專利名稱：基于每用戶歸一化波束成型與速率控制的多模傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信多天線多用戶系統(tǒng)的傳輸方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及采用每 用戶歸一波束成型與速率控制(Per-User Unitary Beamforming and Rate Control, PU2RC)
傳輸策略的多天線多用戶系統(tǒng)的多模傳輸方法。
背景技術(shù)：
《國(guó)際電子與電氣工程師協(xié)會(huì)通信摘要》(“On the optimality ofmultiantenna broadcastscheduling using zero-forcing beamforming” Selected Areas in Communications, IEEE Journalon., vol.24, no.3, PP.528-541, Mar.2006)指出，在基站已知完整信道信息 (CSIT)的情況下，采用空分復(fù)用的多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO)技術(shù)可以使得系統(tǒng) 獲得完全的空分復(fù)用增益，但在實(shí)際系統(tǒng)中尤其是在頻分雙工系統(tǒng)中，因?yàn)樯闲蟹答佹?路的帶寬有限，要完全量化用戶信道需要無窮的比特?cái)?shù)并需要將這些比特信息通過上行 反饋鏈路反饋給基站，所以基站已知完善信道信息(CSIT)的假設(shè)是難以實(shí)現(xiàn)的。《電子信息通信學(xué)會(huì)通信學(xué)報(bào)》(“On the Performance ofMultiuser MIMO Systems inWCDMA/HSDPA Beamforming, Feedback and User Diversity, ” IEICE Trans. Commun., vol.E89-B, no.8，pp.2161-2169, Aug.2006)介紹了一種基于有限反饋的多 用戶多輸入多輸出的預(yù)編碼和用戶選擇方案每用戶歸一波束成型與速率控制(Per-User Unitary Beamformingand Rate Control, PU2RC)。該方案在系統(tǒng)用戶數(shù)K趨于無窮時(shí)能夠 達(dá)到與發(fā)送端已知完善信道信息(CSIT)情況下相同的空間復(fù)用增益，但在實(shí)際系統(tǒng)用戶 數(shù)比較小時(shí)因?yàn)槎嘤脩舴旨鲆?multiuser diversity gain)降低，該方案在系統(tǒng)性能上有較 大損失?！秶?guó)際電子與電氣工程師協(xié)會(huì)通信摘要》(“Multi-Antenna Downlink Channels withLimited Feedback and User Selection, ” Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, vol.25, no.7, p.1478-1491，Jul.2007)指出，接收端采用信道矢量量化 (ChannelVectorQuantization, CVQ)的方法將信道信息反饋給發(fā)送端時(shí)，如果用于量化信
道的比特?cái)?shù)一定，那么，隨著系統(tǒng)信噪比(SNR)增大，多用戶多輸入多輸出系統(tǒng)的和容 量(Sumrate)將因?yàn)橛脩糸g干擾的增大而干擾受限。《國(guó)際電子與電氣工程師協(xié)會(huì)信息論國(guó)際討論會(huì)議》(“Achievable throughput ofmulti-mode multiuser ΜΙΜΟ with imperfect CSI constraints，” Information Theory, 2009. ISIT2009.IEEE International Symposium on)指出，在有限反饋系統(tǒng)中，發(fā)送端可以通過每
