专利名称：一种基于延时反馈的多小区自适应协作传输方法
技术领域：
本发明涉及一种多小区环境中自适应协作传输方法，属于多小区环境下多输入多输出(MIMO)系统中的协作传输领域。
背景技术：
目前，在无线资源日趋紧张的情况下，在多小区环境中，采用多天线和全局频率复用技术能够充分挖掘利用空间资源，最大限度的提高频谱利用率和功率效率。但是同频覆盖不可避免的会带来显著的小区间干扰(ICI)，由此导致的小区边缘用户性能的下降日益成为一个突出的问题，严重制约了系可达传输速率的进一步提升。为应对这一挑战，近年来不断有学者提出可以通过相邻小区中多基站的协作来抑制小区间干扰，提升系统的可达速率。现有技术中，存在两种有效的协作模式受到人们的关注，分别是联合处理模式 (JP)和协作波束成形模式(CBF)。JP协作模式下，在一个传输时隙内，多个参与协作的基站同时对已调度好的一个用户进行联合数据传输，不同时隙，选择不同的用户进行传输。CBF 协作模式下，所有传输时隙内，每个基站只负责对本小区内已调度好的用户进行数据传输， 同时利用共享的信道信息对相邻小区的用户做干扰抑制。两种协作模式的不同在于JP协作模式下，参与协作的基站不仅需要共享用户反馈给其主基站的信道信息，同时需要共享基站发送给用户的数据信息；而在CBF协作模式下，参与协作的基站只需要共享用户反馈给其主基站的信道信息，因而数据共享负荷明显减小，系统延时也会随之降低。两种协作模式在不同应用场景中能够获得不同的系统可达速率，因而一个实际系统可以在两种模式中进行切换，以实现最大速率传输。现有的CBF和JP模式评估方案都是建立在假设基站能够获知理想信道信息的基础上，但是在实际应用场景中，无论是时分双工(TDD)还是频分双工(FDD)系统，这一假设都很难得到满足。若系统采用时分双工(TDD)，发送端可以通过互异性原理，在基站估计上行链路信道信息并将其作为下行链路的信道信息，但是上行链路和下行链路并不是完全对称的，因而基站通过互易性获得的信道信息中就不可避免就存在估计误差。若系统采用频分双工(FDD)，通常由用户终端来估计下行链路信道信息，然后用户通过反馈链路将下行链路的信道信息反馈给基站，但是实际系统中用户可以反馈的信息量是有限的。用户为了满足反馈链路的容量要求，往往是先将信道信息进行量化，然后将量化后的信息通过有限的比特反馈给基站，最后基站根据此反馈信息尽可能地恢复出信道信息。这种方案就会导致基站获得的系统信道信息与真实的信道信息之间存在一定的量化误差，此量化误差的大小由反馈链路的容量决定。此外采用反馈机制时还有反馈链路带来的信息延时问题，即基站获得的反馈信息并不是当前时刻的信道信息，而是在一段延时之前的信道信息。在上述诸多因素的影响下，基站获得的下行链路信息与真实的信道信息并不完全匹配，导致基于理想信道信息的自适应传输方案性能显著下降，因此我们需要研究在基站只能获知非理想信道信息的条件下，JP和CBF协作模式的自适应切换问题。
发明内容
发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本发明在基站端只能获得延时有限反馈信道信息的情况下，提供一种基于延时反馈的多小区自适应协作传输方法。技术方案为实现上述目的，本发明提出一种基于延时反馈的多小区自适应协作传输方法，该协作传输方法按如下步骤进行首先调研参与协作的多小区内用户的平均移动速率，计算出相应的多普勒频偏，获得信道延时相关系数，然后通过轮询调度在每个小区内选择一个用户等待数据传输，并为该用户生成一个基站端已知的码本，接着用户通过接收基站发送的导频信号，估计信道信息和路径功率衰减因子，并将这些信息反馈给基站，最后基站根据用户反馈的信息和计算出的信道延时相关系数等信息确定所采用的协作传输模式，完成相应模式下的预编码，并进行数据的传输。本发明提供了一种在基站获得的信道信息存在量化误差、反馈延时和路径功率损耗等非理想因素的情况下，多小区系统实现自适应协作传输的方法，该方法能够有效的应用于实际场景中，能够有效提高系统的可达传输速率和频谱利用率。具体来说，本发明的协作传输方法按以下步骤进行(1)系统调研参与协作的M个相邻小区内多个用户终端的平均移动速率V， 7，计算用户的多普勒频偏fd = f。v/c，根据克拉克(Clarke)散射模型计算出信道
