專利名稱：用于多點協(xié)作系統(tǒng)的下行鏈路預編碼方法和中心處理節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信的多點協(xié)作(CoMP)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多點協(xié)作系統(tǒng)中的自適應預編碼方法和基站和中心處理節(jié)點。
背景技術(shù)：
單小區(qū)系統(tǒng)由于受到其 他小區(qū)同頻帶干擾的影響，因此系統(tǒng)容量是干擾受限的。為解決此問題，在3GPP LTE-A系統(tǒng)中，引入了多點協(xié)作(CoMP)的概念，其核心思想是通過多個地理上分隔的傳輸點(Transmission Point)之間的動態(tài)合作，解決下行小區(qū)間干擾問題，從而提高小區(qū)邊界用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率和用戶體驗。參見3GPP TR 36. 814V9. 0. 0，Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) ；Further advancements forE-UTRA physical layer aspects,3GPP)。對于多點協(xié)作系統(tǒng)，預編碼是一種消除或抑制用戶設(shè)備間干擾以及小區(qū)間干擾從而提高系統(tǒng)容量的有效方法，因此預編碼技術(shù)在多點協(xié)作系統(tǒng)中值得進一步研究。在多點協(xié)作系統(tǒng)中，預定數(shù)目的地理上相鄰小區(qū)形成簇，簇內(nèi)所有基站共享用戶設(shè)備的信道信息以及數(shù)據(jù)信息，并對用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合發(fā)送處理。在傳統(tǒng)多點協(xié)作系統(tǒng)的下行鏈路中，在簇內(nèi)，所使用的預編碼方案是固定的，較為常用的有以下幾種迫零波束成型(ZFBF)，最小化均方誤差(MMSE)，塊對角化(BD)，最大化信號與泄漏噪聲比(SLNR)。ZFBF和MMSE預編碼能夠有效的抑制來自同頻道的干擾但同時卻放大了噪聲。BD預編碼完全消除了同頻道干擾但是對于噪聲沒有進行處理，因此在高信噪比條件下，BD預編碼的系統(tǒng)容量性能優(yōu)于ZFBF和麗SE，但是當信噪比較小時，BD預編碼不能夠滿足系統(tǒng)容量需求。SLNR預編碼同時考慮了干擾和噪聲對信號傳輸?shù)挠绊?，其在中低信噪比情況下系統(tǒng)容量性能較好，但是并未完全消除同頻道干擾，因此在高信噪比下呈系統(tǒng)容量干擾受限趨勢。在Jun Zhang 的文章 “Networked MIMO with Clustered Linear Precoding，，，Wireless communications, IEEE Transactions on Volume 8, Issue 4, April 2009Page(s) :1910-1921中，提出了在簇內(nèi)使用BD方案抑制用戶設(shè)備間干擾以及小區(qū)間干擾。此種方案在高信噪比條件下能夠達到很好的系統(tǒng)容量性能，然而在低信噪比條件下系統(tǒng)容量較低。而在Mirette Sadek 的文章“A Leakage-Based Precoding Scheme for DownlinkMulti-User MIMO Channels”，Wireless communications, IEEE Transactions on Volume6, Issue 5,MAY 2007, Page (s) : 1711-1721 中，提出了在多用戶 MMO 系統(tǒng)下使用的 SLNR 預編碼方案，由于該方案同時抑制了干擾和噪聲，因此在低中信噪比條件下能夠獲得很好的性能增益，然而在高信噪比條件下的系統(tǒng)容量仍不是最優(yōu)的。因此，需要一種自適應預編碼方案，在不同的信噪比條件下均能夠?qū)崿F(xiàn)較高的系
統(tǒng)容量
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多點協(xié)作系統(tǒng)中的預編碼方法和中心處理節(jié)點，能夠考慮信道容量來自適應地選擇預編碼方案，從而在各種信噪比條件下均能提供較高的系統(tǒng)容量。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于多點協(xié)作系統(tǒng)的下行鏈路預編碼方法，所述多點協(xié)作系統(tǒng)包括第一簇和與第一簇相互干擾的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多個基站，所述方法包括以下步驟確定所述第二簇中的干擾消除區(qū)域；確定第一預編碼矩陣，用于消除所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述干擾消除區(qū)域內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾；計算多個候選預編碼矩陣，每個候選預編碼矩陣用于消除所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的用戶設(shè)備間干擾； 根據(jù)與每個候選預編碼矩陣相對應的信道容量，從所述多個候選預編碼矩陣中選擇與最大信道容量相對應的預編碼矩陣，作為第二預編碼矩陣；以及使用所述第一預編碼矩陣和所述第二預編碼矩陣，對所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號進行預編碼。