專利名稱：一種空分多址接入的優(yōu)化方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空分多址接入的優(yōu)化方法、裝置及 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在多天線無線通信系統(tǒng)中，采用空分多址接入(SDMA，Space Division Multiple Access)方式，可利用空間資源可以同時(shí)向多個(gè)用戶發(fā)送信息，相對(duì)傳統(tǒng)的時(shí)分多址接入 (TDMA)，能大幅提高系統(tǒng)吞吐量。研究表明，通過臟紙編碼(DPC，Dirty Paper Coding) SDMA 能獲得最優(yōu)性能，但這種非線性方案由于復(fù)雜度太高而并不實(shí)用。目前復(fù)雜度相對(duì)較低的 SDMA方案通常基于一些線性的多用戶預(yù)編碼技術(shù)，比如迫零(ZF，Zero-Forcing)多用戶 預(yù)編碼技術(shù)、MMSE多用戶預(yù)編碼技術(shù)、基于廣義特征值的多用戶預(yù)編碼技術(shù)以及基于迭代 的預(yù)編碼技術(shù)等。這些技術(shù)能獲得較優(yōu)的性能，當(dāng)它們與用戶調(diào)度技術(shù)聯(lián)合使用時(shí)，還能 獲得廣播信道的多用戶分集。但是，上述方案的實(shí)現(xiàn)都需要接入點(diǎn)(AP，Access Point)精 確已知所有用戶的信道狀態(tài)信息(CSI，Channel State Information)。在頻分雙工(FDD， Frequency Division Duplex)系統(tǒng)中，反饋所有用戶的CSI時(shí)開銷太大，因此很難實(shí)現(xiàn)。基于有限反饋的SDMA技術(shù)是目前廣受關(guān)注的一個(gè)研究領(lǐng)域，從反饋信息的內(nèi)容 來看，它可以大致分為兩類基于信道量化的SDMA和基于預(yù)編碼碼本的SDMA。相比而言， 第二類SDMA技術(shù)總體上需要更少的反饋信息量，但需要設(shè)計(jì)高效的多用戶預(yù)編碼和調(diào)度 的聯(lián)合方案?，F(xiàn)有技術(shù)中提供的一種實(shí)現(xiàn)方案是，使用一個(gè)隨機(jī)酉矩陣作為預(yù)編碼矩陣，并 選擇信道條件好的多個(gè)用戶實(shí)現(xiàn)SDMA。這種方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，反饋開銷小，隨著用戶數(shù)目的不 斷增長(zhǎng)能達(dá)到理論上最優(yōu)的容量增長(zhǎng)率。但在稀疏網(wǎng)絡(luò)中，由于用戶較少且預(yù)編碼矩陣是 隨機(jī)生成的，該方案中調(diào)度的多個(gè)并行用戶之間往往存在較強(qiáng)的干擾，因此，性能提升非常 有限。為了適應(yīng)未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)，特別是高級(jí)國(guó)際移動(dòng)通信IMT-Advanced的要求， 傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)需進(jìn)行根本性的變革。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入中繼站以及相關(guān)的多跳傳輸技術(shù) 目前被認(rèn)為是最有效的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架變革方法。如何在這種新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下設(shè)計(jì)新型的多跳尤 其是兩跳SDMA方案目前還沒有得到很好的解決。另外，需要指出的是，即使在單跳的有限反饋SDMA方案中，優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù) AP端天線數(shù)事先約束并行發(fā)送獨(dú)立數(shù)據(jù)流的數(shù)目，該數(shù)目通常等于AP端天線數(shù)。這種約束 在用戶數(shù)目比較少的場(chǎng)景下往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的用戶間干擾，從而明顯降低系統(tǒng)性能。