoMP UE的数据流的总数，在CoMP中，每一个eNB发送到CoMP UE的数据流总数都是N。从eNB A和eNB B分别到CoMP UE的等效信道

和

是随机矩阵，针对这些随机矩阵很难执行预相位调整。因此，其合并将产生以下结果，在一个时刻

和

相加可以为CoMP UE的性能带来好处，而在另一个时刻，其相加可以恶化CoMP UE的性能。因此，在TDD DL CoMP中，该预编码器方案仅能获得有限信道增益的增强。

发明内容

本发明的实施方式提出了一种协同多点传输方法及其设备。

根据本发明实施方式的一方面，提供了一种协同多点传输方法。该方法包括：在多于一个基站的每一个处独立产生能够关于信道进行相位预调整的预编码矩阵；多于一个基站中的每一个使用该预编码矩阵对将被发送到移动终端(UE)的相同信号进行预编码并向UE发送编码后的信号；UE对从多于一个基站中的每一个接收到的编码后的信号进行合并。

根据本发明实施方式的另一方面，提出了一种基站，包括预编码矩阵产生单元，用于与协同多点传输所涉及的其它基站相独立，产生能够关于信道进行相位预调整的预编码矩阵；预编码单元，用于使用预编码矩阵产生单元产生的预编码矩阵对将被发送到UE的信号进行预编码；发送单元，用于向UE发送预编码后的信号。

根据本发明实施方式的再一方面，提出了一种移动终端(UE)，包括接收单元，用于从多个基站接收信号，从多个基站中的每一个接收到的信号分别被关于多个基站中的每一个与UE之间的信道进行相位预调整；合并单元，用于对从多于一个基站中的每一个接收到的编码后的信号进行合并。

根据本发明实施方式的再一方面，提出了一种通信***，包括以上所述的基站和移动终端。

基于以上的技术方案，本发明的实施方式的优势在于：由于在传输之前对信号关于基站和UE之间的信道进行了相位预调整，因而在UE处无须进行特别的操作便能够获得高性能、高增益的接收。

附图说明

根据结合附图的以下描述，本发明的优点将变得易于理解，其中：

图1示出了根据本发明的实施方式的***示意图；

图2示出了根据本发明的实施方式的基站的方框图；

图3示出了根据本发明的实施方式的UE的方框图；

图4示出了根据本发明的实施方式的传输方法的流程图；

图5示出了本发明的实施方式的性能示意图；

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

在本发明的实施方式中，提出了一种用于实现协同多点传输的***，如图1所示，该***包括以下所述的基站和移动终端(UE)。

还提出了一种基站，如图2所示，包括预编码矩阵产生单元230，用于与协同多点传输所涉及的其它基站相独立，产生能够关于信道进行相位预调整的预编码矩阵；预编码单元240，用于使用预编码矩阵产生单元产生的预编码矩阵对将被发送到UE的信号进行预编码；发送单元250，用于向UE发送预编码后的信号。

该基站还包括分解单元220，用于将基站与UE之间的信道进行分解；预编码矩阵产生单元230还用于根据对信道的分解产生能够对信道的相位进行预调整的预编码矩阵。

该基站还包括信道估计单元210，用于对基站和移动终端(UE)之间的信道进行估计以供分解单元220进行信道分解。

该基站还包括缓存260，用于缓存将被预编码单元240预编码的信号。

还提出了一种移动终端(UE)，如图3所示，该移动终端包括接收单元310，用于从多个基站接收信号，从多个基站中的每一个接收到的信号分别被关于多个基站中的每一个与UE之间的信道进行相位预调整；合并单元320，用于将接收单元310从多个基站中的每一个接收到的信号进行合并以产生能够被送到后续基带处理单元330进行处理的信号。

虽然上面以分离的功能模块的形式描述了本发明实施方式的基站和UE，但是图2到图4中示出的每一个组件在实际应用中可以用多个器件实现，示出的多个组件在实际应用中也可以集成在一块芯片或一个设备中。该基站和UE也可包括用于其它目的的任何单元和装置。

