專利名稱：統(tǒng)計(jì)特征模式的空分多址傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用多個(gè)發(fā)送和多個(gè)接收天線的多用戶無線通信系統(tǒng)，尤其 涉及一種利用長時(shí)統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息的多用戶多天線無線通信系統(tǒng)空分多址系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為適應(yīng)未來發(fā)展的需要，移動(dòng)通信系統(tǒng)要求能夠支持高達(dá)每秒數(shù)十兆甚至上千兆 比特的高速分組數(shù)據(jù)傳輸，在無線資源日趨緊張的情況下，采用多天線發(fā)送和多天線接收 (MIMO)無線傳輸技術(shù)，充分挖掘利用空間資源，最大限度地提高頻譜利用率和功率效率，成 為新一代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn) 3GPP LTE-Advanced (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution，第三代合作伙伴計(jì)劃長期演進(jìn)高版本)研究的關(guān)鍵所在。近年來，多用戶MIMO無線傳輸技術(shù)研究在理論界和工業(yè)界都得到廣泛的重視，由 于上下行鏈路的非對稱性，多用戶MIMO信道分為上行多址接入信道(MAC)和下行廣播信道 (BC)，研究工作在這兩個(gè)方面展開，重點(diǎn)則在下行鏈路。多用戶MIMO無線傳輸技術(shù)的研究 主要集中在基站已知瞬時(shí)/短時(shí)信道狀態(tài)信息的情況，這些研究僅適用于固定和低速移動(dòng) 通信場景，針對中高速移動(dòng)通信環(huán)境的多用戶MIMO無線傳輸技術(shù)研究相對較少，而且僅考 慮多用戶MIMO傳輸上行多址接入信道，而利用長時(shí)統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息的多用戶MIMO無線 傳輸方法研究尚少見報(bào)導(dǎo)。利用瞬時(shí)/短時(shí)信道狀態(tài)信息的空分多址傳輸不僅不能適應(yīng)中 高速移動(dòng)通信環(huán)境，而且涉及復(fù)雜的控制層資源調(diào)度、復(fù)雜的物理層實(shí)現(xiàn)、較高的信道信息 獲取與交互代價(jià)、以及較大的用戶間干擾，難以有效地提高無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率、功 率利用率和傳輸可靠性。為此，本發(fā)明給出一種利用長時(shí)統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息的多用戶空分 多址技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種利用長時(shí)統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息的多用戶統(tǒng)計(jì)特 征模式的空分多址傳輸方法，能夠根據(jù)各用戶信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)狀態(tài)信息進(jìn)行用戶的特征模 式聚類、空分用戶組成組、以及空分多址傳輸。技術(shù)方案本發(fā)明的目的是提供一種利用長時(shí)統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息的多用戶統(tǒng)計(jì)特 征模式的空分多址傳輸方法，該方法具體為a.基站側(cè)的收發(fā)多天線配置為一個(gè)或多個(gè)天線陣列，每個(gè)天線陣列通過多個(gè)酉矩 陣實(shí)現(xiàn)多個(gè)空間資源分割；b.利用各用戶信道在基站側(cè)的長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣，比較各個(gè)酉矩陣對用戶信道相 關(guān)矩陣的對角化性能，確定與長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣特征模式匹配的酉矩陣，并計(jì)算出最優(yōu)對 角化后的相關(guān)矩陣，由此確定各用戶所屬的空間資源分割及其在該分割下所占用的空間方 向，進(jìn)而利用各用戶所屬的空間資源分割，對小區(qū)內(nèi)的用戶進(jìn)行特征模式聚類；c.