專利名稱：具有碼字約束的碼字選擇以及相應(yīng)的信道質(zhì)量估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有碼字約束的碼字選擇以及相應(yīng)的信道質(zhì)量估計(jì)方法，屬于頻分雙工無線通信系統(tǒng)中的協(xié)作通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了提高無線通信系統(tǒng)的吞吐量，第3代合作伙伴計(jì)劃(3rd GenerationPartnershipProject, 3GPP)提出了協(xié)作式多點(diǎn)聯(lián)合傳輸(Coordinated Multiple PointTransmissionffith Joint Processing, CoMP-JP)技術(shù)。通過在基站間共享數(shù)據(jù)與信道信 息并進(jìn)行聯(lián)合處理，CoMP-JP技術(shù)可以有效地降低小區(qū)間干擾、提高吞吐量，因此，它是提高小區(qū)吞吐量，尤其是邊緣用戶吞吐量的關(guān)鍵技術(shù)。在頻分雙工系統(tǒng)中，由于上下行信道不互易，只能通過用戶反饋信道的方式使基站端獲得信道信息。所以有限反饋技術(shù)是頻分雙工CoMP-JP系統(tǒng)中的重要技術(shù)。有限反饋技術(shù)主要有兩種。一種是用戶利用碼本量化信道的方向和模值信息，并將量化信息反饋給基站端，基站端利用反饋信息重構(gòu)量化的信道，然后將重構(gòu)的量化信道作為真實(shí)信道進(jìn)行多用戶調(diào)度、預(yù)編碼等基站端的處理，這種有限反饋技術(shù)在3GPP中被稱為顯反饋。由于在顯反饋中基站端獲知信道，所以它能夠支持很多傳統(tǒng)的基站端信號(hào)處理方法，例如貪婪用戶調(diào)度方法和迫零預(yù)編碼算法，所以目前對(duì)顯反饋的研究比較多。另一種有限反饋技術(shù)是用戶根據(jù)下行信道利用碼本計(jì)算并反饋波束成形和信道質(zhì)量信息(Channel Qualitylndicator, CQI),基站端不再重構(gòu)信道,而是直接利用用戶反饋信息做多用戶調(diào)度、波束成形等處理，這種有限反饋技術(shù)在3GPP中被稱為隱反饋。在隱反饋中，通常會(huì)假設(shè)調(diào)度用戶之間的波束成形相互正交，來輔助用戶估計(jì)信道質(zhì)量信息，一個(gè)典型的實(shí)現(xiàn)方案是不協(xié)作通信系統(tǒng)中的每用戶酉速率控制(Per-User Unitary RateControl, PU2RC)方案。較顯反饋，隱反饋不需要在基站端重構(gòu)信道因而不需要很大的反饋開銷用于來反饋高質(zhì)量的信道信息，因而更有利于降低CoMP-JP系統(tǒng)的反饋量；并且，當(dāng)蜂窩小區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)比較多時(shí)，基于正交波束成形的隱反饋性能要比基于迫零預(yù)編碼的顯反饋性能好。所以對(duì)基于正交波束成形的CoMP-JP隱反饋系統(tǒng)的研究是很有意義的。文獻(xiàn)“DiSu, Lei Hou, and Chenyang Yang, “Limited feedbackorthogonalbeamforming in coordinated multi-point systems, ” in Proc.IEEEPersonal, Indoorand Mobile Radio Commun. (PIMRC), 2012. ”提出一種基于正交波束成形的CoMP-JP隱反饋方案，雖然它的性能比常用的有限反饋方案好，但是也存在很多問題，例如信道質(zhì)量信息CQI估計(jì)不準(zhǔn)確，CQI的準(zhǔn)確性既影響多用戶調(diào)度又影響自適應(yīng)調(diào)制編碼，所以該問題會(huì)嚴(yán)重制約隱反饋方案的性能。