大规模MIMO系统小区选择方法及基站与流程

本发明涉及一种大规模mimo(multiple-inputmultiple-output，多输入多输出)系统小区选择方法，同时也涉及相应的基站，属于无线通信技术领域。

背景技术：

在传统的无线通信系统中，用户根据参考信号强度(rssi)的大小来选择初始接入基站，或切换到相邻的基站。例如传统hetnet中的小区选择与负载均衡的方法中，依据参考信号强度和各小区的负载情况来选择用户的关联小区。

在采用tdd制式的大规模mimo系统中，通常依据参考信号强度和各小区的负载情况来选择用户的关联小区。在采用tdd制式的大规模mimo系统中，进行预编码时采用一级预编码(如zf、mmse)方案，使用了基站的全部天线，而且上下行信道具有互易性。针对采用fdd制式的大规模mimo系统，现有技术提出了用户的分组和调度策略。但是，这些方案没有考虑高楼阻挡情况时的小区选择问题。

在由采用fdd制式的大规模mimo系统和传统mimo系统构成的混合系统中，联合空分与复用(jsdm)方案需要满足的信道模型如图1所示。但是，如果大规模mimo系统中存在一些图中的高层建筑，此时用户组3中用户周围的散射体并不符合图1的要求，而主要由墙面的反射构成，而且可能存在多个反射路径，使得基站与用户间的角度扩散很大。此时，其信道模型不能由ue周围的一圈(one-ring)局部散射模型来表征。

在采用fdd制式的大规模mimo系统中，为了减少导频开销，目前较为常用的反馈方案是基于波束扫描的信道状态信息csi估计与反馈方案。在该方案中，基站依次发送一组子波束u1,u2,…,un。然后，用户估计各波束上的参考信号强度，并将信号最强子波束(1个或多个)的序号反馈给基站。但是，当用户反馈回几个子波束的序号后，基站无法判断其中哪个下行子波束(称为下行特征空间)为该用户的最优波束形成矩 阵。

另一方面，基站利用用户发送的上行导频信号，能估计用户的上行空间矩阵，并由此获得用户的上行特征空间。而且，上行特征空间包含了基站与用户间的主要方位信息。

技术实现要素：

本发明所解决的首要技术问题在于提供一种大规模mimo系统小区选择方法。

本发明所解决的另一技术问题在于提供一种使用上述mimo系统小区选择方法的基站。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种大规模mimo系统小区选择方法，包括如下步骤：选择参考信号强并且与用户间上下行特征空间相似度高的基站，作为接入基站。

