專利名稱：一種多天線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合預(yù)編碼與功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線移動(dòng)通信的多天線傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種多天線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的聯(lián) 合預(yù)編碼與功率控制方法，適用于多輸入單輸出蜂窩網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信用戶數(shù)量的急劇增加和無線寬帶業(yè)務(wù)(如多媒體業(yè)務(wù))的迅速興 起，人們期望移動(dòng)通信系統(tǒng)能提供更高的數(shù)據(jù)傳輸率(100Mbps以上)和更高的頻譜效率 (10bps/Hz 以上)。多輸入單輸出(MISO)系統(tǒng)是一種在發(fā)射端配置多天線，接收端配置單天線的智 能天線技術(shù)，是提高頻譜效率的一種有效手段。而在實(shí)際MISO系統(tǒng)的應(yīng)用中，來自同小區(qū) 和鄰小區(qū)的干擾會(huì)極大地影響系統(tǒng)性能，因此需要對(duì)干擾進(jìn)行抑制，同時(shí)，由于邊緣小區(qū)用 戶常常得不到調(diào)度而處于“饑餓”狀態(tài)，因此需要考慮邊緣小區(qū)用戶的協(xié)作傳輸?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中的無線資源管理算法主要集中在多天線環(huán)境下的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)特 胃白勺|zj、g/f專@〒|、n]|| (JAL Zero-Forcing Methods for Downlink SpatialMultiplexing in Multiuser MIMO Channels)、單小區(qū)調(diào)度子問題(見 Τ· Yoo andA. Goldsmith, “On the optimality of multi-antenna broadcast scheduling usingzero-forcing beamforming,，，IEEE J. Sel. Areas Commun.，vol. 24，pp. 528—542，Mar. 2006.)、單小區(qū)功
fnJH ( JAL Sum Capacity of Multiuser MIMOBroadcastChanneIs with Block 0士&80皿1123^011)、多小區(qū)邊緣小區(qū)用戶容量最大化子問題(見!1.21^叫and H. Dai, "Cochannel interference mitigation and cooperativeprocessing in downlink multicell multiuser MIMO networks,，，EURASIP J. WirelessCommunications and Networking, vol. 2004，no. 2，pp. 222-235，Dec. 2004.)等的局部優(yōu)化，然而綜合考慮多小區(qū) 協(xié)作調(diào)度、協(xié)作傳輸以最大化系統(tǒng)整體傳輸容量的算法還鮮有研究。每個(gè)移動(dòng)終端(用戶)通過導(dǎo)頻序列對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，并將各自估計(jì)形成的信道 矢量反饋至基站，基站對(duì)信道矢量進(jìn)行處理后，作為調(diào)度信息，對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行調(diào)度和傳 輸。信道矢量是一個(gè)一維向量，包括多個(gè)元素，其中每個(gè)元素是發(fā)射端對(duì)應(yīng)的發(fā)射天線發(fā)送 的信號(hào)通過無線傳輸信道到達(dá)接收端所歷經(jīng)的信號(hào)傳輸損耗增益值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多天線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合預(yù)編碼與功率控制方法，解決現(xiàn)有調(diào)度方 法邊緣小區(qū)用戶得不到良好調(diào)度，傳輸效率低的問題，同時(shí)解決性能、公平性及復(fù)雜度的關(guān) 系，在保證較高性能、提高多輸入單輸出系統(tǒng)的信道容量的前提下，兼顧公平性并降低系統(tǒng) 的復(fù)雜度。