次服務(wù)可變用戶數(shù)的多模多用戶多天線傳輸(Multi-Mode MU-MIMO)來克服傳統(tǒng)多用戶 多天線系統(tǒng)(MU-MIMO)在高信噪比(SNR)時(shí)系統(tǒng)和容量干擾受限的缺點(diǎn)，它是基于統(tǒng) 計(jì)信息進(jìn)行的分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于每用戶歸一化波束成型與速率控制的多模傳輸方法，以實(shí)現(xiàn)基站每次同時(shí)服務(wù)的用戶數(shù)目隨著系統(tǒng)環(huán)境自適應(yīng)變化的多模傳輸，提高系 統(tǒng)的和容量、克服現(xiàn)有方法在高信噪比下干擾受限的缺點(diǎn)，補(bǔ)充現(xiàn)有用戶選擇算法的不 足，使其更適合于實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用。本發(fā)明基于每用戶歸一化波束成型與速率控制(PU2RC)的多模傳輸方法，其 特征在于在采用每用戶歸一化波束成型與速率控制傳輸策略的下行多天線多用戶系統(tǒng) 中，設(shè)小區(qū)中有一個(gè)基站和多個(gè)用戶，基站端配有二到八根發(fā)送天線，用戶端配有一根 接收天線；每個(gè)用戶在向基站反饋預(yù)編碼矩陣索引(Precoding Matrix Index，PMI)的同 時(shí)，將用戶的信道量化質(zhì)量指示通過1比特的信息量反饋給基站，基站利用這1比特信 息根據(jù)標(biāo)量量化的原則重構(gòu)量化誤差，并在進(jìn)行用戶選擇時(shí)利用量化誤差精確地估算出 用戶的信號(hào)干擾噪聲比，從而選擇與當(dāng)前系統(tǒng)環(huán)境相適應(yīng)的發(fā)送用戶集合，實(shí)現(xiàn)多模傳 輸；具體操作步驟如下第一部分用戶反饋第A步.用戶向基站反饋預(yù)編碼矩陣索引(PMI)在采用每用戶歸一化波束成 型與速率控制(PU2RC)傳輸策略的系統(tǒng)中，其碼本集合為W=丨W1，…，W0},其中
={<，...,為正交集即W^m= 1，...M為單位向量且兩兩正交，M為基站端發(fā)送 天線數(shù)；對(duì)于第k個(gè)用戶，其在碼本集合W中找出與自身信道矢量方向最接近的碼本， 并將該碼本在碼本集合中的索引作為向基站反饋的預(yù)編碼矩陣索引(PMI)，即PMI = j^M+i*其中礦，/) = argmin sin2(Z(w/,h))，h為基站到用戶之間的信道；用戶向基站反
饋預(yù)編碼矩陣索引(PMI)所需的比特?cái)?shù)B = log2(M*G)；第B步.量化質(zhì)量反饋將每個(gè)用戶向基站反饋的預(yù)編碼矩陣索引對(duì)應(yīng)的碼本 與其實(shí)際信道之間的量化誤差定義為sin2( Z (wPMI，h))，其中Wjm=W/:為該用戶向基 站反饋的預(yù)編碼矩陣索引所對(duì)應(yīng)的碼本，h為該用戶的實(shí)際信道；用戶將信道量化誤差
M — 1 -—
sin2 ( Z (wPMI, h))與i」2^做比較，式中M為基站端的發(fā)送天線數(shù)，B為預(yù)編碼矩
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陣索引的量化比特?cái)?shù)；如果Sin2(Z(WiM,h))>i」2n，則量化質(zhì)量較差；反之量化質(zhì)
M
量較好，用戶用1比特將信道量化質(zhì)量反饋給基站用戶反饋信道量化質(zhì)量為1時(shí)表示量 化質(zhì)量較好，用戶反饋信道量化質(zhì)量為0時(shí)表示量化質(zhì)量較差；第C步.用戶將信道增益Ilhll2作為用戶信道質(zhì)量信息(Channel Quality Indicator, CQI)反饋給基站以使基站有效的進(jìn)行調(diào)度；第二部分基站用戶調(diào)度第D步.還原每個(gè)用戶的量化誤差對(duì)每個(gè)用戶，如果其反饋的信道量化質(zhì)量為
M-I
較好時(shí)，還原其量化誤差為Sin2 0 = ^2 μ-1;如果信道量化質(zhì)量為較差時(shí)，還原其量化
IM
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誤差為sin2沒
IM第E步.預(yù)編碼矩陣的選擇，即從W=IW1,…，We}中選擇本次傳輸使用的 預(yù)編碼矩陣W1
對(duì)于每個(gè)預(yù)編碼向量W/，找出選擇以W/為預(yù)編碼矩陣索引的所有用戶，并根
據(jù)信號(hào)干擾噪聲比粗略估算公式
權(quán)利要求