延时相关系数P =Jtl O nfdTs)，其中，c表示光速，f。表示载波频率，Ts表示每个符号周期的长度，Jo(0表示第一类零阶贝塞尔(Bessel)函数；(2)每个小区通过轮询调度选取一个用户等待数据传输，每次传输开始时，该用户首先进行信道估计以获得信道信息以及路径功率衰减因子，再根据已有码本，量化信道信息，并将量化信道信息和路径功率衰减因子反馈给基站；(3)基站根据反馈信道信息，路径功率衰减因子和多普勒频偏等信息对两种备选模式，即协作波束成形模式(CBF)和联合处理模式(JP)，进行比较，确定系统采用的协作传输模式； (4)基站根据所选传输模式，利用延时反馈信道信息计算预编码矩阵W，然后将待发送数据乘以预编码矩阵W，进行数据传输。在分析实际系统中存在的量化误差、反馈延时和路径功率损耗等多种非理想因素的基础上，分别给出了协作波束成形模式和联合处理模式两种协作模式下系统可达传输速率的闭式解Rctf和R『并基于该闭式解，自适应选择协作模式，进行数据传输(1)分别计算协作波束成形模式和联合处理模式下系统的可达传输速率Rcbf和 R
JP'
1)协作波束成形模式下，系统可达传输速率Rctf的闭式解为
权利要求
1.一种基于延时反馈的多小区自适应协作传输方法，其特征在于该传输方法按以下步骤进行(1)调研参与协作的M个相邻小区内多个用户终端的平均移动速率v，2<M<7， 计算用户的多普勒频偏fd = f>/c，根据克拉克散射模型计算出信道延时相关系数，其中，c表示光速，fc表示载波频率，Ts表示每个符号周期的长度，Jd ·)表示第一类零阶贝塞尔函数；(2)每个小区通过轮询调度选取一个用户等待数据传输，每次传输开始时，该用户首先进行信道估计以获得信道信息以及路径功率衰减因子，再根据已有码本，量化信道信息，并将量化信道信息和路径功率衰减因子反馈给基站；(3)基站根据反馈信道信息、路径功率衰减因子和多普勒频偏这些信息对协作波束成形模式和联合处理模式这两种备选模式进行比较，确定系统采用的协作传输模式；(4)基站根据所选传输模式，利用延时反馈信道信息计算预编码矩阵W，然后将待发送数据乘以预编码矩阵W，进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的基于延时反馈的多小区自适应协作传输方法，其特征在于 在分析实际系统中存在的量化误差、反馈延时和路径功率损耗这些非理想因素的基础上， 分别给出协作波束成形模式和联合处理模式两种协作模式下系统可达传输速率的闭式解 R-和，并基于该闭式解，自适应选择协作模式，进行数据传输(1)分别计算协作波束成形模式和联合处理模式下系统的可达传输速率Rcbf和Rp1)协作波束成形模式下，系统可达传输速率Rctf的闭式解为
全文摘要
本发明公开了一种基于延时反馈的多小区自适应协作传输方法，该协作传输方法按如下步骤进行首先调研参与协作的多小区内用户的平均移动速率，计算出相应的多普勒频偏，获得信道延时相关系数，然后通过轮询调度在每个小区内选择一个用户等待数据传输，并为该用户生成一个基站端已知的码本；接着用户通过接收基站发送的导频信号，估计信道信息和路径功率衰减因子，并将这些信息反馈给基站；最后基站根据用户反馈的信息和计算出的信道延时相关系数等信息确定所采用的协作传输模式，完成相应模式下的预编码，并进行数据的传输。本发明能够有效的应用于实际场景中，可以提高系统的可达传输速率和频谱利用率。
文档编号H04B7/06GK102545987SQ201210013070
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者梁乐, 许威, 赵春明 申请人:东南大学