专利名称：一种基于用户配对的多基站协作下的通信方法
技术领域：
本发明涉及一种基于用户配对的多基站协作下的通信方法，属于无线通信技术 领域。
背景技术：
在同频组网的LTE-Advance系统中，相邻小区间的干扰限制了小区边缘用户的 服务质量和吞吐量。为了进一步提高系统的频谱利用率，提高小区边缘用户的服务质量 和吞吐量，必须采用相关技术有效地降低小区间的干扰。无线通信领域中的协作多点 (Coordinative Multiple Point,以下简称CoMP)传输技术是目前LTE-Advanced具有广阔前
景的技术，它在尽可能保持系统高频谱利用率的基础上，可以有效地避免或降低小区间 干扰。CoMP模型最常用的是基于BBU+RRU的组网模式，类似于传统上熟知的分布式 天线技术，1个基站通过射频光纤(以下简称RoF)连接多个天线站点，天线站点类似1 个无线远端单元(以下简称RRU)，而所有的基带处理仍集中在基站，形成集中的基带单 元(以下简称BBU)。多输入多输出(以下简称ΜΙΜΟ)技术是未来无线通信系统空中接口的重要传输 技术，通过在发射端和接收端同时配置多个接收天线，可以大幅度地提高信道容量。在 CoMP系统上行链路中将采用一种特殊的MIMO技术，即上行的虚拟ΜΙΜΟ(以下简称 V-MIMO)技术，用户配对是V-MIMO系统中的一个重要而独特的环节，即基站选取两 个或者多个单天线用户组成V-MIMO传输。由于信号来自不同的用户，经过不同的信 道，用户间互相干扰的程度不同，因此，只有通过有效的用户配对过程，才能更好地获 得V-MIMO系统的多用户分集增益，并使配对用户间的相互干扰最小，保证合作后无线 链路传输的可靠性以及鲁棒性。目前国内外关于用户配对的研究很有限，大部分属于随机配对算法和正交配对 算法。常用的用户配对方式有以下几种正交配对选择两个信道正交性最大的用户进行配对。这种方法的优点是计 算复杂度较低；缺点是基站需要知道所有将被配对用户的信道状态信息，而且只考虑了 MIMO信道矩阵自身的正交性，没有考虑配对用户各自的信噪比，即没有考虑到由于干 扰、网络规划不当、或某些地区深度衰落等问题。随机配对配对用户的选择随机生成，这种配对方法目前使用比较普遍。优点 是配对方式简单，复杂度低，计算量小；缺点是无法合理利用信道矩阵特性，无法达到 最大的信道容量，无法取得多用户分集增益。行列式配对通过调度算法，选择任意用户，计算所有其他用户与该用户配对 后的行列式因子，选择行列式因子最大的，与该用户完成配对。此算法的优点是考虑 了信道容量，计算复杂度较低，缺点是对低适应性不强，对信道容量表达也没有完全到 位。基于信号噪声比(以下简称SNR)配对提出一种将用户按照其SNR分组，在不同组内采取相应配对准则的算法。同时，为了避免某一组内用户数过少，多用户分集 增益偏低的情况，引入边际效用函数，允许部分满足要求的用户，进行跨组配对。基于路径损耗和慢衰落排序的配对将用户路径损耗加慢衰落值的和进行排 序，对排序后相邻的用户进行配对。这种配对方法简单，复杂度低，在用户移动缓慢、 路径损耗和慢衰落缓慢的情况下，用户的重新配对频率也会降低，而且由于配对用户路 径损耗加慢衰落值相近，也降低了用户产生“远近”效应的可能性。缺点是配对用户信 道相关性可能较大，配对用户之间的干扰比较大。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于用户配对的多基站协作下的通信方法，首先根据 用户和进行协作的各基站间的信道信息对用户和多基站的天线进行分组处理，确定进行 联合信号处理的天线集合，以及每个用户由哪个天线集合进行服务，每个天线集合内的 用户进行用户配对，组成虚拟MIMO进行信息的传递，以改善系统的性能。