一种tdd系统的下行联合波束成形和功率控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，包括如下步骤：根据网络部署确定用于协作的基站集合；移动台选择信号强度最好的基站驻留，系统消息和业务数据由服务基站提供；对于给定的协作小区簇，每一个基站在同一时刻或同一时频资源块上只调度一个用户；各基站根据其服务用户的信道状态信息和网络的干扰情况，预设其服务用户在迭代过程中需要达到的数据速率或者调制编码方案；各基站和移动台根据网络指定的迭代次数N。本发明提供的联合波束成形和功率控制方法，不需要波束间保持绝对正交，进一步结合功率控制，对于给定的目标速率或目标SINR门限，通过有限的迭代次数实现所需的功率最小，可以获得较好的系统性能。
【专利说明】一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线蜂窝移动通信领域，更具体地，涉及一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法。
技术背景
[0002]众所周之，在无线网络中，干扰已成为抑制通信系统性能的主要因素之一，如何抑制干扰得到了广泛研究与探讨。在3GPP LTE-Advanced中，已经提出网络MMO / CoMP技术，进一步抑制干扰和改善小区边缘用户的吞吐量和覆盖。从信息论的观点出发，可以将网络MIMO下行传输系统建模成MIMO高斯干扰信道(MIMO-1C)或者MIMO-X信道。采用干扰对齐传输方式能够使得干扰信道中每个用户的容量达到无干扰的点对点信道容量的一半，在高信噪比区域系统容量随用户数线性增加。从多天线技术角度看，网络MIMO又属于MU-MIMO范畴，通过空间信号处理能够消除同一时间、频率资源块上的相邻小区干扰，使得系统不再是干扰受限的。最优的脏纸编码和次优的线性预编码可以应用到网络MIMO中。
[0003]在实际应用中网络MMO受到复杂度和负荷两方面的挑战。首先，需要大量的资源来获取准确的信道状态信息(CSI)。CSI反馈量随基站天线数、基站数和用户数成比例增力口，同时联合处理的复杂度会随着网络尺寸增加而增加。其次，基站间或基站与中心单元间的主干链路是非完美的，例如是容量受限的、有差错的或时延的或回程是非完美的。为了减少信息量的交换，很多文献研究了不需要共享数据信息或利用部分信道信息的分布式多点协同波束成形方法。特别是利用TDD系统中信道互惠的特性，通过多用户多输入多输出通信系统的上/下链路的对偶理论可以大大地减少多点协作波束成形和功率分配算法设计的难度。
[0004]然而，现有的技术多数需要空间子信道保持正交性，由于实际信道的非完美性，即使选用的下行波束矩阵/预编码矩阵是正交的，也很难和实际信道达到理想匹配，获得理想性能。同时，为了保持正交性，或者为了达到所需的SINR需求，需要付出更高的功率代价。进一步，现有的技术一般采用等功率分配的方案为用户/数据流分配功率，或者虽然对用户进行功率分配，但将各用户的功率视为一个整体，并没有考虑在MMO干扰信道中用户的各个数据流之间的差异，不能更加有效地利用功率资源。
【发明内容】
[0005]针对以上问题，本发明提出一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法。
[0006]一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，包括如下步骤:
[0007](I)根据网络部署确定用于协作的基站集合；
[0008](2)移动台选择信号强度最好的基站驻留，此基站称为服务基站，系统消息和业务数据由服务基站提供；
[0009](3)对于给定的协作小区簇，每一个基站在同一时刻或同一时频资源块上只调度一个用户，并为该用户提供服务；[0010](4)各基站根据其服务用户的信道状态信息和网络的干扰情况，预设其服务用户在迭代过程中需要达到的数据速率或者调制编码方案；各基站和移动台根据网络指定的迭代次数N重复步骤(5)-(9);所述数据速率或调制编码方案以及迭代次数通过下行信令通知移动台；每一次迭代过程称为一个训练时隙，编号为KnSN;