其中较优地，所述基站判断所述用户与所述基站间的参考信号强度以及所述用户与所述基站间的上下行特征空间相似度，

如果所述参考信号强度大且所述上下行特征空间相似度高，则所述基站作为所述用户的接入基站；

否则，所述基站选择邻基站作为接入基站，所述邻基站与所述用户间的参考信号强度大并且所述邻基站与所述用户间的上下行特征空间相似度高。

其中较优地，所述上下行特征空间是指所述基站与所述用户间的上行特征空间与所述基站与所述用户间的下行特征空间之间的相似度。

其中较优地，所述基站选择邻基站作为接入基站时，

所述基站向所述邻基站通知所述基站为所述用户配置的上行导频信号，以及所述用户与所述邻基站间的下行特征空间；

所述基站接收到来自所述邻基站的，所述用户与所述邻基站间的所述上下行特征空间相似度；

所述基站根据所述用户与所述邻基站间的所述上下行特征空间相似度，以及所述用户与所述邻基站间的参考信号强度，选择所述邻基站作为所述接入基站。

其中较优地，所述基站根据所述参考信号强度及所述用户与所述邻基站间的所述上下行特征空间相似度，依次逐一判断各个所述邻基站是 否可以作为所述接入基站。

其中较优地，进一步包括：

判断所述邻基站是否是传统基站，

针对是所述传统基站的所述邻基站，所述基站选择所述参考信号强度大的所述邻基站作为所述接入基站。

其中较优地，所述基站根据所述参考信号强度，按照从大到小的次序，对所有邻基站进行排序，然后按照从大到小的次序逐一判断。

其中较优地，所述参考信号达到预设的参考信号门限值；并且，

所述上下行特征空间相似度达到预设的相似度门限值。

其中较优地，所述上下行特征空间中的下行特征空间，是从所述用户反馈回的最强子波束中确定的，与所述上下行特征空间中的上行特征空间最匹配的子波束。

一种使用上述mimo系统小区选择方法的基站，其中选择参考信号强并且与用户间上下行特征空间相似度高的基站，作为接入基站。

其中较优地，所述基站判断所述用户与所述基站间的参考信号强度以及所述用户与所述基站间的上下行特征空间相似度，

如果所述参考信号强度大且所述上下行特征空间相似度高，则所述基站作为所述用户的接入基站；

否则，所述基站选择邻基站作为接入基站，所述邻基站与所述用户间的参考信号强度大并且所述邻基站与所述用户间的上下行特征空间相似度高。

本发明通过在接入前小区选择时，不仅根据参考信号强度还根据上下行特征空间相似度，来选择参考信号强且上下行特征空间相似度大的大规模mimo系统基站，实现即使有高层建筑阻挡也能保证用户通信质量。

附图说明

图1为采用fdd制式的大规模mimo系统和传统mimo系统混合的示意图；

图2为采用fdd制式的大规模mimo系统中，基于上下行特征空间匹配的小区选择方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的 说明。

本发明的技术思想是比较用户端估计的下行链路特征空间信息与基站端估计的上行链路特征空间信息，来确定用户是否能收到大规模mimo系统基站在下行链路特征空间中所发送的信息。如果上下行链路特征空间信息相匹配，则表明用户可接入该基站。否则，用户不能接入该基站，因为用户将无法接收到大规模mimo系统基站在该下行特征空间内为其发送的信息。

在采用fdd制式的大规模mimo系统中，为了减少导频开销，目前较为常用的反馈方案是基于波束扫描的信道状态信息csi估计与反馈方案。在该方案中，基站依次发送一组子波束u1,u2,…,un。然后，用户估计各波束上的参考信号强度，并将信号最强子波束的序号反馈给基站。然后，基站将该子波束空间作为用户的第1级预编码矩阵(pre-codingmatrix)。

但是，如果大规模mimo系统中存在一些高层建筑，如图1所示，基站与用户之间主要由墙面的反射构成，而且可能存在多个反射路径，使得基站与用户间的角度扩散很大。此时，其信道模型不能由ue周围的一圈(one-ring)局部散射模型来表征。于是，ue有可能在多个子波束上测得的信号强度都比较大。

因此，当用户反馈回几个子波束的序号后，基站无法判断下行特征空间(包括1个或多个下行子波束)中哪个下行子波束为该用户的最优波束形成矩阵。另一方面，基站利用用户发送的上行导频信号，能估计用户的上行空间矩阵，并由此获得用户的上行特征空间。而且，上行特征空间包含了基站与用户间的主要方位信息。

因此，基站为了判断用户反馈的波束中哪个子波束为该用户的最优波束形成矩阵，可将用户反馈给基站的各子波束与用户的上行特征空间相比较，以确定哪个下行子波束与用户的上行特征空间相匹配且相似度达到门限值。如果某个下行子波束与用户的上行特征空间相匹配且相似度达到门限值，那么该用户可接入该基站，且基站使用与上行特征空间相匹配的那个下行子波束作为用户的第1级预编码矩阵。否则，该用户不能接入该基站，因为基站找不到为该用户发送下行数据的合适下行子波束，故此时需要选择其他基站进行接入。

结合图1而言，用户组3中的用户与基站1需要采用本发明的方法来实现交互。假设基站1是大规模mimo系统基站，则由于处于反射区域内用户估计的空间主特征信息不能反映其与基站天线阵间的方向信息，故需要通过下述步骤进一步确定该基站是否能作为用户k的最终接入基站。此时，用户所接入的大规模mimo系统基站称之为初始接入基站。