為了有效解決該問題，一種可行的方法是通過自適應(yīng)地選擇并行數(shù)據(jù)流的數(shù)目， 以獲得用戶間干擾和復(fù)用增益之間的最優(yōu)折中，但需要重新設(shè)計(jì)高效的部分信道信息反饋 機(jī)制以支持這種自適應(yīng)選擇算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種空分多址接入的優(yōu)化方法、裝置及系統(tǒng)，能基于有限反饋信息提高系統(tǒng)性能。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種空分多址接入的優(yōu)化方法，包括接收各用戶發(fā)送的反饋信息，該反饋信息包括選定的所述用戶發(fā)送波束矢量在預(yù) 編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)、信道模值和反饋信道矢量相對(duì)于選定波束的相位差值；根據(jù)所述波束標(biāo)號(hào)將所有用戶分成NMt組，從各組中選擇具有最大信噪比SNR的 用戶構(gòu)成用戶集，其中N為預(yù)編碼碼本中波束矩陣數(shù)，每個(gè)矩陣為階數(shù)為Mt的方陣；基于所述用戶集中的各種用戶組合分別計(jì)算各用戶組合對(duì)應(yīng)的各波束子集可支 持的最大和吞吐量值，確定和吞吐量值最大的波束子集及相應(yīng)的用戶組合，并將所確定的 用戶組合和確定的波束子集信息發(fā)送出去；獲取所確定的用戶組合中各用戶反饋的各用戶支持的信干噪比SINR糾正量，該 信干噪比SINR糾正量為所述用戶根據(jù)接收到的所述用戶組合和確定的波束子集信息計(jì)算 得到的；根據(jù)所述信干噪比SINR糾正量分別調(diào)整所述用戶組合中各用戶的編碼調(diào)制水平。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種實(shí)現(xiàn)空分多址接入優(yōu)化的接入點(diǎn)裝置，包括接收單元，用于接收各用戶發(fā)送的反饋信息，該反饋信息包括選定的所述用戶發(fā) 送波束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)、信道模值和反饋信道矢量相對(duì)于選定波束的 相位差值；分組單元，用于根據(jù)所述波束標(biāo)號(hào)將所有用戶分成NMt組，從各組中選擇具有最大 信噪比SNR的用戶構(gòu)成用戶集，其中N為預(yù)編碼碼本中波束矩陣數(shù)，每個(gè)矩陣為階數(shù)為Mt的 方陣；選擇單元，基于所述用戶集中的各種用戶組合分別計(jì)算各用戶組合對(duì)應(yīng)的各波束 子集的可支持的最大和吞吐量值，確定和吞吐量值最大的波束子集及相應(yīng)的用戶組合；發(fā)送單元，將所述確定的用戶組合和波束子集信息發(fā)送出去；信干噪比獲取單元，用于獲取所述用戶根據(jù)接收到的所述確定的波束子集信息計(jì) 算得到的信噪比SINR糾正量；編碼調(diào)制控制單元，用于根據(jù)所述各用戶的信干噪比SINR糾正量分別為所述用 戶組合中各用戶調(diào)整編碼調(diào)制水平。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種空分多址接入系統(tǒng)，包括接入點(diǎn)裝置及若干用戶設(shè)備， 接入點(diǎn)裝置為前述接入點(diǎn)裝置，所述用戶設(shè)備包括第一發(fā)送單元，用于發(fā)送反饋信息給接入點(diǎn)裝置，該反饋信息包括選定的所述用 戶發(fā)送波束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)、信道模值和反饋信道矢量相對(duì)于選定波 束的相位差值；波束矢量確定單元，用于根據(jù)估計(jì)的信道狀態(tài)信息hk，按下式計(jì)算從預(yù)編碼碼本 中選定的發(fā)送波束矢量qk: 信干噪比計(jì)算單元，用于根據(jù)接收到的所述用戶集和確定的波束子集信息計(jì)算得到信干噪比SINR糾正量；第二發(fā)送單元，用于發(fā)送所述信干噪比SINR糾正量給接入點(diǎn)裝置。本發(fā)明實(shí)施例 提供了一種基于兩次有限反饋的SDMA實(shí)現(xiàn)方案，能基于有限反饋信息和預(yù)編碼碼本在接 入點(diǎn)完成用戶調(diào)度和波束子集選擇，以獲得空分復(fù)用增益和用戶間干擾的有效折中，尤其 適用于用戶數(shù)目較少的系數(shù)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。由于采用兩次反饋機(jī)制，以較小的反饋開銷實(shí)現(xiàn)對(duì) 調(diào)度用戶的自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC，因此具有很高的平均系統(tǒng)吞吐量。