一種適用于3d-mimo系統(tǒng)的協(xié)作多點傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種協(xié)作多點傳輸方法，特別涉及一種適用 于3D-MM0系統(tǒng)的協(xié)作多點傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，正交頻分多址）技術(shù) 在LTE-A(LongTermEvolution-Advanced)系統(tǒng)中的采用，使得小區(qū)內(nèi)用戶的多址干擾得 到了很好的抑制，但并未消除小區(qū)間的同頻干擾。協(xié)作多點傳輸（CoordinatedMultiple Points，CoMP)突破了傳統(tǒng)的單點傳輸，由地理位置分開的幾個小區(qū)進(jìn)行協(xié)作，聯(lián)合為用戶 傳輸數(shù)據(jù)。協(xié)作多點傳輸使得小區(qū)間干擾變成了用戶的有用信息，或通過協(xié)作使干擾降到 最小，改善了用戶信號質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的頻譜效率。隨著通信系統(tǒng)的不斷變化，CoMP技術(shù) 也在不斷地進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)處理，滿足不同系統(tǒng)環(huán)境的要求。
[0003] 3D-MIM0(Threedimensionmultiple-inputmultiple-output，三維多輸入多輸 出）系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)是近年來通信行業(yè)所密切關(guān)注和研宄的方向之一。該系統(tǒng)可以利用 空間富余，為發(fā)送信號帶來垂直方向上的自由度，減少干擾，提升系統(tǒng)容量，改善用戶信號 質(zhì)量。但隨著小區(qū)范圍的不斷縮小，小區(qū)間的干擾問題將會一直是限制系統(tǒng)性能的瓶頸。 CoMP技術(shù)可以很好地解決小區(qū)間干擾的問題，但目前，還沒有針對3D-MM0系統(tǒng)而提出的 有效的CoMP技術(shù)，因此，研宄針對3D-MM0系統(tǒng)特性而設(shè)計的協(xié)作多點傳輸方案具有必要 的現(xiàn)實意義。
[0004] 目前，針對該領(lǐng)域的文獻(xiàn)并不多見。文獻(xiàn)"ALeakage-BasedPrecodingSchemefor DownlinkMulti-UserMIMOChannel"提出了一種在下行多用戶MIMO系統(tǒng)中，基于最大化 SLNR(信號泄漏噪聲比）的多用戶預(yù)編碼方案。本論文是最早提出SLNR概念和多用戶預(yù)編 碼思想的文章，拋棄傳統(tǒng)的以SINR(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio,信號與干 擾加噪聲比）作為性能指標(biāo)的限制，在多用戶情況下系統(tǒng)性能取得了極大改善。
[0005] 文獻(xiàn)"CoordinatedBeamforminginDownlinkCoMPTransmissionSystem"》 將上述文獻(xiàn)中的結(jié)論推廣到了下行多小區(qū)系統(tǒng)中，采用基于SLNR的多點協(xié)作處理技術(shù) CBF(協(xié)同波束賦形）來進(jìn)行用戶的預(yù)編碼。該方案有效地降低了小區(qū)間的干擾，但仍未考 慮在3D-MM0系統(tǒng)中如何進(jìn)行多點協(xié)作處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對3D-MM0系統(tǒng)特性，設(shè)計一種適用于3D-MM0系統(tǒng)的協(xié)作 多點傳輸方法。本發(fā)明基于SLNR的多點協(xié)作處理技術(shù)，能夠有效減少小區(qū)間干擾。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：
[0008] 一種適用于3D-MM0系統(tǒng)的協(xié)作多點傳輸方法，可以通過下述步驟來實現(xiàn)：
[0009] (1)假設(shè)3D-MM0系統(tǒng)共有L個小區(qū)，每個小區(qū)有3個扇區(qū)，每個扇區(qū)擁有一個基 站，每個小區(qū)有N個用戶；假設(shè)基站端天線陣列列數(shù)為Nt，每一根天線上的陣元數(shù)為Nv，接收 端天線數(shù)為隊，則用戶獲得信道矩陣H的維度為隊X(NtXNv);在第i個小區(qū)扇區(qū)中，用戶k接收到的信號yk表示為：
【主權(quán)項】
1. 一種適用于3D-MIM0系統(tǒng)的協(xié)作多點傳輸方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 假設(shè)3D-MIM0系統(tǒng)共有L個小區(qū)，每個小區(qū)有3個扇區(qū)，每個扇區(qū)擁有一個基站，每 個小區(qū)有N個用戶；假設(shè)基站端天線陣列列數(shù)為Nt，每一列天線上的陣元數(shù)為Ny，接收端天 線數(shù)為N,，則用戶獲得信道矩陣H的維度為NfX (NtXNy);在第i個小區(qū)扇區(qū)中，用戶k接 收到的信號yk表示為：