存在該問題的主要原因有兩個(gè)一是它采用的碼字選擇方法仍是傳統(tǒng)的碼字選擇方法，傳統(tǒng)碼字選擇方法的特點(diǎn)是最小化信道或者波束成形的量化誤差，并沒有考慮對(duì)CQI估計(jì)的影響；二是在CoMP-JP系統(tǒng)中，正交波束成形的假設(shè)不能夠?yàn)樾诺蕾|(zhì)量信息估計(jì)提供足夠的先驗(yàn)信息，因此導(dǎo)致較大的CQI估計(jì)誤差。所以需要提出一種新的碼字選擇方法，其兼顧量化誤差和信道質(zhì)量估計(jì)，同時(shí)可以結(jié)合正交波束成形的假設(shè)為CQI估計(jì)提供足夠的先驗(yàn)信息來降低CQI估計(jì)誤差，進(jìn)而提高隱反饋的系統(tǒng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種具有碼字約束的碼字選擇以及相應(yīng)的信道質(zhì)量估計(jì)方法，本發(fā)明為基于正交波束成形的CoMP-JP系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種新型的碼字選擇方法，通過在碼字選擇過程中引入碼字約束，來為信道質(zhì)量指示(Channel QualityIndicator, CQI)的估計(jì)提供先驗(yàn)信息，達(dá)到了提高CQI估計(jì)準(zhǔn)確性的技術(shù)效果；并且本發(fā)明根據(jù)提出的碼字選擇方法，給出了一種基于該碼字選擇方法的CQI估計(jì)方法。將本發(fā)明提出的碼字選擇方法和CQI估計(jì)方法應(yīng)用于基于正交波束成形的CoMP-JP系統(tǒng)中，可以顯著提高該系統(tǒng)的吞吐量。
—種具有碼字約束的碼字選擇方法，協(xié)作式多點(diǎn)聯(lián)合傳輸系統(tǒng)設(shè)有Nb個(gè)基站,月艮務(wù)范圍內(nèi)共有M個(gè)用戶，第m個(gè)用戶的具有碼字約束的碼字選擇方法為步驟I :調(diào)整碼本結(jié)構(gòu)；步驟2 :獲取每個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)信道的信道模值；步驟3 :按照單小區(qū)信道的信道模值I I a m，khm,k| I降序排列單小區(qū)信道的索引號(hào)；步驟4 :為信道模值最強(qiáng)的單小區(qū)信道Ka1 選擇碼字；步驟5 :為單小區(qū)信道0^11 ^,,選擇碼字，η彡2 ;步驟6 :設(shè)η = η+1,如果n ( Nb,重復(fù)步驟5 ;如果η > Nb,則碼字選擇結(jié)束；基于上述的一種信道質(zhì)量估計(jì)方法，用戶選擇好碼字之后，根據(jù)所選碼字估計(jì)信道質(zhì)量，第m個(gè)選擇的碼字為1|^1，''^,2，···，11^,^，則該用戶信道質(zhì)量估計(jì)方法為步驟I :估計(jì)與用戶m—起調(diào)度的其他調(diào)度用戶所選碼字的i_索引號(hào)；步驟2 :估計(jì)與用戶m —起調(diào)度的其他調(diào)度用戶所選碼字的j_索引號(hào)；步驟3 :根據(jù)i_索引號(hào)和j_索引號(hào)，估計(jì)其他調(diào)度用戶的波束成形矢量；步驟4 :獲取用戶m的信號(hào)下行傳輸時(shí)所受到的多用戶干擾；步驟5 獲取用戶m的信道質(zhì)量；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(I)本發(fā)明為CoMP-JP系統(tǒng)提出一種具有碼字約束的碼字選擇方法，它利用碼字約束關(guān)系為CQI估計(jì)提供先驗(yàn)信息，來提高CQI的量化精度。它降低了可能產(chǎn)生的正交波束成形矢量的個(gè)數(shù)，當(dāng)服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)比較少時(shí)，降低正交波束成形矢量的個(gè)數(shù)有助于提高調(diào)度用戶數(shù)；(2)本發(fā)明結(jié)合正交波束成形的假設(shè)以及本發(fā)明提出的碼字選擇方法，進(jìn)一步提出了基于該波束成形假設(shè)以及碼字選擇方法的CQI計(jì)算方法。該方法計(jì)算得到的CQI比現(xiàn)有方法計(jì)算的CQI準(zhǔn)確的多，并且當(dāng)調(diào)度用戶數(shù)為最大可能值時(shí)，該方法計(jì)算的CQI值與下行信號(hào)所經(jīng)歷的真實(shí)信干噪比相等，即CQI估計(jì)完全準(zhǔn)確；(3) CQI精度和調(diào)度用戶數(shù)對(duì)提高基于正交波束成形的隱反饋方案的性能都非常重要。本發(fā)明提出的碼字選擇方法和CQI估計(jì)方法，當(dāng)用于基于正交波束成形的隱反饋CoMP-JP系統(tǒng)時(shí)，可以明顯地提高該有限反饋系統(tǒng)的吞吐量。


