專利名稱：多用戶jt mimo系統(tǒng)中的下行鏈路功率分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多用戶系統(tǒng)中信道的功率分配。
背景技術(shù)：
聯(lián)合傳輸JT技術(shù)是適用于CDMA系統(tǒng)下行鏈路的多用戶傳輸技術(shù)。它是一項(xiàng)相對(duì)于聯(lián)合檢測(cè)JD的發(fā)送預(yù)編碼技術(shù)，它將JD系統(tǒng)中需要在終端完成的復(fù)雜運(yùn)算轉(zhuǎn)移到基站端完成。目前，JT技術(shù)分為線性與非線性兩大類，非線性聯(lián)合傳輸技術(shù)，如Tomlinson-Harashima預(yù)編碼(THP)和傳輸非線性迫零(TxNZF)等，可以在保證傳輸質(zhì)量的同時(shí)將發(fā)送功率控制在一個(gè)較低的水平，但其編碼復(fù)雜度較高，文獻(xiàn)(海平、謝顯中，Optimum Transmission SchemeJoint(JT)in TD-SCDMA Downlink.中國(guó)郵電高校學(xué)報(bào)(英文版)，2004，Vol.11(3)45-48)公開(kāi)了一種線性聯(lián)合傳輸技術(shù)，編碼復(fù)雜度較低，容易實(shí)用化。但是線性聯(lián)合傳輸技術(shù)中預(yù)編碼存在較大的能量增益，使用戶間的多址干擾增大，直接影響系統(tǒng)的總?cè)萘俊Ｍ瑫r(shí)，由于信道估計(jì)誤差及信道衰落的影響，使整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量有較大的降低。

發(fā)明內(nèi)容
為克服以上不利因素，在線性聯(lián)合傳輸技術(shù)中，功率控制是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種適用于多用戶多輸入多輸出聯(lián)合傳輸(JT MIMO)系統(tǒng)的功率控制分配方法，在滿足每個(gè)用戶信干比SINR的前提下，找到一個(gè)可行的發(fā)送功率向量，同時(shí)使所有用戶的發(fā)送總功率最?。煌ㄟ^(guò)聯(lián)合調(diào)整各用戶的發(fā)送功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)用戶信干比的控制。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案為，在下行鏈路估計(jì)每個(gè)用戶自身的鏈路增益以及對(duì)其他用戶的干擾；根據(jù)用戶的優(yōu)先級(jí)給定用戶k的信干比門(mén)限值γ(k)，構(gòu)建以用戶信干比門(mén)限值為對(duì)角線構(gòu)成的對(duì)角矩陣D；確定約束條件在每個(gè)用戶的信干比SINR高于門(mén)限值的前提下，使所有用戶的總的發(fā)送能量最?。粯?gòu)建碼間干擾(ISI)、用戶間干擾(MAI)干擾增益矩陣F及熱噪聲干擾矩陣U；根據(jù)約束條件、干擾矩陣，構(gòu)建滿足約束條件下的最小能量計(jì)算公式，即各用戶的發(fā)送功率組成的發(fā)送向量Ed＝[I-DF]-1U，其中I為單位矩陣；調(diào)用算法模塊，根據(jù)公式Ed＝[I-DF]-1U計(jì)算功率分配向量。
在預(yù)編碼之前用所得的功率分配向量與調(diào)制后的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)相乘就可以得到我們需要發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明提出的方法能夠使系統(tǒng)的發(fā)送總能量最小，并可以有效地控制每個(gè)用戶的傳輸質(zhì)量，從而提高能量效率，增大系統(tǒng)容量。


圖1所示為下行信道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框2所示為根據(jù)本發(fā)明確定發(fā)送功率流程圖具體實(shí)施方式
在JT MIMO系統(tǒng)多用戶下行鏈路中，各用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)調(diào)制矩陣M調(diào)制后在多天線上同頻并行傳輸，每個(gè)用戶的發(fā)射能量均對(duì)其他所有用戶產(chǎn)生影響，是一個(gè)干擾受限系統(tǒng)。因此，如何合理的分配用戶的發(fā)射能量，在保證用戶的傳輸質(zhì)量的前提下，減小發(fā)送功率，提高能量效率，是JT MIMO系統(tǒng)需要解決的一個(gè)問(wèn)題。