<第一实施例>

需要说明的是，由于当前是混合系统，因此用户需要根据系统消息,测量其与各小区(例如图1中的3个基站)间的参考信号强度rl,k,选取参考信号强度最大的小区，并将该小区的基站作为其初始接入基站(比如基站1)。然后，通过小区接入过程接入该基站。用户根据系统消息即可判断该基站是否为传统基站或大规模mimo系统基站。如果所接入的基站为传统基站(天线数少)，则可确定参考信号强度大的传统基站可作为用户k的最终接入基站。如果初始接入基站(参考信号强度大的基站)是大规模mimo系统基站，则需要按以下步骤进行接入(参考图2)：

步骤1：基站配置用户测量特征子波束

初始接入基站(比如基站1)配置用户k测量其与初始接入基站(基站1)之间的特征子波束。而且，为用户k配置上行导频信号su。

步骤2：用户测量并反馈下行特征空间

用户估计下行特征空间中各子波束u1,u2,…,un上的参考信号强度，并将参考信号最强的子波束(1个或多个子波束)的序号反馈给基站。在此，参考信号最强的子波束，可以是用户将各子波束的参考信号强度与预定的门限值进行比较，从而选择出参考信号强度最大且达到门限值的最强子波束。可以理解，如果不设定门限值，只是选择参考信号最强的子波束，也是可以的。

步骤3：基站根据用户的上行导频信号提取上行特征空间，从用户反馈回的最强子波束(1个或多个子波束)中确定与该上行特征空间最相匹配的子波束，然后比较该子波束与上行特征空间的相似度，如果相似度低于门限值则进入步骤4；如果相似度达到预定的门限值则接入

初始接入基站利用用户k发送的上行导频信号，估计其与用户k的上 行相关矩阵并由此提取其上行链路的上行特征空间然后，从用户反馈回的最强子波束(1个或多个子波束)中确定与该上行特征空间最相匹配的那个子波束，并将该子波束作为用户与基站间的下行特征空间

通过比较用户k的上行特征空间与下行特征空间(即，与上行特征空间最匹配的子波束)相似度，以确定初始接入基站是否可作为最终接入基站。

根据上下行特征空间相似度(d1,k越小，则相似度越高)，如果初始接入基站与用户k间的上下行特征空间相似高，达到预设的相似度门限值，则选取基站作为用户k的最终接入基站。相似度门限值可根据分配给用户的功率，用户的信干噪比要求等因素来确定。

如果初始接入基站与用户k间的上下行特征空间相似度低，则初始接入基站不能作为用户k的最终接入基站。此时，需要执行如下的步骤4至步骤9。

步骤4：基站配置用户测量其与相邻小区的参考信号强度和下行特征空间

初始接入基站(比如基站1)配置用户k测量其与各邻近小区l(l＝2,…,l)的基站之间的参考信号强度和下行特征空间，具体如下：

初始基站配置用户，对相邻小区中的传统基站，测量其与传统的邻基站间的参考信号强度并反馈；对相邻小区中的大规模mimo系统基站，测量其与大规模mimo系统邻基站间的参考信号强度以及下行特征空间，并反馈。

针对相邻小区的基站为传统基站(天线数较少)的情况，初始接入基站配置该用户测量其与该基站间的参考信号强度并反馈。

针对相邻小区的基站为大规模mimo的基站的情况，初始接入基站配置该用户测量其与该基站间的参考信号强度和下行特征空间，而且反馈测量结果。

步骤5：用户测量其与邻基站间的参考信号强度和下行特征空间

根据初始接入基站配置的测量信息，用户进行相应的测量和反馈。

针对传统的邻基站(天线数少)(用集合a表示相邻小区中的传统基站的集合)，则该用户k测量其与该邻基站l间的参考信号强度rl,k，并反馈回初始接入基站。

针对邻基站为大规模mimo的基站(用集合b表示相邻小区中的大规模mimo系统基站)的情况，则该用户k测量其与该邻基站间的参考信号强度rl,k和下行特征空间，并反馈给初始接入基站。