優(yōu)選地，所述多個候選預編碼矩陣是使用不同的預編碼方案來計算的，所述預編碼方案包括塊對角化方案和最大化信號與泄漏噪聲比方案。優(yōu)選地，所述方法還包括獲得與所述第一簇相對應的第一下行鏈路信道矩陣和與所述干擾消除區(qū)域相對應的第二下行鏈路信道矩陣。優(yōu)選地，確定第一預編碼矩陣的步驟包括確定第一預編碼矩陣，使得所述第一預編碼矩陣落入所述第二下行鏈路信道矩陣的零空間內(nèi)。優(yōu)選地，所述候選預編碼矩陣是基于所述第一預編碼矩陣與所述第一下行鏈路信道矩陣形成的等效信道矩陣來計算的。優(yōu)選地，所述干擾消除區(qū)域是所述第二簇的邊緣區(qū)域。優(yōu)選地，所述方法還包括，在確定第一預編碼矩陣之前通過白化濾波，消除所述第二簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種多點協(xié)作系統(tǒng)中的中心處理節(jié)點，所述多點協(xié)作系統(tǒng)包括所述中心處理節(jié)點所在的第一簇和與第一簇相互干擾的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多個基站，所述中心處理節(jié)點包括干擾消除區(qū)域確定單元，確定所述第二簇中的干擾消除區(qū)域；第一預編碼矩陣確定單元，確定第一預編碼矩陣，所述第一預編碼矩陣用于消除所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述干擾消除區(qū)域內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾；候選預編碼矩陣計算單元，計算多個候選預編碼矩陣，每個候選預編碼矩陣用于消除所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的用戶設(shè)備間干擾；第二預編碼矩陣選擇單元，根據(jù)與候選預編碼矩陣計算單元所計算的每個候選預編碼矩陣相對應的信道容量，從所述多個候選預編碼矩陣中選擇與最大信道容量相對應的預編碼矩陣，作為第二預編碼矩陣；以及
預編碼單元，使用所述第一預編碼矩陣和所述第二預編碼矩陣，對所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號進行預編碼。優(yōu)選地，所述候選預編碼矩陣計算單元被配置為使用不同的預編碼方案來計算所述多個候選預編碼矩陣，所述預編碼方案包括塊對角化方案和最大化信號與泄漏噪聲比方案。優(yōu)選地，所述中心處理節(jié)點還包括信道矩陣獲得單元，獲得與所述第一簇相對應的第一下行鏈路信道矩陣和與所述干擾消除區(qū)域相對應的第二下行鏈路信道矩陣。優(yōu)選地，第一預編碼矩陣確定單元被配置為確定第一預編碼矩陣，使得所述第一預編碼矩陣落入所述第二下行鏈路信道矩陣的零空間內(nèi)。
優(yōu)選地，所述候選預編碼矩陣計算單元被配置為基于所述第一預編碼矩陣與所述第一下行鏈路信道矩陣形成的等效信道矩陣來計算所述候選預編碼矩陣。優(yōu)選地，所述干擾消除區(qū)域確定單元被配置為將所述第二簇的邊緣區(qū)域確定為所述干擾消除區(qū)域。優(yōu)選地,所述中心處理節(jié)點還包括白化濾波單元，通過白化濾波來消除所述第二簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾。優(yōu)選地，所述中心處理節(jié)點是所述第一簇中的所述多個基站之一。


通過下面結(jié)合

本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點更加清楚，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的中心處理節(jié)點的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的預編碼方法的流程圖；以及圖3至8是示出了根據(jù)本發(fā)明的預編碼方案與現(xiàn)有技術(shù)預編碼方案的對比結(jié)果的仿真圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明，在描述過程中省略了對于本發(fā)明來說是不必要的細節(jié)和功能，以防止對本發(fā)明的理解造成混淆。本發(fā)明基于Jun Zhang和Mirette Sadek的上述兩篇文章,提出了一種用于CoMP系統(tǒng)的自適應預編碼方法和相應的中心處理節(jié)點。本發(fā)明的方法根據(jù)系統(tǒng)的信道容量自適應地選擇使容量最大化的預編碼方案，從而提高系統(tǒng)性能。在多小區(qū)系統(tǒng)中，每個小區(qū)單獨對向其中用戶設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理時，系統(tǒng)容量隨著SNR的增大是干擾受限的。為解決干擾受限問題，提高每個小區(qū)的吞吐量，可以將若干小區(qū)組成簇，每個簇包括多個基站，簇內(nèi)所有基站以多點協(xié)作的方式，共享用戶設(shè)備的信道信息以及數(shù)據(jù)信息，并對用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合發(fā)送處理。在本發(fā)明的示例應用場景中，小區(qū)采用正六邊形的系統(tǒng)模型，相鄰的若干小區(qū)組成一簇。根據(jù)預定條件將簇劃分為兩部分簇中心及簇邊緣。簇內(nèi)的各個基站以多點協(xié)作的方式向簇內(nèi)用戶設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，而來自其他簇的信號均作為干擾。