如圖1所示為下行信道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，在QPSK調(diào)制模塊和擴(kuò)頻模塊間插入一個(gè)功率分配模塊，功率分配模塊進(jìn)行功率向量分配，將得到的功率分配向量與調(diào)制后的用戶發(fā)送數(shù)據(jù)相乘，然后再進(jìn)行擴(kuò)頻，預(yù)處理，通過(guò)天線進(jìn)行發(fā)射。
圖2所示為本發(fā)明確定功率分配向量流程圖，通過(guò)在下行鏈路用訓(xùn)練序列估計(jì)每個(gè)用戶自身的鏈路增益以及對(duì)其他用戶的干擾，干擾包括碼間干擾ISI、用戶間干擾MAI、熱噪聲干擾。結(jié)合具體的通信環(huán)境如地形，用戶密度，環(huán)境噪聲等等，以及各個(gè)用戶的優(yōu)先級(jí)，給定用戶k的信干比SINR門(mén)限值為γ(k)，以用戶信干比門(mén)限值為對(duì)角線構(gòu)建對(duì)角矩陣D，估計(jì)用戶的信道增益矩陣Gk和干擾矩陣Gkg，確定每個(gè)用戶的信干比SINR，確定約束條件在每個(gè)用戶的SINR高于門(mén)限值的前提下，使所有用戶的總的發(fā)送能量 最小，也就是minΣkEd(k)Subject toγo(k)≥γ(k),]]>γo(k)為用戶實(shí)際的信干比；構(gòu)建碼間干擾(ISI)、用戶間干擾(MAI)增益矩陣F及熱噪聲干擾矩陣U，根據(jù)上述約束條件及干擾矩陣，確定最小能量計(jì)算公式，即最合理的功率分配向量Ed＝[I-DF]-1U。
下面根據(jù)系統(tǒng)信道特征對(duì)上述方案進(jìn)行具體說(shuō)明。在信道環(huán)境下，采用線性迫零(TxZF)預(yù)編碼算法對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理.采用最大似然算法估計(jì)信道沖擊響應(yīng)。并在下行信道通過(guò)估計(jì)得到用戶k的編碼、傳輸增益和受到的用戶間干擾和碼間干擾。
如果發(fā)送端發(fā)送的信道信息是無(wú)偏的，那么TxZF可以完全消除碼間干擾和用戶間干擾，但是在實(shí)際通信中，無(wú)偏的信道信息是不存在的，同時(shí)由于某些預(yù)處理算法的局限性，用戶的干擾來(lái)自碼間干擾ISI，用戶間干擾MAI及熱噪聲。于是，用戶k的信干比SINR為γo(k)
γo(k)=Σn=1N|[D(k)H(k)M(k)]n,n|2Ed(k)Σg=1KΣn=1N||[D(k)H(k)M(g)]n||2Ed(g)-Σn=1N|[D(k)H(k)M(k)]n,n|2Ed(k)+trace{D(k)Rn(k)D(k)H)}]]>對(duì)上式作歸一化處理，可以得到每一幀的SINR為γo(k)=Ed(k)Σg=1KGkgGkEd(g)-Ed(k)+NkGk]]>其中，用戶的信道增益矩陣Gk=Σn=1N|[D(k)H(k)M(k)]n,n|2k]]>和干擾矩陣Gkg=Σn=1N||[D(k)H(k)M(g)]n||2]]>分別表示用戶k的傳輸增益和受到的干擾，包括用戶間干擾和碼間干擾，其中D(k)為用戶k的解調(diào)矩陣，M(k)為用戶k的調(diào)制矩陣，H(k)為用戶k的信道矩陣。
根據(jù)具體的通信環(huán)境，如地形，用戶密度，環(huán)境噪聲等，以及各個(gè)用戶的優(yōu)先級(jí)，設(shè)置用戶k的信干比門(mén)限值γ(k)，構(gòu)建以k個(gè)用戶信干比門(mén)限值為對(duì)角線構(gòu)成的對(duì)角矩陣 設(shè)定約束條件在每個(gè)用戶的SINR高于門(mén)限值的前提下，使所有用戶的總的發(fā)送能量 最小，也就是minΣkEd(k)Subject toγo(k)≥γ(k).]]>根據(jù)上述約束條件，建立功率分配向量矩陣Ed=(Ed(1)···Ed(K))T,]]>根據(jù)用戶的信道增益矩陣、干擾矩陣和用戶信干比確定ISI、MAI干擾增益矩陣 熱噪聲干擾矩陣U=(γ(1)N1G1···γ(K)NKGK)TNk,]]>其中Nk為用戶k的高斯白噪聲。