圖I是本發(fā)明具有碼字約束的碼字選擇方法的流程圖；圖2為碼本結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為協(xié)作通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖和用戶m下行信道的示意圖；圖4為碼本子集構(gòu)造示意圖；圖5是本發(fā)明信道質(zhì)量估計(jì)方法的流程圖；圖6為采用不同碼字選擇方法下，基于正交波束成形隱反饋的平均調(diào)度用戶數(shù)；圖7為采用不同碼字選擇方法下，CQI的估計(jì)誤差的均值；
圖8為采用不同碼字選擇方法下，CQI的估計(jì)誤差的均方差；圖9為將本發(fā)明用于正交波束成形隱反饋CoMP-JP時(shí)的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)率。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種具有碼字約束的碼字選擇方法，應(yīng)用于協(xié)作通信有限反饋系統(tǒng)中，對(duì)于一個(gè)Nb個(gè)基站協(xié)作的CoMP-JP系統(tǒng)，服務(wù)范圍內(nèi)共有M個(gè)用戶，則第m(m= 1，…，Μ)個(gè)用戶的具有碼字約束的碼字選擇方法的流程如圖I所示，包括以下幾個(gè)步驟步驟I :調(diào)整碼本結(jié)構(gòu)；在基于正交波束成形的有限反饋系統(tǒng)中，采用的碼本是正交碼本。首先將碼本調(diào)整成如下結(jié)構(gòu)C= {u\ Ucy,i = l,···]￥}其中c表示碼本，如圖2所示，碼本中一共有N個(gè)正交碼字集合，Ui表示碼本c中第i個(gè)正交碼字集合，Ui中有Nt個(gè)相互正交的碼字，Nt表示發(fā)射天線數(shù)，<.GCiv^1表示Ui中的第j個(gè)碼字，i和j聯(lián)合表示了4在碼本中的索引號(hào)，因此被分別稱為i_索引號(hào)和j-索引號(hào)。步驟2 :獲取每個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)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個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)信道，a m，k表示第k個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)信道的大尺度衰落因子，hffl, k表示第k個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)信道的小尺度衰落信道，I IAl I表示A的模值，k= 1，···，Nb，Nb表示協(xié)作基站個(gè)數(shù)。圖3給出的是第I個(gè)協(xié)作基站和第2個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)信道示意圖。步驟3 :按照單小區(qū)信道的信道模值I I a m,khm,k| I降序排列單小區(qū)信道的索引號(hào)；排列后的單小區(qū)信道的索引號(hào)表示為Ω = [Α，·.人]其中kn表示信道模值第η強(qiáng)的單小區(qū)信道的索引號(hào)，即
\(Xm,kl hm.i—丨 I 之…》am.kSb。步驟4 :為信道模值最強(qiáng)的單小區(qū)信道&^^選擇碼字，方法如下