利用各用戶所占用的空間方向，對同一特征模式類的用戶進(jìn)行空分用戶組的成 組，形成可以通過空分多址共享同一時(shí)頻資源的一個(gè)或多個(gè)空分用戶組，各空分用戶組中的不同用戶所占的空間方向互不不同；d.同一空分用戶組中的用戶利用其所屬的空間資源分割進(jìn)行空分多址傳輸，各個(gè) 用戶通過相應(yīng)的酉矩陣的一個(gè)或多個(gè)列矢量實(shí)施長時(shí)統(tǒng)計(jì)特征模式傳輸，各個(gè)用戶在長時(shí) 統(tǒng)計(jì)特征模式下傳輸?shù)男盘柊▽Ｓ脤?dǎo)頻信號和數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)信號可以是利用短時(shí)信道 信息通過短時(shí)預(yù)編碼生成的信號；e.在各用戶移動(dòng)過程中，隨著基站與各用戶間信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性的變化，動(dòng)態(tài) 地實(shí)施前述用戶特征模式聚類和空分用戶組成組，形成更新后的特征模式用戶類和空分用 戶組，并進(jìn)而實(shí)施前述的特征模式空分多址傳輸。所述的天線陣列中，各天線之間的間距小于載波的波長，當(dāng)各天線采用全向天線 或120度扇區(qū)天線或60度扇區(qū)天線時(shí)，各天線之間的間距為1/2波長或1/W波長或1個(gè)波 長；每個(gè)天線采用單極化或多極化天線；各個(gè)天線陣列之間間距大于載波的波長；所有各 天線陣列中所有天線的方向圖均對齊。所述的酉矩陣，其每個(gè)列矢量對應(yīng)一個(gè)空間方向，利用一個(gè)列矢量作為各天線的 收發(fā)加權(quán)矢量，即實(shí)現(xiàn)在相應(yīng)的空間方向上的收發(fā)；每個(gè)酉矩陣的各個(gè)矢量在同一時(shí)頻資 源上同時(shí)實(shí)現(xiàn)相互正交的空間方向上的收發(fā)，由此實(shí)現(xiàn)對空間資源的分割利用；不同的酉 矩陣對應(yīng)不同的空間資源分割；實(shí)現(xiàn)空間資源分割的酉矩陣采用離散傅里葉變換矩陣通過 左乘對角矩陣生成。比較各個(gè)酉矩陣對用戶信道相關(guān)矩陣的對角化性能，性能最優(yōu)的酉矩陣所對應(yīng)的 空間資源分割即為與該用戶特征模式匹配的空間資源分割，此最優(yōu)對角化后的相關(guān)矩陣中 數(shù)值大于給定閾值的一個(gè)或多個(gè)對角元素所對應(yīng)的空間方向即為該用戶所占用的空間方 向；屬于同一空間資源分割的用戶，劃分到同一特征模式用戶類，小區(qū)內(nèi)的所有用戶在相應(yīng) 的長時(shí)統(tǒng)計(jì)的時(shí)間窗內(nèi)形成多個(gè)用戶類。各用戶所屬的空間資源分割及所占的空間方向的確定在基站實(shí)施，或在用戶終端 實(shí)施；當(dāng)在基站端實(shí)施時(shí)，所需的各用戶信道基站側(cè)長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣，通過上行鏈路相應(yīng) 的信道估計(jì)后計(jì)算得到，或由各用戶終端通過公共導(dǎo)頻上的信道估計(jì)估算出來，并直接通 過反饋鏈路反饋至基站；當(dāng)在用戶終端實(shí)施時(shí)，各用戶通過公共導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)，計(jì)算出 其基站側(cè)的信道長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣，由此計(jì)算出各用戶所屬的空間資源分割及所占的空間 方向，并通過反饋鏈路反饋到基站?？辗钟脩艚M的成組依據(jù)各用戶所占的空間方向，通過一種貪婪算法進(jìn)行實(shí)施；對 于每一個(gè)空分用戶組，優(yōu)先分配占據(jù)空間方向多的用戶，然后按所占空間方向數(shù)由多到少 搜尋可成組的用戶，如當(dāng)前搜索的用戶所占的空間方向與已有的組內(nèi)用戶所占的空間方向 無重疊，則將該用戶并入該組，繼續(xù)搜尋直到該組內(nèi)所有空間方向均被占滿或所有用戶搜 尋完畢。各個(gè)用戶的專用導(dǎo)頻信號直接在長時(shí)特征模式下傳輸，而其數(shù)據(jù)信號可以進(jìn)一步 利用短時(shí)信道信息通過短時(shí)預(yù)編碼生成；對于下行鏈路傳輸，各用戶在基站側(cè)的發(fā)送信號 通過其相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)列矢量進(jìn)行長時(shí)預(yù)編碼生成天線域的發(fā)送信號，同一空分用戶組 的天線域信號為各用戶天線域信號的累加；對于上行鏈路，各用戶通過其相應(yīng)的一個(gè)或多 個(gè)列矢量，在基站側(cè)對接收到的天線域信號進(jìn)行匹配運(yùn)算，分離出該用戶的接收信號，并進(jìn) 而實(shí)施后續(xù)的接收處理。
