專利名稱：基于子帶預(yù)編碼的多點協(xié)作ofdm系統(tǒng)中定時對齊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于子帶預(yù)編碼的多點協(xié)作OFDM系統(tǒng)中定時對齊方法。
背景技術(shù)：
為了提高小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量，降低相鄰基站的干擾，基站間協(xié)作成為未來移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，3GPP定義了兩種多點協(xié)作傳輸方案協(xié)同波束賦形CB(CoordinatedBeamforming)和聯(lián)合處理JPQoint Processing)。其中，CB方案中的用戶數(shù)據(jù)由單個協(xié) 作基站傳輸，基站之間聯(lián)合調(diào)度降低不同小區(qū)間的干擾，可以獲得復(fù)用增益JP方案中的用戶數(shù)據(jù)由多個協(xié)作基站聯(lián)合傳輸，可獲得分集增益。本發(fā)明針對JP方案的多點協(xié)作傳輸系統(tǒng)。對窄帶平衰落信道中的多用戶調(diào)度與聯(lián)合預(yù)編碼的研究表明，多點協(xié)作能夠獲得更高的空間復(fù)用增益和多用戶分集增益。對于頻率選擇性衰落信道，通過OFDM可以將信道轉(zhuǎn)化成多個并行的窄帶信道，最直接的方法是對每個子信道分別進(jìn)行多用戶調(diào)度和預(yù)編碼，從而將窄帶信道的處理方法直接擴(kuò)展到OFDM系統(tǒng)中，但這樣每個可用子載波都要反饋信道信息、都要分別作用戶調(diào)度與預(yù)編碼，反饋量及運算復(fù)雜度與可用子載波個數(shù)成正比。在實際系統(tǒng)如LTE和WiMax中，為了減少反饋量和運算復(fù)雜度，根據(jù)信道的頻域相關(guān)性，通常將OFDM多個相鄰的子載波組成一個子帶，每個子帶只反饋一個平均的信道狀態(tài)信息，在基站端也按子帶進(jìn)行多用戶調(diào)度和預(yù)編碼。然而在頻率選擇性衰落信道中，子帶中的所有子載波信道衰落并不完全相同。尤其是在JP方案的多點協(xié)作系統(tǒng)中，不同基站到用戶的傳輸時延不同，會引入小區(qū)間的時延差，擴(kuò)大了用戶感受到的等效多徑時延擴(kuò)展，從而進(jìn)一步降低了子帶內(nèi)子載波之間的相關(guān)性，限制了基本處理單位-子帶-的寬度。西安電子科技大學(xué)的專利“協(xié)作多點傳輸系統(tǒng)中小區(qū)間延遲差補(bǔ)償方法”、富士通的提案 Rl-091502，，Pseudo Transmission Timing Control using Cyclic Shift forDownlink CoMP Joint Transmission”和大唐電信的提案 Rl-090193”Aspects of JointProcessing in Downlink CoMP”均對多點協(xié)作傳輸系統(tǒng)中不同基站間的時延差問題給出了解決方案，但所提方案都是針對以每個子載波為單位的OFDM系統(tǒng)，對于基于子帶的OFDM系統(tǒng)中的用戶調(diào)度和時延差校正問題，沒有給出具體的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于子帶預(yù)編碼的多點協(xié)作OFDM系統(tǒng)中定時對齊方法，對基于子帶預(yù)編碼的多點協(xié)作OFDM系統(tǒng)中不同基站之間的傳輸符號進(jìn)行定時對齊，從而改善了系統(tǒng)的頻域相關(guān)性，提高了系統(tǒng)的速率增益。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是基于子帶預(yù)編碼的多點協(xié)作OFDM系統(tǒng)中定時對齊方法，包括如下步驟
步驟一，當(dāng)多個基站進(jìn)行協(xié)作時，用戶k在第n個子載波上接收到的信號為>^=(h-w )x- +kn^a)Xln+Zkn其中下標(biāo)I表示子載波n屬于第I個子帶，hto表示基站到用戶k在子載波n上的信道向量，Wkl表不用戶k在第I個子帶上的波束賦形矢量,Xkn表不在第n個子載波上發(fā)送給用戶k的數(shù)據(jù),U1是在I個子帶選中進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送的用戶集合，Wil、表示其他用戶的波束賦形矢量，xin(i幸k)表示其他用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)，Zkn表示加性高斯白噪聲；
