专利名称：异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及ー种异构网络中基于有限反馈的多点协作调度协作波束成形、基于LTE-A系统中有限反馈下的多点协作传输的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法。
背景技术：
无线蜂窝网络中小区间干扰(ICI Inter-cell Interference)是制约系统性能的主要因素。虽然多入多出(ΜΙΜ0 :Mu I tip Ie Input Multiple Output)技术在单小区中可以有效提高系统容量，然而在频率复用的蜂窝环境中由于存在严重的小区间干扰(ICI Inter-cell Interference)导致系统性能下降，，尤其是小区边缘的用户的QoS无法得到保证。另ー方面，随着通信技术的发展，用户业务日益多祥化，并且不断提出了新的更高的性能要求。面对各小区単独处理不能有效解决小区边界干扰导致频谱效率低和不能满足业 务需求的现状，第三代合作伙伴项目(3GPP :the 3rd Generation Partnership Proiect)等组织提出了多小区协作CoMP技木。其原理是通过不同小区间的协同传输避免、抑制或消除来自邻小区的同频干扰(CCI Co-channel Interference),从而有效提高整个系统以及边缘用户的频谱效率。目前的无线蜂窝系统是由传统同构网络(Homogeneous Network)组成的。这样的蜂窝系统中各小区基站具有相同的发射功率、覆盖范围、天线配置以及基站间的连通性。然而这种宏基站的布放需要考虑很多实际问题仔细规划，不便于灵活布置，整个过程既复杂又不经济。另外，在高密度的城区不便于架设。为解决这样的问题，出现了不同发射节点分层覆盖的异构网络(HetNet heterogeneous Network)。异构网络是相对于同构网络而言的，这种场景下不同类型的发射节点有不同的发射功率、覆盖范围、天线配置等。异构网络在宏基站的覆盖范围内引入了很多低功率的发射结点(LPN=Low Power Nod)用于消除覆盖空洞和对热点地区进行覆盖，从而有效提高系统吞吐量和用户体验。这些LPN发射功率较低、覆盖范围小，可以非常自由地灵活布放且成本低廉。使用LPN不仅可以节约成本降低布设复杂度更重要的是它可以有效提高整个系统以及边缘用户的频谱效率，为用户提供良好的体验。然而，异构网络也有其不足之处。由于LPN布置的灵活性和各LPN与宏基站发射功率的巨大差异导致网络面临着比同构网络更为复杂和严重的干扰挑战。尤其是由LPN服务的用户会遭受宏基站的严重干扰导致性能下降。为了解决复杂的干扰问题，异构网络中采取了灵活的频率分配方式，比如正交频率分配法，即宏基站和LPN使用完全不同的频率资源，频率无交叠。以及部分频率复用方式来降低各发射节点间的同频干扰，提升系统性能。这些方法可以部分地提高系统性能但却大大降低了频率利用率。因此，如何在全频率复用的条件下，有效提高异构网络的性能増益是亟待解决的问题。一个可行的方法是将CoMP技术应用于异构网络的场景，既充分考虑网络拓扑的特点，利用LPN对空洞区域和热点地区进行有效覆盖，又充分利用CoMP技术消除或抑制小区间干扰从而提高系统性能。CoMP技术根据各协作节点的信息共享程度可以分为两种传输模式，即联合处理(JP Joint Processing)和协作调度/协作波束成形(CS/CB Coordinated Schedul ing/Coordinated Beamforming)。CS/CB 技术由于需要共享较少的信息因此相比JP容易实现，如图I所示。无论是JP还是CS/CB传输模式，发射端获得的信道状态信息(CSI ChanneI State information)会极大地影响系统性能。当发端有完美信道信息时，多节点通过协作可以选择信道质量好且相互间干扰小的一组用户，并通过迫零(ZF Zeroforcing)或块对角(BD Block Diagonalization)等易于实现的线性预编码技术消除或降低用户间和小区间干扰，从而提高系统性能。然而在实际的FDD (Frequency DivisionDuplex)系统中，上行反馈链路是容量受限的，每个用户只能反馈有限的信息，BS端只能获得部分信道信息，即有限反馈系统，其模型如图2所示，这将导致系统性能的下降。
发明内容