上式中，好為第i個小區(qū)扇區(qū)內(nèi)的基站和用戶k之間的S維信道矩陣，* 0 為其他小區(qū)扇區(qū)內(nèi)的基站和用戶k之間的S維信道矩陣，wW(l = 1，2,…，3L)為第1個基 站與其服務(wù)用戶之間的預(yù)編碼矩陣，xi(l = 1，2,…，3L)為第1個基站所發(fā)送的信號，rik為 噪聲. (2) 用戶k接收到信號yk后，首先對巧進(jìn)行信道估計，從而得到大小為NfX (NtXNy) 的信道矩陣，假設(shè)基站端第j根發(fā)射天線與接收天線間的子信道矩陣為好;1>，子信道矩陣 的大小為NfXNv，則將S維信道矩陣/4L重寫為：
在S維信道矩陣的垂直方向上采用DFT碼本進(jìn)行反饋，反饋形式為：
根據(jù)DFT碼本，對每一個子信道矩陣進(jìn)行最佳碼字選擇，選取DFT碼本中的某一列 Vj.為最佳碼字，當(dāng)對所有子信道矩陣完成碼字選擇后，得到大小為（NtXNy) XNt的預(yù)編碼矩 陣Wv;
對于每一個用戶k，其與基站之間=維信道矩陣經(jīng)過垂直方向預(yù)編碼后，變成了 等效后的二維信道矩陣H,quai，其中，馬,,。/ = X聽 > 將H。。。。視作等效水平信道，等效水 平信道H。。。。的大小為N t X Nt; (3) 接收端將垂直方向上的預(yù)編碼矩陣Wy對應(yīng)的索引反饋和等效后的二維信道矩陣

H,quai傳送至基站端，基站端根據(jù)索引反饋，在離線存儲的DFT碼本中選取預(yù)編碼矩陣，從而 獲得其服務(wù)的每一個用戶的等效水平信道，然后進(jìn)行基于SLNR的協(xié)作多點傳輸，基于最大 化SLNR算法選取水平方向預(yù)編碼向量S (4) 在基站端將垂直方向上的預(yù)編碼矩陣Wy和水平方向預(yù)編碼矩陣進(jìn)行結(jié)合， 得到基于3D-MIM0信道下的下行多點協(xié)作預(yù)編碼矩陣:
(5) 基站根據(jù)獲得的下行多點協(xié)作預(yù)編碼矩陣對發(fā)送信號進(jìn)行預(yù)編碼處理，形 成S維波束并將處理后的信號發(fā)射到接收端，接收端接收到信號后返回步驟（2)，若信號發(fā) 送完畢，則通信完成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于3D-MIM0系統(tǒng)的協(xié)作多點傳輸方法，其特征在于，所述 步驟（2)中，=維信道矩陣好在垂直方向上進(jìn)行預(yù)編碼的過程為： 遍歷S維信道矩陣好里的每一個子信道矩陣，根據(jù)W下準(zhǔn)則選取DFT碼本的碼 字：
其中，Vm為DFT碼本CodeBook中的第m列，（?）H表示對矩陣進(jìn)行共輛轉(zhuǎn)置操作； 隨后，通過加0操作將垂直方向上的預(yù)編碼矩陣Wy的原維度NtXNy擴(kuò)展為 (NtXNv) XNt。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的適用于3D-MIM0系統(tǒng)的協(xié)作多點傳輸方法，其特征在于， 所述步驟（3)中，基于最大化SLNR算法選取水平方向多點協(xié)作預(yù)編碼向量巧產(chǎn)MP的準(zhǔn)則如 下：
其中，N康不白噪聲，P t是基站的發(fā)射功率，…表不為對應(yīng)基站1和用戶k之間垂 直等效后的信道矩陣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于3D-MIM0系統(tǒng)的協(xié)作多點傳輸方法，其特征在于，所述 步驟（3)中，假設(shè)表示為對應(yīng)基站1和用戶k之間垂直等效后的信道矩陣，則水平方 向上用戶k的多點協(xié)作預(yù)編碼向量巧fAW的計算公式為；
其大小為

((3^^Nf) XNt，I為單位矩陣，maxeigenvectoH ? }表示取矩陣最大特征值對應(yīng)的特征向 量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于3D-MIMO系統(tǒng)的協(xié)作多點傳輸方法，在最大限度利用三維信道空間資源的前提下，首先在垂直方向上進(jìn)行了預(yù)編碼設(shè)計，再獲取等效水平信道后，利用基于最大化信泄噪比算法的協(xié)作多點處理技術(shù)，將小區(qū)間的干擾降至最低。所述方法具體包括步驟1)3D-MIMO系統(tǒng)中用戶接收到的信號設(shè)計；2)三維信道在垂直方向上進(jìn)行預(yù)編碼；3)基于最大化SLNR算法選取水平方向預(yù)編碼向量；4)獲得基于3D-MIMO信道下的下行多點協(xié)作預(yù)編碼矩陣；5)三維波束形成及信號發(fā)射。本發(fā)明既充分利用了空間資源，又進(jìn)行了干擾避免，極大地提高了用戶性能，有效降低了小區(qū)間的干擾。
【IPC分類】H04L25-02, H04L1-00, H04B7-04
【公開號】CN104601209
【申請?zhí)枴緾N201510038171
【發(fā)明人】李勇朝, 王偉, 馬克, 劉燦, 井文文, 韓萍
【申請人】西安電子科技大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月26日