為提高總體系統(tǒng)容量，首先對簇內(nèi)基站向簇內(nèi)用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)進行預編碼處理，通過該預編碼處理使得對相鄰簇的特定區(qū)域(稱為干擾消除區(qū)域，例如是相鄰簇的簇邊緣區(qū)域)中的用戶不產(chǎn)生干擾，在消除簇間干擾的基礎(chǔ)上，通過進一步預編碼處理來消除簇內(nèi)用戶設(shè)備的用戶設(shè)備間干擾。圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的中心處理節(jié)點100的框圖。中心處理節(jié)點100可以工作在多點協(xié)作系統(tǒng)中。該多點協(xié)作系統(tǒng)可以包括多個簇，即至少包括中心處理節(jié)點100所在的簇(稱為第一簇)和與該簇相互干擾的簇(稱為第二簇)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識至IJ，多點協(xié)作系統(tǒng)可以包括一個或多個第二簇。對于第一簇中的中心處理節(jié)點100而言，預編碼處理不依賴于第二簇的數(shù)目，而是將所有第二簇都作為干擾簇來進行預編碼設(shè)計。多點協(xié)作系統(tǒng)中的每個簇可以包括多個基站。在本發(fā)明中，中心處理節(jié)點100可以是第一簇中的多個基站之一，可以利用其他現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)節(jié)點來實現(xiàn)。中心處理節(jié)點100能夠與第一簇中的每個基站通信以交換與信道矩陣、預編碼矩陣等相關(guān)的信息。如圖I所示，中心處理節(jié)點100包括干擾消除區(qū)域確定單元110 ;第一預編碼矩 陣確定單元120 ;候選預編碼矩陣計算單元130 ;第二預編碼矩陣選擇單元140 ;以及預編碼單元150。優(yōu)選地，中心處理節(jié)點100還可以包括信道矩陣獲得單元和白化濾波單元(未示出)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應理解，中心處理節(jié)點100還包括實現(xiàn)其功能所必需的其他功能單元，如處理器、存儲器、收發(fā)機等等。干擾消除區(qū)域確定單元110被配置為，確定第二簇中的干擾消除區(qū)域。干擾消除區(qū)域是中心處理節(jié)點100進行簇間干擾消除的目標區(qū)域。換言之，中心處理節(jié)點100通過預編碼(第一預編碼，將在以下更詳細描述)來消除第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對干擾消除區(qū)域中的用戶設(shè)備產(chǎn)生的干擾。在實施例中，干擾消除區(qū)域確定單元110可以被配置為將第二簇的邊緣區(qū)域確定為干擾消除區(qū)域。例如，邊緣區(qū)域可以根據(jù)與簇邊緣的預定距離來確定。優(yōu)選地，中心處理節(jié)點100還可以包括信道矩陣獲得單元(未示出)，被配置為獲得與第一簇相對應的第一下行鏈路信道矩陣和與干擾消除區(qū)域相對應的第二下行鏈路信道矩陣。在實施例中，信道矩陣獲得單元可以向第一簇內(nèi)的基站發(fā)送指令，指示基站向中心處理節(jié)點100反饋第一下行鏈路信道矩陣和第二下行鏈路信道矩陣。響應于中心處理節(jié)點100的指令，第一簇內(nèi)的基站向第一簇內(nèi)和干擾消除區(qū)域內(nèi)的用戶設(shè)備發(fā)送導頻信號，并從相應用戶設(shè)備接收下行鏈路信道矩陣的反饋，從而分別導出第一和第二下行鏈路信道矩陣并反饋給中心處理節(jié)點100。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，用戶設(shè)備可以使用現(xiàn)有技術(shù)中的任何信道估計方法來進行信道估計，并使用任何反饋方法來反饋所估計的信道矩陣，本發(fā)明不限于任何具體的信道估計方法和反饋方法。在具體示例中，假設(shè)基站的發(fā)射天線數(shù)為Nt，用戶設(shè)備的接收天線數(shù)為隊，則不失一般性，簇c內(nèi)的用戶設(shè)備根據(jù)基站發(fā)送的導頻信號進行信道估計，得到下行鏈路信道矩陣，I彡k彡K，其中c為簇索引號，k為簇c內(nèi)用戶索引號，K為簇c內(nèi)用戶總數(shù)，B為簇c內(nèi)基站總數(shù)，句 為隊XNt矩陣，表示簇c內(nèi)基站b到用戶k之間的下行鏈路信道矩陣，/Zf1為與簇c內(nèi)的用戶k相對應的下行鏈路信道矩陣。這里，優(yōu)選地，考慮到第二簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對第一簇c內(nèi)的用戶設(shè)備會產(chǎn)生干擾，可以使用白化濾波單元，通過白化濾波的方法對此干擾進行抑制。以下以JunZhang 的文章 “Networked MIMO with Clustered Linear Precoding”(參見 “Wirelesscommunications, IEEE Transactions on Volume 8, Issue 4, April 2009 Page (s)1910-1921.”)進行說明，但是本發(fā)明的實現(xiàn)不限于該方法。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，通過白化濾波來抑制來自第二簇的發(fā)送信號產(chǎn)生的干擾僅是本發(fā)明的可選步驟。本發(fā)明的預編碼方案可以與白化濾波方案相結(jié)合來獲得改進，然而在不進行白化濾波的情況下，也可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。假定多點協(xié)作系統(tǒng)中共有C個簇(0 2)，則除第一簇c外的第二簇對第一簇c中用戶設(shè)備所產(chǎn)生的干擾加噪聲之和的協(xié)方差矩陣靖4如下