本发明提出的基于用户配对的多基站协作下的通信方法，包括以下步骤(1)设在通信系统中，由M个基站进行多基站协作，多基站协作下有N个用 户，N个用户的集合为(UE1, UE2,…，UEn},每个用户有L根天线，则所有用户的 天线集合为丨AUE1, AUE2,…，AUEnxl),其中下标表示用户天线编号，M个基站的 集合为丨BS1, BS2,…，BSm},每个基站有K根天线，则所有基站天线集合为丨ASB1, ASB2,…，ABSMXK},其中下标表示基站天线编号；(2)根据用户到基站的上行导频信号或者用户向基站反馈的信道状态信息，基站 获得各基站与各用户之间的信道信息丨HJ，其中Hy表示第i个用户到第j个基站的信道 fn息；(3)根据上述信道信息{Η }，基站对基站天线与用户天线进行配对，具体过程 如下(3-1)根据通信协议中规定的虚拟多输入多输出MIMO天线配置和用户端天线数 目，基站设定每a个用户和Q根基站天线形成一组虚拟ΜΙΜΟ，按此划分基站天线共分 为S组，则每组虚拟MIMO的天线数目为(aXL) XQj，其中Q是第i组虚拟ΜΙΜΟ中基 站端的天线数目，满足QgaXL，与每组基站天线对应的用户数目为LN/S」，记为ρ;(3-2)基站设定基站之间进行联合信号处理的天线集合为
U^st11,W^st21,...I^stsi,^ S2,...^s;an，其中下标表示天
线集合标号和天线集合内的天线标号，共计有S个天线集合，并设定与各用户对应的基 站天线集合编号为丨Index1, Index2,…，IndexN},其中lfndex-S表示对与第i个用户对 应的天线集合编号，根据信道状态信息丨H1J使每个用户与基站天线集合进行配对；(4)根据步骤(3)的用户与S个基站天线集合中的第S个基站天线集合的配对结 果UlIndexi = 3丨，对基站天线集合S内的1个用户进行分组，组成虚拟MIMO进行信息传 递，具体过程如下(4-1)对与基站天线集合S配对的用户，根据信道状态信息丨H1J进行用户分 组；
(4-2)遍历每个用户组内的用户，进行各用户组虚拟MIMO的通信。本发明提出的基于用户配对的多基站协作下的通信方法，跟传统的用户配对算 法相比，具有以下优点1、基于多基站协作，能够有效改善小区边缘的通信质量。2、本发明方法中，多基站协作引入更多天线，带来更多自由度，进一步提升了 虚拟MIMO的性能。3、本发明方法支持灵活的天线配置，根据不同的信道条件调整天线集合的划 分，获得更好的通信性能。4、本发明方法通过用户配对，使得系统能够以更小的开销(参考信号等)组成 高阶MIMO系统。
图1是本发明方法的流程框图。
图2是本发明方法的一个实施例的通信场景示意图。
具体实施例方式本发明提出的基于用户配对的多基站协作下的通信方法，其流程框图如图1所 示，包括以下步骤(1)设在通信系统中，由M个基站进行多基站协作，多基站协作下有N个用 户，N个用户的集合为(UE1, UE2,…，UEn},每个用户有L根天线，则所有用户的 天线集合为丨AUE1, AUE2,…，AUEnxl),其中下标表示用户天线编号，M个基站的 集合为丨BS1, BS2,…，BSm},每个基站有K根天线，则所有基站天线集合为丨ASB1, ASB2,…，ABSMXK},其中下标表示基站天线编号；(2)根据用户到基站的上行导频信号或者用户向基站反馈的信道状态信息，基站 获得各基站与各用户之间的信道信息丨HJ，其中Hy表示第i个用户到第j个基站的信道 fn息；(3)根据上述信道信息{Η }，基站对基站天线与用户天线进行配对，具体过程 如下(3-1)根据通信协议中规定的虚拟多输入多输出MIMO天线配置和用户端天线数 目，基站设定每a个用户和Q根基站天线形成一组虚拟ΜΙΜΟ，按此划分基站天线共分 为S组，则每组虚拟MIMO的天线数目为(aXL) X Q，其中Q是第j组虚拟MIMO中基 站端的天线数目，满足QgaXL，与每组基站天线对应的用户数目为LN/S」，记为ρ;(3-2)基站设定基站之间进行联合信号处理的天线集合为
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线集合标号和天线集合内的天线标号，共计有S个天线集合，并设定与各用户对应的基 站天线集合编号为丨Index1, Index2,…，IndexN},其中lfndex-S表示对与第i个用户对
应的天线集合编号，根据信道状态信息丨H1J使每个用户与基站天线集合进行配对；(4)根据步骤(3)的用户与S个基站天线集合中的第S个基站天线集合的配对结
