一種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶mimo協(xié)作傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶MIMO協(xié)作傳輸方法，屬于移動通信【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括以下步驟：協(xié)作節(jié)點通過X2接口交換所有調(diào)度用戶的信道狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)信息和速率權(quán)重因子；協(xié)作節(jié)點根據(jù)這些信息，基于加權(quán)和速率最大化準(zhǔn)則進行BD-GMD-THP預(yù)編碼；用戶終端接收到信號后，根據(jù)協(xié)作傳輸方案，進行相應(yīng)譯碼，從而檢測出發(fā)射信號。本方法在MU-MIMO協(xié)作多點傳輸系統(tǒng)中，利用非線性預(yù)編碼方法有效消除了多用戶干擾和用戶內(nèi)數(shù)據(jù)流間干擾，在一定程度上保證了系統(tǒng)的誤碼性能，同時，基于加權(quán)和速率最大化準(zhǔn)則的BD-GMD-THP協(xié)作傳輸方案，在保證用戶每個數(shù)據(jù)流具有相同接收信噪比的同時，能夠使得系統(tǒng)的加權(quán)和速率性能達到最優(yōu)，提升了CoMP聯(lián)合傳輸系統(tǒng)的整體性能。
【專利說明】-種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶ΜΙΜΟ協(xié)作傳輸方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于移動通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶ΜΙΜΟ 協(xié)作傳輸方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 為了滿足未來移動通信業(yè)務(wù)增長的需求，第3代合作伙伴計劃（3rdGeneration Partnership Project, 3GPP)于 2008 年 3 月正式啟動長期演進（Long Time Evolution, LTE)的后續(xù)演進（Long Time Evolution-Advanced, LTE-A)項目，并于 2008 年 6月完成了 LTE-A的技術(shù)需求報告，報告顯示：LTE-A系統(tǒng)在性能要求上相比LTE將會有更 為明顯的提升。
[0003] 正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 0FDM)技術(shù)將頻 率選擇性寬帶信道分成若干正交窄帶子信道，各子信道在頻域上保持平坦衰落特性。同一 小區(qū)的用戶數(shù)據(jù)信息經(jīng)0FDM調(diào)制后在相互正交的子載波上傳送，進而使得小區(qū)內(nèi)用戶間 的干擾得到了很好的抑制，因此被LTE系統(tǒng)所采用。為了充分利用頻譜資源，LTE和LTE-A 系統(tǒng)在部署網(wǎng)絡(luò)時采用同頻組網(wǎng)的方式，小區(qū)邊緣用戶會受到來自相鄰小區(qū)的同頻干擾， 嚴重降低了邊緣用戶的信干噪比，限制了小區(qū)邊緣吞吐量。0FDM技術(shù)雖然可以通過正交化 子信道的方式消除小區(qū)內(nèi)干擾，卻無法有效抑制小區(qū)間干擾，因此系統(tǒng)性能受限于小區(qū)間 干擾。所以如何解決小區(qū)間干擾以提高小區(qū)邊緣頻譜效率成為了研究熱點。
[0004] 3GPP提出利用CoMP來解決小區(qū)間干擾問題，CoMP技術(shù)其實是對傳統(tǒng)單小區(qū)ΜΜ0 技術(shù)的完善和拓展。在傳統(tǒng)的單小區(qū)傳輸模式中，用戶的數(shù)據(jù)信息只由一個小區(qū)傳輸，而在 CoMP中，多個小區(qū)之間共享用戶信道和數(shù)據(jù)信息，通過一定的協(xié)作方式，使多個小區(qū)共同為 用戶服務(wù)。這在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上形成了不一樣的拓撲結(jié)構(gòu)，把原來一個小區(qū)的邊緣用戶變成了 多個相鄰小區(qū)的中心用戶。在傳輸方案上，CoMP系統(tǒng)包含了更多的小區(qū)，可以為用戶提供 更加靈活的服務(wù)方式，使用戶能感受到更優(yōu)越的鏈路質(zhì)量，同時使得小區(qū)邊緣吞吐量得到 明顯的提升。