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種空分多址接入SDMA的優(yōu)化方法流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中提供的實(shí)現(xiàn)空分多址接入優(yōu)化的接入點(diǎn)裝置構(gòu)成示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種空分多址接入系統(tǒng)示意圖；圖4-6為仿真實(shí)驗(yàn)中本發(fā)明提供SDMA系統(tǒng)的吞吐量性能曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了一種空分多址接入SDMA的優(yōu)化方法，基于預(yù)編碼碼本和二次有限 反饋信息，實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)流數(shù)自適應(yīng)的SDMA傳輸。其步驟包括用戶向接入點(diǎn)首次發(fā)送的 有限反饋信息，接入點(diǎn)(基站或中繼站)利用此次反饋信息完成多用戶調(diào)度以及發(fā)送波束 子集選擇，并將該調(diào)度信息廣播出去，由此被選中用戶可獲知此次SDMA傳輸?shù)挠脩粽{(diào)度信 息，然后計(jì)算實(shí)際可支持的數(shù)據(jù)速率并再次反饋的SINR糾正量給接入點(diǎn)，由此可實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào) 度用戶進(jìn)行精確的調(diào)制編碼水平選擇。在具體的SDMA通信系統(tǒng)中，假設(shè)接入點(diǎn)配置Mt根發(fā)射天線，每個(gè)用戶配置單根天 線。為了充分利用接入點(diǎn)多天線的空間資源，接入點(diǎn)利用用戶的反饋信息從U個(gè)用戶 中選擇K(KSMt)個(gè)用戶，通過多用戶線性預(yù)編碼設(shè)計(jì)完成向K個(gè)用戶的并行數(shù)據(jù)發(fā)送。需 要指出的是，在每次實(shí)現(xiàn)時(shí)并行發(fā)送的用戶數(shù)K可以根據(jù)反饋信息自適應(yīng)地調(diào)整，以最大 化系統(tǒng)的和吞吐量，即使用并行數(shù)據(jù)流數(shù)自適應(yīng)的SDMA方式。在本發(fā)明實(shí)施例中提供的SDMA系統(tǒng)中，每個(gè)用戶的波束矢量Wk皆選自預(yù)編碼碼 本中預(yù)編碼矩陣的某一列。第k個(gè)用戶的等效基帶接收信號(hào)可以表示為
K 其中hk表示接入點(diǎn)站和第k個(gè)用戶之間平均功率歸一化的瞬時(shí)信道矢量， KgCm^，其相關(guān)矩陣定義為Rit =￡[、1^] ； Vk表示高斯白噪聲，其單邊功率譜密度為Nchkt5為實(shí)現(xiàn)SDMA接入的優(yōu)化，首先需要解決反饋機(jī)制和反饋信息的設(shè)計(jì)問題，基于高 效的反饋機(jī)制，接入點(diǎn)根據(jù)一定準(zhǔn)則同時(shí)確定并行發(fā)送用戶總數(shù)K、具體的發(fā)送用戶編號(hào)及 其波束矢量，在實(shí)際發(fā)送前還需要確定各個(gè)發(fā)送用戶的調(diào)制編碼水平。若接入點(diǎn)為中繼站，針對(duì)所有用戶都處在中繼站覆蓋范圍內(nèi)的場(chǎng)景，基站和用戶 間的直接鏈路由于路徑損耗或陰影衰落等原因可忽略，因此下行鏈路的實(shí)現(xiàn)需要通過兩跳 傳輸。由于中繼站的部署一般能優(yōu)化基站和中繼站之間的無線鏈路，因此兩跳下行傳輸?shù)?性能主要決定于第二跳的傳輸方案設(shè)計(jì)。為了提高無線資源調(diào)度的效率，中繼站通常具有獨(dú)立分配資源和調(diào)度用戶的權(quán)力。下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。在本發(fā)明實(shí)施例中提供的SDMA系統(tǒng)中，基于接入點(diǎn)和用戶皆已知的預(yù)編碼碼本 為F= (F1, . . .，F(xiàn)N}，其中Fi是階數(shù)為Mt的方陣，矩陣中對(duì)應(yīng)的各列視為可能的發(fā)送波束。 同時(shí)約束每次SDMA實(shí)現(xiàn)時(shí)接入點(diǎn)只能使用碼本中某個(gè)方陣Fi或該方陣中的波束子集，基 于該碼本使用規(guī)則，如果矩陣{FJ皆為酉陣或各列相關(guān)性小于預(yù)定閾值的準(zhǔn)酉陣，則該規(guī) 則對(duì)應(yīng)酉預(yù)編碼矩陣的約束。