5果丨l|IndeXl = S:i，对基站天线集合S内的1个用户进行分组，组成虚拟MIMO进行信息传 递，具体过程如下(4-1)对与基站天线集合S配对的用户，根据信道状态信息丨H1J进行用户分 组；(4-2)遍历每个用户组内的用户，进行各用户组虚拟MIMO的通信。以下介绍本发明方法的一个实施例本实施例以两个基站(每基站两天线)、四 个用户(每用户单天线)，每两个用户一组和基站天线组成两个2X2的虚拟MIMO组合 为例说明专利所提多用户配对方法的具体操作过程，本实施例示意图如图2所示。(1)四个用户的集合为(UE1, UE2, UE3, UE4}，每个用户一根天线，则用户 端的天线集合为丨AUE1, AUE2, AUE3, AUE4),下标表示用户天线编号；两个基站的 集合为丨BS1, BS2),每个基站两根天线，则多基站天线集合为丨ABS1, ABS2, ABS3, ABS4),下标表示基站天线编号；(2)根据用户到基站的上行导频信号或者用户向基站反馈的信道状态信息，基站 获得各基站与各用户之间的信道信息。本实施例选取信道衰落系数作为所需信道状态信
息，获得
权利要求
1. 一种基于用户配对的多基站协作下的通信方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)设在通信系统中，由M个基站进行多基站协作，多基站协作下有N个用户，N个 用户的集合为UJE1, UE2,…，UEn丨，每个用户有L根天线，则所有用户的天线集合为 (AUE1, AUE2,…，AUEnxl),其中下标表示用户天线编号，M个基站的集合为丨BS1, BS2,…，BSm},每个基站有K根天线，则所有基站天线集合为丨ABS1, ABS2,…， ABSMXK},其中下标表示基站天线编号；(2)根据用户到基站的上行导频信号或者用户向基站反馈的信道状态信息，基站获得 各基站与各用户之间的信道信息丨HJ，其中Hy表示第i个用户到第j个基站的信道信息；(3)根据上述信道信息{Η }，基站对基站天线与用户天线进行配对，具体过程如下(3-1)根据通信协议中规定的虚拟多输入多输出MIMO天线配置和用户端天线数目， 基站设定每a个用户和Q根基站天线形成一组虚拟ΜΙΜ0，按此划分基站天线共分为S 组，则每组虚拟MIMO的天线数目为(aXL)XQ，其中Q是第j组虚拟ΜΙΜΟ中基站端 的天线数目，满足QgaXL，与每组基站天线对应的用户数目为LN/S」，记为ρ;(3-2)基站设定基站之间进行联合信号处理的天线集合为 U^stu,m;，2,... ^s;，ej, ..J^stsi,^^，2,...^s;，aB，其中下标表示天线集合标号和天线集合内的天线标号，共计有S个天线集合，并设定与各用户对应的基 站天线集合编号为丨Index1, Index2,…，IndexN},其中lfndex-S表示对与第i个用户对 应的天线集合编号，根据信道状态信息丨H1J使每个用户与基站天线集合进行配对；(4)根据步骤(3)的用户与S个基站天线集合中的第S个基站天线集合的配对结果 {lllndex, = s},对基站天线集合s内的1个用户进行分组，组成虚拟MIMO进行信息传 递，具体过程如下(4-1)对与基站天线集合s配对的用户，根据信道状态信息丨H1J进行用户分组； (4-2)遍历每个用户组内的用户，进行各用户组虚拟MIMO的通信。
全文摘要
本发明涉及一种基于用户配对的多基站协作下的通信方法，属于无线通信技术领域。首先根据用户和进行协作的各基站间的信道信息对用户和多基站的天线进行分组处理，确定进行联合信号处理的天线集合，以及每个用户由哪个天线集合进行服务。随后，每个天线集合内的用户进行用户配对，组成虚拟MIMO进行信息的传递。本发明方法基于多基站协作，引入更多天线，带来更多自由度，支持灵活的天线配置，并通过用户配对，使得系统能够以更小的开销获得更好的通信质量。
文档编号H04B7/04GK102025465SQ20101060643
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者吴佳, 张长, 曾捷, 程青燕, 粟欣 申请人:清华大学