C Ki6)Rf =a2nINr + 2
3=l3^c J=I( I )
C Ki6)=CT2Jk+ 2 Yj H^Qf H^h
C=\,C^C J=I其中R2是噪聲方差矩陣，/&是隊父隊的單位矩陣，xf1是第二簇e內(nèi)各基站對第二簇內(nèi)用戶j發(fā)送的信號，Tf是第二簇纟內(nèi)各基站對第二簇用戶j發(fā)送數(shù)據(jù)時的預編碼矩陣，/Zf3是第二簇納各基站與第一簇c內(nèi)用戶k之間的信道矩陣，C是多點協(xié)作系統(tǒng)中的總簇數(shù)量，尺(￡)是簇纟內(nèi)的總用戶數(shù)量，[ ]H表示復共軛轉(zhuǎn)置，E[ ]表示數(shù)學期望,Gf1是用戶j的平均信號能量，丑f第二簇2內(nèi)用戶j對第一簇c內(nèi)用戶k產(chǎn)生的干擾。白化濾波單元根據(jù)所獲得的協(xié)方差矩陣，對干擾信道進行白化，第一簇c中用戶k的白化濾波器砂^1由下式求得[Ri^Y =W^cf(2)其中靖4是多點協(xié)作系統(tǒng)中的C個簇對第一簇c中用戶設(shè)備k所產(chǎn)生的干擾加噪聲之和的協(xié)方差矩陣，由(I)式確定。因此，經(jīng)過白化濾波單元的白化濾波后，第一簇c中用戶設(shè)備k的等效信道表示為 =W^，經(jīng)過預處理后第一簇c中用戶設(shè)備k的接收信號#〕變化為^ =
/二IV 3 J=Hr±T^+^
/ 二 I其中#是第一簇c中用戶k的接收端噪聲向量，汗是多點協(xié)作系統(tǒng)中C個簇對第一簇c中用戶k產(chǎn)生的干擾，由(2)式確定。通過以上方式，白化濾波單元消除了第二簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備產(chǎn)生的干擾。第一預編碼矩陣確定單元120被配置為，確定第一預編碼矩陣，所述第一預編碼矩陣用于消除第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對干擾消除區(qū)域內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾。為了消除第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對干擾消除區(qū)域內(nèi)的用戶設(shè)備產(chǎn)生的干擾，優(yōu)選地，第一預編碼矩陣確定單元120確定第一預編碼矩陣，使得第一預編碼矩陣落入第二下行鏈路信道矩陣的零空間內(nèi)。即使得鏟Wnull(ZZf),其中，/Zf是第一簇c內(nèi)的基站與第二簇2中用戶i之間的信道矩陣，從中取出KX隊列構(gòu)成第一預編碼矩陣= [7^ ■-T^xk ]，從而消除第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對干擾消除區(qū)域內(nèi)用戶設(shè)備所產(chǎn)生的干擾。候選預編碼矩陣計算單元130被配置為，計算多個候選預編碼矩陣，每個候選預編碼矩陣用于消除第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的用戶設(shè)備間干擾。在第一預編碼矩陣確定單元120確定了用于簇間干擾消除的第一預編碼矩陣之后，候選預編碼矩陣計算單元130進行簇內(nèi)干擾消除，即消除第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備產(chǎn)生的用戶設(shè)備間干擾。第一簇內(nèi)的中心處理節(jié)點根據(jù)每一個小區(qū)內(nèi)用戶設(shè)備的信道狀態(tài)自適應地選擇預編碼方案。優(yōu)選地，候選預編碼矩陣計算單元130被配置為使用不同的預編碼方案來計算多個候選預編碼矩陣，所述預編碼方案包括塊對角化(BD)方案和最大化信號與泄漏噪聲比(SLNR)方案。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，本發(fā)明不僅限于上述預編碼方案。此 夕卜，優(yōu)選地，候選預編碼矩陣計算單元130被配置為基于第一預編碼矩陣與第一下行鏈路信道矩陣形成的等效信道矩陣來計算候選預編碼矩陣。以下詳細描述候選預編碼矩陣計算單元130的計算過程。塊對角化(BD)預編碼方案描述如下(參見“Networked MIMO with ClusteredLinear Precoding，，，Wireless communications, IEEE Transactions on Volume 8,Issue
4,April 2009 Page(s) :1910-1921)令Hf = .. .HikcXHikcX.. .H(f ]*(4)將7 4進行奇異值(SVD)分解得=U{c)Af[V^V^(5)其中是矩陣7 行奇異值分解后得到的左奇異矩陣，;是由所有奇異值構(gòu)成的奇異值矩陣，[巧卞攻]是矩陣街。進行奇異值分解后得到的右奇異矩陣，^^是非零奇異值對應的向量構(gòu)成的矩陣，巧^是所有零奇異值對應的向量構(gòu)成的矩陣。從矩陣巧^中任意選定隊列形成矩陣，即得到第一簇c中用戶設(shè)備k的第二預編碼矩陣7^，從而Tbd=IT^…墻](其中Tbd表示由BD方案所確定的候選預編碼矩陣)。最大化信號與泄漏噪聲比(SLNR)預編碼方案描述如下(參考Mirette Sadek，“ALeakage-Based Precoding Scheme for Downlink Multi-User MIMO Channels”，Wirelesscommunications，IEEE Transactions on Volume 6，Issue 5，MAY 2007，Page (s)1711-1721)令#= Z表示第一簇內(nèi)第k用戶設(shè)備對于第一簇c內(nèi)
