专利名称：具有码字约束的码字选择以及相应的信道质量估计方法
技术领域：
本发明涉及一种具有码字约束的码字选择以及相应的信道质量估计方法，属于频分双工无线通信系统中的协作通信技术领域。
背景技术：
为了提高无线通信系统的吞吐量，第3代合作伙伴计划(3rd GenerationPartnershipProject, 3GPP)提出了协作式多点联合传输(Coordinated Multiple PointTransmissionffith Joint Processing, CoMP-JP)技术。通过在基站间共享数据与信道信 息并进行联合处理，CoMP-JP技术可以有效地降低小区间干扰、提高吞吐量，因此，它是提高小区吞吐量，尤其是边缘用户吞吐量的关键技术。在频分双工系统中，由于上下行信道不互易，只能通过用户反馈信道的方式使基站端获得信道信息。所以有限反馈技术是频分双工CoMP-JP系统中的重要技术。有限反馈技术主要有两种。一种是用户利用码本量化信道的方向和模值信息，并将量化信息反馈给基站端，基站端利用反馈信息重构量化的信道，然后将重构的量化信道作为真实信道进行多用户调度、预编码等基站端的处理，这种有限反馈技术在3GPP中被称为显反馈。由于在显反馈中基站端获知信道，所以它能够支持很多传统的基站端信号处理方法，例如贪婪用户调度方法和迫零预编码算法，所以目前对显反馈的研究比较多。另一种有限反馈技术是用户根据下行信道利用码本计算并反馈波束成形和信道质量信息(Channel Qualitylndicator, CQI),基站端不再重构信道,而是直接利用用户反馈信息做多用户调度、波束成形等处理，这种有限反馈技术在3GPP中被称为隐反馈。在隐反馈中，通常会假设调度用户之间的波束成形相互正交，来辅助用户估计信道质量信息，一个典型的实现方案是不协作通信系统中的每用户酉速率控制(Per-User Unitary RateControl, PU2RC)方案。较显反馈，隐反馈不需要在基站端重构信道因而不需要很大的反馈开销用于来反馈高质量的信道信息，因而更有利于降低CoMP-JP系统的反馈量；并且，当蜂窝小区内的用户数比较多时，基于正交波束成形的隐反馈性能要比基于迫零预编码的显反馈性能好。所以对基于正交波束成形的CoMP-JP隐反馈系统的研究是很有意义的。文献“DiSu, Lei Hou, and Chenyang Yang, “Limited feedbackorthogonalbeamforming in coordinated multi-point systems, ” in Proc.IEEEPersonal, Indoorand Mobile Radio Commun. (PIMRC), 2012. ”提出一种基于正交波束成形的CoMP-JP隐反馈方案，虽然它的性能比常用的有限反馈方案好，但是也存在很多问题，例如信道质量信息CQI估计不准确，CQI的准确性既影响多用户调度又影响自适应调制编码，所以该问题会严重制约隐反馈方案的性能。存在该问题的主要原因有两个一是它采用的码字选择方法仍是传统的码字选择方法，传统码字选择方法的特点是最小化信道或者波束成形的量化误差，并没有考虑对CQI估计的影响；二是在CoMP-JP系统中，正交波束成形的假设不能够为信道质量信息估计提供足够的先验信息，因此导致较大的CQI估计误差。所以需要提出一种新的码字选择方法，其兼顾量化误差和信道质量估计，同时可以结合正交波束成形的假设为CQI估计提供足够的先验信息来降低CQI估计误差，进而提高隐反馈的系统性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种具有码字约束的码字选择以及相应的信道质量估计方法，本发明为基于正交波束成形的CoMP-JP系统设计一种新型的码字选择方法，通过在码字选择过程中引入码字约束，来为信道质量指示(Channel QualityIndicator, CQI)的估计提供先验信息，达到了提高CQI估计准确性的技术效果；并且本发明根据提出的码字选择方法，给出了一种基于该码字选择方法的CQI估计方法。将本发明提出的码字选择方法和CQI估计方法应用于基于正交波束成形的CoMP-JP系统中，可以显著提高该系统的吞吐量。
—种具有码字约束的码字选择方法，协作式多点联合传输系统设有Nb个基站,月艮务范围内共有M个用户，第m个用户的具有码字约束的码字选择方法为步骤I :调整码本结构；步骤2 :获取每个协作基站到用户m的单小区信道的信道模值；步骤3 :按照单小区信道的信道模值I I a m，khm,k| I降序排列单小区信道的索引号；步骤4 :为信道模值最强的单小区信道Ka1 选择码字；步骤5 :为单小区信道0^11 ^,,选择码字，η彡2 ;步骤6 :设η = η+1,如果n ( Nb,重复步骤5 ;如果η > Nb,则码字选择结束；基于上述的一种信道质量估计方法，用户选择好码字之后，根据所选码字估计信道质量，第m个选择的码字为1|^1，''^,2，···，11^,^，则该用户信道质量估计方法为步骤I :估计与用户m—起调度的其他调度用户所选码字的i_索引号；步骤2 :估计与用户m —起调度的其他调度用户所选码字的j_索引号；步骤3 :根据i_索引号和j_索引号，估计其他调度用户的波束成形矢量；步骤4 :获取用户m的信号下行传输时所受到的多用户干扰；步骤5 获取用户m的信道质量；本发明的优点在于(I)本发明为CoMP-JP系统提出一种具有码字约束的码字选择方法，它利用码字约束关系为CQI估计提供先验信息，来提高CQI的量化精度。