[0005] BD-GMD-THP協(xié)作傳輸方法通過非線性預(yù)編碼方法使得系統(tǒng)的誤碼性能得到一定 改善，但各用戶接收信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)固定， 而且整個系統(tǒng)的加權(quán)和速率性能較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶ΜΙΜ0協(xié) 作傳輸方法，該方法對所有調(diào)度用戶的聯(lián)合信道矩陣Η進行BD-GMD分解，基于加權(quán)和速率 最大化準(zhǔn)則進行BD-GMD-THP預(yù)編碼，從而消除系統(tǒng)多用戶干擾和用戶內(nèi)數(shù)據(jù)流間干擾，在 一定程度上保證了系統(tǒng)誤碼性能，并且，在保證用戶各數(shù)據(jù)流接收信噪比相等的同時，能夠 使得整個系統(tǒng)的加權(quán)和速率達到最優(yōu)。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] -種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶ΜΜ0協(xié)作傳輸方法，包括以下步驟： 步驟一：協(xié)作節(jié)點通過X2接口交換所有調(diào)度用戶的信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI)、數(shù)據(jù)信息和速率權(quán)重因子；步驟二：協(xié)作節(jié)點根據(jù)這些信息，基于加權(quán) 和速率最大化準(zhǔn)則進行BD-GMD-THP預(yù)編碼；步驟三：用戶終端接收到信號后，根據(jù)協(xié)作傳 輸方案，進行相應(yīng)譯碼，從而檢測出發(fā)射信號。
[0009] 進一步，在步驟一中，調(diào)度用戶的速率權(quán)重因子根據(jù)調(diào)度策略獲得；各協(xié)作節(jié)點通 過用戶終端的反饋來獲取本節(jié)點到調(diào)度用戶的CSI，并通過X2接口交換本節(jié)點到用戶終端 的CSI、各調(diào)度用戶的數(shù)據(jù)信息和速率權(quán)重因子等信息。
[0010] 進一步，在步驟二中，具體包括：
[0011] 1)對所有調(diào)度用戶的聯(lián)合信道矩陣H，利用信道正交（Channel Orthogonalization)和幾何均值分解方法進行BD-GMD分解，即H = PLQH，其中P為塊對角 酉矩陣，L為下三角矩陣，Q為酉矩陣；
[0012] 2)基于加權(quán)和速率最大化準(zhǔn)則，利用Karush-Kuhn-Tucker (KKT)最優(yōu)化條件計算 功率分配矩陣Ω ;
[0013] 3)協(xié)作節(jié)點根據(jù)得到的L、Q，以及Ω，進行預(yù)編碼，并計算功率約束因子β。
[0014] 進一步，各用戶終端接收到信號后，根據(jù)得到的Ρ中對應(yīng)塊以及Ω中對應(yīng)對角元 素和功率約束因子β進行獨立解碼，從而檢測出發(fā)射信號。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述方法在MU-MIM0協(xié)作多點傳輸系統(tǒng)中，利用 非線性預(yù)編碼方法有效消除了多用戶干擾和用戶內(nèi)數(shù)據(jù)流間干擾，在一定程度上保證了系 統(tǒng)的誤碼性能，同時，基于加權(quán)和速率最大化準(zhǔn)則的BD-GMD-THP協(xié)作傳輸方案，在保證用 戶每個數(shù)據(jù)流具有相同接收信噪比的同時，能夠使得系統(tǒng)的加權(quán)和速率性能達到最優(yōu)，提 升了 CoMP聯(lián)合傳輸系統(tǒng)的整體性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行 說明：
[0017] 圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為MU-MM0聯(lián)合傳輸系統(tǒng)模型；
[0019] 圖3為基于加權(quán)和速率最大化的MU-MIM0協(xié)作傳輸模型；
[0020] 圖4為基于加權(quán)和速率最大化的MU-MIM0協(xié)作傳輸算法流程圖；
[0021] 圖 5 為在權(quán)重因子分別為 μ = (0· 1，0· 6, 0· 3)、μ = (0· 125, 0· 375, 0· 5)、μ = (1/3, 1/3, 1/3)時本方法與BD-GMD-THP、ER-BD-GMD-THP協(xié)作傳輸方法的加權(quán)和速率性能 對比圖。

【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明提供了一種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶ΜΙΜ0協(xié)作傳輸方法，在LTE-A MU-MM0協(xié)作多點傳輸系統(tǒng)中，協(xié)作節(jié)點通過多用戶調(diào)度算法同時調(diào)度Κ個用戶，并通過Χ2 接口共享本節(jié)點到所有用戶的CSI、各調(diào)度用戶的數(shù)據(jù)信息和速率權(quán)重因子等信息。在本方 法中，首先對所有調(diào)度用戶的聯(lián)合信道矩陣Η進行BD-GMD分解，基于加權(quán)和速率最大化準(zhǔn) 則進行BD-GMD-THP預(yù)編碼，從而消除系統(tǒng)多用戶干擾和用戶內(nèi)數(shù)據(jù)流間干擾，在一定程度 上保證了系統(tǒng)誤碼性能，并且，在保證用戶各數(shù)據(jù)流接收信噪比相等的同時，能夠使得整個 系統(tǒng)的加權(quán)和速率達到最優(yōu)。包括如下步驟：