本發(fā)明中，一個(gè)基站的服務(wù)范圍稱為小區(qū)，每N個(gè)相鄰小區(qū)的交點(diǎn)和中心點(diǎn)(基 站)對(duì)應(yīng)的扇區(qū)組成一個(gè)正N邊形，構(gòu)成一個(gè)協(xié)作簇，協(xié)作簇中，每N個(gè)相鄰小區(qū)的相交部 分為協(xié)作傳輸域；協(xié)作簇中，協(xié)作傳輸域以外的部分為非協(xié)作傳輸域；外層非協(xié)作基站以協(xié)作簇的幾何中心為原點(diǎn)在2維平面內(nèi)服從泊松分布。協(xié)作簇中的N個(gè)基站根據(jù)用戶在協(xié) 作簇的地理位置決定其為協(xié)作用戶或者非協(xié)作用戶，對(duì)協(xié)作傳輸域內(nèi)的協(xié)作用戶進(jìn)行協(xié)作 傳輸，對(duì)非協(xié)作傳輸域的非協(xié)作用戶則采取傳統(tǒng)單小區(qū)傳輸模式進(jìn)行非協(xié)作傳輸?，F(xiàn)實(shí)中， N—般為3或6。本發(fā)明的一種多天線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合預(yù)編碼與功率控制方法，用于協(xié)作簇內(nèi)N個(gè) 基站協(xié)作傳輸，N為正整數(shù)，包括一 .初始化步驟協(xié)作簇內(nèi)的各基站確定有接入請(qǐng)求的用戶，則根據(jù)該用戶在協(xié) 作簇的地理位置，將其分入?yún)f(xié)作用戶集或自身非協(xié)作用戶集；同時(shí)分別設(shè)定協(xié)作用戶集用 戶上限值和自身非協(xié)作用戶集用戶上限值；二 .協(xié)作用戶調(diào)度步驟對(duì)各基站，包括下述子步驟2. 1協(xié)作用戶集初始化將N個(gè)基站的協(xié)作用戶集分為已選協(xié)用戶集和待選協(xié)用 戶集，令已選協(xié)用戶集初始值為空；2. 2獲取調(diào)度信息判斷已選協(xié)用戶集是否為空，是則將待選協(xié)用戶集中的各用 戶的信道矢量hk的F范數(shù)IIhkII作為IkkII，并將IkkII作為調(diào)度信息；否則計(jì)算待選協(xié) 用戶集中各待選用戶的信道矢量在已選協(xié)用戶集中所有已選用戶信道矢量所構(gòu)成子空間 的正交空間上的投影&，并將IIgkII作為調(diào)度信息，II&II為&的F范數(shù)，k為正整數(shù)，是 待選協(xié)用戶集中用戶的序號(hào)；2. 3更新已選協(xié)用戶集基站從待選協(xié)用戶集中，選擇對(duì)應(yīng)Il gk||最大的用戶i， 將用戶i加入已選協(xié)用戶集；2. 4更新待選協(xié)用戶集基站對(duì)待選協(xié)用戶集中各待選用戶k，計(jì)算其信道矢量hk 形成的夾角的余弦值Sk，判斷是否sk> α，是則刪除對(duì)應(yīng)用戶k，否則保留對(duì)應(yīng)用戶
k;0< α <1，刪除門限α越大，則保留的用戶越少，由迫零信道轉(zhuǎn)置所帶來的損耗會(huì)導(dǎo)致 有效信道增益的減小，刪除門限α越小，則保留的用戶越多，多用戶分集增益會(huì)減?。?. 5判斷已選協(xié)用戶集中用戶的個(gè)數(shù)是否達(dá)到協(xié)作用戶集用戶上限值或者待選協(xié) 用戶集是否為空；是則獲得最終協(xié)作用戶已選協(xié)用戶集，否則轉(zhuǎn)子步驟2. 2 ；三.非協(xié)作用戶調(diào)度步驟包括下述子步驟3. 1基站初始化置基站序號(hào)b = 1 ；3. 2基站用戶集初始化將序號(hào)為b的基站自身非協(xié)作用戶集分為已選用戶集和 待選用戶集，令已選用戶集初始值為空；3. 3獲取調(diào)度信息判斷已選用戶集是否為空，是則將待選用戶集中的各用戶的 信道矢量范數(shù)Ilhull作為||gb,k||，并將||gb,k||作為調(diào)度信息；否則計(jì)算待選 用戶集中各待選用戶的信道矢量在已選用戶集中所有已選用戶信道矢量所構(gòu)成子空間的 正交空間上的投影gb,k’并將IIgbJI作為調(diào)度信息，IIgbJI為范數(shù)，k為正整數(shù)， 是待選用戶集中用戶的序號(hào)；3. 