步驟二，用戶端截取OFDM符號，進(jìn)行信道估計得到信道狀態(tài)信息并逐子帶反饋，同時反饋不同基站到用戶的平均傳輸時延差Tk;步驟三，基站端接收到用戶反饋的信道狀態(tài)信息及不同基站的平均傳輸時延差Tk后，在每個子帶內(nèi)，將不同的用戶分組，不同組內(nèi)用戶的信道之間相關(guān)性滿足
■|hfch!C;|<a，其中用戶k、i分別屬于不同的用戶組，a是一個依據(jù)正交性要求確定的常數(shù)，然后從每個組內(nèi)選擇信道質(zhì)量最好的用戶組成用戶集U，接著在U中按照時延差選擇實際進(jìn)行傳輸?shù)挠脩?，所選擇用戶的時延差構(gòu)成的區(qū)間為F-Arf+ Ar]，要求|F|>2Ar，將進(jìn)一步選擇的用戶集合記為U1，對選中用戶的發(fā)送數(shù)據(jù)采用迫零預(yù)編碼，其中每個用戶的預(yù)編碼向量與其它用戶的信道相正交，u^U1 ；步驟四，基站端依據(jù)用戶反饋的不同基站的平均傳輸時延差，對所選用戶的預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行時延補(bǔ)償后發(fā)送。所述步驟二中用戶k截取OFDM符號，然后經(jīng)過FFT變換，利用導(dǎo)頻信息通過最小二乘算法及最小均方誤差算法估計得到道狀態(tài)hto。所述逐子帶反饋，即將子帶內(nèi)所有子載波的平均信道狀態(tài)信息進(jìn)行反饋，具體包括平均信道方向信息和平均信道質(zhì)量信息，平均信道方向為=Ka /||hHa||，平均信道質(zhì)量
I IB+B-1
a = h ，其中7 Z hta=hHa，B表示子帶I內(nèi)的子載波數(shù)目，為降低接收端計算量，采用
klkla匕 n=lB
近似:hkia - Kcl ^ C1 = IB+(B-I)/2,hfc,表示子帶中心子載波處的信道狀態(tài)。其中，為降低接收端計算量，采用子帶中心子載波處的信道矢量近似子帶內(nèi)平均信道矢量時，發(fā)送端做時延補(bǔ)償時應(yīng)保證子帶中心的信道矢量不變。所述步驟四中時延補(bǔ)償是通過采用頻域相位旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是對采用子帶預(yù)編碼的OFDM系統(tǒng)中的多用戶調(diào)度及基站時延差校正問題給出了解決方法，相對每子載波反饋而言降低了反饋開銷。


圖I為兩基站、K個單天線用戶的多點協(xié)作下行廣播系統(tǒng)示意圖。圖2為本發(fā)明的實現(xiàn)流程示意圖。圖3為本發(fā)明在兩小區(qū)協(xié)作傳輸時系統(tǒng)可達(dá)速率仿真圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
附圖I表示了兩基站、K個單天線用戶的多點協(xié)作下行廣播系統(tǒng)，假設(shè)每個基站具有M/2個天線，基站1、2的天線序號分別為(1,2,…，M/2)和(M/2+1，…，M)其中，K、M均為正整數(shù)且通常K大于等于M，系統(tǒng)采用N點FFT的OFDM方式，其中傳輸數(shù)據(jù)的有用子載波個數(shù)為G，并將其分成L個子帶，每B個連續(xù)子載波分成一個子帶。在每個子帶內(nèi)的不同子載波采用統(tǒng)一的預(yù)編碼向量，在第n個子載波上發(fā)送的信號為xn = Yj wkixkn, IB 彡 n 彡 1B+B-1(I)
^U1
其中U1是在I個子帶選中進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送的用戶集合，wkl = (wkll, wkl2, ".WklM)1是第I個子帶對應(yīng)于用戶k的MX I維預(yù)編碼向量且I IwklI I = I，Xkn是在第n個子載波上發(fā)送給第k個用戶的數(shù)據(jù)。以下為了描述簡便，如不特殊說明則默認(rèn)第n個子載波屬于第I個子帶。第k個用戶在第n個子載波上接收到的信號為yto>^=(h-W )、+ kWnK+k(2)其中第一項是傳輸?shù)挠杏眯盘枺诙検瞧渌脩舻母蓴_，第三項是信道高斯白噪聲。hto = (hknl，hto2，是在第n個子載波基站到用戶k的信道響應(yīng)，Zkn為加性高斯白噪聲，Zkn服從零均值、方差為I2的復(fù)高斯分布。用戶k截取OFDM符號后，經(jīng)過FFT變換，估計得到信道矢量hkn，然后逐子帶反饋信道狀態(tài)信息(CSI)，即將每個子帶內(nèi)的平均信道矢量反饋到基站，實際中，常有下式成立
