一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法

摘要

本发明属于无线通信系统中的协作通信领域，具体为一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法，包括用户端处理和基站端处理两部分，其中用户端处理包括计算用户下行传输的信干噪比、将信干噪比量化得到信道质量指示；基站端处理包括基于用户码字的正交多用户调度、正交波束成形、根据反馈信息为调度用户选择调制编码方式。本发明的用户下行信干噪比的计算结合了调度方法和实际调度情况，不仅克服了传统正交波束成形中信干噪比计算保守的问题，而且能根据实际调度情况自适应地调整。此外，本发明的调度方法只根据用户码字就可以调度出全局预编码向量严格正交的用户，而不基于用户大尺度信息，因此有利于提高小区边缘的数据率。

主权项

1.一种协作通信系统中基于正交波束成形的隐反馈传输方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤一：用户端处理：用户端处理过程包括两个方面：码字反馈和信道质量指示CQI反馈；其中码字是用户根据下行信道从码本中选出来的，其代表码本中的一个向量；当使用单小区码本时，用户将为每一个协作基站选择一个码字；用户选择好码字之后，需要计算下行传输时的下行信干噪比，并将该信干噪比量化得到信道质量指示CQI，对于一个服务范围内共有M个用户的协作簇，协作簇内的第m(m＝1，…，M)个用户的下行信干噪比和信道质量指示CQI的具体计算步骤为：(1)：计算用户下行传输时所受到的多用户干扰，按照如下公式计算：$I_{\mathrm{MU},m}=\frac{N_t}{{\bar{U}}_M}\frac{{\bar{U}}_M-1}{N_t-1}[I_{\mathrm{local}}+I_{\mathrm{cross}}]$其中，I_MU，m表示用户m的多用户干扰，N_t为每个基站的发射天线数，为协作簇内有M个用户时的平均调度用户数，I_local表示调度用户为同一基站选择码字之间的关系，I_cross表示调度用户为不同基站选择码字之间的关系；其中，P_总为协作簇的总发射功率；||g_m||为用户m的下行信道g_m的模值；在计算调度用户为相同基站选择码字之间的关系I_local时，该相同基站表示为第b个协作基站，且b＝1，…N_b，g_m，b表示第b个协作基站到用户m的单小区信道的信道方向加权因子，α_m，b表示第b个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，h_m，b表示第b个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，||h_m，b||为h_m，b的模值；为第b个协作基站到用户m之间小尺度衰落信道的方向；用户m为第b个协作基站选择的码字在码本中对应的向量；在计算调度用户为不同基站选择码字之间的关系I_cross时，该不同基站表示为N_b个协作基站中任意两个不同的协作基站p和q，(p，q)＝1，…N_b，且p≠q；g_m，p表示第p个协作基站到用户m的单小区信道的信道方向加权因子，α_m，p表示第p个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，h_m，p表示第p个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，||h_m，p||为h_m，p的模值；为第p个协作基站到用户m之间小尺度衰落信道的方向；用户m为第p个协作基站选择的码字在码本中对应的向量；g_m，q表示第q个协作基站到用户m的单小区信道的信道方向加权因子，α_m，q表示第q个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，h_m，q表示第q个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，||h_m，q||为h_m，q的模值；为第q个协作基站到用户m之间小尺度衰落信道的方向；用户m为第q个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，A^H表示A的共轭转置；η_p，q表示对于两个不同的基站p和q，干扰用户分别为每个基站选择的码字在码本中对应的向量在用户m与该基站之间的单小区信道方向上的投影的相关性，其计算公式为：${\eta }_{p,q}=\frac{1}{{(N_t-1)}^2}\underset{v_p\in \left\{\hat{h}\right|{\hat{h}}^H{\hat{h}}_{m,p}=0\}}{\Sigma }\underset{v_q\in \left\{\hat{h}\right|{\hat{h}}^H{\hat{h}}_{m,q}=0\}}{\Sigma }\mathrm{Re}\{\left({\bar{h}}_{m,p}^H{v}_p\right)·{\left({\bar{h}}_{m,q}^H{v}_q\right)}^H\};$表示用户m为第p个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，表示码本中与垂直的向量所组成的集合，v_p表示干扰用户为第p个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，表示v_p为集合中的元素；表示用户m为第q个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，表示码本中与垂直的向量所组成的集合，v_q表示干扰用户为第q个协作基站选择的码字在码本中对应的向量，表示v_q为集合中的元素；A^H表示A的共轭转置；Re{*}表示复数的实部；(2)：计算用户下行传输时有用信号的功率，按照如下公式计算：$S_m=p_m{\left|g_m^H{w}_m\right|}^2$其中，S_m表示用户m的有用信号的功率，p_m为协作簇分配给用户m的信号功率；g_m为该用户的下行信道，α_m，b和h_m，b(b＝1，…，N_b)分别为第b个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子和小尺度衰落信道，N_b为协作基站数；w_m表示用户m的全局预编码向量，$w_m={[{\hat{g}}_{m,1}{\hat{h}}_{m,1}^H,...,{\hat{g}}_{m,N_b}{\hat{h}}_{m,N_b}^H]}^H,$${\hat{g}}_{m,b}={\alpha }_{m,b}/\sqrt{{\Sigma }_{i=1}^{N_b}{\alpha }_{m,i}^2},$(b＝1，…，N_b)，α_m，b和α_m，i的含义相同，分别表示第b个协作基站和第i个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，(b＝1，…，N_b)表示用户m为第b个协作基站选择的码字在码本中对应的向量；A^H表示A的共轭转置(3)：计算用户下行传输的信干噪比为：${\mathrm{SINR}}_m=\frac{S_m}{I_{\mathrm{MU},m}+{\sigma }_m^2}$其中，表示用户接收信号中的加性噪声和簇外干扰的功率，将步骤(1)和步骤(2)计算得到的S_m和I_MU，m带入本步骤中即得到下行传输的信干噪比；(4)：用户根据通信系统使用的调制编码方式表格，将得到的信干噪比量化得到信道质量指示；步骤二：基站端处理各协作基站将本地用户反馈的信息通过骨干网传输至中心处理器，中心处理器主要负责统一处理各协作基站的数据，通过统一处理数据来实现协作基站间信号和干扰的协调，实现协作通信，中心处理器的具体的计算步骤如下：(1)：中心处理器为调度用户计算所有可能的码字要求矩阵，该矩阵规定了调度用户为各个协作基站选择的码字情况，其中一个调度用户码字要求矩阵构造方式如下：其中，G_m表示由码字组成的矩阵，c_i，j为码字，G_m构造特点是：G_m每一行的码字互不相同且在码本中对应的向量相互正交，G_m每一列的码字可以相同也可以不同，中心处理器需要计算出所有满足该构造特点的码字要求矩阵，符合该构造特点的G_m共有2^B表示码本中向量的个数，N_t表示每个协作基站的发射天线数，N_b表示协作基站数；(2)：中心处理器为每一个G_m选择合适的调度用户，对于每一个G_m，中心处理器依次根据G_m每一列对码字的要求选择合适的用户，设满足G_m第i列对码字的要求的用户为u_i，则用户u_i为各协作基站选择的码字需要满足如下要求：$c_{u_i,1}=c_{1,i},c_{u_i,2}=c_{2,i},...,c_{u_i,N_b}=c_{N_b,i}$其中，(b＝1，2，…，N_b)表示用户u_i为第b个协作基站选择的码字；c_j，i，(j＝1，2，…，N_b)表示G_m的第j行第i列的码字；当有多个用户的码字选择结果满足该码字要求时，中心处理器将根据这些用户的反馈的信道质量指示CQI，通过查找用于CQI量化的调制编码方式表得到它们的信干噪比SINR，并挑选信干噪比最大的用户作为合适的用户u_i，该用户的信干噪比记为当所有可选用户的码字选择结果都不满足该码字要求时，中心处理器将设置其中表示空集；(3)：中心处理器根据每一个调度用户码字要求G_m挑选好用户后，计算挑选出来的用户下行传输的和数据率为${\mathrm{Rate}}_m=\underset{i=1}{\overset{N_t}{\Sigma }}{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{u_i})$(4)：中心处理器挑选使和数据率最大的码字要求矩阵G_m，之后将步骤(3)中为该G_m挑选的调度用户作为最终的调度用户；(5)：中心处理器为步骤(4)中获得的每一个最终调度用户u_i计算全局预编码向量，当时，全局预编码向量按如下公式获得：$w_{u_i}={[{\hat{g}}_{u_i,1}{\hat{h}}_{u_i,1}^H,...,{\hat{g}}_{u_i,N_b}{\hat{h}}_{u_i,N_b}^H]}^H$其中，表示调度用户u_i的全局预编码向量；(b＝1，…，N_b)，和分别表示第b个协作基站和第p个协作基站到用户u_i的单小区信道的大尺度衰落因子；(b＝1，…，N_b)为用户u_i为第b个协作基站选择的码字在码本中对应的向量；A^H表示A的共轭转置，当时，基站端根据调度用户的全局预编码向量按如下公式获得基站的正交波束成形矩阵W：$W=[w_{u_1},w_{u_2},...,w_{u_{N_t}}]$其中，(i＝1，…，N_t)表示用户u_i的全局预编码向量；(6)：基站端根据各调度用户反馈的信道质量指示(CQI)为各调度用户选择合适的调制编码方式，并在步骤(5)中的计算得到的全局预编码向量的方向上同时同频地为所有调度用户发送所需数据。