專(zhuān)利名稱(chēng)：基于有限反饋的多點(diǎn)協(xié)作傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了一種JP CoMP多用戶(hù)模式下基于1-bit有限反饋的正交頻分復(fù)用多 址接入(0FDMA)傳輸方案，并在此基礎(chǔ)上給出一種改進(jìn)方法，進(jìn)一步降低反饋量。屬于通信 系統(tǒng)中有限反饋技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
信道自適應(yīng)技術(shù)是未來(lái)寬帶無(wú)線通信中提高頻譜效率的關(guān)鍵技術(shù)之一，其基本前 提是接收端估計(jì)信道并反饋給發(fā)送端，發(fā)送端根據(jù)信道情況選擇傳輸模式。傳統(tǒng)無(wú)線通信 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的著眼點(diǎn)往往是提高“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，，通信容量，如果把著眼點(diǎn)轉(zhuǎn)向“點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，，的 多用戶(hù)系統(tǒng)，情況將發(fā)生很大的變化。信息論分析結(jié)果表明，如果多用戶(hù)的信道衰落相互獨(dú) 立，且某一時(shí)刻只服務(wù)于一個(gè)具有最好信道的用戶(hù)，則系統(tǒng)總的吞吐量可以最大化，這種容 量增益來(lái)自多用戶(hù)分集，而且，系統(tǒng)總?cè)萘颗c用戶(hù)數(shù)成正比，幾乎在所有用戶(hù)數(shù)下，衰落信 道的容量高于AWGN信道。這種動(dòng)態(tài)時(shí)分多址(D-TDMA)思想已經(jīng)在⑶MA2000 IX EV-D0下 行鏈路中實(shí)現(xiàn)。因此，對(duì)于多用戶(hù)系統(tǒng)，信道信息反饋將服務(wù)于多用戶(hù)調(diào)度。在下行廣播信道中充分利用多用戶(hù)分集，在某一時(shí)刻只給信道狀態(tài)最好的用戶(hù)發(fā) 送信息。多用戶(hù)分集利用的無(wú)線下行一對(duì)多信道的波動(dòng)性。多用戶(hù)分集的精髓是，當(dāng)一個(gè)基 站和很多用戶(hù)通過(guò)獨(dú)立衰落信道通信時(shí)，在任意給定時(shí)刻，至少有一個(gè)用戶(hù)擁有良好的信 道狀態(tài)的概率很高。多用戶(hù)分集不僅可以減輕衰落影響，還可以提高系統(tǒng)吞吐量。在根據(jù) 用戶(hù)的信道衰落情況來(lái)選擇用戶(hù)通信時(shí)，一個(gè)難題就是，每個(gè)用戶(hù)必須反饋CSI。由于需要 在接收機(jī)估計(jì)信道并反饋回基站，人們對(duì)各種反饋壓縮以降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)產(chǎn)生了興趣。為CSI 反饋預(yù)留的頻譜資源會(huì)非常大，這很可能使多用戶(hù)分集不切實(shí)際，因此反饋量必須降低。Knopp 禾口 Humblet 在文獻(xiàn) “ Information capacity and power control in single-cell multiuser communications, ” in Proc. IEEE International Conference on Communications 1995 (ICC，95)，vol. 1，pp. 331 - 335.中介紹和示范了多用 戶(hù)增益。對(duì)于瑞利平衰落信道，他們調(diào)度用戶(hù)的最優(yōu)策略是與信道狀態(tài)最好的用戶(hù)通 信。在SIS0系統(tǒng)中，人們研究了各種降低反饋量的算法。IS-856的下行信道采用了文 獻(xiàn) D. Gesbert and S. Alouini，"Selective multiuser diversity,，，in Proc. Intl. Symp. on Sig. Proc. and Info. Techn. (ISSPIT’ 03)，Darmstadt, Germany, Dec 2003.中的選擇反饋法。在選擇法中，如果用戶(hù)的接收電平功率超過(guò)了一個(gè)預(yù)先指定門(mén) 限，則該用戶(hù)將它反饋回基站。