i=\,i^k
其他用戶設(shè)備所產(chǎn)生的干擾功率和，則目標函數(shù)確定為rT(C)H T(C)H TT(C)H TT(c)rp(c)rp(c)
(c) _12,k 1XM 11 k 11 k 1IJc 丄 2 Jc
max Tk ~K( ^+N0(6)
i=\J 關(guān)k
s.t. T^h=1k = l,-,K其中是信號與泄漏噪聲比，N0是第一簇c內(nèi)用戶設(shè)備k接收端的噪聲方差，
是第一簇c內(nèi)對用戶設(shè)備k發(fā)送的信號的第一預編碼矩陣，7^是第一簇c內(nèi)對用戶設(shè)備k發(fā)送的信號的第二預編碼矩陣，[ ]H表示復共軛轉(zhuǎn)置。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，上述為銳利商問題，其最優(yōu)預編碼向量為矩陣
(f K\\1
E T^HHfHHfTg+NJ最大特征值所對應的特征向量。取此特
y\i=\j^kJ J
征向量作為構(gòu)成預編碼矩陣的向量，得到第一簇C內(nèi)用戶設(shè)備k的第二預編碼矩陣rg，從而r臓=[T^--T^](其中Tsuffi表示由最大化SLNR方案所確定的候選預編碼矩陣)。第二預編碼矩陣選擇單元140被配置為，根據(jù)與候選預編碼矩陣計算單元130所計算的每個候選預編碼矩陣相對應的信道容量，從所述多個候選預編碼矩陣中選擇與最大信道容量相對應的預編碼矩陣，作為第二預編碼矩陣。在實施例中，第二預編碼矩陣選擇單元140首先根據(jù)第一簇內(nèi)小區(qū)的系統(tǒng)參數(shù)及信道質(zhì)量，估計使用塊對角化(BD)預編碼方案計算的候選預編碼矩陣相對應的信道容量Cbd和使用最大化信號與泄漏噪聲比(SLNR)預編碼方案計算的候選預編碼矩陣相對應的信道容量CSMK。作為示例，信道容量C(CBD或CsuJ可以根據(jù)以下公式來計算
KKfr(c)j^(c)j^(c)rp(cy*r^(cy* TT(cy*
「隱…C = Zlog2(I + SINR^) = 2log2(l + ^/ lk 2k 2k lk k——)(I)
LUUiid」 k二ik二i i+ 片⑷y7⑷y7⑷y7⑷⑷*片⑷*
k Iz 2 Z 2 Z Izk
i 二 IJ 二 k其中仰VKf1表示第一簇內(nèi)用戶設(shè)備k接收端的信干噪比。然后，第二預編碼矩陣選擇單元140根據(jù)所估計的Cbd和Csm來選擇第二預編碼矩陣。作為示例，本發(fā)明考慮了以下方案(I)選擇使用塊對角化(BD)預編碼方案計算的候選預編碼矩陣作為第二預編碼矩陣；(2)選擇使用最大化信號泄漏噪聲比(SLNR)預編碼方案計算的候選預編碼矩陣作為第二預編碼矩陣。注意，方案(I)只考慮簇內(nèi)的用戶設(shè)備間干擾，未考慮噪聲的影響，因而在高信噪比情況下具有很好的性能；而方案(2)既考慮了簇內(nèi)的用戶設(shè)備間干擾，也考慮了噪聲，因此在低信噪比時信道容量性能明顯優(yōu)于方案(I)，但是由于其干擾受限特性，在高信噪比時信道容量性能差于方案(I)。第二預編碼矩陣選擇單元140采用自適應選擇方案，選擇與最大信道容量相對應的預編碼矩陣，作為第二預編碼矩陣
=\Tbd，Cbd>c隱(8)
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I1SLNR 5 k^BD、k^SLNR其中如上所述，Tbd是由塊對角化方案所確定的預編碼矩陣；Tsm是由最大化信號與泄漏噪聲比方案所確定的預編碼矩陣。在示例實施例中，為了選擇第二預編碼矩陣，中心處 理節(jié)點100與第一簇內(nèi)各基站之間可以進行以下信息交互過程首先，候選預編碼矩陣計算單元130利用BD和SLNR預編碼方案來計算相應的候選預編碼矩陣，將計算的預編碼矩陣通過后臺傳輸?shù)礁骰静⒂筛骰具M行存儲。這里，中心處理節(jié)點100可以規(guī)定使用I比特符號表示兩種預編碼方案(例如0代表BD預編碼方案，I代表SLNR預編碼方案)。然后，如上所述，第二預編碼矩陣選擇單元140根據(jù)公式(7)來估計Cbd和CSUffi。若Cbd > Cslne,并且當前計算Tbd與前一時隙的Tbd相比沒有發(fā)生變化，則中心處理節(jié)點100在后臺傳輸I比特指示符，以指示針對當前時隙使用前一時隙的預編碼矩陣Tbd進行數(shù)據(jù)發(fā)送。若Cbd > Csmk，但是當前計算Tbd與前一時隙的Tbd相比發(fā)生變化，則中心處理節(jié)點100在后臺向基站傳輸當前計算的Tbd以及I比特指示符，以指示針對當前時隙使用當前計算的預編碼矩陣Tbd進行數(shù)據(jù)發(fā)送。若Csuffi > Cbd,并且當前計算Tsuffi與前一時隙的Tsuffi相比沒有發(fā)生變化，則中心處理節(jié)點100在后臺傳輸I比特指示符，以指示針對當前時隙使用前一時隙的預編碼矩陣Tslne進行數(shù)據(jù)發(fā)送。若Csmk > Cbd,但是當前計算Tsmk與前一時隙的Tsuffi相比發(fā)生變化，則中心處理節(jié)點100在后臺向基站傳輸當前計算的Tsuffi以及I比特指示符，以指示針對當前時隙使用當前計算的預編碼矩陣Tsm進行數(shù)據(jù)發(fā)送。然后，基站根據(jù)中心處理節(jié)點100發(fā)送的指示來對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行預編碼。預編碼單元150被配置為，使用第一預編碼矩陣確定單元120確定的第一預編碼矩陣和第二預編碼矩陣選擇單元140選擇的第二預編碼矩陣，對第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號進行預編碼。