本发明的目的g在至少解决上述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出ー种提高异构网络反馈效率、降低系统开销的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法。为达到上述目的，本发明实施例提出了ー种异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，所述异构网络系统包括ー个第一发射节点和多个第二发射节点，其中，第一发射节点和每ー个第二发射节点的信号均覆盖ー个预定范围，所述方法包括以下步骤:A 第一发射节点的信号的覆盖范围上的多个用户向所述第一发射节点反馈基于码本的所述多个用户的量化信道和信道模值:多个第二发射节点的信号的覆盖范围上的多个用户根据所述码本进行查找以得到预定码字，并将所述预定码字对应的索引和所述预定码字对应的干扰值反馈给对应的第二发射节点；C :所述多个第二发射节点根据所述索引和所述干扰值生成反馈信息集合；D :所述第一发射节点根据共享的第二发射节点的反馈信息集合确定第一发射节点的下行发射波束权重矢量；E :所述第一发射节点根据确定的所述下行发射波束矢量和所述第一发射节点的信号覆盖范围内的用户的反馈信息以确定所述第一发射节点的信号覆盖范围上的调度用户；F :所述第一发射节点根据共享的所述第二发射节点的反馈信息集合和第一发射节点的下行发射波束矢量确定每个所述第二发射节点的信号覆盖范围上的调度用户；G :所述第二发射节点的信号覆盖范围上的调度用户根据所述码本向所述对应的第二发射节点反馈所述调度用户的量化信道:所述调度用户对应的第二发射节点根据所述量化信道确定下行发射波束矢量:所述第一发射节点和所有所述第二发射节点同时通过各自的波束向所述调度用户下行数据传输。根据本发明实施例的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，利用分层反馈的方式，有效利用反馈比特提高用户的反馈效率，并基于用户的反馈信息不同节点之间联合选择调度用户并确定发射波束，即在有限反馈下的协作调度/协作波束成形，从而降低了系统的反馈开销，同时给系统带来了较大的性能増益。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解至IJ。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I为两小区的协作调度/协作波束示意图；图2为有限反馈系统模型；图3为本发明一个实施例的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法中的异构网络场景示意图；图4为本发明实施例的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的有限反馈CS/CB算法的流程图；图5为本发明实施例的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的超 球体均匀量化示意图；图6为本发明一个实施例的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的码本设计的流程图；以及图7为本发明一个实施例的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的流程图。
具体实施例方式现在将详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。虽然示出了特定实施例，但是应理解不意味着将本发明限于这些特定实施例。相反地，本发明包括在所附的权利要求的精神和范围内的替代、修改和等同。阐明多个具体细节是为了提供对本文提出的主题的全面理解。但是本领域的普通技术人员应明白，可以不使用这些具体细节来实施该主题。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、程序、部件和电路，从而避免不必要地使本实施例的方面模糊。尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅仅用于将ー个元件与另ー个元件区别开。例如第一排序标准可以称为第ニ排序标准，类似地，第ニ排序标准可以称为第一排序标准，在不脱离本发明的范围的情况下。第一排序标准和第二排序标准都是排序标准，但是它们不是相同的排序标准。本文中本发明的描述中使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，并不意味着对本发明的限制。如本发明及所附权利要求的描述中所使用的，単数形式“一个”“ー种”和“所述”意味着也包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还应理解，本文所使用的术语“和/或”表示并包含一个或多个的相关联的列出的项目的任何ー个和所有可能组合。还应进一歩理解，当在说明书中使用吋，术语“包括”和/或“包含”指定陈述的特征、操作、元件和/部件的存在，但不排除ー个或多个其他特征、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。如本文所使用的，根据上下文，术语“如果”可理解为是指“当”或“在......吋”
或“响应于确定”或“根据......的确定”或“响应于检测”，陈述的先决条件是真实的。类
似地，根据上下文，短语“如果确定[陈述的先决条件是真实的]”或“如果[陈述的先决条
件是真实的]”或“当[陈述的先决条件是真实的]”可理解为是指“在确定......吋”或
“响应于确定”或“根据.......的确定”或“在检测......吋”或“对应于检测”陈述的先