為實(shí)現(xiàn)一次完整的SDMA調(diào)度，接入點(diǎn)需要利用用戶兩次反饋 給接入點(diǎn)的有限信息進(jìn)行用戶調(diào)度和波束子集的選擇，并為每個(gè)選中用戶自適應(yīng)地確定編 碼調(diào)制水平。參照?qǐng)D1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種空分多址接入的優(yōu)化方法，包括如下步驟S01，接入點(diǎn)接收各用戶發(fā)送的反饋信息，該反饋信息包括選定的所述用戶發(fā)送波 束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)、信道模值I |hK| ι和反饋信道矢量相對(duì)于最優(yōu)波束 的相位差值θ ；通常選定的所述用戶發(fā)送波束矢量為最優(yōu)波束矢量。用戶需兩次反饋有限反饋信息，以實(shí)現(xiàn)SDMA接入的優(yōu)化。預(yù)編碼碼本為F = {F1; . . .，F(xiàn)N}，其中 從]為波束矩陣，在第一次反饋中，用戶k根據(jù)估計(jì)的信道狀態(tài)
信息hk，首先按下式從碼本中選擇最優(yōu)的發(fā)送波束矢量qk 并把qk在碼本中的編號(hào)pk通過低速反饋信道反饋給接入點(diǎn)，由于碼本中發(fā)送波束 矢量的總數(shù)為NMt，因此反饋Pk需要Iog2(NMt)個(gè)信息比特。為了利用多用戶分集增益，用戶k還需要反饋其信道模值Pk= I IhkI I，同時(shí)還需 反饋信道矢量相對(duì)于最優(yōu)波束的相位角度信息θ k，其定義如下 其中I =\l\\\Il表示歸一化的信道矢量。該相位角度信息的反饋有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 流數(shù)的自適應(yīng)，其量化一般只需2個(gè)比特。利用該輪反饋信息，接入點(diǎn)可完成波束子集和用戶集合的選擇。S02，根據(jù)選定的所述用戶發(fā)送波束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)將所有 用戶分成NMt組，預(yù)編碼碼本中每一個(gè)波束對(duì)應(yīng)其中一組，每組中用戶反饋相同的波束標(biāo) 號(hào)；從各組中選擇具有最大信噪比SNR的用戶構(gòu)成用戶集；為了有效降低調(diào)度算法的計(jì)算復(fù)雜度，從眾多的用戶中選取有限個(gè)用戶，并從這 有限個(gè)用戶中選擇并行發(fā)送用戶。基于接入點(diǎn)和用戶皆已知的預(yù)編碼碼本為F= (F1, ...，F(xiàn)N}，其中&是階數(shù)為Mt 的方陣，將所有用戶分成N組，預(yù)編碼碼本中每一個(gè)波束對(duì)應(yīng)其中一組，每組中用戶都反饋 相同的最優(yōu)發(fā)送波束標(biāo)號(hào)。利用用戶的反饋信息很容易計(jì)算各用戶的SNR值，根據(jù)各用戶的SNR值從每組中 選擇一個(gè)用戶，即選擇具有最大信噪比SNR的用戶，這樣可以充分利用多用戶分集。
根據(jù)各用戶的SNR值以及用戶反饋的首選最優(yōu)發(fā)送波束的標(biāo)號(hào)，可以得到一個(gè)經(jīng) 過篩選的用戶集K，K至多包含NMt個(gè)用戶。S03，基于所述用戶集中的各種用戶組合分別計(jì)算各用戶組合對(duì)應(yīng)的各波束子集 可支持的最大和吞吐量值，確定將采用的和吞吐量值最大的波束子集及相應(yīng)的用戶組合；本步驟的主要任務(wù)是從該用戶集合中選擇一個(gè)相互干擾比較小的子集。假如所述用戶集中有5個(gè)用戶，用戶組合包括5個(gè)用戶、4個(gè)用戶(從所述5個(gè)用 戶中選擇4個(gè)，共C^、3個(gè)用戶(從所述5個(gè)用戶中選擇3個(gè)，共CD、2個(gè)用戶(從所述5 個(gè)用戶中選擇2個(gè)，共C52)、1個(gè)用戶(從所述5個(gè)用戶中選擇其中1個(gè)，共C15)，分別計(jì)算 各用戶組合對(duì)應(yīng)的各波束子集的可支持的最大和吞吐量值，選擇確定采用和吞吐量值最大 的波束子集及相應(yīng)的用戶組合?；诖a本使用規(guī)則的約束，每次波束子集選擇只局限于碼本中某個(gè)方陣Fi或
該方陣中某幾個(gè)列組成的子矩陣，則一共有^種可能的波束子集，分別記為
