專利名稱：基于子帶預編碼的多點協作ofdm系統中定時對齊方法
技術領域：
本發明屬于屬于無線通信技術領域，特別涉及一種基于子帶預編碼的多點協作OFDM系統中定時對齊方法。
背景技術：
為了提高小區邊緣用戶的服務質量，降低相鄰基站的干擾，基站間協作成為未來移動通信系統的關鍵技術之一。目前，3GPP定義了兩種多點協作傳輸方案協同波束賦形CB(CoordinatedBeamforming)和聯合處理JPQoint Processing)。其中，CB方案中的用戶數據由單個協 作基站傳輸，基站之間聯合調度降低不同小區間的干擾，可以獲得復用增益JP方案中的用戶數據由多個協作基站聯合傳輸，可獲得分集增益。本發明針對JP方案的多點協作傳輸系統。對窄帶平衰落信道中的多用戶調度與聯合預編碼的研究表明，多點協作能夠獲得更高的空間復用增益和多用戶分集增益。對于頻率選擇性衰落信道，通過OFDM可以將信道轉化成多個并行的窄帶信道，最直接的方法是對每個子信道分別進行多用戶調度和預編碼，從而將窄帶信道的處理方法直接擴展到OFDM系統中，但這樣每個可用子載波都要反饋信道信息、都要分別作用戶調度與預編碼，反饋量及運算復雜度與可用子載波個數成正比。在實際系統如LTE和WiMax中，為了減少反饋量和運算復雜度，根據信道的頻域相關性，通常將OFDM多個相鄰的子載波組成一個子帶，每個子帶只反饋一個平均的信道狀態信息，在基站端也按子帶進行多用戶調度和預編碼。然而在頻率選擇性衰落信道中，子帶中的所有子載波信道衰落并不完全相同。尤其是在JP方案的多點協作系統中，不同基站到用戶的傳輸時延不同，會引入小區間的時延差，擴大了用戶感受到的等效多徑時延擴展，從而進一步降低了子帶內子載波之間的相關性，限制了基本處理單位-子帶-的寬度。西安電子科技大學的專利“協作多點傳輸系統中小區間延遲差補償方法”、富士通的提案 Rl-091502，，Pseudo Transmission Timing Control using Cyclic Shift forDownlink CoMP Joint Transmission”和大唐電信的提案 Rl-090193”Aspects of JointProcessing in Downlink CoMP”均對多點協作傳輸系統中不同基站間的時延差問題給出了解決方案，但所提方案都是針對以每個子載波為單位的OFDM系統，對于基于子帶的OFDM系統中的用戶調度和時延差校正問題，沒有給出具體的解決方案。

發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于子帶預編碼的多點協作OFDM系統中定時對齊方法，對基于子帶預編碼的多點協作OFDM系統中不同基站之間的傳輸符號進行定時對齊，從而改善了系統的頻域相關性，提高了系統的速率增益。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是基于子帶預編碼的多點協作OFDM系統中定時對齊方法，包括如下步驟
步驟一，當多個基站進行協作時，用戶k在第n個子載波上接收到的信號為>^=(h-w )x- +kn^a)Xln+Zkn其中下標I表示子載波n屬于第I個子帶，hto表示基站到用戶k在子載波n上的信道向量，Wkl表不用戶k在第I個子帶上的波束賦形矢量,Xkn表不在第n個子載波上發送給用戶k的數據,U1是在I個子帶選中進行數據發送的用戶集合，Wil、表示其他用戶的波束賦形矢量，xin(i幸k)表示其他用戶的發送數據，Zkn表示加性高斯白噪聲；
步驟二，用戶端截取OFDM符號，進行信道估計得到信道狀態信息并逐子帶反饋，同時反饋不同基站到用戶的平均傳輸時延差Tk;步驟三，基站端接收到用戶反饋的信道狀態信息及不同基站的平均傳輸時延差Tk后，在每個子帶內，將不同的用戶分組，不同組內用戶的信道之間相關性滿足
■|hfch!C;|<a，其中用戶k、i分別屬于不同的用戶組，a是一個依據正交性要求確定的常數，然后從每個組內選擇信道質量最好的用戶組成用戶集U，接著在U中按照時延差選擇實際進行傳輸的用戶，所選擇用戶的時延差構成的區間為F-Arf+ Ar]，要求|F|>2Ar，將進一步選擇的用戶集合記為U1，對選中用戶的發送數據采用迫零預編碼，其中每個用戶的預編碼向量與其它用戶的信道相正交，u^U1 ；步驟四，基站端依據用戶反饋的不同基站的平均傳輸時延差，對所選用戶的預編碼后的數據進行時延補償后發送。所述步驟二中用戶k截取OFDM符號，然后經過FFT變換，利用導頻信息通過最小二乘算法及最小均方誤差算法估計得到道狀態hto。所述逐子帶反饋，即將子帶內所有子載波的平均信道狀態信息進行反饋，具體包括平均信道方向信息和平均信道質量信息，平均信道方向為=Ka /||hHa||，平均信道質量
I IB+B-1
a = h ，其中7 Z hta=hHa，B表示子帶I內的子載波數目，為降低接收端計算量，采用
klkla匕 n=lB