v,化=( = argm^|hf.tc；.|2其中v A表示用戶m為單小區(qū)信道選擇的碼字，Smji=IWi/IjhnaiI表示該單小區(qū)信道的信道方向，IhnaiI表示h, &的模值，<表示碼本c中的任意一個(gè)碼字，表示通過運(yùn)算從碼本中選擇出來的碼字，其在碼本c中的i_索引號(hào)和j_索引號(hào)分別為4a,和■/_,，Ah表示A的共軛轉(zhuǎn)置。從該公式中可以看出，為單小區(qū)信道Ka1Ivtj選擇的碼字是從碼本c中挑選出來的。步驟5 :為單小區(qū)信道2 2)選擇碼字，該步驟具體分為兩步(I)首先計(jì)算為選擇碼字時(shí)所采用的碼本。本發(fā)明約束該碼本是碼本c的一個(gè)子集，其構(gòu)造方法如下 V ,,.n={cH,…其中L示用于的碼本，cl#G = Ir，#)表示碼本c中第i個(gè)正交碼字
集屮的第Jwa,,個(gè)碼字，厶,&的計(jì)算公式如下
.\jmA,fc—Al 為偶數(shù)
人為―厶A，糾為奇數(shù)其中JmA表示用戶m為單小區(qū)信道選擇的碼字'_的j-索引號(hào)，Nt表示單基站發(fā)射天線數(shù)。圖4給出該碼本的一個(gè)例子。(2)碼本構(gòu)造完成之后，選擇碼字，方法如下'K = cS,=啤心ma^ I 尸其中VwA表示用戶m為單小區(qū)信道amAihmA選擇的碼字，Inhkn= gmA /||g h I表示信道方向，g A =Kh^i,--,Jff表示基站k廣基站kn到用戶m的信道，w,Hi, = , ,V^i,&表示中的任意一個(gè)碼字，V#通過上一步驟得到，
表示通過運(yùn)算選擇出來的碼字，其在碼本c中的i_索引號(hào)和j_索引號(hào)分別為Ia和im,tn ,Ah表不A的共軛轉(zhuǎn)置。步驟6 :設(shè)n = n+1,如果n ( Nb,重復(fù)步驟5 ;如果n > Nb,則碼字選擇結(jié)束。用戶選擇好碼字之后，其波束成形矢量的計(jì)算方法如下Wm = [vf,V^v4 J""其中wm表示用戶m的波束成形矢量、i vm,2/ ^ I表示用戶m通過步驟廣步驟6選擇出來的碼字，Ah表示A的共軛轉(zhuǎn)置。本發(fā)明是一種信道質(zhì)量估計(jì)方法，基于上述的具有碼字約束的碼字選擇方法，用戶選擇好碼字之后，需要根據(jù)所選碼字估計(jì)信道質(zhì)量指示CQI。仍以服務(wù)的第m(m =I, 個(gè)用戶為例,通過上面的碼字選擇步驟,用戶m選擇的碼字為vw.i，v u，…，vm.As，則該用戶的CQI估計(jì)方法，流程如圖5如下步驟I :估計(jì)與用戶m—起調(diào)度的其他調(diào)度用戶所選碼字的i_索引號(hào)，計(jì)算方法如下in’k = iu，k = 1，2，...，Nb其中in，k表示其他調(diào)度用戶為第k個(gè)協(xié)作基站所選碼字的i_索引號(hào)，im，k表示用戶m為第k個(gè)協(xié)作基站所選碼字的i_索引號(hào)，Nb表示協(xié)作基站數(shù)。步驟2 :估計(jì)與用戶m—起調(diào)度的其他調(diào)度用戶所選碼字的j-索引號(hào)，計(jì)算方法如下
權(quán)利要求
1.一種具有碼字約束的碼字選擇方法，協(xié)作式多點(diǎn)聯(lián)合傳輸系統(tǒng)設(shè)有Nb個(gè)基站,服務(wù)范圍內(nèi)共有M個(gè)用戶，第m個(gè)用戶的具有碼字約束的碼字選擇方法為，m = I,…，M: 步驟I :調(diào)整碼本結(jié)構(gòu)； 首先將碼本的結(jié)構(gòu)調(diào)整為 C= {m W=ICil-= 其中C表示碼本，碼本中一共有N個(gè)正交碼字集合，Ui表示碼本C中第i個(gè)正交碼字 集合，Ui中有Nt個(gè)相互正交的碼字，Nt表示發(fā)射天線數(shù)，< 表示Ui中的第j個(gè)碼字，i和j聯(lián)合表示了c)在碼本中的索引號(hào)，分別為i-索引號(hào)和j-索引號(hào)； 步驟2 :獲取每個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)信道的信道模值； 具體為I am,khm,k I = am,k IhJ 其中a