，其中Km表示波束子集的數(shù)量，對(duì)應(yīng)該波束子集支持 的獨(dú)立數(shù)據(jù)流數(shù)目。為了使SDMA系統(tǒng)獲得盡可能大的平均和吞吐量，需要根據(jù)所有用戶 的瞬時(shí)信道條件選擇最合適的波束子集作為發(fā)送波束，以達(dá)到用戶間干擾和空分復(fù)用增益 之間的最優(yōu)折中，而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)波束子集選擇需要計(jì)算各個(gè)波束子集的可支持的最大和吞吐 量。對(duì)于任意波束子集Ww，若其所包含波束都被至少一個(gè)用戶視為首選發(fā)送波束，則該波 束子集支持的最大和吞吐量可以表示為 其中乂“0表示波束子集中第1個(gè)波束支持的最大信干噪比，計(jì)算如下 如果用戶集合中對(duì)應(yīng)波束W/") e Ww的用戶標(biāo)號(hào)記為纊e K，利用最大似然(ML) 估計(jì)方法可得到該用戶等效信道的估計(jì)值，記為 ν,，則此時(shí)波束子集Ww中波束W”支持 的最大SINR可以表示為
y(^) 二 PW_^ kT ^7' “ ^ ~'1 = 1,...,Km
Σ \、,ι +1Av其中^表示等效信道估計(jì)值 ν,中對(duì)應(yīng)Wf(m)項(xiàng)的估計(jì)值。由此可以得到所有波 束子集支持的最大和吞吐量的估計(jì)值。
S04，將所確定的用戶組合信息和波束子集信息發(fā)送出去；為了將根據(jù)所述反饋信息確定的用戶調(diào)度信息(選擇的波束子集信息及確定的 對(duì)應(yīng)用戶集合)發(fā)送給各用戶，尤其是用戶集合中的用戶(即被選中的用戶)，為快速便捷 起見，通常采用廣播方式將所述用戶集和確定的波束子集信息發(fā)送出去。S05，獲取所述被選擇用戶組合中各用戶反饋的各用戶支持的信干噪比SINR糾正 量，該信干噪比SINR糾正量為所述用戶根據(jù)接收到的確定的波束子集信息計(jì)算得到的，根 據(jù)該糾正量接入點(diǎn)可計(jì)算各被選中用戶支持的SINR，由此實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)編碼調(diào)制水平選擇；假設(shè)W(p)中第1個(gè)波束W^)對(duì)應(yīng)用戶的信道矢量仍用Ii1表示，該用戶支持的SINR 計(jì)算如下 據(jù)此用戶可計(jì)算由并行發(fā)送其他用戶干擾造成的SINR損失，對(duì)其量化并作為 SINR糾正量立即反饋給接入點(diǎn)，SNR損失定義如下 收到選中用戶的Δ Il1反饋后，同時(shí)利用上一輪的反饋很容易計(jì)算得到并行發(fā)送 選中用戶時(shí)信道矢量為h的用戶支持的速率為 根據(jù)此信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各選中用戶進(jìn)行精確的自適應(yīng)調(diào)制編碼。S06，根據(jù)所述各用戶的信噪比SINR糾正量分別調(diào)整所述被選擇用戶組合中各用 戶的編碼調(diào)制水平。參照?qǐng)D2，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種可實(shí)現(xiàn)空分多址接入優(yōu)化的接入點(diǎn) 裝置200，包括接收單元21，用于接收各用戶發(fā)送的反饋信息，該反饋信息包括所述用戶最優(yōu)發(fā) 送波束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)、信道模值和反饋信道矢量相對(duì)于最優(yōu)波束的 相位差值；分組單元22，用于根據(jù)所述用戶最優(yōu)發(fā)送波束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo) 號(hào)將所有用戶分成NMt組，預(yù)編碼碼本中每一個(gè)波束對(duì)應(yīng)其中一組，從各組中選擇具有最大 信噪比SNR的用戶構(gòu)成用戶集，其中N為預(yù)編碼碼碼本中波束矩陣數(shù)，每個(gè)矩陣為階數(shù)為Mt 的方陣；選擇單元23，基于所述用戶集中的各種用戶組合分別計(jì)算各用戶組合對(duì)應(yīng)的各波 束子集的可支持的最大和吞吐量值，選擇確定采用和吞吐量值最大的波束子集及相應(yīng)的用 戶組合發(fā)送信號(hào)；發(fā)送單元24，將所述被選擇用戶組合和確定的波束子集信息發(fā)送出去；信干噪比糾正量獲取單元25，用于獲取所述被選中用戶根據(jù)確定的波束子集信息 計(jì)算得到的信噪比SINR糾正量；編碼調(diào)制控制單元26，用于根據(jù)所述各用戶的信干噪比SINR糾正量分別調(diào)整所述被確定用戶組合中各用戶的編碼調(diào)制水平。