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各個(gè)用戶的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特征模式傳輸在其所占的全部空間方向上實(shí)施，或選擇在其 所占的部分空間方向上實(shí)施；空間方向的選擇可以利用前述最優(yōu)對角化后的信道相關(guān)矩陣 中的對角元素，選取不超過給定個(gè)數(shù)的較大的對角元素，其相應(yīng)的空間方向即可用作實(shí)施 長時(shí)統(tǒng)計(jì)特征模式傳輸?shù)目臻g方向；空間方向的選擇可以在基站進(jìn)行，也可以在用戶終端 上進(jìn)行并通過反饋鏈路通知基站。有益效果本發(fā)明提供的統(tǒng)計(jì)特征模式空分多址技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、采用特定的不等間距多天線配置及相應(yīng)的空間資源分割，有利于獲取多用戶空 分多址的性能增益，并有利于獲取各用戶多天線傳輸?shù)男阅茉鲆妗?、利用各用戶信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息實(shí)施空分多址，且各用戶可以自行確 定所使用的空間資源并通知基站，顯著降低控制層資源調(diào)度的復(fù)雜度和物理層實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜 度。3、所需的各用戶信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息，可以通過稀疏的導(dǎo)頻信號和極低 速率的反饋信道獲得，由此顯著降低信道信息獲取與交互的代價(jià)。4、在此空分多址傳輸方式下，各用戶可以進(jìn)一步使用短時(shí)信道狀態(tài)信息進(jìn)行傳 輸，提高其傳輸性能，并且其所需的專用導(dǎo)頻開銷較低。5、可以有效地降低用戶間存在的干擾，避免了現(xiàn)有基于短時(shí)信道狀態(tài)信息的多用 戶無線傳輸系統(tǒng)對信道時(shí)變的敏感性，能夠廣泛適應(yīng)各種移動(dòng)環(huán)境。6、有效地提高無線通信系統(tǒng)的頻譜利用率、功率利用率和傳輸可靠性。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅表明本發(fā)明的一 些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些 附圖獲得其他實(shí)施例的附圖。圖1為基站多天線配置及空間資源分割示意圖。圖2為空分多址下行鏈路基站發(fā)送信號生成示意圖。圖3為空分多址上行鏈路基站接收信號處理示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的 附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本 發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。(1)基站多天線配置及空間資源分割圖1為基站多天線配置及空間資源分割示意圖，其上半部分示出多天線配置?；?站側(cè)收發(fā)多天線配置為一個(gè)或多個(gè)天線陣列，這里天線陣列特指天線間距較小的一組天 線。圖1所示多天線配置為兩個(gè)天線陣列，每個(gè)天線陣列中有4個(gè)天線。圖中所示的天線陣 列中各天線之間的間距以Cl1表示，其數(shù)值小于載波的波長。以λ表示載波的波長，當(dāng)各天 線采用全向天線、120度扇區(qū)天線和60度扇區(qū)天線時(shí)，Cl1的取值為1/2λ、 /^; 和λ個(gè)波長。圖中所示的兩個(gè)天線陣列之間間距以4表示，其數(shù)值大于載波的波長λ，即d2 = cX， 且c>l。