步骤6：基站向大规模mimo系统邻基站通知基站为用户配置的上行导频信号，以及用户反馈的用户与邻基站间的下行特征空间(1个或多个子波束)

初始接入基站为了确定用户k反馈的其与大规模mimo系统邻基站的下行特征空间是否偏离了真实的下行链路发射方向，需要为用户k配置上行导频信号su，并将该上行导频信息通知邻近小区l(l＝2,…,l)中各大规模mimo系统邻基站(集合b中基站)。而且，初始接入基站将用户与邻近小区l(l＝2,…,l)中各大规模mimo系统邻基站(集合b中基站)间的下行特征空间(1个或多个子波束)通知集合b中基站。

然后，初始接入基站要求集合b中各大规模mimo系统邻基站确定其与用户k之间的下行特征空间与上行特征空间是否匹配。

步骤7：大规模mimo系统邻基站比较用户与邻基站间的上行特征空间与下行特征空间的相似度，并反馈给初始接入基站

集合b中各大规模mimo系统邻基站利用用户k发送的上行导频信号，估计大规模mimo系统邻基站与用户k的上行相关矩阵并由此提取用户与邻基站间的上行特征空间

然后，从用户反馈回的最强子波束(1个或多个子波束)中确定与该上行特征空间最匹配的那个子波束，并将该子波束作为用户与基站间的下行特征空间

接着，通过比较下行特征空间和上行特征空间确定两个空间的相似度如果这两个空间的相似度很高(用表示)，则表明基站l在空间给用户发送数据，用户k能正常接收。如果，这两个空间的相似度较小(用表示)，则表明基站l在空间给用户发送数据，用户k将无法正常接收到。

最后，集合b中各大规模mimo系统基站l将相似度结果通知给用户k的初始接入基站(比如基站1)。

步骤8：基站根据参考信号强度，依次逐一判断邻基站是否可以接入

基站根据参考信号强度从大到小的次序，对所有邻基站进行排序，并依次逐一判断，对于传统基站，则直接作为接入基站；而对于大规模mimo系统邻基站，需要进一步判断上下行特征空间的相似度，相似度高时作为接入基站。

具体而言，初始接入基站根据步骤5中获得的基站集合a(传统邻基站)中各个邻基站j与用户k间的参考信号强度(j∈集合a)，以及步骤7中获得的基站集合b(大规模mimo系统邻基站)中各个邻基站i与用户k间的参考信号强度(i∈集合b)及上下行特征空间相似度，确定用户k的最终接入基站。

初始接入基站(基站1)根据参考信号强度和按从大到小排序(即，将所有邻基站按照参考信号强度从大到小排序)；由参考信号强度最大的邻基站f＝1开始，按照参考信号强度的大小依次逐一判断。如果邻基站f为传统基站，则直接选取邻基站f作为用户k的最终接入基站；如果邻基站f为大规模mimo系统基站，且邻基站f与用户k间的上下行特征空间相似度高(即相似度为)，则选取邻基站f作为用户k的最终接入基站。否则，如果邻基站f与用户k间的上下行特征空间相似度为(即相似度低)，则邻基站f不能作为用户k的最终接入基站。此时，以同样的方法判断下一个邻基站f←f+1能否作为用户k的最终接入基站。

然后，基站将判断的接入基站id通知用户，用户接入该接入基站。

<第二实施例>

不同于第一实施例所提供的传统基站与大规模mimo系统基站的混合系统，本实施例介绍仅由大规模mimo系统基站组成的系统，这样就不需要考虑传统基站的处理。本实施例只介绍与第一实施例的不同之处，相同部分不再赘述。