為了使此方案更經(jīng)濟(jì)，文獻(xiàn)M. Johmsson，“Benefits of multiuser diversity with limited feedback, ” in Proc. IEEE Int. Workshop Signal Proc. Adv. in Wireless Commun. (SPAWC)，Rome, Italy, June 2003，pp. 155 - 159 和文獻(xiàn) F. Flor en, 0. Edfors, and B.-A. Molin，“The effect of feedback quantization on the throughput of a multiuser diversity scheme, ” in Proc. IEEE Global Telecommun. Conf. (GL0BEC0M)，San Francisco, CA，Dec. 2003， PP. 497 - 501.提出了 1-bit反饋法。每個(gè)用戶(hù)對(duì)每個(gè)信道反饋1比特，用來(lái)指示信道增益是否達(dá)到某個(gè)預(yù)設(shè)門(mén)限。在文獻(xiàn)S. Sanayei and A. Nosratinia, "Exploiting multiuser diversity with only 1-bit feedback, ，， in Proc. IEEE Wireless Commun. and Networking Conf. (WCNC), New Orleans, LA, Mar. 2005，pp. 978 - 983.中，作 者做了進(jìn)一步的分析。SIS0系統(tǒng)中，在瑞利衰落信道下，使用最優(yōu)調(diào)度時(shí)，系統(tǒng)吞吐量以 bghgi增長(zhǎng)，K為用戶(hù)數(shù)。但是用最優(yōu)調(diào)度時(shí)，發(fā)射器必須知道所有用戶(hù)的CSI信息。
即使每個(gè)用戶(hù)只反饋1比特，系統(tǒng)仍然能達(dá)到這個(gè)增長(zhǎng)速率。文獻(xiàn)0. Somekh, A. M. Haimovich, and Y. Bar-Ness, "Sum-rate analysis of downlink channels with l_bit feedback, " IEEE Commun. Lett. , vol. 11，Issue 2，F(xiàn)eb. 2007，pp. 137 - 139.的仿 真結(jié)果表明在已經(jīng)是較少用戶(hù)數(shù)的情況下，即使在很大的SNR范圍內(nèi)，1-bit反饋法的系統(tǒng) 吞吐量損失很少。但是，當(dāng)系統(tǒng)的規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，即使lbit/子信道的反饋量也顯得過(guò)大。文 獻(xiàn) 0. Somekh, 0. Simeone，A. M. Haimovich, and Y. Bar-Ness, ‘‘Sum-rate analysis of general OFDM downlink channels with 1-bit feedback per sub-carrier,，，2006 40th Annual Conference on Information Sciences and Systems, March 2006，pp. 306 -311.給出在SIS0-0FDMA系統(tǒng)情況下的分析。在文獻(xiàn)J. Chen，R. Berry, M. Honig， ‘‘Limited feedback schemes for downlink OFDM based on sub-channel groups, ” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Volume 26， Issue 8， October 2008， pp.1451 - 1461中，作者把有限相關(guān)時(shí)間和有限反饋速率納入考慮范圍，并分析了一種 對(duì)子信道進(jìn)行分簇的有限反饋算法。在文獻(xiàn)J. Leinonen，J. Hamalainen, M. Juntti: 'Capacity Analysis of Downlink MIM0-0FDMA Resource Allocation with Resource Wise 1-bit Feedback', Communications Workshops, 2009. ICC Workshops 2009. IEEE International Conference on 14-18，June 2009，pp. 1 - 5 中，作者把 l_bit 量化反饋 法擴(kuò)展到MIM0-0FDMA系統(tǒng)中。