本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于多輸入多輸出系統(tǒng)的通信方法。

背景技術(shù)：

多輸入多輸出(multipleinputmultipleoutput，mimo)技術(shù)作為未來無線通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，極大地提高了鏈路可靠性和系統(tǒng)頻譜效率(spectrumefficient，se)。傳統(tǒng)的基于rank1反饋的mu-mimo(多用戶多入多出技術(shù))預(yù)編碼調(diào)度方案中，每個(gè)ue端均需向基站反饋1個(gè)最大的rank1-cqi/pmi(信道質(zhì)量指示/預(yù)編碼矩陣指示)。然后，基站根據(jù)ue反饋信息估計(jì)有干擾的cqipredict從而估計(jì)出與其他用戶進(jìn)行mu通信的可達(dá)速率。最后，根據(jù)cqipredict計(jì)算得到最大的mu通信可達(dá)速率以及根據(jù)rank1-cqi計(jì)算得到最大su通信可達(dá)速率進(jìn)行通信模式選擇，選擇標(biāo)準(zhǔn)為最大化通信可達(dá)速率。但是，此方案根據(jù)rank1-cqi/pmi估計(jì)mu通信可達(dá)速率，其實(shí)際可達(dá)速率往往與估計(jì)可達(dá)速率不一致，由此導(dǎo)致cqi失配問題，同時(shí)引起數(shù)據(jù)傳輸失敗因而需要重傳，使得系統(tǒng)性能變差。所以，上述基于碼本預(yù)編碼的技術(shù)以及成熟的碼本生成技術(shù)，不可避免的具有mu-mimo配對(duì)概率低、cqi失配嚴(yán)重以及上行反饋量大等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是針對(duì)上述傳統(tǒng)方法的不足，提出一種基于mu-mimo的d2d(設(shè)備到設(shè)備)終端增強(qiáng)方案。即在ue(用戶終端設(shè)備)端引入d2d技術(shù)，在ue反饋cqi/pmi之前，ue端就通過d2d鏈接互傳部分信息，以達(dá)到在ue端就完成多用戶的配對(duì)及調(diào)度，從而解決上述存在的三個(gè)問題，形成mu-mimo+d2d的解決方案，同時(shí)推動(dòng)mu-mimo+d2d的標(biāo)準(zhǔn)化及商用化。

在本發(fā)明中，各ue根據(jù)從基站端收到的csi-rs信息估計(jì)信道矩陣csi(信道狀態(tài)信息)信息，并依據(jù)本地的碼本信息和該csi信息計(jì)算信道容量值和碼本索引，隨后通過d2d鏈路進(jìn)行廣播。各ue根據(jù)接收到的其他ue的廣播信息，在本ue端確定配對(duì)組合，隨后配對(duì)ue計(jì)算無cqi失配情況下本用戶數(shù)據(jù)流的sinr(信號(hào)加干擾噪聲比)，并映射為cqi，將其與必要信息反饋至基站。因此對(duì)于本發(fā)明來說，在ue端只有配對(duì)ue向基站反饋信息，基站根據(jù)配對(duì)ue上報(bào)的信息集中進(jìn)行調(diào)度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于多輸入多輸出系統(tǒng)的通信方法，其特征在于，設(shè)多輸入多輸出系統(tǒng)包括1個(gè)基站和k個(gè)用戶終端設(shè)備，基站具有4根天線，用戶終端設(shè)備具有2根天線，以平坦瑞利信道為信道模型，采用4天線下的householder碼本，則包括以下步驟：

s1、每個(gè)用戶終端設(shè)備根據(jù)下行的csi-rs估計(jì)各自的信道矩陣hk，下標(biāo)k為用戶終端設(shè)備的編號(hào)；

s2、各用戶終端設(shè)備根據(jù)各自的信道矩陣hk和碼本計(jì)算出信道容量值ci和最優(yōu)碼本矢量索引pmii，其中信道容量計(jì)算公式如下公式1：

公式1中，ex為總發(fā)射功率，i為單位矩陣，nt為發(fā)射天線數(shù)，n0為噪聲功率，rxx為發(fā)射信號(hào)的自相關(guān)矩陣，定義為如下公式2：

rxx＝e{xx^h}(公式2)

其中，x為發(fā)射信號(hào)，當(dāng)(為單位矩陣)時(shí)，各天線等功率分配，在這種情況下信道容量表示為如下公式3：

計(jì)算最優(yōu)的碼本索引時(shí)，每個(gè)用戶終端設(shè)備遍歷所有的rank1碼本，找出最大的rank1-cqi對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼索引，rank1-cqi由snr(信噪比)表示，定義為如下公式4：