近似:hkia - Kcl ^ C1 = IB+(B-I)/2,hfc,表示子帶中心子載波處的信道狀態。其中，為降低接收端計算量，采用子帶中心子載波處的信道矢量近似子帶內平均信道矢量時，發送端做時延補償時應保證子帶中心的信道矢量不變。所述步驟四中時延補償是通過采用頻域相位旋轉實現的。與現有技術相比，本發明的優點是對采用子帶預編碼的OFDM系統中的多用戶調度及基站時延差校正問題給出了解決方法，相對每子載波反饋而言降低了反饋開銷。


圖I為兩基站、K個單天線用戶的多點協作下行廣播系統示意圖。圖2為本發明的實現流程示意圖。圖3為本發明在兩小區協作傳輸時系統可達速率仿真圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
附圖I表示了兩基站、K個單天線用戶的多點協作下行廣播系統，假設每個基站具有M/2個天線，基站1、2的天線序號分別為(1,2,…，M/2)和(M/2+1，…，M)其中，K、M均為正整數且通常K大于等于M，系統采用N點FFT的OFDM方式，其中傳輸數據的有用子載波個數為G，并將其分成L個子帶，每B個連續子載波分成一個子帶。在每個子帶內的不同子載波采用統一的預編碼向量，在第n個子載波上發送的信號為xn = Yj wkixkn, IB 彡 n 彡 1B+B-1(I)
^U1
其中U1是在I個子帶選中進行數據發送的用戶集合，wkl = (wkll, wkl2, ".WklM)1是第I個子帶對應于用戶k的MX I維預編碼向量且I IwklI I = I，Xkn是在第n個子載波上發送給第k個用戶的數據。以下為了描述簡便，如不特殊說明則默認第n個子載波屬于第I個子帶。第k個用戶在第n個子載波上接收到的信號為yto>^=(h-W )、+ kWnK+k(2)其中第一項是傳輸的有用信號，第二項是其他用戶的干擾，第三項是信道高斯白噪聲。hto = (hknl，hto2，是在第n個子載波基站到用戶k的信道響應，Zkn為加性高斯白噪聲，Zkn服從零均值、方差為I2的復高斯分布。用戶k截取OFDM符號后，經過FFT變換，估計得到信道矢量hkn，然后逐子帶反饋信道狀態信息(CSI)，即將每個子帶內的平均信道矢量反饋到基站，實際中，常有下式成立
I IB+B-1- 2 Kn^Kl⑶
^ n=lB其中，C1 = IB+ (B-I)/2表示子帶的中心子載波,具體的反饋量包括信道方向信息(⑶I)和信道質量信息(CQI)，反饋的子帶平均信道方向為=hfc；/||hfc；||，子帶平均信道質
量為％=||hfcj，除此之外，用戶還反饋兩個協作基站間平均傳輸時延差Tk= T2k-Tlk，其中T lk、T 2k分別表示基站I、基站2到用戶k的平均時延。基站根據每個子帶反饋的信道狀態信息，采用準正交用戶調度與迫零預編碼(SUS-ZFBF)算法。對于每個子帶，從K個用戶中選擇信道準正交、信道質量較好并且基站傳輸時延差接近的用戶，記用戶集合為U1, U1中任意兩個用戶k和i之間的信道相關性很
小，即空間相關系數滿足，其中a是一個很小的正常數。對選中的用戶發送的
數據采用迫零預編碼，其中每個用戶的預編碼向量與其它用戶的信道相正交，即= 0，V/ e 。在用戶數據發送前，基站端應對不同基站的傳輸時延差進行校正，可以在時域內調整不同用戶的數據發送時刻校正時延差，考慮到實現的復雜度并根據傅里葉變換時域延時等效于頻域旋轉的性質，采用頻域相位旋轉以補償延時差，運算量小且計算簡單。具體方法為在預編碼之后，IFFT變換之前，對不同天線的時延差在頻域通過相位旋轉校正，其它處理基本不變，在第I個子帶發送的信號為
權利要求
1.基于子帶預編碼的多點協作OFDM系統中定時對齊方法，包括如下步驟 步驟一，當多個基站進行協作時，用戶k在第n個子載波上接收到的信號為
2.根據權利要求I所述的定時對齊方法，其特征在于所述步驟二中用戶k截取OFDM符號，然后經過FFT變換，利用導頻信息通過最小二乘算法及最小均方誤差算法估計得到信道狀態hkn。
3.根據權利要求I或2所述的定時對齊方法，其特征在于所述逐子帶反饋，即將子帶內所有子載波的平均信道狀態信息進行反饋，具體包括平均信道方向信息和平均信道質量I IB+B-1信息，平均信道方向為
4.根據權利要求I所述的定時對齊方法，其特征在于為降低接收端計算量，采用子帶中心子載波處的信道矢量近似子帶內平均信道矢量時，發送端做時延補償時應保證子帶中心的信道矢量不變。
5.根據權利要求I所述的定時對齊方法，其特征在于所述步驟四中時延補償是通過采用頻域相位旋轉實現的。
全文摘要
本發明為一種基于子帶預編碼的多點協作OFDM系統中定時對齊方法，在用戶接收端截取OFDM符號后，將估計的信道狀態信息分子帶反饋回基站端，同時反饋不同基站到用戶的平均傳輸時延差，基站端基于傳輸時延差的信息，在每個子帶內選擇時延差比較接近的用戶進行數據傳輸，然后對不同用戶的數據在頻域內進行相位旋轉，以補償不同基站間的傳輸時延差，從而校正傳輸時延差，提高子載波之間的相關性，本發明的方法只需增加較少的運算量及反饋信息即可獲得明顯的系統和速率增益。
文檔編號H04L25/02GK102647386SQ201210097928
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者周世東, 周春暉, 張秀軍, 許祥祥, 趙熠飛 申請人:清華大學