在蜂窩(cell)網(wǎng)環(huán)境中，來(lái)自相鄰小區(qū)的同頻干擾(co-channel interference CCI )已經(jīng)成為信道損耗和降低系統(tǒng)性能(如系統(tǒng)總?cè)萘?的主要原因之一，協(xié)作多點(diǎn)傳 輸(Coordinated Multi Point, CoMP)是提高小區(qū)邊緣用戶(hù)吞吐量和小區(qū)平均容量的有 效措施，但是在FDD系統(tǒng)中，它需要用戶(hù)反饋下行信道狀態(tài)信息，并且基站(BS)間需要交互 這些信道信息，增加了系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，從而在一定程度上限制了 CoMP方法在蜂窩系統(tǒng)的應(yīng)用。 從標(biāo)準(zhǔn)化的角度看，最簡(jiǎn)單有效的CoMP方法會(huì)首先被采用。目前基本確定了對(duì)小區(qū)邊緣用戶(hù)和小區(qū)中心用戶(hù)做不同的處理。對(duì)于邊緣用戶(hù)采 用CoMP模式以增強(qiáng)這些用戶(hù)的性能，對(duì)于小區(qū)中心用戶(hù)，由于來(lái)自相鄰小區(qū)的干擾較小， 仍采用傳統(tǒng)單小區(qū)傳輸模式。對(duì)于CoMP模式下的傳輸，最近的討論中確定了兩種傳輸方式 Joint Processing (JP)下行數(shù)據(jù)來(lái)自多個(gè)小區(qū)。Coordinated Schedul ing/Beamforming (CS/CB)下行數(shù)據(jù)來(lái)自單小區(qū)，但小區(qū)之 間相互協(xié)同使協(xié)作點(diǎn)之間干擾消除。為了進(jìn)一步推進(jìn)CoMP技術(shù)在LTE+中的進(jìn)展，許多公司對(duì)CoMP對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化方面的 影響進(jìn)行了比較充分的討論，對(duì)于支持CS/CB鏈路自適應(yīng)性能下的CQI擴(kuò)展，進(jìn)行了討 論，提出了一些有關(guān)CQI的擴(kuò)展方法來(lái)支持CS/CB。本發(fā)明首次提出將1-bit有限反饋用于JP CoMP多用戶(hù)模式下的正交頻分復(fù)用多址接入(0FDMA)傳輸系統(tǒng)，并在其基礎(chǔ)上，給出了一種改進(jìn)方法，進(jìn)一步去除反饋冗余，降 低了反饋量。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是1-bit反饋法給出一種JP CoMP多用戶(hù)模式下正交頻 分復(fù)用多址接入(0FDMA)方案，并在1-bit反饋法的基礎(chǔ)上給出了一種改進(jìn)算法，以容量損 失很小的情況下，進(jìn)一步去除反饋冗余，降低反饋量。技術(shù)方案
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明基于有限反饋的多點(diǎn)協(xié)作傳輸方法，包括如下步驟
a)在每個(gè)衰落塊，每個(gè)用戶(hù)生成一個(gè)N位序列；序列的第n個(gè)比特，指示此用戶(hù)的第n 個(gè)子載波的衰落功率電平^是否超過(guò)某個(gè)預(yù)置門(mén)限Oj，如果增益超過(guò)門(mén)限，則把衰落功率 電平~"置‘1，；但在序列中，‘1，的總個(gè)數(shù)被限定不能超過(guò)Nc個(gè)；對(duì)于一個(gè)用戶(hù)，當(dāng)SNR超
過(guò)門(mén)限的子載波的總個(gè)數(shù)大于Nc時(shí)，任選其中Nc個(gè)置‘1’，其余置‘0’ ；然后通過(guò)碼本，把 此二進(jìn)制序列一對(duì)一地映射為一個(gè)較短的碼字；再把此碼字反饋到發(fā)射端；
b)發(fā)射端收到反饋碼字后，根據(jù)碼本，還原出每個(gè)用戶(hù)的指示其子信道狀態(tài)的N位反 饋序列Vc ；對(duì)每一個(gè)子載波，發(fā)射器通過(guò)反饋序列，在SNR超過(guò)門(mén)限的用戶(hù)中，任選一個(gè)用 戶(hù)進(jìn)行傳送；若所有用戶(hù)的信道增益都低于門(mén)限，則發(fā)射器不使用此子載波發(fā)射數(shù)據(jù)。有益效果
本發(fā)明結(jié)合1-bit反饋法提出一種JP CoMP多用戶(hù)模式下正交頻分復(fù)用多址接入 (0FDMA)方案把蜂窩邊緣的區(qū)域視作一個(gè)虛擬蜂窩，通過(guò)1-bit反饋法去調(diào)度用戶(hù)。此方 案能在較少反饋量(lbit/子信道)的情況下消除小區(qū)間干擾，并且提高頻譜資源利用率， 并使相鄰小區(qū)邊緣的多用戶(hù)分集增益更高。給出的改進(jìn)算法，在每個(gè)子信道被激活的前提 下，去除了反饋冗余，進(jìn)一步降低了用戶(hù)反饋量。