4更新已選用戶集基站從待選用戶集中，選擇對(duì)應(yīng)Il gb,k Il最大的用戶j，將用 戶j加入已選用戶集；3. 5更新待選用戶集基站對(duì)待選用戶集中各待選用戶k，計(jì)算其信道矢量hb, k和 gb,j形成的夾角的余弦值W判斷是否Sb,k> α，是則刪除對(duì)應(yīng)用戶k，否則保留對(duì)應(yīng)用 戶k;0< α <1，刪除門限α越大，則保留的用戶越少，由迫零信道轉(zhuǎn)置所帶來的損耗會(huì)導(dǎo)致有效信道增益的減小，刪除門限α越小，則保留的用戶越多，多用戶分集增益會(huì)減??；3. 6判斷已選用戶集中用戶的個(gè)數(shù)是否達(dá)到非協(xié)作用戶集用戶上限值或者待選 用戶集是否為空；是則獲得基站b的自身非協(xié)作用戶最終已選用戶集，b = b+Ι，轉(zhuǎn)子步驟 3.7 ；否則轉(zhuǎn)子步驟3.3 ；3. 7判斷是否b彡N，是則轉(zhuǎn)子步驟3. 2 ；否則得到基站1 N的最終非協(xié)作用戶 已選用戶集；四.傳輸步驟分別對(duì)最終非協(xié)作用戶已選用戶集和最終協(xié)作用戶已選協(xié)用戶集 中的用戶，設(shè)計(jì)迫零波束成型矢量和功率分配參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。所述的聯(lián)合預(yù)編碼與功率控制方法，其特征在于所述初始化步驟中，設(shè)定協(xié)作用戶集用戶上限值和自身非協(xié)作用戶集用戶上限值 包括下述子步驟1. 1計(jì)算調(diào)度的總用戶數(shù)Klim

Klim = mm{---,-—}， 式中，協(xié)作簇內(nèi)基站個(gè)數(shù)N，各基站發(fā)射天線數(shù)Nt，
權(quán)利要求
一種多天線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合預(yù)編碼與功率控制方法，用于協(xié)作簇內(nèi)N個(gè)基站協(xié)作傳輸，N為正整數(shù)，包括一.初始化步驟協(xié)作簇內(nèi)的各基站確定有接入請(qǐng)求的用戶，則根據(jù)該用戶在協(xié)作簇的地理位置，將其分入?yún)f(xié)作用戶集或自身非協(xié)作用戶集；同時(shí)分別設(shè)定協(xié)作用戶集用戶上限值和自身非協(xié)作用戶集用戶上限值；二.協(xié)作用戶調(diào)度步驟對(duì)各基站，包括下述子步驟2.1協(xié)作用戶集初始化將N個(gè)基站的協(xié)作用戶集分為已選協(xié)用戶集和待選協(xié)用戶集，令已選協(xié)用戶集初始值為空；2.2獲取調(diào)度信息判斷已選協(xié)用戶集是否為空，是則將待選協(xié)用戶集中的各用戶的信道矢量hk的F范數(shù)‖hk‖作為‖gk‖，并將‖gk‖作為調(diào)度信息；否則計(jì)算待選協(xié)用戶集中各待選用戶的信道矢量在已選協(xié)用戶集中所有已選用戶信道矢量所構(gòu)成子空間的正交空間上的投影gk，并將‖gk‖作為調(diào)度信息，‖gk‖為gk的F范數(shù)，k為正整數(shù)，是待選協(xié)用戶集中用戶的序號(hào)；2.3更新已選協(xié)用戶集基站從待選協(xié)用戶集中，選擇對(duì)應(yīng)‖gk‖最大的用戶i，將用戶i加入已選協(xié)用戶集；2.4更新待選協(xié)用戶集基站對(duì)待選協(xié)用戶集中各待選用戶k，計(jì)算其信道矢量hk和gi形成的夾角的余弦值δk，判斷是否δk＞α，是則刪除對(duì)應(yīng)用戶k，否則保留對(duì)應(yīng)用戶k；0＜α＜1，刪除門限α越大，則保留的用戶越少，由迫零信道轉(zhuǎn)置所帶來的損耗會(huì)導(dǎo)致有效信道增益的減小，刪除門限α越小，則保留的用戶越多，多用戶分集增益會(huì)減小；2.5判斷已選協(xié)用戶集中用戶的個(gè)數(shù)是否達(dá)到協(xié)作用戶集用戶上限值或者待選協(xié)用戶集是否為空；是則獲得最終協(xié)作用戶已選協(xié)用戶集，否則轉(zhuǎn)子步驟2.2；三.