专利名称：基于子带预编码的多点协作ofdm系统中定时对齐方法
技术领域：
本发明属于属于无线通信技术领域，特别涉及一种基于子带预编码的多点协作OFDM系统中定时对齐方法。
背景技术：
为了提高小区边缘用户的服务质量，降低相邻基站的干扰，基站间协作成为未来移动通信系统的关键技术之一。目前，3GPP定义了两种多点协作传输方案协同波束赋形CB(CoordinatedBeamforming)和联合处理JPQoint Processing)。其中，CB方案中的用户数据由单个协 作基站传输，基站之间联合调度降低不同小区间的干扰，可以获得复用增益JP方案中的用户数据由多个协作基站联合传输，可获得分集增益。本发明针对JP方案的多点协作传输系统。对窄带平衰落信道中的多用户调度与联合预编码的研究表明，多点协作能够获得更高的空间复用增益和多用户分集增益。对于频率选择性衰落信道，通过OFDM可以将信道转化成多个并行的窄带信道，最直接的方法是对每个子信道分别进行多用户调度和预编码，从而将窄带信道的处理方法直接扩展到OFDM系统中，但这样每个可用子载波都要反馈信道信息、都要分别作用户调度与预编码，反馈量及运算复杂度与可用子载波个数成正比。在实际系统如LTE和WiMax中，为了减少反馈量和运算复杂度，根据信道的频域相关性，通常将OFDM多个相邻的子载波组成一个子带，每个子带只反馈一个平均的信道状态信息，在基站端也按子带进行多用户调度和预编码。然而在频率选择性衰落信道中，子带中的所有子载波信道衰落并不完全相同。尤其是在JP方案的多点协作系统中，不同基站到用户的传输时延不同，会引入小区间的时延差，扩大了用户感受到的等效多径时延扩展，从而进一步降低了子带内子载波之间的相关性，限制了基本处理单位-子带-的宽度。西安电子科技大学的专利“协作多点传输系统中小区间延迟差补偿方法”、富士通的提案 Rl-091502，，Pseudo Transmission Timing Control using Cyclic Shift forDownlink CoMP Joint Transmission”和大唐电信的提案 Rl-090193”Aspects of JointProcessing in Downlink CoMP”均对多点协作传输系统中不同基站间的时延差问题给出了解决方案，但所提方案都是针对以每个子载波为单位的OFDM系统，对于基于子带的OFDM系统中的用户调度和时延差校正问题，没有给出具体的解决方案。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于子带预编码的多点协作OFDM系统中定时对齐方法，对基于子带预编码的多点协作OFDM系统中不同基站之间的传输符号进行定时对齐，从而改善了系统的频域相关性，提高了系统的速率增益。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是基于子带预编码的多点协作OFDM系统中定时对齐方法，包括如下步骤
步骤一，当多个基站进行协作时，用户k在第n个子载波上接收到的信号为>^=(h-w )x- +kn^a)Xln+Zkn其中下标I表示子载波n属于第I个子带，hto表示基站到用户k在子载波n上的信道向量，Wkl表不用户k在第I个子带上的波束赋形矢量,Xkn表不在第n个子载波上发送给用户k的数据,U1是在I个子带选中进行数据发送的用户集合，Wil、表示其他用户的波束赋形矢量，xin(i幸k)表示其他用户的发送数据，Zkn表示加性高斯白噪声；
步骤二，用户端截取OFDM符号，进行信道估计得到信道状态信息并逐子带反馈，同时反馈不同基站到用户的平均传输时延差Tk;步骤三，基站端接收到用户反馈的信道状态信息及不同基站的平均传输时延差Tk后，在每个子带内，将不同的用户分组，不同组内用户的信道之间相关性满足
■|hfch!C;|<a，其中用户k、i分别属于不同的用户组，a是一个依据正交性要求确定的常数，然后从每个组内选择信道质量最好的用户组成用户集U，接着在U中按照时延差选择实际进行传输的用户，所选择用户的时延差构成的区间为F-Arf+ Ar]，要求|F|>2Ar，将进一步选择的用户集合记为U1，对选中用户的发送数据采用迫零预编码，其中每个用户的预编码向量与其它用户的信道相正交，u^U1 ；步骤四，基站端依据用户反馈的不同基站的平均传输时延差，对所选用户的预编码后的数据进行时延补偿后发送。所述步骤二中用户k截取OFDM符号，然后经过FFT变换，利用导频信息通过最小二乘算法及最小均方误差算法估计得到道状态hto。所述逐子带反馈，即将子带内所有子载波的平均信道状态信息进行反馈，具体包括平均信道方向信息和平均信道质量信息，平均信道方向为=Ka /||hHa||，平均信道质量
I IB+B-1
a = h ，其中7 Z hta=hHa，B表示子带I内的子载波数目，为降低接收端计算量，采用
klkla匕 n=lB