下面结合附图4详细描述上述基站和移动终端(例如UE)的具体结构和操作过程。针对DL CoMP场景，本发明的实施方式的具体步骤如图4所示，在图4中：

在步骤S510中，对信道模型进行分解。

图1示出了本发明实施方式的***示意图。在图1中，假设eNB A发起CoMP请求并将CoMP请求以及将被发送到CoMP UE(即图1中的UE A)的数据发送到eNB B以请求eNB B参与CoMP。在非相关发送中，eNB之间不存在信道状态信息(CSI)交换，并且每一个eNB只可以使用其直接信道(从该eNB到CoMP UE)的信息来设计预编码器。如图1所示，eNB A只能够独立地使用信道H₁₁的CSI来设计预编码器(在本发明的实施方式中，即预编码矩阵W₁₁)，而eNB B只能够独立地使用信道H₁₂的CSI来设计预编码器(在本发明的实施方式中，即预编码矩阵W₁₂)。例如，信道H₁₁和信道H₁₂可以分别由eNB A和eNB B的信道估计单元210通过对导频信号进行处理而获得。以构建W₁₁为例。为了设计预编码器W₁₁，eNB A的分解单元220首先使用QR因式分解对信道H₁₂进行分解：

H₁₁＝R₁₁Q₁₁                    (1)

其中，R₁₁是如下的下三角矩阵：

其中，

表示从第一eNB到CoMP UE的第1个数据流的等效信道增益，

表示从第一eNB到CoMP UE的第N个数据流的等效信道增益，以此类推。其上标表示该项的值与第一eNB的信道相关联。Q₁₁是一个酉矩阵或半酉矩阵，可以通过公式1得出。

在步骤520中，产生能够对信道的相位进行预调整的预编码矩阵。

eNB A中的预编码矩阵产生单元230使用公式(1)中得到的Q₁₁产生如下的预编码矩阵：

$W_{11}=Q_{11}^H{F}_{11}---\left(3\right)$

其中，

是Q₁₁的共轭转置矩阵，与eNB A和CoMP UE之间的信道相匹配，F₁₁是用于进行相位预调整的对角阵，可将其表示为：

其中

是

的共轭，是

的模，以此类推。

同样，eNB B的预编码矩阵产生单元230可以得到第二eNB处的预编码矩阵：

$W_{12}=Q_{12}^H{F}_{12}---\left(5\right)$

其中，

是利用下式对H₁₂进行QR因式分解而得到的：

H₁₂＝R₁₂Q₁₂                    (6)

而可将F₁₂表示为

其中，

表示从第二eNB到CoMP UE的第1个数据流的等效信道增益，

表示从第二eNB到CoMP UE的第N个数据流的等效信道增益，其上标表示该项的值与第二eNB的信道相关联，

是

的共轭，是

的模，以此类推。

在步骤530中，使用所获得的预编码矩阵对信号进行预编码并向相应的CoMPUE发送。

eNB A和eNB B中的预编码单元240分别使用预编码矩阵对将要发送的数据x(如，可以是预先存储在缓存260中的数据)进行加权以实现预编码，并通过发送单元250发往相应的CoMP UE。

在步骤540中，相应的CoMP UE从eNB A和eNB B接收信号，并且在步骤550中，对接收到的信号进行合并。基带处理单元530对所合并的信号进行后续的处理。

CoMP UE的合并单元320对接收单元310接收到的信号的进行合并后的表达式如下：

$y=\sqrt{\frac{P}{N}}{H}_{11}{W}_{11}x+\sqrt{\frac{P}{N}}{H}_{12}{W}_{12}x+n---\left(8\right)$

其中，n是UE侧协方差矩阵为

的加性高斯白噪声。

如公式(9)所示，可得到由eNB A和eNB B到CoMP UE的等效信道H所表示的接收信号。

其中H是具有非负对角项的下三角矩阵。

从公式(9)可以看出，针对第i个数据流的等效信道增益是

可见本发明实施方式所提供的技术方案实现了CoMP UE侧的相干接收。同时，由于等效信道H是下三角矩阵，在CoMP UE侧可自然地使用顺序干扰消除(SIC)接收机，并因此所实现的CoMP UE的吞吐量如下所示：