典型地，各天線按線性陣列方式放置，所有天線的方向圖均對齊。每個(gè)天線可采 用單極化或多極化天線，在使用多極化天線時(shí)，為簡便計(jì)，天線陣列數(shù)視為按極化方向數(shù)倍 增。以M1表示天線陣列的個(gè)數(shù)，并以M2表示每個(gè)天線陣列中天線的個(gè)數(shù)，則基站配置的天 線總數(shù)為M = M具。為實(shí)現(xiàn)空分多址，需要對空間資源進(jìn)行有效的分割，分辨出多個(gè)空間方向加以利 用。為此，對于每個(gè)天線陣列，本發(fā)明通過多個(gè)酉矩陣生成天線域發(fā)送信號或?qū)μ炀€域接收 信號進(jìn)行接收預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)多個(gè)空間資源分割，以采用120度扇區(qū)天線為例，圖1下半部分 示出一個(gè)典型的空間資源分割的各個(gè)空間方向圖。以U = {uv,V = 0,1,···「-!}表示給定的酉矩陣集合，其中Uv為第ν個(gè)酉矩陣，V為酉
矩陣的個(gè)數(shù)，以υ丨表示Uv中一個(gè)或多個(gè)列矢量構(gòu)成的子矩陣，其中各列的標(biāo)號由集合α的 各元素值定義，并以<表示ν個(gè)酉矩陣的第1個(gè)列矢量。每個(gè)酉矩陣的每個(gè)列矢量對應(yīng)一個(gè) 空間方向，利用一個(gè)列矢量作為各天線的收發(fā)加權(quán)矢量，即實(shí)現(xiàn)在相應(yīng)的空間方向上的收 發(fā)。以<)( )表示從第Hi1個(gè)基站天線陣列通過第ν個(gè)酉矩陣的第1個(gè)列矢量發(fā)送的信號，其 中η表示第η個(gè)時(shí)頻資源，這里時(shí)頻資源可以是正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)中單個(gè)OFDM符 號的單個(gè)子載波，也可以是單載波系統(tǒng)中的單個(gè)傳輸符號，則從第Hi1個(gè)天線陣列發(fā)送的天 線域信號矢量為Χ U )(1)其中Hi1 = 1,2,…M^x" 的維度為Μ2。以ymiO)表示第Hi1個(gè)基站天線陣列接收 的天線域信號矢量，則從第Hl1個(gè)基站天線陣列通過第V個(gè)酉矩陣的第1個(gè)列矢量得到的信 號為
(2)其中上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置。每個(gè)酉矩陣的各個(gè)矢量在同一時(shí)頻資源上同時(shí)實(shí)現(xiàn)相 互正交的空間方向上的收發(fā)，由此實(shí)現(xiàn)對空間資源的分割利用。不同的酉矩陣對應(yīng)不同的 空間資源分割。以第ν個(gè)空間資源分割為例，若在同一時(shí)頻資源上同時(shí)利用一組空間方向 ΜΛ，···，^2}上進(jìn)行傳輸，其中M' 2彡M2,則基站發(fā)送的天線域信號矢量和接收處理得到的
空間方向上的信號可表示為 其中 在公式(3)和公式⑷中，當(dāng)M' 2 = M時(shí)，=Uv 在各天線按線性陣列方式放置且其間距符合前述要求的情況下，實(shí)現(xiàn)空間資源分 割的酉矩陣可以采用離散傅里葉變換(DFT)矩陣通過左乘對角矩陣生成。以F表示M2點(diǎn)DFT矩陣，即F的第(k，l)個(gè)元素為[F]w=廣WM/^，則第ν個(gè)酉矩陣隊(duì)可以選擇為 其中Γ v為對角矩陣，其第1個(gè)對角元素為廣2^l。(2)用戶特征模式聚類以K表示小區(qū)中用戶的個(gè)數(shù)，以Nk表示第k個(gè)用戶配置的天線個(gè)數(shù)，并以Hk (η)表 示基站與第k個(gè)用戶之間在第η個(gè)時(shí)頻資源上的信道矩陣，其尺寸為NkXM,則各用戶信道 在基站側(cè)的統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣為R4=五{Hf㈨札⑷}，其中E {.}表示期望運(yùn)算。由于用戶的移 動(dòng)性，Rk是時(shí)變的，但其變化的時(shí)間尺度較大，可以在一定的時(shí)間窗內(nèi)通過選定的信道樣本 估算出來，Ne表示一定的時(shí)間窗內(nèi)選定的信道樣本的時(shí)頻資源標(biāo)號的集合，則可通過下式 或其改進(jìn)形式估算出Rk 以Vk表示Rk的特征矩陣，λ k,i表示Rk的第i個(gè)特征值，即Ri = YkAkVk"，其中Ak 為對角矩陣，其第i個(gè)對角元素為Xk,i。