I IB+B-1- 2 Kn^Kl⑶
^ n=lB其中，C1 = IB+ (B-I)/2表示子帶的中心子載波,具體的反饋量包括信道方向信息(⑶I)和信道質(zhì)量信息(CQI)，反饋的子帶平均信道方向為=hfc；/||hfc；||，子帶平均信道質(zhì)
量為％=||hfcj，除此之外，用戶還反饋兩個協(xié)作基站間平均傳輸時延差Tk= T2k-Tlk，其中T lk、T 2k分別表示基站I、基站2到用戶k的平均時延?；靖鶕?jù)每個子帶反饋的信道狀態(tài)信息，采用準(zhǔn)正交用戶調(diào)度與迫零預(yù)編碼(SUS-ZFBF)算法。對于每個子帶，從K個用戶中選擇信道準(zhǔn)正交、信道質(zhì)量較好并且基站傳輸時延差接近的用戶，記用戶集合為U1, U1中任意兩個用戶k和i之間的信道相關(guān)性很
小，即空間相關(guān)系數(shù)滿足，其中a是一個很小的正常數(shù)。對選中的用戶發(fā)送的
數(shù)據(jù)采用迫零預(yù)編碼，其中每個用戶的預(yù)編碼向量與其它用戶的信道相正交，即= 0，V/ e 。在用戶數(shù)據(jù)發(fā)送前，基站端應(yīng)對不同基站的傳輸時延差進(jìn)行校正，可以在時域內(nèi)調(diào)整不同用戶的數(shù)據(jù)發(fā)送時刻校正時延差，考慮到實現(xiàn)的復(fù)雜度并根據(jù)傅里葉變換時域延時等效于頻域旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，采用頻域相位旋轉(zhuǎn)以補(bǔ)償延時差，運算量小且計算簡單。具體方法為在預(yù)編碼之后，IFFT變換之前，對不同天線的時延差在頻域通過相位旋轉(zhuǎn)校正，其它處理基本不變，在第I個子帶發(fā)送的信號為
權(quán)利要求
1.基于子帶預(yù)編碼的多點協(xié)作OFDM系統(tǒng)中定時對齊方法，包括如下步驟 步驟一，當(dāng)多個基站進(jìn)行協(xié)作時，用戶k在第n個子載波上接收到的信號為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定時對齊方法，其特征在于所述步驟二中用戶k截取OFDM符號，然后經(jīng)過FFT變換，利用導(dǎo)頻信息通過最小二乘算法及最小均方誤差算法估計得到信道狀態(tài)hkn。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的定時對齊方法，其特征在于所述逐子帶反饋，即將子帶內(nèi)所有子載波的平均信道狀態(tài)信息進(jìn)行反饋，具體包括平均信道方向信息和平均信道質(zhì)量I IB+B-1信息，平均信道方向為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定時對齊方法，其特征在于為降低接收端計算量，采用子帶中心子載波處的信道矢量近似子帶內(nèi)平均信道矢量時，發(fā)送端做時延補(bǔ)償時應(yīng)保證子帶中心的信道矢量不變。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的定時對齊方法，其特征在于所述步驟四中時延補(bǔ)償是通過采用頻域相位旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明為一種基于子帶預(yù)編碼的多點協(xié)作OFDM系統(tǒng)中定時對齊方法，在用戶接收端截取OFDM符號后，將估計的信道狀態(tài)信息分子帶反饋回基站端，同時反饋不同基站到用戶的平均傳輸時延差，基站端基于傳輸時延差的信息，在每個子帶內(nèi)選擇時延差比較接近的用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，然后對不同用戶的數(shù)據(jù)在頻域內(nèi)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，以補(bǔ)償不同基站間的傳輸時延差，從而校正傳輸時延差，提高子載波之間的相關(guān)性，本發(fā)明的方法只需增加較少的運算量及反饋信息即可獲得明顯的系統(tǒng)和速率增益。
文檔編號H04L25/02GK102647386SQ201210097928
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者周世東, 周春暉, 張秀軍, 許祥祥, 趙熠飛 申請人:清華大學(xué)