它降低了可能产生的正交波束成形矢量的个数，当服务区内的用户数比较少时，降低正交波束成形矢量的个数有助于提高调度用户数；(2)本发明结合正交波束成形的假设以及本发明提出的码字选择方法，进一步提出了基于该波束成形假设以及码字选择方法的CQI计算方法。该方法计算得到的CQI比现有方法计算的CQI准确的多，并且当调度用户数为最大可能值时，该方法计算的CQI值与下行信号所经历的真实信干噪比相等，即CQI估计完全准确；(3) CQI精度和调度用户数对提高基于正交波束成形的隐反馈方案的性能都非常重要。本发明提出的码字选择方法和CQI估计方法，当用于基于正交波束成形的隐反馈CoMP-JP系统时，可以明显地提高该有限反馈系统的吞吐量。
图I是本发明具有码字约束的码字选择方法的流程图；图2为码本结构示意图；图3为协作通信系统结构示意图和用户m下行信道的示意图；图4为码本子集构造示意图；图5是本发明信道质量估计方法的流程图；图6为采用不同码字选择方法下，基于正交波束成形隐反馈的平均调度用户数；图7为采用不同码字选择方法下，CQI的估计误差的均值；
图8为采用不同码字选择方法下，CQI的估计误差的均方差；图9为将本发明用于正交波束成形隐反馈CoMP-JP时的系统和数据率。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明是一种具有码字约束的码字选择方法，应用于协作通信有限反馈系统中，对于一个Nb个基站协作的CoMP-JP系统，服务范围内共有M个用户，则第m(m= 1，…，Μ)个用户的具有码字约束的码字选择方法的流程如图I所示，包括以下几个步骤步骤I :调整码本结构；在基于正交波束成形的有限反馈系统中，采用的码本是正交码本。首先将码本调整成如下结构C= {u\ Ucy,i = l,···]￥}其中c表示码本，如图2所示，码本中一共有N个正交码字集合，Ui表示码本c中第i个正交码字集合，Ui中有Nt个相互正交的码字，Nt表示发射天线数，<.GCiv^1表示Ui中的第j个码字，i和j联合表示了4在码本中的索引号，因此被分别称为i_索引号和j-索引号。步骤2 :获取每个协作基站到用户m的单小区信道的信道模值。按照如下公式I I dm,khm,k| I = Qffljk IhnJ其中am，khm,k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，a m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，hffl, k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，I IAl I表示A的模值，k= 1，···，Nb，Nb表示协作基站个数。图3给出的是第I个协作基站和第2个协作基站到用户m的单小区信道示意图。步骤3 :按照单小区信道的信道模值I I a m,khm,k| I降序排列单小区信道的索引号；排列后的单小区信道的索引号表示为Ω = [Α，·.人]其中kn表示信道模值第η强的单小区信道的索引号，即
\(Xm,kl hm.i—丨 I 之…》am.kSb。步骤4 :为信道模值最强的单小区信道&^^选择码字，方法如下
v,化=( = argm^|hf.tc；.|2其中v A表示用户m为单小区信道选择的码字，Smji=IWi/IjhnaiI表示该单小区信道的信道方向，IhnaiI表示h, &的模值，<表示码本c中的任意一个码字，表示通过运算从码本中选择出来的码字，其在码本c中的i_索引号和j_索引号分别为4a,和■/_,，Ah表示A的共轭转置。从该公式中可以看出，为单小区信道Ka1Ivtj选择的码字是从码本c中挑选出来的。步骤5 :为单小区信道2 2)选择码字，该步骤具体分为两步(I)首先计算为选择码字时所采用的码本。本发明约束该码本是码本c的一个子集，其构造方法如下 V ,,.n={cH,…其中L示用于的码本，cl#G = Ir，#)表示码本c中第i个正交码字
集屮的第Jwa,,个码字，厶,&的计算公式如下
.\jmA,fc—Al 为偶数
人為―厶A，糾为奇数其中JmA表示用户m为单小区信道选择的码字'_的j-索引号，Nt表示单基站发射天线数。图4给出该码本的一个例子。(2)码本构造完成之后，选择码字，方法如下'K = cS,=啤心ma^ I 尸其中VwA表示用户m为单小区信道amAihmA选择的码字，Inhkn= gmA /||g h I表示信道方向，g A =Kh^i,--,Jff表示基站k广基站kn到用户m的信道，w,Hi, = , ,V^i,&表示中的任意一个码字，V#通过上一步骤得到，