非協(xié)作用戶調(diào)度步驟包括下述子步驟3.1基站初始化置基站序號(hào)b＝1；3.2基站用戶集初始化將序號(hào)為b的基站自身非協(xié)作用戶集分為已選用戶集和待選用戶集，令已選用戶集初始值為空；3.3獲取調(diào)度信息判斷已選用戶集是否為空，是則將待選用戶集中的各用戶的信道矢量hb，k的F范數(shù)‖hb，k‖作為‖gb，k‖，并將‖gb，k‖作為調(diào)度信息；否則計(jì)算待選用戶集中各待選用戶的信道矢量在已選用戶集中所有已選用戶信道矢量所構(gòu)成子空間的正交空間上的投影gb，k’并將‖gb，k‖作為調(diào)度信息，‖gb，k‖為gb，k的F范數(shù)，k為正整數(shù)，是待選用戶集中用戶的序號(hào)；3.4更新已選用戶集基站從待選用戶集中，選擇對(duì)應(yīng)‖gb，k‖最大的用戶j，將用戶j加入已選用戶集；3.5更新待選用戶集基站對(duì)待選用戶集中各待選用戶k，計(jì)算其信道矢量hb，k和gb，j形成的夾角的余弦值δb，k’判斷是否δb，k＞α，是則刪除對(duì)應(yīng)用戶k，否則保留對(duì)應(yīng)用戶k；0＜α＜1，刪除門限α越大，則保留的用戶越少，由迫零信道轉(zhuǎn)置所帶來的損耗會(huì)導(dǎo)致有效信道增益的減小，刪除門限α越小，則保留的用戶越多，多用戶分集增益會(huì)減?。?.6判斷已選用戶集中用戶的個(gè)數(shù)是否達(dá)到非協(xié)作用戶集用戶上限值或者待選用戶集是否為空；是則獲得基站b的自身非協(xié)作用戶最終已選用戶集，b＝b+1，轉(zhuǎn)子步驟3.7；否則轉(zhuǎn)子步驟3.3；3.7判斷是否b≤N，是則轉(zhuǎn)子步驟3.2；否則得到基站1～N的最終非協(xié)作用戶已選用戶集；四.傳輸步驟分別對(duì)最終非協(xié)作用戶已選用戶集和最終協(xié)作用戶已選協(xié)用戶集中的用戶，設(shè)計(jì)迫零波束成型矢量和功率分配參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
2.1協(xié)作用戶集初始化將N個(gè)基站的協(xié)作用戶集分為已選協(xié)用戶集和待選協(xié)用戶集， 令已選協(xié)用戶集初始值為空；2. 2獲取調(diào)度信息判斷已選協(xié)用戶集是否為空，是則將待選協(xié)用戶集中的各用戶的 信道矢量hk的F范數(shù)||hk||作為II & II，并將||&||作為調(diào)度信息；否則計(jì)算待選協(xié)用戶 集中各待選用戶的信道矢量在已選協(xié)用戶集中所有已選用戶信道矢量所構(gòu)成子空間的正 交空間上的投影&，并將II&II作為調(diào)度信息，II&II為&的F范數(shù)，k為正整數(shù)，是待選 協(xié)用戶集中用戶的序號(hào)；2. 3更新已選協(xié)用戶集基站從待選協(xié)用戶集中，選擇對(duì)應(yīng)II gk II最大的用戶i，將用 戶i加入已選協(xié)用戶集；2. 4更新待選協(xié)用戶集基站對(duì)待選協(xié)用戶集中各待選用戶k，計(jì)算其信道矢量hk和gi 形成的夾角的余弦值S k，判斷是否S k > a，是則刪除對(duì)應(yīng)用戶k，否則保留對(duì)應(yīng)用戶k ；0 < a <1，刪除門限a越大，則保留的用戶越少，由迫零信道轉(zhuǎn)置所帶來的損耗會(huì)導(dǎo)致有效 信道增益的減小，刪除門限a越小，則保留的用戶越多，多用戶分集增益會(huì)減?。?.5判斷已選協(xié)用戶集中用戶的個(gè)數(shù)是否達(dá)到協(xié)作用戶集用戶上限值或者待選協(xié)用戶 集是否為空；是則獲得最終協(xié)作用戶已選協(xié)用戶集，否則轉(zhuǎn)子步驟2. 2 ；三.非協(xié)作用戶調(diào)度步驟包括下述子步驟