所述選擇單元23包括和吞吐量計(jì)算模塊23a，用于計(jì)算所述各用戶組合對(duì)應(yīng)的各波束子集的可支持的 最大和吞吐量值波束子集中第1個(gè)波束支持的最大信干噪比乂“0 , 其中nk = Es/NQ,k表示用戶k的發(fā)射信噪比；該波束子集支持的最大和吞吐量 所述選擇單元23還包括干擾估算模塊23b，通過估算設(shè)定的等效信道矢量hb =Fjhit得到所述各干擾項(xiàng) {h^^m)}，利用信道矢量的相關(guān)性和有限反饋信息對(duì)所述等效信道矢量hb =Ffhi進(jìn)行估 計(jì)。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種空分多址接入系統(tǒng)100，包括接入點(diǎn)裝置 200及若干用戶設(shè)備300，接入點(diǎn)裝置為如前所述的接入點(diǎn)裝置，所述用戶設(shè)備300包括波束矢量確定單元31，用于根據(jù)估計(jì)的信道狀態(tài)信息hk，按下式計(jì)算從預(yù)編碼碼
本中選擇最優(yōu)的發(fā)送波束矢量qk 第一發(fā)送單元32，用于發(fā)送反饋信息給接入點(diǎn)裝置，該反饋信息包括所述用戶最 優(yōu)發(fā)送波束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)、信道模值I |hK| ι和反饋信道矢量相對(duì)于 最優(yōu)波束的相位差值θ；信干噪比計(jì)算單元33，用于根據(jù)接收到的所述確定的波束子集信息計(jì)算得到信干 噪比SINR糾正量；第二發(fā)送單元34，用于發(fā)送所述信干噪比SINR糾正量給接入點(diǎn)裝置。需要說明的是，本發(fā)明提供的技術(shù)方案既適用于單跳空分多址傳輸系統(tǒng)中的基站 進(jìn)行用戶調(diào)度、預(yù)編碼設(shè)計(jì)以及用戶編碼調(diào)制水平選擇，也適用于兩跳以上空分多址傳輸 系統(tǒng)的中繼站進(jìn)行用戶調(diào)度和波束子集選擇以及用戶編碼調(diào)制水平選擇，以及中繼站和基 站合二為一的情況。仿真測(cè)試及結(jié)果仿真測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，接入點(diǎn)為中繼站，中繼站配置4根天線，所有用戶都配置單根天 線，用戶信道具有相同的平均功率。假設(shè)基站和中繼站之間的第一跳傳輸用傳統(tǒng)預(yù)編碼方 法優(yōu)化并保證中繼端能準(zhǔn)確解碼。假設(shè)信道為平坦衰落信道，在一次兩跳SDMA實(shí)現(xiàn)(從用戶調(diào)度到完成數(shù)據(jù)發(fā)送)保持不變，而在不同的SDMA實(shí)現(xiàn)之間信道獨(dú)立變化。中繼端多天 線之間的空間相關(guān)性矩陣表示為如下形式R = { σ li^1, i，j = 1，. . .，MJ。仿真實(shí)驗(yàn)中碼 本使用IEEE802. 20協(xié)議中的SDMA碼本，即DFT形式的酉碼本。每個(gè)被選中用戶的吞吐量 計(jì)算為Iog2 (1+snr)，SDMA實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)吞吐量即為所有被選中用戶吞吐量之和。為了與其 他傳統(tǒng)SDMA算法保持相當(dāng)?shù)姆答侀_銷水平，本文所提算法中額外反饋的相位差角度在仿 真中進(jìn)行了 2比特的量化，量化方式使用20與50度之間的線性均勻量化算法。SDMA系統(tǒng)的系統(tǒng)吞吐量性能曲線如圖4-6所示，圖4中所示曲線是在SNR= 10dB， 中繼端相鄰發(fā)射天線空間相關(guān)性系數(shù)為0. 8的情況下得到；圖5中所示曲線是在SNR = IOdB,中繼端相鄰發(fā)射天線空間相關(guān)性系數(shù)為0. 6的情況下得到；圖5中所示曲線是在用戶 數(shù)為20，中繼端相鄰發(fā)射天線空間相關(guān)性系數(shù)為0. 6的情況下得到。為進(jìn)行比較，同時(shí)仿真 了中繼端使用IEEE 802. 20MIS0-SDMA方案和使用基于迫零預(yù)編碼有限反饋SDMA方案的兩 跳多用戶下行傳輸系統(tǒng)。其中IEEE 802. 20MIS0-SDMA方案使用相同的預(yù)編碼碼本，但在調(diào) 度用戶時(shí)約束以滿數(shù)據(jù)流發(fā)送，而基于迫零預(yù)編碼的有限反饋SDMA方案則使用了信道矢 量量化的反饋方式以及文獻(xiàn)[18]中的用戶調(diào)度方法(并行用戶間相關(guān)性閾值取為0. 4)。仿 真結(jié)果表明，本發(fā)明提供的兩跳多用戶SDMA下行系統(tǒng)相比其他兩種系統(tǒng)具有更佳的性能， 尤其當(dāng)用戶數(shù)目比較少的情形更為明顯。