基于每用户归一化波束成型与速率控制的多模传输方法

摘要

本发明公开了一种基于每用户归一化波束成型与速率控制的多模传输方法，特征是在采用基于每用户归一化波束成型与速率控制的系统中，用户向基站反馈量化质量指示，基站通过量化质量指示重构用户的量化误差，从而可在进行调度时更加精确的估算出在不同传输模式下用户的信号干扰噪声比，以选择最优的传输模式。本发明有效地克服了传统每用户归一化波束成型与速率控制算法在实际应用场景中系统和容量干扰受限的问题，更适合在实际系统中使用。

主权项

1.一种基于每用户归一化波束成型与速率控制的多模传输方法，其特征在于：在采用每用户归一化波束成型与速率控制传输策略的下行多天线多用户系统中，设小区中有一个基站和多个用户，基站端配有二到八根发送天线，用户端配有一根接收天线；每个用户在向基站反馈预编码矩阵索引的同时，将用户的信道量化质量指示通过1比特的信息量反馈给基站，基站利用这1比特信息根据标量量化的原则重构量化误差，并在进行用户选择时利用量化误差精确地估算出用户的信号干扰噪声比，从而选择与当前系统环境相适应的发送用户集合，实现多模传输；具体操作步骤如下：第一部分：用户反馈第A步.用户向基站反馈预编码矩阵索引：在采用每用户归一化波束成型与速率控制传输策略的系统中，其码本集合为其中$W^i=\{w_1^i,...,w_M^i\}$为正交集即m＝1，...M为单位向量且两两正交，M为基站端发送天线数；对于第k个用户，其在码本集合中找出与自身信道矢量方向最接近的码本，并将该码本在码本集合中的索引作为向基站反馈的预编码矩阵索引，即PMI＝j^**M+i^*其中h为基站到用户之间的信道；用户向基站反馈预编码矩阵索引(PMI)所需的比特数B＝log2(M*G)；第B步.量化质量反馈：将每个用户向基站反馈的预编码矩阵索引对应的码本与其实际信道之间的量化误差定义为sin²(∠(w_PMI,h))，其中为该用户向基站反馈的预编码矩阵索引所对应的码本，h为该用户的实际信道；用户将信道量化误差sin²(∠(w_PMI,h))与做比较，式中M为基站端的发送天线数，B为预编码矩阵索引的量化比特数；如果则量化质量较差；反之量化质量较好，用户用1比特将信道量化质量反馈给基站：用户反馈信道量化质量为1表示量化质量较好，用户反馈信道量化质量为0表示量化质量较差；第C步.用户将信道增益||h||²作为用户信道质量信息反馈给基站以使基站有效的进行调度；第二部分：基站用户调度第D步.还原每个用户的量化误差：对每个用户，如果其反馈的信道量化质量为较好时，还原其量化误差为如果信道量化质量为较差时，还原其量化误差为${\sin }^2\theta =\frac{2M-1}{2M}{2}^{-\frac{N}{M-1}};$第E步.预编码矩阵的选择，即从中选择本次传输使用的预编码矩阵Wⁱ：对于每个预编码向量找出选择以为预编码矩阵索引的所有用户，并根据信号干扰噪声比粗略估算公式计算出用户的粗略信号干扰噪声比SINR^coasre，其中P为噪声归一化后的基站总发送功率；在所有选择预编码向量为预编码矩阵索引的用户中选出粗略信号干扰噪声比SINR^coarse最大的用户记为并记其粗略信号干扰噪声比SINR^coarse为SINR_i^j；如果对于预编码向量没有用户选择其作为自己的预编码矩阵索引，则记该预编码向量对应的用户为空集且其粗略信号干扰噪声比对所有预编码矩阵找出使得系统和容量最大的预编码矩阵$j^{*}=\underset{j=1,...,G}{\arg \max }\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}\log 2(1+{\mathrm{SINR}}_i^j),$并记使用预编码向量$w_i^{j^{*}},i=\mathrm{1,2},...,M$作为预编码矩阵索引中粗略信号干扰噪声比SINR^coarse最大的用户集合为第F步.用户选择过程一：记用户选择结果为初始化用户选择结果为空集初始化系统估算和容量对第E步中所得到的用户集合中的用户按照粗略信号干扰噪声比SINR^coarse从大到小排序，并记排序结果为在信号干扰噪声比粗略估算中，设基站同时服务M个用户，当基站同时服务N≤M个用户时，利用重构后的量化误差得到信号干扰噪声比的精细估算公式${\mathrm{SINR}}^{\mathrm{precise}}=\frac{\frac{P}{N}{\left|\right|h\left|\right|}^2{\cos }^2\theta }{\frac{P}{N}\frac{N-1}{M-1}{\left|\right|h\left|\right|}^2{\sin }^2\theta +1},$基于精细估算的信号干扰噪声比SINR^precise，用户选择过程一的步骤如下：F.1、初始化迭代变量i＝1；F.2、判断用户集合中第i个用户u_i是否为空集，如果是，则用户选择过程一结束，跳往步骤F.5；否则跳往步骤F.3；F.3、计算第i个用户u_i加入用户选择结果时的系统和容量并与第i个用户u_i未加入用户选择结果时的系统和容量相比，如果则跳往步骤F.4；否则用户选择过程一结束，跳往步骤F.5；其中用户选择结果的和容量利用精细的和容量计算公式进行计算；F.4、更新用户选择结果及迭代变量i＝i+1；将迭代变量i与基站端发送天线数M进行比较，如果i≤M则跳往F.2；否则用户选择过程一结束，跳往F.5；F.5、如果用户选择结果与用户集合相等，则跳往第G步；否则用户调度过程结束，用户选择结果即为用户调度结果；第G步.用户选择过程二：对于本次传输中使用的预编码矩阵中未被第F步执行后用户选择结果中用户使用的预编码向量在未被选择到的用户集合中选择与该预编码向量配对最好的用户，并将其加入到用户选择结果中；当用户向基站反馈的预编码矩阵索引为而实际传输时采用预编码向量时，其精细的信号干扰噪声比估算公式为：其中传输中实际使用到的预编码向量集合为码本集合中相邻向量的最小夹角为α，上式中$ϵ=\sqrt{2(1-\cos \frac{\alpha }{2});}$具体的选择过程步骤如下：G.1、初始化迭代变量i＝1；G.2、判断预编码向量是否已被使用，如果预编码向量已被使用，令用户k为空集：跳往步骤G.5；如果预编码向量未被使用则跳往步骤G.3；G.3、利用精细的信号干扰噪声比估算公式遍历未被选择的用户集合，找出使得精细信号干扰噪声比最大的用户记为k；G.4、计算精细信号干扰噪声比最大的用户k加入用户选择结果时的系统和容量并与精细信号干扰噪声比最大的用户k未加入用户选择结果时的系统和容量相比，如果则跳往步骤G.5；否则用户调度过程结束，用户选择结果即为调度结果；用户选择结果的和容量利用精细的和容量计算公式进行计算，其中对于第F步选中的用户，即用户反馈的预编码矩阵索引与其传输时使用的预编码向量相等的用户，其精细的信号干扰噪声比用第F步中的精细的信号干扰噪声比估算公式计算，对于第G步选中的用户，即用户反馈的预编码矩阵索引与其传输时使用的预编码向量不相等的用户，其精细的信号干扰噪声比用第G步中的精细的信号干扰噪声比估算公式计算；G.5、更新用户选择结果和迭代变量i＝i+1，比较迭代变量i与基站端发送天线数M，如果i≤M，则跳往步骤G.2；否则用户调度过程结束，用户选择结果即为调度结果。