其中，em為householder-rank1碼本的第m個(gè)碼本，σ²為噪聲功率；

s3、每個(gè)用戶終端設(shè)備通過d2d鏈路廣播各自的信道容量ci和最優(yōu)碼本索引pmii，每個(gè)用戶終端設(shè)備獲取其他用戶終端設(shè)備的信道容量和最優(yōu)碼本索引信息；

s4、每個(gè)用戶終端設(shè)備根據(jù)獲得的其他用戶終端設(shè)備的廣播信息和本地信道信息，選取碼本索引不沖突的兩個(gè)用戶終端設(shè)備進(jìn)行組合，并根據(jù)如下公式5計(jì)算出每一種組合下的近似和容量值：

其中ei為第i個(gè)用戶終端設(shè)備反饋的pmi對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼矢量，ej為與第j個(gè)用戶終端設(shè)備反饋的pmi對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼矢量，操作(·)^h表示共軛轉(zhuǎn)置；

遍歷所有可能組合得到近似和容量值的集合{cg}；

s5、判斷集合{cg}是否為空集，若是，則表示所有用戶的碼本索引都是沖突的，用戶配對(duì)失敗，此時(shí)只能進(jìn)行su通信；若否，則進(jìn)入步驟s6；

s6、選擇和容量值最大的一個(gè)組合作為配對(duì)組合，表示為g(i,j)；即第i個(gè)用戶終端設(shè)備和第j個(gè)用戶終端設(shè)備為配對(duì)用戶終端設(shè)備；

判斷用戶終端設(shè)備是否在配對(duì)組合g(i,j)中，若是，則始計(jì)算反饋信息，其中，用戶i以用戶j作為干擾，計(jì)算用戶i數(shù)據(jù)流的sinr，計(jì)算公式如下公式6：

其中，wi為用戶i的預(yù)編碼矩陣，gi為檢測(cè)矩陣，pi為第i個(gè)數(shù)據(jù)流的發(fā)送功率。該預(yù)編碼矩陣由用戶i和用戶j的碼本矢量迫零得到，計(jì)算公式如下公式7：

w＝[wiwj]＝v(vv^h+ρi)^-1(公式7)

其中，v^h＝[wiwj]，ρ是一個(gè)正數(shù)，取值為snr的值；

分子部分pi|gihiwi|²表示有用數(shù)據(jù)的功率，分母中pj|gihiwj|²表示干擾數(shù)據(jù)的功率，表示接收端均衡后的噪聲功率，p為所有數(shù)據(jù)流的發(fā)送總功率，滿足如下公式8的總功率約束：

pi+pj＝p(公式8)

設(shè)系統(tǒng)為等功率分配，并在接收端采用線性mmse(最小均方誤差)檢測(cè)，則可獲得如下公式9-11：

其中，為第i個(gè)用戶預(yù)編碼之后的等效信道矩陣；同理可計(jì)算出用戶j以用戶i作為干擾時(shí)，用戶j的sinr；

s7、配對(duì)用戶終端設(shè)備將有干擾sinr映射為有干擾cqi，然后，將有干擾cqi、無干擾的cqi索引和預(yù)編碼索引通過上行鏈路反饋給基站；

s8、基站根據(jù)用戶i和用戶j反饋的有干擾的cqi計(jì)算mu可達(dá)速率，根據(jù)無干擾cqi計(jì)算su可達(dá)速率，并以最大化可達(dá)速率為準(zhǔn)則，確定通信模式；其中，計(jì)算可達(dá)速率需要的sinr值，可根據(jù)cqi和sinr的映射表，將cqi映射為對(duì)應(yīng)sinr區(qū)間的下限值；

s9、基站根據(jù)用戶的反饋的cqi信息，確定調(diào)制階數(shù)和傳輸塊的大小。根據(jù)用戶的反饋的預(yù)編碼索引信息，確定預(yù)編碼矩陣w：

當(dāng)通信模式為su時(shí)，w＝ei；

當(dāng)通信模式為mu時(shí)，w＝[wiwj]＝v(vv^h+ρi)^-1，其中，v^h＝[wiwj]，ρ是一個(gè)正數(shù)，一般取為snr的值，然后，給各用戶終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

本發(fā)明的有益效果為，在ue端即可完成配對(duì)組合選取，無需在基站端進(jìn)行。僅配對(duì)用戶向基站反饋信息。d2d之間只需要交互信道容量和預(yù)編碼索引，交互的信息量少很多，廣播式低反饋方案至少要交互一個(gè)sinr值、pmi和列索引。同時(shí)，mu配對(duì)概率較大，考查10db時(shí)，本方案(85％)，rank2配對(duì)概率為4％，廣播式低反饋方案配對(duì)概率為30％。上行反饋量小，上行反饋的時(shí)候不是反饋sinr值，而是反饋cqi索引(4bit)。此外，減小多用戶之間的干擾。ue的計(jì)算量小，復(fù)雜度低。配對(duì)ue反饋無失配情況下的sinr(映射為cqi)至基站，解決了cqi失配問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)模型示意圖；