表示通过运算选择出来的码字，其在码本c中的i_索引号和j_索引号分别为Ia和im,tn ,Ah表不A的共轭转置。步骤6 :设n = n+1,如果n ( Nb,重复步骤5 ;如果n > Nb,则码字选择结束。用户选择好码字之后，其波束成形矢量的计算方法如下Wm = [vf,V^v4 J""其中wm表示用户m的波束成形矢量、i vm,2/ ^ I表示用户m通过步骤广步骤6选择出来的码字，Ah表示A的共轭转置。本发明是一种信道质量估计方法，基于上述的具有码字约束的码字选择方法，用户选择好码字之后，需要根据所选码字估计信道质量指示CQI。仍以服务的第m(m =I, 个用户为例,通过上面的码字选择步骤,用户m选择的码字为vw.i，v u，…，vm.As，则该用户的CQI估计方法，流程如图5如下步骤I :估计与用户m—起调度的其他调度用户所选码字的i_索引号，计算方法如下in’k = iu，k = 1，2，...，Nb其中in，k表示其他调度用户为第k个协作基站所选码字的i_索引号，im，k表示用户m为第k个协作基站所选码字的i_索引号，Nb表示协作基站数。步骤2 :估计与用户m—起调度的其他调度用户所选码字的j-索引号，计算方法如下
权利要求
1.一种具有码字约束的码字选择方法，协作式多点联合传输系统设有Nb个基站,服务范围内共有M个用户，第m个用户的具有码字约束的码字选择方法为，m = I,…，M: 步骤I :调整码本结构； 首先将码本的结构调整为 C= {m W=ICil-= 其中C表示码本，码本中一共有N个正交码字集合，Ui表示码本C中第i个正交码字 集合，Ui中有Nt个相互正交的码字，Nt表示发射天线数，< 表示Ui中的第j个码字，i和j联合表示了c)在码本中的索引号，分别为i-索引号和j-索引号； 步骤2 :获取每个协作基站到用户m的单小区信道的信道模值； 具体为I am,khm,k I = am,k IhJ 其中a ffl,khffl,k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，a 表示第k个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，hffl, k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，I |A| I表示A的模值，k= 1，…，Nb，Nb表示协作基站个数； 步骤3 :按照单小区信道的信道模值I I am，khm,k| I降序排列单小区信道的索引号； 排列后的单小区信道的索引号表示为 q=[Av"aJ 其中先表示信道模值第n强的单小区信道的索引号，即|a,…之amkNihml、; 步骤4 :为信道模值最强的单小区信选择码字； 方法如下 =HTgm^Ihfi, c；.|2 其中表示用户m为单小区信道选择的码字，=h_/||h4||表示该单小区信道的信道方向，||hmAi||表示hmA的模值，<表示码本c中的任意一个码字表示通过运算从码本中选择出来的码字，其在码本c中的i_索引号和j_索引号分别为，AH表示A的共轭转置； 步骤5 :为单小区信道Aau1W,,选择码字，n彡2 ; 该步骤具体分为两步 (I)首先计算为选择码字时所采用的码本，约束该码本是码本c的一个子集，其构造方法如下 兄A =，■ ■，CM, I 其中表示用于的码本，c表示码本c中第i个正交码字集Ui的第入&个码字，i = 1，…，N，J；a 的获取方法为.—Jmjh,-A j 为偶数Jm'k"=\(N,+l)-jmA, I&-叫为奇数其中/ ,表示用户m为单小区信道选择的码字Vwiii的j-索引号，Nt表示单基站发射天线数； (2)码本构造完成之后，为amknhnkn选择码字，方法如下
2.基于权利要求I所述码字选择方法的一种信道质量估计方法，用户选择好码字之后，根据所选码字估计信道质量，第m个选择的码字为^^，vM,2，…，^，则该用户信道质量估计方法为 步骤I :估计与用户m—起调度的其他调度用户所选码字的i-索引号； 方法为
全文摘要
本发明针对下行协作多点传输的隐反馈方案，公开了一种具有码字约束的码字选择以及相应的信道质量估计方法，码字选择方法为步骤1调整码本结构；步骤2获取每个协作基站到用户m的单小区信道的信道模值；步骤3按照单小区信道的信道模值降序排列单小区信道的索引号；步骤4为信道模值最强的单小区信道选择码字；步骤5为其他单小区信道选择码字；步骤6判断单小区信道是否都选择码字完毕。信道质量估计方法包括步骤1估计其他调度用户所选码字的i-索引号；步骤2估计其他调度用户所选码字的j-索引号；步骤3根据i-索引号和j-索引号，估计其他调度用户的波束成形矢量；步骤4获取用户m的信号下行传输时所受到的多用户干扰；步骤5获取用户m的信道质量。
文档编号H04L25/02GK102970106SQ20121045219
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者侯磊, 杨晨阳 申请人:北京航空航天大学