近似:hkia - Kcl ^ C1 = IB+(B-I)/2,hfc,表示子带中心子载波处的信道状态。其中，为降低接收端计算量，采用子带中心子载波处的信道矢量近似子带内平均信道矢量时，发送端做时延补偿时应保证子带中心的信道矢量不变。所述步骤四中时延补偿是通过采用频域相位旋转实现的。与现有技术相比，本发明的优点是对采用子带预编码的OFDM系统中的多用户调度及基站时延差校正问题给出了解决方法，相对每子载波反馈而言降低了反馈开销。
图I为两基站、K个单天线用户的多点协作下行广播系统示意图。图2为本发明的实现流程示意图。图3为本发明在两小区协作传输时系统可达速率仿真图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
附图I表示了两基站、K个单天线用户的多点协作下行广播系统，假设每个基站具有M/2个天线，基站1、2的天线序号分别为(1,2,…，M/2)和(M/2+1，…，M)其中，K、M均为正整数且通常K大于等于M，系统采用N点FFT的OFDM方式，其中传输数据的有用子载波个数为G，并将其分成L个子带，每B个连续子载波分成一个子带。在每个子带内的不同子载波采用统一的预编码向量，在第n个子载波上发送的信号为xn = Yj wkixkn, IB 彡 n 彡 1B+B-1(I)
^U1
其中U1是在I个子带选中进行数据发送的用户集合，wkl = (wkll, wkl2, ".WklM)1是第I个子带对应于用户k的MX I维预编码向量且I IwklI I = I，Xkn是在第n个子载波上发送给第k个用户的数据。以下为了描述简便，如不特殊说明则默认第n个子载波属于第I个子带。第k个用户在第n个子载波上接收到的信号为yto>^=(h-W )、+ kWnK+k(2)其中第一项是传输的有用信号，第二项是其他用户的干扰，第三项是信道高斯白噪声。hto = (hknl，hto2，是在第n个子载波基站到用户k的信道响应，Zkn为加性高斯白噪声，Zkn服从零均值、方差为I2的复高斯分布。用户k截取OFDM符号后，经过FFT变换，估计得到信道矢量hkn，然后逐子带反馈信道状态信息(CSI)，即将每个子带内的平均信道矢量反馈到基站，实际中，常有下式成立
I IB+B-1- 2 Kn^Kl⑶
^ n=lB其中，C1 = IB+ (B-I)/2表示子带的中心子载波,具体的反馈量包括信道方向信息(⑶I)和信道质量信息(CQI)，反馈的子带平均信道方向为=hfc；/||hfc；||，子带平均信道质
量为％=||hfcj，除此之外，用户还反馈两个协作基站间平均传输时延差Tk= T2k-Tlk，其中T lk、T 2k分别表示基站I、基站2到用户k的平均时延。基站根据每个子带反馈的信道状态信息，采用准正交用户调度与迫零预编码(SUS-ZFBF)算法。对于每个子带，从K个用户中选择信道准正交、信道质量较好并且基站传输时延差接近的用户，记用户集合为U1, U1中任意两个用户k和i之间的信道相关性很
小，即空间相关系数满足，其中a是一个很小的正常数。对选中的用户发送的
数据采用迫零预编码，其中每个用户的预编码向量与其它用户的信道相正交，即= 0，V/ e 。在用户数据发送前，基站端应对不同基站的传输时延差进行校正，可以在时域内调整不同用户的数据发送时刻校正时延差，考虑到实现的复杂度并根据傅里叶变换时域延时等效于频域旋转的性质，采用频域相位旋转以补偿延时差，运算量小且计算简单。具体方法为在预编码之后，IFFT变换之前，对不同天线的时延差在频域通过相位旋转校正，其它处理基本不变，在第I个子带发送的信号为
权利要求
1.基于子带预编码的多点协作OFDM系统中定时对齐方法，包括如下步骤 步骤一，当多个基站进行协作时，用户k在第n个子载波上接收到的信号为
2.根据权利要求I所述的定时对齐方法，其特征在于所述步骤二中用户k截取OFDM符号，然后经过FFT变换，利用导频信息通过最小二乘算法及最小均方误差算法估计得到信道状态hkn。
3.根据权利要求I或2所述的定时对齐方法，其特征在于所述逐子带反馈，即将子带内所有子载波的平均信道状态信息进行反馈，具体包括平均信道方向信息和平均信道质量I IB+B-1信息，平均信道方向为
4.根据权利要求I所述的定时对齐方法，其特征在于为降低接收端计算量，采用子带中心子载波处的信道矢量近似子带内平均信道矢量时，发送端做时延补偿时应保证子带中心的信道矢量不变。
5.根据权利要求I所述的定时对齐方法，其特征在于所述步骤四中时延补偿是通过采用频域相位旋转实现的。
全文摘要
本发明为一种基于子带预编码的多点协作OFDM系统中定时对齐方法，在用户接收端截取OFDM符号后，将估计的信道状态信息分子带反馈回基站端，同时反馈不同基站到用户的平均传输时延差，基站端基于传输时延差的信息，在每个子带内选择时延差比较接近的用户进行数据传输，然后对不同用户的数据在频域内进行相位旋转，以补偿不同基站间的传输时延差，从而校正传输时延差，提高子载波之间的相关性，本发明的方法只需增加较少的运算量及反馈信息即可获得明显的系统和速率增益。
文档编号H04L25/02GK102647386SQ201210097928
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者周世东, 周春晖, 张秀军, 许祥祥, 赵熠飞 申请人:清华大学