Vk的各列矢量表征第k個(gè)用戶信道基站側(cè)的各特 征方向，稱為特征模式，而λu則表征在第i個(gè)特征模式上的信道強(qiáng)度。由于各天線陣列 之間間距較大或極化方向不同，且方向圖對齊，相關(guān)矩陣Rk可以近似建模為分塊對角矩陣， 且對角線上各個(gè)分塊矩陣相同，以&4表示，其尺寸為m2xm2。ryt可以通過如下公式估算 其中Rf表示矩陣Rk的第1個(gè)尺寸為M2XM2對角子矩陣。利用各用戶信道在基站側(cè)的長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣，確定與其特征模式最佳匹配的空 間資源分割及其在該分割下所占用的空間方向。為此，對各個(gè)用戶，首先按照如下公式計(jì)算 出V個(gè)矩陣Ak, v: 然后按照如下公式計(jì)算出< 其中[AkJw表示(i，j)個(gè)元素，arg minf(v)表示使得f (ν)最小的ν。 由此可以判定，在ν個(gè)酉矩陣中，第<個(gè)酉矩陣對第k個(gè)用戶信道相關(guān)矩陣的對角化性 能最好，相應(yīng)地，第V:個(gè)空間資源分割即為與第k個(gè)用戶特征模式匹配的空間資源分割。最 后，考察A“*各個(gè)對角元素的數(shù)值是否大于給定的閾值ε，如果第i個(gè)對角元素的數(shù)值大于 ε，則判定第ν:個(gè)空間資源分割中第i個(gè)空間方向被第k個(gè)用戶所占用，并以Ik表示第k個(gè) 用戶所占空間方向的集合。上述的<和Ik的確定可以在基站實(shí)施，也可以在用戶終端實(shí)施。當(dāng)在基站端實(shí)施 時(shí)，所需的:Rt可以通過上行鏈路相應(yīng)的信道估計(jì)后計(jì)算得到，或由各用戶終端通過公共導(dǎo) 頻上的信道估計(jì)估算出來，并直接通過反饋鏈路反饋至基站。當(dāng)在用戶終端實(shí)施時(shí)，各用戶通過公共導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)，計(jì)算出其基站側(cè)的信道長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣，由此計(jì)算出V和 Ik,并通過反饋鏈路反饋到基站。利用各用戶所屬的空間資源分割，對小區(qū)內(nèi)的用戶進(jìn)行特征模式聚類。屬于同 一 空間資源分割的用戶，劃分到同一特征模式用戶類，即若vl = V，則將第k個(gè)用戶劃分到第 V類。小區(qū)內(nèi)的所有用戶在相應(yīng)的長時(shí)統(tǒng)計(jì)的時(shí)間窗內(nèi)形成V個(gè)用戶類。(3)空分用戶組成組利用各用戶所占用的空間方向，對同一特征模式類的用戶進(jìn)行空分用戶組的成 組，形成可以通過空分多址共享同一時(shí)頻資源的一個(gè)或多個(gè)空分用戶組，各空分用戶組中 的不同用戶所占的空間方向互不同?？辗钟脩艚M的成組依據(jù)各用戶所占的空間方向的集合Ik，可以通過一種貪婪算法 進(jìn)行實(shí)施。對于每一個(gè)空分用戶組，優(yōu)先分配占據(jù)空間方向多的用戶，然后按所占空間方向 數(shù)由多到少搜尋可成組的用戶，如當(dāng)前搜索的用戶所占的空間方向與已有的組內(nèi)用戶所占 的空間方向無重疊，則將該用戶并入該組，繼續(xù)搜尋直到該組內(nèi)所有空間方向均被占滿或 所有用戶搜尋完畢。以第ν個(gè)特征模式類為例，以
Λ1表示該特征模式類中用戶的
集合，其中Nv為該類中用戶個(gè)數(shù)，kv,n表示用戶標(biāo)號，各用戶相應(yīng)的所占空間方向集合為 K。將集合凡按照用戶所占空間方向數(shù)(亦即的長度)分為M2個(gè)子集，以尺, 表示其中
第m個(gè)子集，只...k 丨，其中Nv,m為該子集中的用戶個(gè)數(shù)，且有
UKm= K。以卜λ...Ν j表示分組完成后該空間資源分割中所有用戶組，
其中Ngraups為用戶組個(gè)數(shù)，只思為第j個(gè)用戶組內(nèi)用戶標(biāo)號的集合。另以S= {1,2,...,MJ 表示所有空間方向標(biāo)號組成的集合。在該特征模式類下的空分用戶組成組實(shí)施步驟如下步驟1 將屬于子集民拘的用戶單獨(dú)成組，即
。初始 步驟2 按m從(M2-I)到1的順序搜索到非空集合民,m，并從其中選擇用戶kv, ffl, x 作為待成組的第一個(gè)用戶。初始化中間集合變量
中刪除用 步驟3:以mtemp表示Itemp所包含的空間方向個(gè)數(shù)。若mtemp>M2/2，則初始化