决条件是真实的。以下结合附图描述根据本发明实施例的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法。在以下描述中，异构网络系统包括ー个第一发射节点和多个第二发射节点，其中，第一发射节点和每ー个第二发射节点的信号均覆盖ー个预定范围。即第一发射节点和第二发射节点均为基站，但类型不同。第一发射节点是宏基站，第二发射节点是小基站，第一发射节点和第二发射节点均可以为各自服务的用户发送数据。在以下描述中，为了简化描述，宏基站为第一发射结点，LPN指第二发射节点，宏蜂窝Macro-cell为宏基站的信号的覆盖范围，Pico是LPN的信 号覆盖范围，宏蜂窝用户是指由宏基站提供服务的用户，pico用户是指由LPN提供服务的用户。为了易于实现，在本发明的实施例中，各发射节点(第一发射节点和多个第二发射节点)间通过协作，每个时隙(time slot)每个节点只服务ー个用户。不同发射节点之间会存在相互干扰。因此各节点间需要通过协作调度和联合优化波束权重(Beamformingweight vector)或预编码矩阵(Precoding matrix)提高系统的平均频谱效率。联合调度和优化波束矢量/预编码矩阵要求基站端拥有较好的信道状态信息。在实际的FDD系统中，由于基站无法获得完美的信道状态(Perfect CSIT)信息，会导致性能损失。因此本发明的实施例针对实际系统，考虑了如何有效利用有限的反馈比持，降低有限反馈带来的性能损失。本发明实施例的异构网络系统的多点协作传输方法的原理为由于在异构网络中各小区发射节点(第一发射节点和多个第二发射节点)的配置不同，导致各小区的地位不同。为了更好的降低各节点间的干扰，本发明实施例中以Pico为优先，即表示LPN的信号(在本发明的实施例中，LPN均指代第二发射节点)覆盖的小区(预定范围内的所有用户)，以降低宏基站(第一发射结点)干扰为策略通过节点间协作进行调度，从而使系统得到良好的性能。因此，对于宏蜂窝(Macro-cell)用户和Pico用户需要分开考虑其反馈的内容。第一阶段MaCro-Cell (指代第一发射节点)中的用户反馈其基于码本的量化信道以及信道模值，Pico中的用户基于码本找到使得宏基站干扰最小的码字，反馈该码字的索引及这个最小干扰值。各节点收到反馈信息后通过backhaul传给宏基站,宏基站根据Pico的反馈信息依据最小化宏基站泄露能量的准则确定宏基站的下行发射波束，从而也确定了各Pico需要调度的用户。宏基站根据Macro-cell用户的反馈信息和自身的发射波束确定宏基站将要调度的用户。第二阶段只有被调度的Pico用户基于码本反馈其量化信道。LPN根据这个信息确定下行发射波束矢量，并连同宏基站完成下行数据传输。參见图7所示，根据本发明实施例的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法包括如下步骤步骤S101，第一发射节点的信号的覆盖范围上的所有用户向所述第一发射节点反馈基于码本的所述多个用户的量化信道和信道模值。具体而言所述第一发射节点的信号的覆盖范围上的多个用户根据导频估计信道；根据所述码本C = {Cl，c2，. . .，cN}应用如下计算公式得到最优码字作为所述量化信道，并将所述最优码字的索引Γ和信道模值I |h| I发送至所述第一发射节点，其中，所述计算公式为1 =arg max IhffCi I
1 ">
其中，h为用户信道矢量，
权利要求
1.一种异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，其特征在于，所述异构网络系统包括一个第一发射节点和多个第二发射节点，其中，第一发射节点和每一个第二发射节点的信号均覆盖一个预定范围，所述方法包括以下步骤 A :第一发射节点的信号的覆盖范围上的所有用户向所述第一发射节点反馈基于码本的所述多个用户的量化信道和信道模值； B :多个第二发射节点的信号的覆盖范围上的多个用户根据所述码本进行查找以得到预定码字，并将所述预定码字对应的索引和所述预定码字对应的干扰值反馈给对应的第二发射节点； C :所述多个第二发射节点根据所述索引和所述干扰值生成反馈信息集合； D :所述第一发射节点根据共享的第二发射节点的反馈信息集合确定第一发射节点的下行发射波束权重矢量； E :所述第一发射节点根据确定的所述下行发射波束矢量和所述第一发射节点的信号覆盖范围内的用户的反馈信息以确定所述第一发射节点的信号覆盖范围上的调度用户； F :所述第一发射节点根据共享的所述第二发射节点的反馈信息集合和第一发射节点的下行发射波束矢量确定每个所述第二发射节点的信号覆盖范围上的调度用户； G :所述第二发射节点的信号覆盖范围上的调度用户根据所述码本向所述对应的第二发射节点反馈所述调度用户的量化信道； H :所述调度用户对应的第二发射节点根据所述量化信道确定下行发射波束矢量； I :所述第一发射节点和所有所述第二发射节点同时通过各自的波束向所述调度用户下行数据传输。
2.根据权利要求I所述的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括 所述第一发射节点的信号的覆盖范围上的多个用户根据导频估计信道； 根据所述码本C = {Cl，C2, , cN}应用如下计算公式得到最优码字作为所述量化信道，并将所述最优码字的索引和信道模值I |h| I发送至所述第一发射节点，其中，所述计算公式为