基站端控制處理模塊調(diào)用算法模塊，構(gòu)建滿足約束條件下的最小能量計(jì)算公式，使所有用戶的功率向量Ed滿足不等式Ed≥DFEd+U，當(dāng)上述不等式取等號(hào)時(shí)，用戶的總功率最小，由此可得最小能量計(jì)算公式Ed＝[I-DF]-1U，即最合理的功率分配向量。其中I為單位矩陣，功率分配向量矩陣Ed中的每一個(gè)元素代表一個(gè)用戶的發(fā)送功率。將上述矩陣D、F、U代入公式即得到合理的功率分配向量，即發(fā)送功率向量。
在多用戶JT MIMO系統(tǒng)中，發(fā)送機(jī)根據(jù)上述方法確定的功率分配向量，用它與各個(gè)用戶的調(diào)制數(shù)據(jù)符號(hào)相乘，然后再進(jìn)行擴(kuò)頻，預(yù)處理，通過(guò)天線進(jìn)行發(fā)射。通過(guò)本發(fā)明的功率分配方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)下行鏈路用戶進(jìn)行功率控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)用戶信干比的控制，使整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量有較大的改善。
權(quán)利要求
1.多用戶JT MIMO系統(tǒng)中的下行鏈路功率分配方法，其特征在于，在下行鏈路估計(jì)每個(gè)用戶自身的鏈路增益以及對(duì)其他用戶的干擾；給定用戶k的信干比門(mén)限值γ(k)，以用戶信干比門(mén)限值為對(duì)角線構(gòu)建對(duì)角矩陣D；構(gòu)建干擾增益矩陣F及熱噪聲干擾矩陣U；根據(jù)約束條件及干擾矩陣確定最小能量計(jì)算公式Ed＝[I-DF]-1U；控制處理器調(diào)用算法模塊中最小能量計(jì)算公式計(jì)算各個(gè)用戶的功率分配向量；發(fā)送機(jī)根據(jù)功率分配向量實(shí)現(xiàn)對(duì)下行鏈路用戶的功率控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下行信道功率分配方法，其特征在于，所述干擾為碼間干擾ISI、用戶間干擾MAI、熱噪聲干擾。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下行信道功率分配方法，其特征在于，所述約束條件為在每個(gè)用戶的信干比高于門(mén)限值的前提下，使所有用戶的總的發(fā)送能量最小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下行信道功率分配方法，其特征在于，所構(gòu)建的干擾增益矩陣、熱噪聲干擾矩陣由用戶的信道增益矩陣、干擾矩陣和用戶信干比確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下行信道功率分配方法，其特征在于，用戶k的信干比門(mén)限值由通信環(huán)境及用戶的優(yōu)先級(jí)確定。
全文摘要
本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種多用戶JT MIMO系統(tǒng)下行鏈路功率分配的方法，涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。針對(duì)線性聯(lián)合傳輸技術(shù)中預(yù)編碼存在較大的能量增益，使用戶間的多址干擾增大，直接影響系統(tǒng)的總?cè)萘?，以及由于信道估?jì)誤差及信道衰落的影響，使整個(gè)系統(tǒng)的通信質(zhì)量有較大的降低的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種功率分配方法，在滿足每個(gè)用戶信干比小雨信干比門(mén)限值的前提下，找到一個(gè)可行的發(fā)送功率向量，使所有用戶的發(fā)送總功率最小，通過(guò)最小能量計(jì)算公式計(jì)算各個(gè)用戶的功率分配向量；發(fā)送機(jī)根據(jù)功率分配向量實(shí)現(xiàn)對(duì)下行鏈路用戶的功率控制。本發(fā)明有效地控制了每個(gè)用戶的傳輸質(zhì)量，從而提高能量效率，增大系統(tǒng)容量。
文檔編號(hào)H04Q7/38GK101079660SQ20071007867
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月2日
發(fā)明者謝顯中, 龔翼 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)