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的預編碼方法200的流程圖。在以下描述中，為了清楚，結(jié)合以上中心處理節(jié)點100的具體實施例來描述本發(fā)明的方法。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認識到，結(jié)合以上中心處理節(jié)點100的具體功能單元來說明本發(fā)明的方法僅僅是為了示意目的，在例如使用計算機程序來實現(xiàn)方法的情況下，完全不需要這種功能單元和組件的劃分，而是中心處理節(jié)點100作為一個整體來實現(xiàn)本發(fā)明的方法。根據(jù)本發(fā)明，預編碼方法200是一種用于多點協(xié)作系統(tǒng)的下行鏈路預編碼方法，所述多點協(xié)作系統(tǒng)包括第一簇和與第一簇相互干擾的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多個基站。預編碼方法200可以由中心處理節(jié)點100來執(zhí)行，并包括以下步驟。在步驟202，干擾消除區(qū)域確定單元110確定所述第二簇中的干擾消除區(qū)域。優(yōu)選地，所述干擾消除區(qū)域是所述第二簇的邊緣區(qū)域。在步驟204，第一預編碼矩陣確定單元120確定第一預編碼矩陣，所述第一預編碼矩陣用于消除所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述干擾消除區(qū)域內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾。優(yōu)選地，在步驟204之前，白化濾波單元通過白化濾波，消除所述第二簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾。
在步驟206，候選預編碼矩陣計算單元130計算多個候選預編碼矩陣，每個候選預編碼矩陣用于消除所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的用戶設(shè)備間干擾。優(yōu)選地，在步驟206中，所述多個候選預編碼矩陣是使用不同的預編碼方案來計算的，所述預編碼方案包括塊對角化方案和最大化信號與泄漏噪聲比方案。
在步驟208，第二預編碼矩陣選擇單元140根據(jù)與每個候選預編碼矩陣相對應的信道容量，從所述多個候選預編碼矩陣中選擇與最大信道容量相對應的預編碼矩陣，作為第二預編碼矩陣。在步驟210，預編碼單元150使用所述第一預編碼矩陣和所述第二預編碼矩陣，對所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號進行預編碼。優(yōu)選地，預編碼方法200還包括信道矩陣獲得單元獲得與所述第一簇相對應的第一下行鏈路信道矩陣和與所述干擾消除區(qū)域相對應的第二下行鏈路信道矩陣。優(yōu)選地，步驟204包括第一預編碼矩陣確定單元120確定第一預編碼矩陣，使得所述第一預編碼矩陣與所述第一下行鏈路信道矩陣形成的等效信道矩陣落入所述第二下行鏈路信道矩陣的零空間內(nèi)。優(yōu)選地，在步驟206中，所述候選預編碼矩陣是基于所述第一預編碼矩陣與所述第一下行鏈路信道矩陣形成的等效信道矩陣來計算的。本發(fā)明的優(yōu)點在于在不增加用戶設(shè)備復雜度的基礎(chǔ)上，基站根據(jù)小區(qū)內(nèi)的信道容量自適應選擇適當?shù)念A編碼方案，從而增加系統(tǒng)的吞吐量。此外，由于自適應預編碼方案并沒有改變多小區(qū)的整體結(jié)構(gòu)，因此可以與已有的技術(shù)進行很好的融合。以下參照圖3至圖8，圖3至圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的預編碼方案與現(xiàn)有技術(shù)預編碼方案的對比結(jié)果的仿真圖。在圖3至圖6中，橫軸表示信噪比SNR(dB)，縱軸表示系統(tǒng)吞吐量(和速率)，曲線BD表示使用塊對角化(BD)方案的情況，曲線SLNR表示使用最大化信號與泄漏噪聲比(SLNR)方案的情況，曲線Adap表示使用本發(fā)明的自適應方案的情況。在圖3的仿真中，假設(shè)基站4根發(fā)射天線，用戶設(shè)備接收端I根天線，SNR為0db-20db，基站具有完全信道信息，示出了系統(tǒng)吞吐量與發(fā)射端SNR之間的關(guān)系曲線圖。仿真比較了以下三種不同情況1)始終使用塊對角化BD方案；2)始終使用最大信號與泄漏信噪比(SLNR)方案；3)根據(jù)本發(fā)明的自適應預編碼方案?？梢钥闯?，隨著SNR的增加，不同策略下的系統(tǒng)吞吐量都有所增加，而采取本發(fā)明的方案，比傳統(tǒng)固定小區(qū)預編碼的方案能獲得更高的系統(tǒng)吞吐量。在圖4的仿真中，假設(shè)基站4根發(fā)射天線，用戶設(shè)備接收端2根天線，SNR為0db-20db，基站具有完全信道信息，示出了系統(tǒng)吞吐量與發(fā)射端SNR之間的關(guān)系曲線圖。仿真比較了以下三種不同情況1)始終使用塊對角化BD方案；2)始終使用最大信號與泄漏信噪比(SLNR)方案；3)根據(jù)本發(fā)明的自適應預編碼方案?？梢钥闯?，隨著SNR的增加，不同策略下的系統(tǒng)吞吐量都有所增加，而采取本發(fā)明的方案，比傳統(tǒng)固定小區(qū)預編碼的方案能獲得更高的系統(tǒng)吞吐量。在圖5的仿真中，假設(shè)基站4根發(fā)射天線，用戶設(shè)備接收端I根天線，SNR為0db-20db，用戶設(shè)備將估計出來的信道矩陣按照4比特RVQ碼本中的碼字(預編碼矩陣)進行量化，并反饋量化后的信道信息，示出了系統(tǒng)吞吐量與發(fā)射端SNR之間的關(guān)系曲線圖。