圖1為兩個(gè)小區(qū)下的CoMP適用場(chǎng)景； 圖2為CoMP等效虛擬蜂窩；
圖3為改進(jìn)1-bit算法的流程圖4為采用CoMP和不采用CoMP的系統(tǒng)容量vs信噪比的仿真圖形。
具體實(shí)施例方式1、首先，選取CoMP適用場(chǎng)景并進(jìn)行分析。為了方便分析，僅選取2個(gè)蜂窩，兩個(gè)小區(qū)下的CoMP適用場(chǎng)景見(jiàn)圖1.設(shè)cell 1
中邊緣用戶(hù)數(shù)4，cell 2中的為基站和用戶(hù)(user equipment, UE)均為單天線，瑞
利衰落信道，“塊”衰落信道，即某個(gè)時(shí)隙內(nèi)，信道衰落系數(shù)不變，UE能通過(guò)可靠上行鏈路把 反饋信息傳給基站。接入方式為0FDMA，假設(shè)各個(gè)子信道(sub-charmel，SCH)間是獨(dú)立同 分布的(i.i.d.)。圖中虛線內(nèi)的用戶(hù)處在小區(qū)邊緣，傳輸方式為JP，cell 1和cell 2在相同的SCH發(fā)送相同的信息符號(hào)，從而不會(huì)造成干擾，而且OFDM下的SCH帶寬很窄，從而具 有很強(qiáng)的抗時(shí)延干擾能力，并且由于CoMP適用區(qū)處于兩小區(qū)邊緣，則兩個(gè)基站到達(dá)CoMP適 用區(qū)的平均距離相差不大。設(shè)UE A在SCH n收到的信號(hào)為
其中ifj是來(lái)自cell l，i _2來(lái)自cell 2，
(1)
加性高斯白噪聲，Hfco-cwca^分別記來(lái)丨'丨⑶11 i，2的信息符號(hào)，為了便 于分析，假設(shè)從兩個(gè)基站(BS)發(fā)來(lái)到達(dá)cell邊緣的信號(hào)路徑損耗相當(dāng)，且結(jié)合1-bit反饋 法后，每個(gè)基站為每個(gè)SCH分配恒等發(fā)射功率八即釁(0 -CN(firF)， C況(0.,.F)。 (a)無(wú)CoMP信道容量 易知無(wú)線信道容量可表示為
其中,代表信噪比~ — pdf)。在瑞利衰落信道下，
⑵
i數(shù)(Probability distribution function,
⑶
jl是平均接受信噪比(_)。
首先分析小區(qū)間干擾系統(tǒng)容量。這種情況下，cell 1某用戶(hù)的接收信號(hào)可表示 為
..."”』/::、(4)
兩個(gè)蜂窩不協(xié)作，
，被⑶丨丨1的UE視為干擾項(xiàng)。Cell 1的BS只與本cell內(nèi)的J
‘、
個(gè)用戶(hù)通f)小區(qū)邊緣，基于上述系統(tǒng)模型，無(wú)信道狀態(tài)信息(channel state
information, CSI)反饋，則無(wú)法應(yīng)用CoMP，此時(shí)系統(tǒng)容量可表示為
(5)
10 J0押
(b)理想反饋無(wú)CoMP的性能
首先分析無(wú)CoMP下的理想全反饋下系統(tǒng)容量。這種情況下，cell 1某用戶(hù)的接收信 號(hào)可表示為
=If 乂(!)+X^)1^^)(6)
兩個(gè)蜂窩不協(xié)作，《j2被cell 1的UE視為干擾項(xiàng)。Cell 1的BS只與本cell內(nèi)的矹
個(gè)用戶(hù)通信。則此時(shí)每個(gè)UE的平均接收信干噪比(Signal to Noise Plus Interference Ratio, SINR)表示為(7)
由前面的系統(tǒng)模型和關(guān)于1-bit反饋的文獻(xiàn)中的1-bit反饋法的適用條件可 知，此情況下非常適用。我們先給出全反饋下無(wú)CoMP的系統(tǒng)吞吐量
Cell 1 Cfa ,三 1CM'(1
P
⑶
根據(jù)同樣的分析可得到cell 2的系統(tǒng)吞吐量
Cell 2
(9)
從而，全反饋下無(wú)CoMP的理想系統(tǒng)吞吐量為Z1 x/1
-,fctf 1 ^faj 2 (10)
(是來(lái)自l-bit反饋和機(jī)會(huì)調(diào)度產(chǎn)生的多用戶(hù)分集
式(8)和(9) (Multi-user Diversity)。
2將上述CoMP適用場(chǎng)景進(jìn)行等效分析
我們先提出一個(gè)虛小區(qū)的設(shè)想，由系統(tǒng)模型，在每個(gè)SCH來(lái)自?xún)蓚€(gè)cell的信號(hào)信息相 同，即= (1)式可以表示為
———(id