；若HItemp <M2/2，則初始化m' =mtemp。m'為要搜尋的子集標(biāo)號。步驟4 按m'遞減的順序從集合民,m,中選擇用戶加入到。若e U吏得
； 否則轉(zhuǎn)至步驟6。步驟5 若Itemp = S，轉(zhuǎn)至步驟6 ；否則更新m' = min(m'，M2-Hitemp)并返回步驟4 進(jìn)行循環(huán)。步驟6 置K(vg) = K(V8)U{^S}。若民中所有用戶均成組完畢，結(jié)束成組過程；
否則，置J = J+1，并返回步驟2繼續(xù)循環(huán)。(4)空分多址傳輸同一空分用戶組中的用戶利用其所屬的空間資源分割進(jìn)行空分多址傳輸，各個(gè)用 戶通過相應(yīng)的酉矩陣的一個(gè)或多個(gè)列矢量實(shí)施長時(shí)統(tǒng)計(jì)特征模式傳輸。各個(gè)用戶的長時(shí)統(tǒng) 計(jì)特征模式傳輸可以在其所占的全部空間方向上實(shí)施，也可以選擇在其所占的部分空間方 向上實(shí)施。以只
丨表示某一空分用戶組中用戶的集合，其中G表示用戶個(gè)數(shù)，kg
表示用戶的標(biāo)號。各用戶所占的空間方向無重疊，即Π A為空集。設(shè)該用戶組屬第V個(gè)空
間資源分割，即對于Zte只,有V〗=V。對于第k個(gè)用戶，設(shè)選擇的傳輸方向?yàn)椋?e。可以利 用前述的對角元素，選取不超過給定個(gè)數(shù)的較大的對角元素，其相應(yīng)的空間方向的集 合即為ak。Cik的選擇可以在基站進(jìn)行，也可以在用戶終端上進(jìn)行并通過反饋鏈路通知基站。圖2為空分多址下行鏈路基站發(fā)送信號生成示意圖?；咎炀€域發(fā)送信號為各個(gè) 空分多址用戶天線域發(fā)送信號之和，即為
(10)其中Xk (η)為第k個(gè)用戶的天線域發(fā)送信號，按照如下公式通過U 進(jìn)行長時(shí)預(yù)編 碼生成 其中，sk(η)為第k個(gè)用戶的發(fā)送信號矢量，<g)表示直積運(yùn)算，表示M1XM1的恒等 矩陣。sk(η)包含第k個(gè)用戶的專用導(dǎo)頻信號和數(shù)據(jù)信號，而數(shù)據(jù)信號可以是進(jìn)一步利用短 時(shí)信道信息通過短時(shí)預(yù)編碼生成的信號。圖3為空分多址上行鏈路基站接收信號處理示意圖?；咎炀€域接收信號y(n) 經(jīng)過空分多址信號分離模塊，分離出各個(gè)用戶在其相應(yīng)的空間方向上的信號e只。計(jì) 算公式為8,( ) = (ΙΜι (S)U^fy(W)(12)Si(W)中可包含專用導(dǎo)頻信號和數(shù)據(jù)信號，由此進(jìn)一步實(shí)施信道估計(jì)和檢測譯碼等 接收處理。(5)用戶調(diào)度與多址傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)調(diào)整在各用戶移動(dòng)過程中，隨著基站與各用戶間信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性Rk的變化，動(dòng)態(tài) 地實(shí)施前述用戶調(diào)度，包括用戶特征模式聚類和空分用戶組成組，形成更新后的特征模式 用戶類和空分用戶組，并進(jìn)而實(shí)施前述的特征模式空分多址傳輸。長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性的變化與 具體的應(yīng)用場景有關(guān)，典型地其統(tǒng)計(jì)時(shí)間窗是短時(shí)預(yù)編碼傳輸時(shí)間窗的數(shù)倍或數(shù)十倍，相 關(guān)的信道統(tǒng)計(jì)信息的獲取和交互也在較大的時(shí)間寬度上進(jìn)行。在本申請所提供的實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的方法，在沒有超過本申請的精神和范圍內(nèi)，可以通過其他的方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前的實(shí)施例只是一種示范性的例子，不應(yīng)該作為 限制，所給出的具體內(nèi)容不應(yīng)該限制本申請的目的。例如，多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可 以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。 