1. 一種基于每用戶歸一化波束成型與速率控制的多模傳輸方法，其特征在于在采 用每用戶歸一化波束成型與速率控制傳輸策略的下行多天線多用戶系統(tǒng)中，設(shè)小區(qū)中有 一個(gè)基站和多個(gè)用戶，基站端配有二到八根發(fā)送天線，用戶端配有一根接收天線；每個(gè) 用戶在向基站反饋預(yù)編碼矩陣索引的同時(shí)，將用戶的信道量化質(zhì)量指示通過1比特的信 息量反饋給基站，基站利用這1比特信息根據(jù)標(biāo)量量化的原則重構(gòu)量化誤差，并在進(jìn)行 用戶選擇時(shí)利用量化誤差精確地估算出用戶的信號(hào)干擾噪聲比，從而選擇與當(dāng)前系統(tǒng)環(huán) 境相適應(yīng)的發(fā)送用戶集合，實(shí)現(xiàn)多模傳輸； 具體操作步驟如下 第一部分用戶反饋第A步.用戶向基站反饋預(yù)編碼矩陣索引在采用每用戶歸一化波束成型與速率 控制傳輸策略的系統(tǒng)中，其碼本集合為W =^W1,…，W0},其中W1=W,...,w^} 為正交集即W1f^m= 1，...M為單位向量且兩兩正交，M為基站端發(fā)送天線數(shù)；對(duì) 于第k個(gè)用戶，其在碼本集合W中找出與自身信道矢量方向最接近的碼本，并將該 碼本在碼本集合中的索引作為向基站反饋的預(yù)編碼矩陣索引，即PMI =f*M+i'其中(Λ/)= argmin Sin2(Z(w/，h)) ’h為基站到用戶之間的信道；用戶向基站反饋預(yù)編碼矩陣索引(PMI)所需的比特?cái)?shù)B = log2(M*G)；第B步.量化質(zhì)量反饋將每個(gè)用戶向基站反饋的預(yù)編碼矩陣索引對(duì)應(yīng)的碼本與 其實(shí)際信道之間的量化誤差定義為sin2(Z (wPMI，h))，其中Wjm= wf為該用戶向基站 反饋的預(yù)編碼矩陣索引所對(duì)應(yīng)的碼本，h為該用戶的實(shí)際信道；用戶將信道量化誤差M — 1 -—sin2 ( Z (wPMI, h))與做比較，式中M為基站端的發(fā)送天線數(shù)，B為預(yù)編碼矩MM-I陣索引的量化比特?cái)?shù)；如果Sin2(Z(W/M,h》2^^2n，則量化質(zhì)量較差；反之量化質(zhì)量較好，用戶用1比特將信道量化質(zhì)量反饋給基站用戶反饋信道量化質(zhì)量為1表示量化 質(zhì)量較好，用戶反饋信道量化質(zhì)量為0表示量化質(zhì)量較差；第C步.用戶將信道增益Ilhll2作為用戶信道質(zhì)量信息反饋給基站以使基站有效的進(jìn)行 調(diào)度；第二部分基站用戶調(diào)度第D步.還原每個(gè)用戶的量化誤差對(duì)每個(gè)用戶，如果其反饋的信道量化質(zhì)量為較好M-I時(shí)，還原其量化誤差為SinM =μ ；如果信道量化質(zhì)量為較差時(shí)，還原其量化誤差I(lǐng)M為 SinM =2M第E步.預(yù)編碼矩陣的選擇，即從W=^W1,…，Wc^中選擇本次傳輸使用的預(yù)編 碼矩陣W1 對(duì)于每個(gè)預(yù)編碼向量w/，找出選擇以w/為預(yù)編碼矩陣索引的所有用戶，并根據(jù)信號(hào)干擾噪聲比粗略估算公式Wf6 -計(jì)算出用戶的粗略信號(hào)干擾噪
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于每用戶歸一化波束成型與速率控制的多模傳輸方法，特征是在采用基于每用戶歸一化波束成型與速率控制的系統(tǒng)中，用戶向基站反饋量化質(zhì)量指示，基站通過量化質(zhì)量指示重構(gòu)用戶的量化誤差，從而可在進(jìn)行調(diào)度時(shí)更加精確的估算出在不同傳輸模式下用戶的信號(hào)干擾噪聲比，以選擇最優(yōu)的傳輸模式。本發(fā)明有效地克服了傳統(tǒng)每用戶歸一化波束成型與速率控制算法在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中系統(tǒng)和容量干擾受限的問題，更適合在實(shí)際系統(tǒng)中使用。
文檔編號(hào)H04B7/04GK102013906SQ201010572968
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者徐飛, 邱玲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)