2和<為兩個(gè)cell的合成信號(hào)，可以證明\__ 從而|
下面
給出證明
=Cvl+v2) =^ (12)
J的實(shí)部Xl和虛部yl服從正態(tài)分布，均值為0，方差為l，x2，y2也是一樣的，且各個(gè) 變量是i. i. d.的，從而也是正態(tài)分布，均值為0，方差為2，且i.i.d ，從 而《j^-Gii；!,進(jìn)而從而虛小區(qū)也是一個(gè)瑞利衰落的環(huán)境，只是合成信
號(hào)的功率是原來(lái)的2倍。從而圖1中虛線內(nèi)的CoMP工作區(qū)等效成如圖2所示的虛擬蜂窩。多小區(qū)CoMP場(chǎng)景下的有限反饋是研究熱點(diǎn)，本發(fā)明提出JP CoMP多用戶(hù)模式下的 1-bit有限反饋正交頻分復(fù)用多址接入(0FDMA)傳輸方案，并在其基礎(chǔ)上，給出了一種改進(jìn) 方法，進(jìn)一步去除反饋冗余，降低反饋量。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
分兩部分采用1-bit有限反饋的JP CoMP傳輸方案和改 進(jìn)算法的JP CoMP傳輸方案，并給出了仿真結(jié)果。下面分別介紹兩種具體實(shí)施方式
。1、采用1-bit有限反饋的JP CoMP傳輸方案
1)相等，從而結(jié)合
圖2中的虛擬蜂窩區(qū)具有同構(gòu)性，即每個(gè)用戶(hù)平均接受信噪比(,1-bit反饋法的適用條件可知，此情況下非常適用1-bit反饋法來(lái)獲得虛擬cell的系統(tǒng)容 量。1-bit法的好處是，當(dāng)BS知道每個(gè)用戶(hù)的的時(shí)，通過(guò)設(shè)定一個(gè)最佳門(mén)限ff，來(lái)判斷 在SCH 上UE A的信道增益是否超過(guò)鍾，超過(guò)門(mén)限則反饋‘1’，基站據(jù)此分配子信道，每個(gè) 子信道每個(gè)時(shí)隙只能分配給一個(gè)用戶(hù)，從而避免了小區(qū)間的干擾。此系統(tǒng)全反饋理想吞吐 量為
權(quán)利要求
一種基于有限反饋的多點(diǎn)協(xié)作傳輸方法，其特征在于該方法包括如下步驟a) 在每個(gè)衰落塊，每個(gè)用戶(hù)生成一個(gè)N位序列；序列的第n 個(gè)比特，指示此用戶(hù)的第n個(gè)子載波的衰落功率電平 是否超過(guò)某個(gè)預(yù)置門(mén)限，如果增益超過(guò)門(mén)限，則把衰落功率電平置‘1’；但在序列中，‘1’的總個(gè)數(shù)被限定不能超過(guò)Nc 個(gè)；對(duì)于一個(gè)用戶(hù)，當(dāng)SNR超過(guò)門(mén)限的子載波的總個(gè)數(shù)大于Nc時(shí)，任選其中Nc個(gè)置‘1’，其余置‘0’；然后通過(guò)碼本，把此二進(jìn)制序列一對(duì)一地映射為一個(gè)較短的碼字；再把此碼字反饋到發(fā)射端；b) 發(fā)射端收到反饋碼字后，根據(jù)碼本，還原出每個(gè)用戶(hù)的指示其子信道狀態(tài)的N位反饋序列Vc；對(duì)每一個(gè)子載波，發(fā)射器通過(guò)反饋序列，在SNR超過(guò)門(mén)限的用戶(hù)中，任選一個(gè)用戶(hù)進(jìn)行傳送；若所有用戶(hù)的信道增益都低于門(mén)限，則發(fā)射器不使用此子載波發(fā)射數(shù)據(jù)。dest_path_image002.jpg,dest_path_image004.jpg,212256dest_path_image002.jpg
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于有限反饋的多點(diǎn)協(xié)作傳輸方法，所述方法把蜂窩邊緣的區(qū)域視作一個(gè)虛擬蜂窩，通過(guò)1-bit反饋法去調(diào)度用戶(hù)，每個(gè)子信道在每個(gè)時(shí)隙只能分配給一個(gè)用戶(hù)，以去除干擾。并在1-bit反饋法的基礎(chǔ)上給出了一種改進(jìn)算法以進(jìn)一步去除反饋冗余，降低反饋量。本發(fā)明所提方案能在較少反饋量的情況下消除小區(qū)間干擾，并且獲得很高的頻譜資源利用率，給出的改進(jìn)算法能在容量損失很小的情況下，進(jìn)一步降低用戶(hù)反饋量。
文檔編號(hào)H04W72/12GK101984722SQ20101055769
公開(kāi)日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者宋榮方, 李永杰 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)