一种基于加权和速率最大化的多用户mimo协作传输方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于加权和速率最大化的多用户MIMO协作传输方法，属于移动通信【技术领域】。该方法包括以下步骤：协作节点通过X2接口交换所有调度用户的信道状态信息、数据信息和速率权重因子；协作节点根据这些信息，基于加权和速率最大化准则进行BD-GMD-THP预编码；用户终端接收到信号后，根据协作传输方案，进行相应译码，从而检测出发射信号。本方法在MU-MIMO协作多点传输系统中，利用非线性预编码方法有效消除了多用户干扰和用户内数据流间干扰，在一定程度上保证了系统的误码性能，同时，基于加权和速率最大化准则的BD-GMD-THP协作传输方案，在保证用户每个数据流具有相同接收信噪比的同时，能够使得系统的加权和速率性能达到最优，提升了CoMP联合传输系统的整体性能。
【专利说明】-种基于加权和速率最大化的多用户ΜΙΜΟ协作传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动通信【技术领域】，涉及一种基于加权和速率最大化的多用户ΜΙΜΟ 协作传输方法。
【背景技术】
[0002] 为了满足未来移动通信业务增长的需求，第3代合作伙伴计划（3rdGeneration Partnership Project, 3GPP)于 2008 年 3 月正式启动长期演进（Long Time Evolution, LTE)的后续演进（Long Time Evolution-Advanced, LTE-A)项目，并于 2008 年 6月完成了 LTE-A的技术需求报告，报告显示：LTE-A系统在性能要求上相比LTE将会有更 为明显的提升。
[0003] 正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 0FDM)技术将频 率选择性宽带信道分成若干正交窄带子信道，各子信道在频域上保持平坦衰落特性。同一 小区的用户数据信息经0FDM调制后在相互正交的子载波上传送，进而使得小区内用户间 的干扰得到了很好的抑制，因此被LTE系统所采用。为了充分利用频谱资源，LTE和LTE-A 系统在部署网络时采用同频组网的方式，小区边缘用户会受到来自相邻小区的同频干扰， 严重降低了边缘用户的信干噪比，限制了小区边缘吞吐量。0FDM技术虽然可以通过正交化 子信道的方式消除小区内干扰，却无法有效抑制小区间干扰，因此系统性能受限于小区间 干扰。所以如何解决小区间干扰以提高小区边缘频谱效率成为了研究热点。
[0004] 3GPP提出利用CoMP来解决小区间干扰问题，CoMP技术其实是对传统单小区ΜΜ0 技术的完善和拓展。在传统的单小区传输模式中，用户的数据信息只由一个小区传输，而在 CoMP中，多个小区之间共享用户信道和数据信息，通过一定的协作方式，使多个小区共同为 用户服务。这在网络结构上形成了不一样的拓扑结构，把原来一个小区的边缘用户变成了 多个相邻小区的中心用户。在传输方案上，CoMP系统包含了更多的小区，可以为用户提供 更加灵活的服务方式，使用户能感受到更优越的链路质量，同时使得小区边缘吞吐量得到 明显的提升。
[0005] BD-GMD-THP协作传输方法通过非线性预编码方法使得系统的误码性能得到一定 改善，但各用户接收信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)固定， 而且整个系统的加权和速率性能较差。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于加权和速率最大化的多用户ΜΙΜ0协 作传输方法，该方法对所有调度用户的联合信道矩阵Η进行BD-GMD分解，基于加权和速率 最大化准则进行BD-GMD-THP预编码，从而消除系统多用户干扰和用户内数据流间干扰，在 一定程度上保证了系统误码性能，并且，在保证用户各数据流接收信噪比相等的同时，能够 使得整个系统的加权和速率达到最优。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种基于加权和速率最大化的多用户ΜΜ0协作传输方法，包括以下步骤： 步骤一：协作节点通过X2接口交换所有调度用户的信道状态信息（Channel State Information，CSI)、数据信息和速率权重因子；步骤二：协作节点根据这些信息，基于加权 和速率最大化准则进行BD-GMD-THP预编码；步骤三：用户终端接收到信号后，根据协作传 输方案，进行相应译码，从而检测出发射信号。
[0009] 进一步，在步骤一中，调度用户的速率权重因子根据调度策略获得；各协作节点通 过用户终端的反馈来获取本节点到调度用户的CSI，并通过X2接口交换本节点到用户终端 的CSI、各调度用户的数据信息和速率权重因子等信息。
[0010] 进一步，在步骤二中，具体包括：
[0011] 1)对所有调度用户的联合信道矩阵H，利用信道正交（Channel Orthogonalization)和几何均值分解方法进行BD-GMD分解，即H = PLQH，其中P为块对角 酉矩阵，L为下三角矩阵，Q为酉矩阵；