3.根据权利要求I所述的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，其特征在于，所述步骤B中的查找所述预定码字和所述预定码字对应的索引，根据如下公式进行
4.根据权利要求3所述的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，其特征在于，所述反馈信息集合为 I 其中，<为第I个小区中选择第n个码字的用户集合，<为第I个小区中选择第n个码字的用户对应的干扰值集合，N为码本C的大小，即C中码字的个数，L为第一发射节点覆盖范围内的第二发射节点个数。
5.根据权利要求4所述的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，其特征在于， 所述第一发射节点共享所述多个第二发射节点发送的所述反馈信息集合并生成汇聚集合，其中，所述汇聚集合为 In = [^1nJ = \---L},n = l,...,N Pn ={P!,J = \---L},n = l,...,N 其中，In为所有L个第二发射节点覆盖用户中选择第n个码字的用户集合，Pn为所有L个第二发射节点覆盖用户中选择第n个码字的用户对应的干扰值集合； 根据所述汇聚集合确定每个第二发射节点覆盖范围内选择同一码子cn的调度用户集合<，其中，所述调度用户集合<为 Un = |w, (w) = Cn I,/ = 1，…L，f = I,..., N 根据所述调度用户集合4和所述pn应用一套最小化第一发射节点泄漏能量准则确定所述第一发射节点的下行发射波束。
6.根据权利要求5所述的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，其特征在于，所述最小化基站泄漏能量准则为 NI、如果IO 1,/ = 1,..工，则针对所述码字在每个所述第二发射节点中选择所述干扰值最小的用户，并对所有所述第二发射节点的每个所述相同码字对应的干扰值求和得到求和集合^ = [^，|<|21，/ = 1，...^]，并确定所述第一发射节点的发射波束为(^其中m = Mgn^inS，所述第一发射节点根据所述发射波束&和反馈的I |h| I在所述第一发射节点覆盖范围的用户中选择i* = m且I |h| I值最大的用户做为第一发射结点的调度用户，且第一发射节点根据所述发射波束Cm和所述汇聚集合确定所有所述第二发射节点的调度用P隹A厂: 口 O N2、如果不同的所述第二发射节点的所有用户中不存在选择同一码字的用户，则所述每个第二发射节点在对应的所有用户中随机选择被调度用户，且所述第一发射结点在该时隙保持静默。
7.根据权利要求I所述的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，其特征在于，所述码本通过如下方式得到 s1、将N个等电荷电子随机分布到Nt维单位超球面上，并计算所述异构网络系统的库伦势； s2、固定预定电子，计算每个电子所受的库伦力； s3、计算每个电子在相应的库仑力的作用下的下一时刻的位置； s4、重新计算系统库伦势，迭代次数加I。S5、判断每个电子在新的位置下系统库伦势是否下降，如果下降，则更新所述电子的位置，否则调整步长并返回步骤S3 ； s6、判断迭代次数是否达到预定数值，如果没有则返回步骤S2，否则得到每个电子的位置矢量，以得到所述码本C中的每个码字矢量。
8.根据权利要求7所述的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，其特征在于，通过如下公式计算所述异构网络系统的库伦势
9.根据权利要求7所述的异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，其特征在于，通过如下公式计算每个电子所受的库伦力
全文摘要
本发明提出一种异构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，包括第一发射节点的用户反馈量化信道和信道模值；多个第二发射节点的多个用户查找得到预定码字，并根据预定码字的索引和干扰值生成反馈信息集合；第一发射节点根据共享的反馈信息集合确定第一节点的下行发射波束权重矢量，并确定第一发射节点的调度用户并确定第二发射节点的调度用户；第二发射节点的调度用户根据码本向对应的第二发射节点反馈调度用户的量化信道；第二发射节点根据量化信道确定下行发射波束矢量以使第一发射节点和第二发射节点通过各自的波束同时下行数据传输。根据本发明的实施例有效地提高异构网络反馈效率、降低系统开销，并获取好的系统性能。
文档编号H04B7/06GK102664668SQ201210107709
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者张煜, 彭碧君, 陈巍, 雷鸣 申请人:日电(中国)有限公司, 清华大学