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于兩次有限反饋的SDMA實(shí)現(xiàn)方案，能基于 有限反饋信息和信道矩陣空間相關(guān)性在接入點(diǎn)完成用戶調(diào)度和波束子集選擇，以獲得空分 復(fù)用增益和用戶間干擾的有效折中，尤其適用于用戶數(shù)目較少的系數(shù)網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。由于采用 兩次反饋機(jī)制，以較小的反饋開銷實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度用戶的自適應(yīng)調(diào)制編碼AMC，因此具有很高的 平均系統(tǒng)吞吐量。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各單元及模塊或各步驟可以 用通用的計(jì)算裝置來實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置 所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計(jì)算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實(shí)現(xiàn)，從而，可以將它 們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個(gè)集成電路模塊，或者 將它們中的多個(gè)單元及模塊或步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制 于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。以上所述僅為本發(fā)明的示范性實(shí)施方案而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種空分多址接入的優(yōu)化方法，其特征在于，包括接收各用戶發(fā)送的反饋信息，該反饋信息包括選定的所述用戶發(fā)送波束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)、信道模值和反饋信道矢量相對(duì)于選定波束的相位差值；根據(jù)所述波束標(biāo)號(hào)將所有用戶分成NMt組，從各組中選擇具有最大信噪比SNR的用戶構(gòu)成用戶集，其中N為預(yù)編碼碼本中波束矩陣數(shù)，每個(gè)矩陣為階數(shù)為Mt的方陣；基于所述用戶集中的各種用戶組合分別計(jì)算各用戶組合對(duì)應(yīng)的各波束子集可支持的最大和吞吐量值，確定和吞吐量值最大的波束子集及相應(yīng)的用戶組合，并將所確定的用戶組合和確定的波束子集信息發(fā)送出去；獲取所確定的用戶組合中各用戶反饋的各用戶支持的信干噪比SINR糾正量，該信干噪比SINR糾正量為所述用戶根據(jù)接收到的所述用戶組合和確定的波束子集信息計(jì)算得到的；根據(jù)所述信干噪比SINR糾正量分別調(diào)整所述用戶組合中各用戶的編碼調(diào)制水平。
2.如權(quán)利要求1所述的空分多址接入方法，其特征在于，所述選定的各用戶發(fā)送波束 矢量通過下述步驟計(jì)算預(yù)編碼碼本為F = (F1, . . .，F(xiàn)N}，其中F,=[(；('),…，切]為波束矩陣，用戶k根據(jù)估計(jì)的信 道狀態(tài)信息hk，按下式計(jì)算從預(yù)編碼碼本中選定的發(fā)送波束矢量qk
3.如權(quán)利要求1所述的空分多址接入方法，其特征在于，預(yù)編碼碼本為F= (F1,F1J，其中Fi是階數(shù)為Mt的方陣，矩陣中對(duì)應(yīng)的各列為可能的發(fā)送波束，每次發(fā)送信號(hào)時(shí)使 用碼本中某個(gè)方陣Fi或該方陣中的波束子集。
4.如權(quán)利要求3所述的空分多址接入方法，其特征在于，所述預(yù)編碼碼本中波束矩陣皆為酉陣或各列相關(guān)性小于預(yù)定閾值的準(zhǔn)酉陣。
5.如權(quán)利要求1所述的空分多址接入方法，其特征在于，所述各用戶組合對(duì)應(yīng)的各波 束子集可支持的最大和吞吐量值通過下述步驟得到計(jì)算波束子集中第1個(gè)波束支持的最大信干噪比M"0 , 其中Ilk = Es/NQ,k表示用戶k的發(fā)射信噪比；計(jì)算該波束子集支持的最大和吞吐量
6.如權(quán)利要求5所述的空分多址接入方法，其特征在于，所述各干擾項(xiàng){hlw，}通過估算設(shè)定的等效信道矢量=Flhi得到； 利用信道矢量的相關(guān)性和有限反饋信息對(duì)所述等效信道矢量二 Whi進(jìn)行估計(jì)。