仿真比較了以下三種不同情況1)始終使用塊對角化BD方案；2)始終使用最大信號與泄漏信噪比(SLNR)方案；3)根據(jù)本發(fā)明的自適應預編碼方案?？梢钥闯?，隨著SNR的增加，不同策略下的系統(tǒng)吞吐量都有所增加，而采取本發(fā)明的方案，比傳統(tǒng)固定小區(qū)預編碼的方案能獲得更高的系統(tǒng)吞吐量。在圖6的仿真中，假設(shè)基站4根發(fā)射天線，用戶設(shè)備接收端I根天線，SNR為0db-20db，用戶設(shè)備將估計得到的信道矩陣按照16比特RVQ碼本中的碼字(預編碼矩陣)進行量化，并反饋量化后的信道信息，示出了系統(tǒng)吞吐量與發(fā)射端SNR之間的關(guān)系曲線圖。仿真比較了以下三種不同情況1)始終使用塊對角化BD方案；2)始終使用最大信號與泄 漏信噪比(SLNR)方案；3)根據(jù)本發(fā)明的自適應預編碼方案。可以看出，隨著SNR的增加，不同策略下的系統(tǒng)吞吐量都有所增加，而采取本發(fā)明的方案，比傳統(tǒng)固定小區(qū)預編碼的方案能獲得更高的系統(tǒng)吞吐量。在圖7中，橫軸表示時間采樣序號，上圖縱軸表示CQI (信道質(zhì)量指示符)量化碼字序號，下圖縱軸表示PMI (預編碼矩陣指示符)量化碼字序號。在圖7的仿真中，假設(shè)信道采用SCM(空間信道模型，參見3GPP TR 25.996 V7. 0. 0 (2007-06))，仿真條件為:基站4根發(fā)射天線，擺放位置為
(波長)，雙極化天線。用戶設(shè)備I根接收天線。I個用戶設(shè)備，移動速度為Imps。噪聲NO = 1，中心頻率為2GHz。仿真比較了 CQI與PMI的變化情況對比圖?？梢钥闯觯谙嗤穆ヂ湫诺罈l件下，PMI比CQI變化緩慢，而預編碼僅與PMI的反饋相關(guān)，因此為了減小后臺傳輸開銷，本發(fā)明提出，可以采用I比特指示符來表示兩種預編碼方案。即基站端存儲前一時隙兩種預編碼的碼字(預編碼矩陣)，當下一時隙到來時，若使用的碼字未發(fā)生變化，后臺只需傳輸I比特符號，用來指明所使用的方案。在圖8中，橫坐標表示四種不同的預編碼方案，縱軸表示中心處理節(jié)點與各基站之間的后臺傳輸信息量。柱狀圖從左至右分別與以下預編碼方案相對應塊對角化預編碼方案，最大化信號與泄漏噪聲比預編碼方案，根據(jù)本發(fā)明的自適應預編碼方案(不使用I比特指示符)和根據(jù)本發(fā)明的自適應預編碼方案(使用I比特指示符)。在圖8的仿真中，假設(shè)信道采用SCM (空間信道模型，參見3GPP TR 25.996 V7. 0. 0 (2007-06))仿真條件為基站4根發(fā)射天線，擺放位置為
(波長)，雙極化天線。用戶設(shè)備I根接收天線。I個用戶設(shè)備，移動速度為Imps。噪聲NO = 1，中心頻率為2GHz。仿真比較了四種預編碼下的后臺開銷比較?？梢钥闯?，使用I比特指示符的自適應預編碼方案，后臺開銷最小。應當注意的是，在以上的描述中，僅以示例的方式，示出了本發(fā)明的技術(shù)方案，但并不意味著本發(fā)明局限于上述步驟和單元結(jié)構(gòu)。在可能的情形下，可以根據(jù)需要對步驟和單元結(jié)構(gòu)進行調(diào)整和取舍。因此，某些步驟和單元并非實施本發(fā)明的總體發(fā)明思想所必需的元素。因此，本發(fā)明所必需的技術(shù)特征僅受限于能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的總體發(fā)明思想的最低要求，而不受以上具體實例的限制。在以上的描述中，列舉了多個實例，雖然發(fā)明人盡可能地標示出彼此關(guān)聯(lián)的實例，但這并不意味著這些實例必然按照所描述的方式存在對應關(guān)系。只要所選擇的實例所給定的條件間不存在矛盾，可以選擇并不對應的實例來構(gòu)成相應的技術(shù)方案，這樣的技術(shù)方案也應視為被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
至此已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述。應該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種其它的改變、替換和添加 。因此，本發(fā)明的范圍不局限于上述特定實施例，而應由所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于多點協(xié)作系統(tǒng)的下行鏈路預編碼方法，所述多點協(xié)作系統(tǒng)包括第一簇和與第一簇相互干擾的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多個基站，所述方法包括以下步驟 確定所述第二簇中的干擾消除區(qū)域； 確定第一預編碼矩陣，用于消除所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述干擾消除區(qū)域內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾； 計算多個候選預編碼矩陣，每個候選預編碼矩陣用于消除所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的用戶設(shè)備間干擾； 根據(jù)與每個候選預編碼矩陣相對應的信道容量，從所述多個候選預編碼矩陣中選擇與最大信道容量相對應的預編碼矩陣，作為第二預編碼矩陣；以及 使用所述第一預編碼矩陣和所述第二預編碼矩陣，對所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號進行預編碼。