3.1基站初始化置基站序號(hào)b = 1 ；3. 2基站用戶集初始化將序號(hào)為b的基站自身非協(xié)作用戶集分為已選用戶集和待選 用戶集，令已選用戶集初始值為空；3. 3獲取調(diào)度信息判斷已選用戶集是否為空，是則將待選用戶集中的各用戶的信道 矢量范數(shù)||hb,k||作為||gb,k||，并將||gb,k||作為調(diào)度信息；否則計(jì)算待選用戶 集中各待選用戶的信道矢量在已選用戶集中所有已選用戶信道矢量所構(gòu)成子空間的正交 空間上的投影gb,k’并將llgb,kll作為調(diào)度信息，llgb,kll為gb,J々F范數(shù)，k為正整數(shù)，是 待選用戶集中用戶的序號(hào)；3. 4更新已選用戶集基站從待選用戶集中，選擇對(duì)應(yīng)||gb,k||最大的用戶j，將用戶j 加入已選用戶集；3. 5更新待選用戶集基站對(duì)待選用戶集中各待選用戶k，計(jì)算其信道矢量hb, k和gb, j 形成的夾角的余弦值Sb,k’判斷是否Sb,k> a，是則刪除對(duì)應(yīng)用戶k，否則保留對(duì)應(yīng)用戶 k;0< a <1，刪除門限a越大，則保留的用戶越少，由迫零信道轉(zhuǎn)置所帶來的損耗會(huì)導(dǎo)致 有效信道增益的減小，刪除門限a越小，則保留的用戶越多，多用戶分集增益會(huì)減??；3. 6判斷已選用戶集中用戶的個(gè)數(shù)是否達(dá)到非協(xié)作用戶集用戶上限值或者待選用戶集 是否為空；是則獲得基站b的自身非協(xié)作用戶最終已選用戶集，b = b+1，轉(zhuǎn)子步驟3. 7 ；否 則轉(zhuǎn)子步驟3. 3 ；·3. 7判斷是否b ( N,是則轉(zhuǎn)子步驟3. 2 ；否則得到基站1 N的最終非協(xié)作用戶已選 用戶集；四.傳輸步驟分別對(duì)最終非協(xié)作用戶已選用戶集和最終協(xié)作用戶已選協(xié)用戶集中的 用戶，設(shè)計(jì)迫零波束成型矢量和功率分配參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2.如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合預(yù)編碼與功率控制方法，其特征在于所述初始化步驟中，設(shè)定協(xié)作用戶集用戶上限值和自身非協(xié)作用戶集用戶上限值包括 下述子步驟·1. 1計(jì)算調(diào)度的總用戶數(shù)Klim:
4.如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合預(yù)編碼與功率控制方法，其特征在于所述協(xié)作用戶調(diào)度步驟的更新待選協(xié)用戶集子步驟中，當(dāng)協(xié)作簇內(nèi)總用戶數(shù)K為 100 100000時(shí)，刪除門限a為0. 4 0. 2，a隨著K的增大而減?。凰龇菂f(xié)作用戶調(diào)度步驟的更新待選用戶集子步驟中，當(dāng)協(xié)作簇內(nèi)總用戶數(shù)K為 100 100000時(shí)，刪除門限a為0. 4 0. 2，a隨著K的增大而減小。
5.如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合預(yù)編碼與功率控制方法，其特征在于，所述傳輸步驟中 4. 1最終協(xié)作用戶已選協(xié)用戶集中的用戶的迫零波束成型矢量&和功率分配參數(shù)別為
全文摘要
一種多天線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合預(yù)編碼與功率控制方法，屬于無線移動(dòng)通信的多天線傳輸領(lǐng)域，適用于多輸入單輸出蜂窩網(wǎng)絡(luò)，解決現(xiàn)有調(diào)度方法邊緣小區(qū)用戶得不到良好調(diào)度，傳輸效率低的問題，同時(shí)解決性能、公平性及復(fù)雜度的關(guān)系。本發(fā)明包括初始化步驟、協(xié)作用戶調(diào)度步驟、非協(xié)作用戶調(diào)度步驟和傳輸步驟。本發(fā)明采取了多點(diǎn)協(xié)作傳輸技術(shù)和信道相關(guān)性調(diào)度算法，并對(duì)發(fā)送信號(hào)預(yù)編碼處理，較好的兼顧了系統(tǒng)性能及復(fù)雜度，有效抑制了小區(qū)間干擾，提高了小區(qū)邊緣用戶性能，可以在復(fù)雜度較低且兼顧邊緣小區(qū)用戶傳輸速率的前提下獲得較高的系統(tǒng)容量。
文檔編號(hào)H04W52/24GK101989869SQ20101027001
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者劉應(yīng)狀, 張靖, 曹程倩, 杜曲, 楊曦, 胡金鐘, 葛曉虎, 黃坤 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)