7.一種實(shí)現(xiàn)空分多址接入優(yōu)化的接入點(diǎn)裝置，其特征在于，包括接收單元，用于接收各用戶發(fā)送的反饋信息，該反饋信息包括選定的所述用戶發(fā)送波 束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)、信道模值和反饋信道矢量相對(duì)于選定波束的相位差值；分組單元，用于根據(jù)所述波束標(biāo)號(hào)將所有用戶分成NMt組，從各組中選擇具有最大信噪 比SNR的用戶構(gòu)成用戶集，其中N為預(yù)編碼碼本中波束矩陣數(shù)，每個(gè)矩陣為階數(shù)為Mt的方 陣；選擇單元，基于所述用戶集中的各種用戶組合分別計(jì)算各用戶組合對(duì)應(yīng)的各波束子集 的可支持的最大和吞吐量值，確定和吞吐量值最大的波束子集及相應(yīng)的用戶組合；發(fā)送單元，將所述確定的用戶組合和波束子集信息發(fā)送出去；信干噪比獲取單元，用于獲取所述用戶根據(jù)接收到的所述確定的波束子集信息計(jì)算得 到的信噪比SINR糾正量；編碼調(diào)制控制單元，用于根據(jù)所述各用戶的信干噪比SINR糾正量分別為所述用戶組 合中各用戶調(diào)整編碼調(diào)制水平。
8.如權(quán)利要求7所述的接入點(diǎn)裝置，其特征在于，所述選擇單元包括和吞吐量計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述各用戶組合對(duì)應(yīng)的各波束子集可支持的最大和吞吐 量值波束子集中第1個(gè)波束支持的最大信干噪比;, 其中Ilk = Es/NQ,k表示用戶k的發(fā)射信噪比；該波束子集支持的最大和吞吐量 °
9.如權(quán)利要求7所述的接入點(diǎn)裝置，其特征在于，所述選擇單元還包括干擾估算模塊，通過估算設(shè)定的等效信道矢量I^e=Fjhi得到所述各干擾項(xiàng){h〖W廣I 利用信道矢量的相關(guān)性和有限反饋信息對(duì)所述等效信道矢量hb = Hjt進(jìn)行估計(jì)。
10.一種空分多址接入系統(tǒng)，包括接入點(diǎn)裝置及若干用戶設(shè)備，其特征在于，接入點(diǎn)裝 置為如權(quán)利要求7所述的裝置，所述用戶設(shè)備包括第一發(fā)送單元，用于發(fā)送反饋信息給接入點(diǎn)裝置，該反饋信息包括選定的所述用戶發(fā) 送波束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)、信道模值和反饋信道矢量相對(duì)于選定波束的 相位差值；波束矢量確定單元，用于根據(jù)估計(jì)的信道狀態(tài)信息hk，按下式計(jì)算從預(yù)編碼碼本中選 定的發(fā)送波束矢量qk: .信干噪比計(jì)算單元，用于根據(jù)接收到的所述用戶集和確定的波束子集信息計(jì)算得到信 干噪比SINR糾正量；第二發(fā)送單元，用于發(fā)送所述信干噪比SINR糾正量給接入點(diǎn)裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空分多址接入的優(yōu)化方法，包括接收各用戶發(fā)送的反饋信息，該反饋信息包括選定的所述用戶發(fā)送波束矢量在預(yù)編碼碼本中對(duì)應(yīng)的波束標(biāo)號(hào)等；根據(jù)波束標(biāo)號(hào)將所有用戶分組，從各組中選擇具有最大信噪比的用戶構(gòu)成用戶集；基于用戶集中各種用戶組合分別計(jì)算對(duì)應(yīng)各波束子集可支持的最大和吞吐量值，確定和吞吐量值最大的波束子集及用戶組合并發(fā)送出去；獲取確定的用戶組合中各用戶反饋的各用戶支持的信干噪比糾正量，根據(jù)信干噪比糾正量分別調(diào)整各用戶的編碼調(diào)制水平。本發(fā)明還提供相應(yīng)的接入點(diǎn)裝置及空分多址接入系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明可獲得空分復(fù)用增益和用戶間干擾的有效折中，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度用戶的自適應(yīng)調(diào)制編碼，從而達(dá)到高的系統(tǒng)吞吐量。
文檔編號(hào)H04B7/06GK101908921SQ200910203269
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日
發(fā)明者杜穎鋼, 楊綠溪, 黃永明 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司;東南大學(xué)