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述多個候選預編碼矩陣是使用不同的預編碼方案來計算的，所述預編碼方案包括塊對角化方案和最大化信號與泄漏噪聲比方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，還包括 獲得與所述第一簇相對應的第一下行鏈路信道矩陣和與所述干擾消除區(qū)域相對應的第二下行鏈路信道矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，確定第一預編碼矩陣的步驟包括確定第一預編碼矩陣，使得所述第一預編碼矩陣落入所述第二下行鏈路信道矩陣的零空間內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述候選預編碼矩陣是基于所述第一預編碼矩陣與所述第一下行鏈路信道矩陣形成的等效信道矩陣來計算的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述干擾消除區(qū)域是所述第二簇的邊緣區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括，在確定第一預編碼矩陣之前 通過白化濾波，消除所述第二簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾。
8.一種多點協(xié)作系統(tǒng)中的中心處理節(jié)點，所述多點協(xié)作系統(tǒng)包括所述中心處理節(jié)點所在的第一簇和與第一簇相互干擾的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多個基站，所述中心處理節(jié)點包括 干擾消除區(qū)域確定單元，確定所述第二簇中的干擾消除區(qū)域； 第一預編碼矩陣確定單元，確定第一預編碼矩陣，所述第一預編碼矩陣用于消除所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述干擾消除區(qū)域內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾； 候選預編碼矩陣計算單元，計算多個候選預編碼矩陣，每個候選預編碼矩陣用于消除所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的用戶設(shè)備間干擾； 第二預編碼矩陣選擇單元，根據(jù)與候選預編碼矩陣計算單元所計算的每個候選預編碼矩陣相對應的信道容量，從所述多個候選預編碼矩陣中選擇與最大信道容量相對應的預編碼矩陣，作為第二預編碼矩陣；以及 預編碼單元，使用所述第一預編碼矩陣和所述第二預編碼矩陣，對所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號進行預編碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中心處理節(jié)點，其中，所述候選預編碼矩陣計算單元被配置為使用不同的預編碼方案來計算所述多個候選預編碼矩陣，所述預編碼方案包括塊對角化方案和最大化信號與泄漏噪聲比方案。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的中心處理節(jié)點，還包括 信道矩陣獲得單元，獲得與所述第一簇相對應的第一下行鏈路信道矩陣和與所述干擾消除區(qū)域相對應的第二下行鏈路信道矩陣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的中心處理節(jié)點，其中，第一預編碼矩陣確定單元被配置為確定第一預編碼矩陣，使得所述第一預編碼矩陣落入所述第二下行鏈路信道矩陣的零空間內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的中心處理節(jié)點，其中，所述候選預編碼矩陣計算單元被配置為基于所述第一預編碼矩陣與所述第一下行鏈路信道矩陣形成的等效信道矩陣來計算所述候選預編碼矩陣。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中心處理節(jié)點，其中，所述干擾消除區(qū)域確定單元被配置為將所述第二簇的邊緣區(qū)域確定為所述干擾消除區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中心處理節(jié)點，還包括 白化濾波單元，通過白化濾波來消除所述第二簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的中心處理節(jié)點，其中，所述中心處理節(jié)點是所述第一簇中的所述多個基站之一。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于多點協(xié)作系統(tǒng)的下行鏈路預編碼方法和中心處理節(jié)點。所述多點協(xié)作系統(tǒng)包括第一簇和與第一簇相互干擾的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多個基站，所述方法包括以下步驟確定所述第二簇中的干擾消除區(qū)域；確定第一預編碼矩陣，用于消除對所述干擾消除區(qū)域內(nèi)的用戶設(shè)備的干擾；計算多個候選預編碼矩陣，每個候選預編碼矩陣用于消除對所述第一簇內(nèi)的用戶設(shè)備的用戶設(shè)備間干擾；根據(jù)與每個候選預編碼矩陣相對應的信道容量，從所述多個候選預編碼矩陣中選擇與最大信道容量相對應的預編碼矩陣，作為第二預編碼矩陣；以及使用所述第一預編碼矩陣和所述第二預編碼矩陣，對所述第一簇內(nèi)的基站發(fā)送的信號進行預編碼。
文檔編號H04L1/00GK102752071SQ20111010026
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者丁銘, 盧炳山, 李秀娜, 羅漢文, 陳熙 申請人:上海交通大學, 夏普株式會社