以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種統(tǒng)計(jì)特征模式的空分多址傳輸方法，其特征在于該方法具體為a.基站側(cè)的收發(fā)多天線配置為一個(gè)或多個(gè)天線陣列，每個(gè)天線陣列通過多個(gè)酉矩陣實(shí)現(xiàn)多個(gè)空間資源分割；b.利用各用戶信道在基站側(cè)的長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣，比較各個(gè)酉矩陣對用戶信道相關(guān)矩陣的對角化性能，確定與長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣特征模式匹配的酉矩陣，并計(jì)算出最優(yōu)對角化后的相關(guān)矩陣，由此確定各用戶所屬的空間資源分割及其在該分割下所占用的空間方向，進(jìn)而利用各用戶所屬的空間資源分割，對小區(qū)內(nèi)的用戶進(jìn)行特征模式聚類；c.利用各用戶所占用的空間方向，對同一特征模式類的用戶進(jìn)行空分用戶組的成組，形成可以通過空分多址共享同一時(shí)頻資源的一個(gè)或多個(gè)空分用戶組，各空分用戶組中的不同用戶所占的空間方向互不不同；d.同一空分用戶組中的用戶利用其所屬的空間資源分割進(jìn)行空分多址傳輸，各個(gè)用戶通過相應(yīng)的酉矩陣的一個(gè)或多個(gè)列矢量實(shí)施長時(shí)統(tǒng)計(jì)特征模式傳輸，各個(gè)用戶在長時(shí)統(tǒng)計(jì)特征模式下傳輸?shù)男盘柊▽Ｓ脤?dǎo)頻信號和數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)信號可以是利用短時(shí)信道信息通過短時(shí)預(yù)編碼生成的信號；e.在各用戶移動(dòng)過程中，隨著基站與各用戶間信道的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性的變化，動(dòng)態(tài)地實(shí)施前述用戶特征模式聚類和空分用戶組成組，形成更新后的特征模式用戶類和空分用戶組，并進(jìn)而實(shí)施前述的特征模式空分多址傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)計(jì)特征模式的空分多址傳輸方法，其特征在于所述的天 線陣列中，各天線之間的間距小于載波的波長，當(dāng)各天線采用全向天線或120度扇區(qū)天線 或60度扇區(qū)天線時(shí)，各天線之間的間距為1/2波長或Ι/Α波長或1個(gè)波長；每個(gè)天線采用 單極化或多極化天線；各個(gè)天線陣列之間間距大于載波的波長；所有各天線陣列中所有天 線的方向圖均對齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)計(jì)特征模式的空分多址傳輸方法，其特征在于所述的酉矩 陣，其每個(gè)列矢量對應(yīng)一個(gè)空間方向，利用一個(gè)列矢量作為各天線的收發(fā)加權(quán)矢量，即實(shí)現(xiàn) 在相應(yīng)的空間方向上的收發(fā)；每個(gè)酉矩陣的各個(gè)矢量在同一時(shí)頻資源上同時(shí)實(shí)現(xiàn)相互正交 的空間方向上的收發(fā)，由此實(shí)現(xiàn)對空間資源的分割利用；不同的酉矩陣對應(yīng)不同的空間資 源分割；實(shí)現(xiàn)空間資源分割的酉矩陣采用離散傅里葉變換矩陣通過左乘對角矩陣生成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)計(jì)特征模式的空分多址傳輸方法，其特征在于比較各個(gè) 酉矩陣對用戶信道相關(guān)矩陣的對角化性能，性能最優(yōu)的酉矩陣所對應(yīng)的空間資源分割即為 與該用戶特征模式匹配的空間資源分割，此最優(yōu)對角化后的相關(guān)矩陣中數(shù)值大于給定閾值 的一個(gè)或多個(gè)對角元素所對應(yīng)的空間方向即為該用戶所占用的空間方向；屬于同一空間資 源分割的用戶，劃分到同一特征模式用戶類，小區(qū)內(nèi)的所有用戶在相應(yīng)的長時(shí)統(tǒng)計(jì)的時(shí)間 窗內(nèi)形成多個(gè)用戶類。