$C_{\mathrm{comp}}^{\mathrm{qr}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\log (1+\frac{P}{{\mathrm{N\σ}}_n^2}{\left(\right|r_{i,i}^{\left(1\right)}|+|r_{i,i}^{\left(2\right)}\left|\right)}^2)---\left(10\right)$

从以上CoMP UE的吞吐量公式可以看出，与现有技术的解决方案相比，本发明的实施方式所提供的解决方案可以实现更高的性能并且对于CoMP UE来说可以获得更高的CoMP增益。

图5示出了在相同的条件下本发明的实施方式所提供的解决方案与现有技术的解决方案的性能比较。模拟的条件为：两个eNB，每个eNB具有四根天线，UE具有两根天线，发送相同的数据并且eNB和UE之间的信道是瑞利信道，忽略路径损耗和阴影效应。如图5所示，其中信噪比

可以看出，与现有技术的解决方案相比，本发明的实施方式所提供的解决方案有1bps/Hz左右的吞吐量优势，并且随着信噪比的增加，该优势更大。

虽然本发明的实施方式基于两个基站进行了阐述，然而本领域技术人员根据上述技术方案的启示，可以轻易地使用本发明实施方式所提供的技术方案实现三个或三个以上基站的协同传输。

本领域技术人员应该很容易认识到，可以通过编程计算机实现上述方法的不同步骤。在此，一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备(如，数字数据存储介质)以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，其中，该指令执行上述方法的一些或全部步骤。例如，程序存储设备可以是数字存储器、磁存储介质(如磁盘和磁带)、硬件或光可读数字数据存储介质。实施方式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算机。

描述和附图仅示出本发明的原理。因此应该意识到，本领域技术人员能够建议不同的结构，虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出，但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思，并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。此外，此处所有提到本发明的原则、方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含其等同物在内。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种协同多点(CoMP)传输方法，包括： 

在多于一个基站的每一个处，与协同多点传输所涉及的其他基站相独立地产生能够关于信道进行相位预调整的预编码矩阵； 

所述多于一个基站中的每一个使用所述预编码矩阵对将被发送到移动终端(UE)的相同信号进行预编码并向所述UE发送编码后的信号； 

所述UE对从所述多于一个基站中的每一个接收到的编码后的信号进行合并以实现相干接收。 

2.根据权利要求1所述的方法，所述在多于一个基站的每一个处独立产生能够对信道的相位进行预调整的预编码矩阵包括： 

将所述多于一个基站的每一个与所述UE之间的信道进行分解； 

根据对所述信道的分解产生能够对信道的相位进行预调整的预编码矩阵。 

3.根据权利要求2所述的方法，所述将所述多于一个基站的每一个与所述UE之间的信道进行分解包括： 

使用QR因式分解对所述多于一个基站的每一个与UE之间的信道进行分解。 

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述多于一个基站中的每一个使用所述预编码矩阵对将被发送到UE的相同信号进行预编码包括： 

所述多于一个基站中的每一个分别使用各自产生的预编码矩阵对将被发送到所述UE的信号进行加权。 

5.一种基站，包括： 

预编码矩阵产生单元，用于与协同多点传输所涉及的其它基站相独立地产生能够关于信道进行相位预调整的预编码矩阵； 

预编码单元，用于使用所述预编码矩阵产生单元产生的所述预编码矩阵将被发送到UE的信号进行预编码； 

发送单元，用于向所述UE发送预编码后的信号。 

6.根据权利要求5所述的基站，还包括： 

分解单元，用于将所述基站与UE之间的信道进行分解； 

预编码矩阵产生单元还用于根据对所述信道的分解产生能够对信道的相位进行预调整的预编码矩阵。 

7.一种移动终端(UE)，包括： 

接收单元，用于从多个基站接收信号，从所述多个基站中的每一个接收到的信号分别被关于所述多个基站中的每一个与所述UE之间的信道独立地进行相位预调整； 

合并单元，用于对从所述多于一个基站中的每一个接收到的编码后的信号进行合并以实现相干接收。 

8.一种通信***，包括根据权利要求5或6所述的基站和根据权利要求7所述的移动终端。 

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