圖2為本發(fā)明與rank-1方案吞吐量性能對(duì)比示意圖(adaptivecqi/2ue)；

圖3為本發(fā)明與rank-1方案吞吐量性能對(duì)比示意圖(adaptivecqi/20ue)；

圖4為本發(fā)明與rank-1方案吞吐量性能對(duì)比示意圖(fixedcqi/2ue)；

圖5為本發(fā)明與rank-1方案吞吐量性能對(duì)比示意圖(fixedcqi/20ue)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

圖2與圖3為自適應(yīng)情形下，待調(diào)度ue數(shù)目分別為2與20時(shí)，本方案與常規(guī)rank-1方案吞吐量性能對(duì)比。

由圖2不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)射天線為4根，接收天線為2根，待調(diào)度用戶數(shù)為2時(shí)，在自適應(yīng)cqi的情形下，本方案的吞吐量性能有可觀的提升。在達(dá)到相同吞吐量性能的前提下，本方案對(duì)信噪比的要求更低，隨著吞吐量的增加，這一優(yōu)勢(shì)逐漸擴(kuò)大；從吞吐量性能提升方面將本方案性能與rank-1方案性能曲線進(jìn)行比較可知，采用d2d終端增強(qiáng)方案相較于rank-1方案能獲得較為明顯的吞吐量增益，當(dāng)信噪比高于15db時(shí)，該增益效果逐漸變得明顯，此時(shí)吞吐量增益大概為1.5mbps，隨著信噪比增加，該增益值也逐漸增大，同時(shí)，當(dāng)信噪比較低時(shí)，本方案的仿真性能也優(yōu)于rank-1方案。

由圖3可以看出，當(dāng)發(fā)射天線為4根，接收天線為2根，待調(diào)度用戶數(shù)增加至20時(shí)，在自適應(yīng)cqi的情形下，本方案的吞吐量性能仍然有大幅的提升。在達(dá)到相同吞吐量性能的前提下，本方案對(duì)信噪比的要求更低，隨著吞吐量的增加，這一優(yōu)勢(shì)逐漸擴(kuò)大；從吞吐量性能提升方面將本方案性能與rank-1方案性能曲線進(jìn)行比較可知，采用d2d終端增強(qiáng)方案相較于rank-1方案能獲得較為明顯的吞吐量增益，當(dāng)信噪比介于10db-20db之間時(shí)，該增益效果尤其明顯，此區(qū)間內(nèi)吞吐量增益為2mbps-3mbps，同時(shí)，與ue數(shù)目為2時(shí)的情況相同，當(dāng)信噪比較低時(shí)，本方案的仿真性能也優(yōu)于rank-1方案，這充分表明本方案理論是正確有效的。

除了自適應(yīng)cqi情形，本發(fā)明也同樣適用于固定cqi的情形，圖4與圖5為固定cqi情形下，待調(diào)度ue數(shù)目分別為2與20時(shí)，本方案與常規(guī)rank-1方案吞吐量性能對(duì)比。

由圖4可知，當(dāng)發(fā)射天線為4根，接收天線為2根，待調(diào)度用戶數(shù)為2時(shí)，在固定cqi的情形下，本方案的吞吐量性能同樣有可觀的提升。當(dāng)信噪比高于2db時(shí)，在達(dá)到相同吞吐量性能的前提下，本方案對(duì)信噪比的要求更低；從吞吐量性能提升方面將本方案性能與rank-1方案性能曲線進(jìn)行比較可知，當(dāng)信噪比較低時(shí)，本方案性能稍弱于rank-1方案，但差距并不明顯；當(dāng)信噪比高于5db時(shí)，本方案的性能優(yōu)勢(shì)便完全體現(xiàn)出來，值得一提的是，信噪比高于10db時(shí)，吞吐量增益達(dá)到1mbps左右。

由圖5可以得到，當(dāng)發(fā)射天線為4根，接收天線為2根，待調(diào)度用戶數(shù)增加至20時(shí)，在固定cqi的情形下，本方案的吞吐量性能仍然有大幅的提升。當(dāng)信噪比高于0db時(shí)，在達(dá)到相同吞吐量性能的前提下，本方案對(duì)信噪比的要求更低；從吞吐量性能提升方面將本方案性能與rank-1方案性能曲線進(jìn)行比較可知，當(dāng)信噪比低于0db時(shí)，本方案性能稍弱于rank-1方案，說明增加待調(diào)度用戶數(shù)至20時(shí)，本方案更適用于信噪比高于0db的情形；當(dāng)信噪比為5db時(shí)，吞吐量增益達(dá)到1mbps左右。

所以，盡管在固定cqi情形下本方案在低信噪比時(shí)表現(xiàn)欠佳，但綜合自適應(yīng)cqi情形與固定cqi情形下的表現(xiàn)來考量，隨著信噪比的增加，本方案對(duì)系統(tǒng)性能的提升顯著，說明了本發(fā)明的通用性。