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)計(jì)特征模式的空分多址傳輸方法，其特征在于各用戶所 屬的空間資源分割及所占的空間方向的確定在基站實(shí)施，或在用戶終端實(shí)施；當(dāng)在基站端 實(shí)施時(shí)，所需的各用戶信道基站側(cè)長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣，通過上行鏈路相應(yīng)的信道估計(jì)后計(jì) 算得到，或由各用戶終端通過公共導(dǎo)頻上的信道估計(jì)估算出來，并直接通過反饋鏈路反饋 至基站；當(dāng)在用戶終端實(shí)施時(shí)，各用戶通過公共導(dǎo)頻進(jìn)行信道估計(jì)，計(jì)算出其基站側(cè)的信道 長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣，由此計(jì)算出各用戶所屬的空間資源分割及所占的空間方向，并通過反饋鏈路反饋到基站。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)計(jì)特征模式的空分多址傳輸方法，其特征在于空分用戶 組的成組依據(jù)各用戶所占的空間方向，通過一種貪婪算法進(jìn)行實(shí)施；對于每一個(gè)空分用戶 組，優(yōu)先分配占據(jù)空間方向多的用戶，然后按所占空間方向數(shù)由多到少搜尋可成組的用戶， 如當(dāng)前搜索的用戶所占的空間方向與已有的組內(nèi)用戶所占的空間方向無重疊，則將該用戶 并入該組，繼續(xù)搜尋直到該組內(nèi)所有空間方向均被占滿或所有用戶搜尋完畢。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)計(jì)特征模式的空分多址傳輸方法，其特征在于各個(gè)用戶 的專用導(dǎo)頻信號直接在長時(shí)特征模式下傳輸，而其數(shù)據(jù)信號可以進(jìn)一步利用短時(shí)信道信息 通過短時(shí)預(yù)編碼生成；對于下行鏈路傳輸，各用戶在基站側(cè)的發(fā)送信號通過其相應(yīng)的一個(gè) 或多個(gè)列矢量進(jìn)行長時(shí)預(yù)編碼生成天線域的發(fā)送信號，同一空分用戶組的天線域信號為各 用戶天線域信號的累加；對于上行鏈路，各用戶通過其相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)列矢量，在基站側(cè) 對接收到的天線域信號進(jìn)行匹配運(yùn)算，分離出該用戶的接收信號，并進(jìn)而實(shí)施后續(xù)的接收 處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的統(tǒng)計(jì)特征模式的空分多址傳輸方法，其特征在于各個(gè)用戶 的長時(shí)統(tǒng)計(jì)特征模式傳輸在其所占的全部空間方向上實(shí)施，或選擇在其所占的部分空間方 向上實(shí)施；空間方向的選擇可以利用前述最優(yōu)對角化后的信道相關(guān)矩陣中的對角元素，選 取不超過給定個(gè)數(shù)的較大的對角元素，其相應(yīng)的空間方向即可用作實(shí)施長時(shí)統(tǒng)計(jì)特征模式 傳輸?shù)目臻g方向；空間方向的選擇可以在基站進(jìn)行，也可以在用戶終端上進(jìn)行并通過反饋 鏈路通知基站。
全文摘要
統(tǒng)計(jì)特征模式的空分多址傳輸方法中基站側(cè)收發(fā)多天線配置為一個(gè)或多個(gè)天線陣列，每個(gè)天線陣列通過多個(gè)酉矩陣實(shí)現(xiàn)多個(gè)空間資源分割；利用各用戶信道在基站側(cè)的長時(shí)統(tǒng)計(jì)相關(guān)矩陣，確定與其特征模式匹配的空間資源分割及其在該分割下所占用的空間方向；利用各用戶所屬的空間資源分割，進(jìn)行特征模式聚類；利用各用戶所占用的空間方向，對同一特征模式類的用戶進(jìn)行空分用戶組的成組；同一空分用戶組中的用戶利用其所屬的空間資源分割進(jìn)行空分多址傳輸，各個(gè)用戶通過相應(yīng)的酉矩陣的一個(gè)或多個(gè)列矢量實(shí)施長時(shí)統(tǒng)計(jì)特征模式傳輸；在各用戶移動(dòng)過程中，隨著信道長時(shí)統(tǒng)計(jì)特性的變化，動(dòng)態(tài)地實(shí)施用戶特征模式聚類、空分用戶組成組、以及特征模式空分多址傳輸。
文檔編號H04B7/06GK101882952SQ20101021039
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者尤肖虎, 張?jiān)? 王東明, 王玨, 金石, 高西奇 申請人:東南大學(xué)