ffl,khffl,k表示第k個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)信道，a 表示第k個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)信道的大尺度衰落因子，hffl, k表示第k個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)信道的小尺度衰落信道，I |A| I表示A的模值，k= 1，…，Nb，Nb表示協(xié)作基站個(gè)數(shù)； 步驟3 :按照單小區(qū)信道的信道模值I I am，khm,k| I降序排列單小區(qū)信道的索引號(hào)； 排列后的單小區(qū)信道的索引號(hào)表示為 q=[Av"aJ 其中先表示信道模值第n強(qiáng)的單小區(qū)信道的索引號(hào)，即|a,…之a(chǎn)mkNihml、; 步驟4 :為信道模值最強(qiáng)的單小區(qū)信選擇碼字； 方法如下 =HTgm^Ihfi, c；.|2 其中表示用戶m為單小區(qū)信道選擇的碼字，=h_/||h4||表示該單小區(qū)信道的信道方向，||hmAi||表示hmA的模值，<表示碼本c中的任意一個(gè)碼字表示通過運(yùn)算從碼本中選擇出來的碼字，其在碼本c中的i_索引號(hào)和j_索引號(hào)分別為，AH表示A的共軛轉(zhuǎn)置； 步驟5 :為單小區(qū)信道Aau1W,,選擇碼字，n彡2 ; 該步驟具體分為兩步 (I)首先計(jì)算為選擇碼字時(shí)所采用的碼本，約束該碼本是碼本c的一個(gè)子集，其構(gòu)造方法如下 兄A =，■ ■，CM, I 其中表示用于的碼本，c表示碼本c中第i個(gè)正交碼字集Ui的第入&個(gè)碼字，i = 1，…，N，J；a 的獲取方法為.—Jmjh,-A j 為偶數(shù)Jm'k"=\(N,+l)-jmA, I&-叫為奇數(shù)其中/ ,表示用戶m為單小區(qū)信道選擇的碼字Vwiii的j-索引號(hào)，Nt表示單基站發(fā)射天線數(shù)； (2)碼本構(gòu)造完成之后，為amknhnkn選擇碼字，方法如下
2.基于權(quán)利要求I所述碼字選擇方法的一種信道質(zhì)量估計(jì)方法，用戶選擇好碼字之后，根據(jù)所選碼字估計(jì)信道質(zhì)量，第m個(gè)選擇的碼字為^^，vM,2，…，^，則該用戶信道質(zhì)量估計(jì)方法為 步驟I :估計(jì)與用戶m—起調(diào)度的其他調(diào)度用戶所選碼字的i-索引號(hào)； 方法為
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)下行協(xié)作多點(diǎn)傳輸?shù)碾[反饋方案，公開了一種具有碼字約束的碼字選擇以及相應(yīng)的信道質(zhì)量估計(jì)方法，碼字選擇方法為步驟1調(diào)整碼本結(jié)構(gòu)；步驟2獲取每個(gè)協(xié)作基站到用戶m的單小區(qū)信道的信道模值；步驟3按照單小區(qū)信道的信道模值降序排列單小區(qū)信道的索引號(hào)；步驟4為信道模值最強(qiáng)的單小區(qū)信道選擇碼字；步驟5為其他單小區(qū)信道選擇碼字；步驟6判斷單小區(qū)信道是否都選擇碼字完畢。信道質(zhì)量估計(jì)方法包括步驟1估計(jì)其他調(diào)度用戶所選碼字的i-索引號(hào)；步驟2估計(jì)其他調(diào)度用戶所選碼字的j-索引號(hào)；步驟3根據(jù)i-索引號(hào)和j-索引號(hào)，估計(jì)其他調(diào)度用戶的波束成形矢量；步驟4獲取用戶m的信號(hào)下行傳輸時(shí)所受到的多用戶干擾；步驟5獲取用戶m的信道質(zhì)量。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102970106SQ20121045219
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者侯磊, 楊晨陽(yáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)