步骤1：基站(即，初始接入基站)配置用户测量空间主特征模式；

步骤2：用户测量下行特征空间；

步骤3：基站提取上行特征空间，比较上行特征空间和下行特征空间相似度，如果相似度低则进入步骤4；如果相似度高则接入并结束；

步骤4：基站配置用户测量其与邻基站间的参考信号强度和下行特征空间

因为本实施例只考虑大规模mimo系统基站的情况，所以基站直接配置用户测量其与所有邻基站间的参考信号强度和下行特征空间。

步骤5：用户测量其与大规模mimo系统邻基站间的参考信号强度和下行特征空间

与步骤4类似，因为本实施例只考虑大规模mimo系统基站的情况，所以用户测量其与所有邻基站间的参考信号强度和下行特征空间，并反馈给基站。

步骤6：基站向大规模mimo系统邻基站通知基站为用户配置的上行导频信号，以及用户反馈的用户与邻基站间的下行主特征空间(1个或多个子波束)

步骤7：大规模mimo系统邻基站比较用户与该邻基站间的上行特征空间与下行特征空间的相似度，并反馈给初始接入基站，具体如下：

首先，大规模mimo系统邻基站利用用户k发送的上行导频信号，估计大规模mimo系统邻基站与用户k的上行相关矩阵并由此提取用户与邻基站间的上行特征空间

然后，从用户反馈回的最强子波束(1个或多个子波束)中确定与该上行特征空间最相匹配的那个子波束，并将该子波束作为用户与基站间的下行特征空间

最后，大规模mimo系统邻基站比较用户与邻基站间的上行特征空间与下行特征空间的相似度，并反馈给初始接入基站。

步骤8：基站根据参考信号强度以及大规模mimo系统邻基站与用户间的上下行特征空间相似度，依次逐一判断,选择参考信号强度大且上下行特征空间相似度高的大规模mimo系统邻基站接入。

然后，基站将判定的可接入的邻基站id通知用户，用户接入该邻基站。

本发明通过在接入前小区选择时，不仅根据参考信号强度还根据上下行特征空间相似度，来选择参考信号强且上下行特征空间相似度大的大规模mimo系统基站，实现即使有高层建筑阻挡也能保证用户通信质量。

另外，本发明还提供使用前述基于上下行特征空间匹配的小区选择方法的基站。

在基站端执行以下步骤：

步骤1：基站(即，初始接入基站)配置用户测量空间主特征模式；

步骤2：基站接收到用户测量并反馈的下行特征空间；

步骤3：基站提取上行特征空间，比较上行特征空间和下行特征空间相似度，如果相似度低则进入步骤4；如果相似度高则接入并结束；

步骤4：基站配置用户测量其与邻基站间的参考信号强度和下行特征空间；

步骤5：基站接收到用户测量并反馈的，用户与邻基站间的参考信号强度和下行特征空间；

步骤6：基站向邻基站通知基站为用户配置的上行导频信号，以及用户反馈的用户与邻基站间的下行主特征空间；

步骤7：基站接收到，邻基站反馈的用户与邻基站间的上行特征空间与下行特征空间的相似度；

步骤8：基站根据参考信号强度及用户与邻基站间的上下行特征空间相似度，依次逐一判断邻基站是否可以接入。

基站选择参考信号最强，并且上下行特征空间相似度最高的邻基站，作为接入基站。最佳方式是，参考信号强度达到预设的参考信号强度门限值，上下行特征空间相似度达到预设的相似度门限值。

基站按照参考信号强度的大小，从大到小，依次逐一选择出上下行特征空间相似度最高的邻基站。

然后，基站将判断的可接入的邻基站id通知用户，用户接入该邻基站。

在本发明中，基站为了判断用户反馈的波束中哪个子波束(下行特征空间)为该用户的最优波束形成矩阵，将用户反馈给基站的各子波束与用户的上行特征空间相比较，以确定哪个下行子波束与用户的上行特征空间相匹配。如果某个下行子波束与用户的上行特征空间相匹配(则称该用户与基站间的上下行征空间相匹配)，那么该用户可接入该基站。否则，该用户不能接入该基站，因为基站找不到为该用户发送下行数据的合适下行子波束，故此时需要选择其他基站进行接入。

上面对本发明所提供的大规模mimo系统小区选择方法及基站进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。