[0023] A、對所有調(diào)度用戶的聯(lián)合信道矩陣Η進行BD-GMD分解，即H = PLQH，具體可以通 過信道正交和幾何均值分解方法來實現(xiàn)。
[0024] B、基于加權(quán)和速率最大化準(zhǔn)則，利用KKT最優(yōu)化條件計算功率分配矩陣Ω。
[0025] C、利用步驟A和B所得L、Q及Ω進行THP預(yù)編碼，并計算功率約束因子β。
[0026] D、接收端利用β、Ρ及Ω進行相應(yīng)譯碼。
[0027] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0028] 圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，各個協(xié)作節(jié)點調(diào)度用戶，用戶向各節(jié)點反饋信 道信息，協(xié)作節(jié)點通過Χ2接口交換本節(jié)點到所有調(diào)度用戶的CSI、各調(diào)度用戶數(shù)據(jù)信息和 速率權(quán)重因子等信息。各用戶的信息比特經(jīng)過調(diào)制和層映射，將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€ 或多個并行的數(shù)據(jù)流，每一個數(shù)據(jù)流對應(yīng)一層，層數(shù)不能多于發(fā)送天線總數(shù)。對每個傳輸層 的調(diào)制信號進行預(yù)編碼，用于天線端口上的傳輸。將天線端口的復(fù)值調(diào)制符號映射到資源 單元，對每個天線端口上的符號進行0FDM調(diào)制，生成復(fù)值0FDM符號，最后將信號發(fā)射出去。 用戶終端在接收到信號后，進行與發(fā)射端相反的操作，最后檢測出信號信息。
[0029] 圖2為MU-MIM0聯(lián)合傳輸系統(tǒng)模型，假定有B個基站參與協(xié)作傳輸，每個基站配備 Nt根發(fā)射天線；參與協(xié)作的基站在同一時頻資源服務(wù)K個用戶/移動臺，每個用戶配備隊根 接收天線，且每個用戶的數(shù)據(jù)流數(shù)等于其接收天線數(shù)目。則基站總發(fā)射天線數(shù)為M t = BNt， 用戶總接收天線數(shù)為凡=K隊，且限制Mt彡Mp這樣便形成一個虛擬MU-MM0系統(tǒng)。
[0030] 圖3為基于加權(quán)和速率最大化的MU-MIM0協(xié)作傳輸模型，S為所有調(diào)度用戶的 數(shù)據(jù)信息，為方便描述，定義

【權(quán)利要求】
1. 一種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶ΜΙΜΟ協(xié)作傳輸方法，其特征在于：包括以下步 驟： 步驟一：協(xié)作節(jié)點通過Χ2接口交換所有調(diào)度用戶的信道狀態(tài)信息（Channel State Information，CSI)、數(shù)據(jù)信息和速率權(quán)重因子； 步驟二：協(xié)作節(jié)點根據(jù)這些信息，基于加權(quán)和速率最大化準(zhǔn)則進行BD-GMD-THP預(yù)編 碼； 步驟三：用戶終端接收到信號后，根據(jù)協(xié)作傳輸方案，進行相應(yīng)譯碼，從而檢測出發(fā)射 信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶ΜΙΜΟ協(xié)作傳輸方法， 其特征在于：在步驟一中，調(diào)度用戶的速率權(quán)重因子根據(jù)調(diào)度策略獲得；各協(xié)作節(jié)點通過 用戶終端的反饋來獲取本節(jié)點到調(diào)度用戶的CSI，并通過Χ2接口交換本節(jié)點到用戶終端的 CSI、各調(diào)度用戶的數(shù)據(jù)信息和速率權(quán)重因子等信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶ΜΙΜΟ協(xié)作傳輸方法，其 特征在于：在步驟二中，具體包括： 1) 對所有調(diào)度用戶的聯(lián)合信道矩陣Η，利用信道正交（Channel Orthogonalization) 和幾何均值分解方法進行BD-GMD分解，即Η = PLQH，其中P為塊對角酉矩陣，L為下三角矩 陣，Q為酉矩陣； 2) 基于加權(quán)和速率最大化準(zhǔn)則，利用KaruSh-Kuhn-Tucker(KKT)最優(yōu)化條件計算功率 分配矩陣Ω ; 3) 協(xié)作節(jié)點根據(jù)得到的L、Q，以及Ω，進行預(yù)編碼，并計算功率約束因子β。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于加權(quán)和速率最大化的多用戶ΜΙΜΟ協(xié)作傳輸方法，其 特征在于：各用戶終端接收到信號后，根據(jù)得到的Ρ中對應(yīng)塊以及Ω中對應(yīng)對角元素和功 率約束因子β進行獨立解碼，從而檢測出發(fā)射信號。
【文檔編號】H04L1/06GK104092519SQ201410367926
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】景小榮, 趙月芳, 胡海飛, 張祖凡, 陳前斌 申請人:重慶郵電大學(xué)