[0011](5)在每一训练时隙的下行方向，各基站广播训练序列符号，利用上一训练时隙的接收滤波矩阵作为波束成形矩阵预处理待发送数据，并根据移动台上一时隙反馈的功率更新信息计算当前时隙的发射功率；
[0012](6)在每一训练时隙的下行方向，各移动台估计下行干扰协方差矩阵，并由所得的协方差矩阵计算下行接收滤波矩阵和上行发射的波束成形矩阵；
[0013](7)在每一训练时隙下行方向，各移动台计算每个数据流的SINR，与给定的门限做比较，由此得到基站在下一训练时隙需要调整功率的指令，并将功率更新信息反馈给基站；
[0014](8)在每一训练时隙的上行方向，各移动台将其下行接收滤波矩阵作为上行波束成形矩阵，并以固定功率发射每个训练序列和数据；
[0015](9)在训练时隙的上行方向，基站估计上行干扰协方差矩阵，并由得到的协方差矩阵求得上行接收滤波矩阵和下一时隙所需的发射波束成形矩阵。
[0016]进一步地，所述步骤(1)中，协作基站集的确定应考虑网络部署，即根据网络前期规划，或者根据网络运营过程中的数据统计，针对用户密度、业务类型、QoS需求、基站能够支持的容量，由网络预 先定义一个可供选择的集合。
[0017]进一步地，所述步骤(2)中，移动台确立其服务小区后，根据服务小区下发的系统消息获得基站协作信息，包括小区编号。
[0018]进一步地，所述步骤(4)中，迭代次数N是系统优化的参数，由网络根据信道状态和干扰情况来确定；如果当前用户的信道状态变化缓慢，那么设置迭代次数为一个较大值；否则，设置迭代次数为一个较小的值；所述基站在N次迭代后重新设置预设的需要满足的数据速率或者调制编码方案；所述的数据速率和调制编码方案一一对应，并且与某一 SINR门限值相对应；所述SINR门限值在移动台已经预存。
[0019]进一步地，所述步骤(5)中，如果该时隙为第一个训练时隙，即训练时隙编号η=1，那么协作基站k(k= 1，K，K)随机选择一个初始酉波束成形矩阵Vf OO = Vi13(O)，以及随机选择其初始功率Ad= Ad(0)，并将该功率均匀分配给每个数据流，即PlM=P0k(^)Idk，其中K为协作簇内的基站数或当前被调度的用户数，I为数据流编号，满足I = 1，K，dk，dk为支持的数据流个数；所述协作基站k(k = 1，K，K)在第一个训练时隙开始前，通过信令告知其服务移动台初始发射功率pf(o)和数据流个数dk;如果不是第一训练时隙，即训练时隙编号满足2 < η < N，那么基站用上一训练时隙计算得到的波束矩阵进行波束成形，并由上一时隙移动台反馈的功率更新信息和上一时隙的发射功率/? (?-O计算其在该时隙的发射功率如果功率更新信息指示增加发射功率，则该时隙所需的发射功率为AMn-1);否则，在该时隙所需的发射功率为=+其中，0〈α〈1，Δ>1, α和Λ是功率调整参数，需要根据系统的信道情况和干扰情况确定和调整，并且在迭代开始前由基站告知其服务的移动台；所述训练时隙是所述系统的控制时间单位，需要根据网络实际的处理能力以及导频或参考信号的编排方式来确定；所述训练时隙长度可以与LTE的子帧或时隙保持一致，例如5ms或1ms，也可根据具体的导频或参考信号的编排方案确定。
[0020]进一步地，所述步骤(6)中，移动台k(k = 1，K，K)根据下行的训练序列估计本地有效信道矩阵
【权利要求】
1.一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: (1)根据网络部署确定用于协作的基站集合； (2)移动台选择信号强度最好的基站驻留，此基站称为服务基站，系统消息和业务数据由服务基站提供； (3)对于给定的协作小区簇，每一个基站在同一时刻或同一时频资源块上只调度一个用户，并为该用户提供服务； (4)各基站根据其服务用户的信道状态信息和网络的干扰情况，预设其服务用户在迭代过程中需要达到的数据速率或者调制编码方案；各基站和移动台根据网络指定的迭代次数N重复步骤(5)-(9);所述数据速率或调制编码方案以及迭代次数通过下行信令通知移动台；每一次迭代过程称为一个训练时隙，编号为KnSN; (5)在每一训练时隙的下行方向，各基站广播训练序列符号，利用上一训练时隙的接收滤波矩阵作为波束成形矩阵预处理待发送数据，并根据移动台上一时隙反馈的功率更新信息计算当前时隙的发射功率； (6)在每一训练时隙的下行方向，各移动台估计下行干扰协方差矩阵，并由所得的协方差矩阵计算下行接收滤波矩阵和上行发射的波束成形矩阵； (7)在每一训练时隙下行方向，各移动台计算每个数据流的SINR，与给定的门限做比较，由此得到基站在下一训练时隙需要调整功率的指令，并将功率更新信息反馈给基站； (8)在每一训练时隙的上行方向，各移动台将其下行接收滤波矩阵作为上行波束成形矩阵，并以固定功率发射每个训练序列和数据； (9)在训练时隙的上行方向，基站估计上行干扰协方差矩阵，并由得到的协方差矩阵求得上行接收滤波矩阵和下一时隙所需的发射波束成形矩阵。
2.如权利要求1所述的一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，其特征在于:所述步骤(1)中，协作基站集的确定应考虑网络部署，即根据网络前期规划，或者根据网络运营过程中的数据统计，针对用户密度、业务类型、QoS需求、基站能够支持的容量，由网络预先定义一个可供选择的集合。
3.如权利要求1所述的一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，其特征在于:所述步骤(2)中，移动台确立其服务小区后，根据服务小区下发的系统消息获得基站协作信息，包括小区编号。
4.如权利要求1所述的一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，其特征在于:所述步骤(4)中，迭代次数N是系统优化的参数，由网络根据信道状态和干扰情况来确定；如果当前用户的信道状态变化缓慢，那么设置迭代次数为一个较大值；否则，设置迭代次数为一个较小的值；所述基站在N次迭代后重新设置预设的需要满足的数据速率或者调制编码方案；所述的数据速率和调制编码方案一一对应，并且与某一 SINR门限值相对应；所述SINR门限值在移动台已经预存。
5.如权利要求1所述的一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，其特征在于:所述步骤(5)中，如果该时隙为第一个训练时隙，即训练时隙编号η = 1，那么协作基站k(k= 1，K，K)随机选择一个初始酉波束成形矩阵= Vf(O)，以及随机选择其初始功率
6.如权利要求1所述的一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，其特征在于:所述步骤(6)中，移动台k(k = 1，K，K)根据下行的训练序列估计本地有效信道矩阵
7.如权利要求1所述的一种多小区TDD系统的联合波束成形和功率控制方法，其特征在于:所述步骤(7)中，所述移动台k(k = I, K, K)计算每一个数据流的接收SINR:
8.如权利要求1所述的一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，其特征在于:所述步骤(8)中，移动台k(k= 1，K，K)将其下行接收滤波矩阵作为上行波束成形矩阵，即(〃) = U? (π)，并以固定功率；^/4发射每个训练序列和数据流。
9.如权利要求1所述的一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，其特征在于:所述步骤(9)中，基站k(k = 1，K，K)根据上行的训练序列估计本地有效信道矩阵 (n)，并估计干扰协方差矩阵为:
【文档编号】H04B7/04GK103944620SQ201410142644
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】黄威, 孙锴, 安凯月, 卜超, 张红霞, 张磊 申请人:内蒙古大学