[0012] 2)基于加权和速率最大化准则，利用Karush-Kuhn-Tucker (KKT)最优化条件计算 功率分配矩阵Ω ;
[0013] 3)协作节点根据得到的L、Q，以及Ω，进行预编码，并计算功率约束因子β。
[0014] 进一步，各用户终端接收到信号后，根据得到的Ρ中对应块以及Ω中对应对角元 素和功率约束因子β进行独立解码，从而检测出发射信号。
[0015] 本发明的有益效果在于：本发明所述方法在MU-MIM0协作多点传输系统中，利用 非线性预编码方法有效消除了多用户干扰和用户内数据流间干扰，在一定程度上保证了系 统的误码性能，同时，基于加权和速率最大化准则的BD-GMD-THP协作传输方案，在保证用 户每个数据流具有相同接收信噪比的同时，能够使得系统的加权和速率性能达到最优，提 升了 CoMP联合传输系统的整体性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0017] 图1为系统结构示意图；
[0018] 图2为MU-MM0联合传输系统模型；
[0019] 图3为基于加权和速率最大化的MU-MIM0协作传输模型；
[0020] 图4为基于加权和速率最大化的MU-MIM0协作传输算法流程图；
[0021] 图 5 为在权重因子分别为 μ = (0· 1，0· 6, 0· 3)、μ = (0· 125, 0· 375, 0· 5)、μ = (1/3, 1/3, 1/3)时本方法与BD-GMD-THP、ER-BD-GMD-THP协作传输方法的加权和速率性能 对比图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明提供了一种基于加权和速率最大化的多用户ΜΙΜ0协作传输方法，在LTE-A MU-MM0协作多点传输系统中，协作节点通过多用户调度算法同时调度Κ个用户，并通过Χ2 接口共享本节点到所有用户的CSI、各调度用户的数据信息和速率权重因子等信息。在本方 法中，首先对所有调度用户的联合信道矩阵Η进行BD-GMD分解，基于加权和速率最大化准 则进行BD-GMD-THP预编码，从而消除系统多用户干扰和用户内数据流间干扰，在一定程度 上保证了系统误码性能，并且，在保证用户各数据流接收信噪比相等的同时，能够使得整个 系统的加权和速率达到最优。包括如下步骤：
[0023] A、对所有调度用户的联合信道矩阵Η进行BD-GMD分解，即H = PLQH，具体可以通 过信道正交和几何均值分解方法来实现。
[0024] B、基于加权和速率最大化准则，利用KKT最优化条件计算功率分配矩阵Ω。
[0025] C、利用步骤A和B所得L、Q及Ω进行THP预编码，并计算功率约束因子β。
[0026] D、接收端利用β、Ρ及Ω进行相应译码。
[0027] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0028] 图1为系统结构示意图，如图所示，各个协作节点调度用户，用户向各节点反馈信 道信息，协作节点通过Χ2接口交换本节点到所有调度用户的CSI、各调度用户数据信息和 速率权重因子等信息。各用户的信息比特经过调制和层映射，将待传输的数据转变为一个 或多个并行的数据流，每一个数据流对应一层，层数不能多于发送天线总数。对每个传输层 的调制信号进行预编码，用于天线端口上的传输。将天线端口的复值调制符号映射到资源 单元，对每个天线端口上的符号进行0FDM调制，生成复值0FDM符号，最后将信号发射出去。 用户终端在接收到信号后，进行与发射端相反的操作，最后检测出信号信息。
[0029] 图2为MU-MIM0联合传输系统模型，假定有B个基站参与协作传输，每个基站配备 Nt根发射天线；参与协作的基站在同一时频资源服务K个用户/移动台，每个用户配备队根 接收天线，且每个用户的数据流数等于其接收天线数目。则基站总发射天线数为M t = BNt， 用户总接收天线数为凡=K队，且限制Mt彡Mp这样便形成一个虚拟MU-MM0系统。
[0030] 图3为基于加权和速率最大化的MU-MIM0协作传输模型，S为所有调度用户的 数据信息，为方便描述，定义
【权利要求】
1. 一种基于加权和速率最大化的多用户ΜΙΜΟ协作传输方法，其特征在于：包括以下步 骤： 步骤一：协作节点通过Χ2接口交换所有调度用户的信道状态信息（Channel State Information，CSI)、数据信息和速率权重因子； 步骤二：协作节点根据这些信息，基于加权和速率最大化准则进行BD-GMD-THP预编 码； 步骤三：用户终端接收到信号后，根据协作传输方案，进行相应译码，从而检测出发射 信号。
2. 根据权利要求1所述的一种基于加权和速率最大化的多用户ΜΙΜΟ协作传输方法， 其特征在于：在步骤一中，调度用户的速率权重因子根据调度策略获得；各协作节点通过 用户终端的反馈来获取本节点到调度用户的CSI，并通过Χ2接口交换本节点到用户终端的 CSI、各调度用户的数据信息和速率权重因子等信息。
3. 根据权利要求2所述的一种基于加权和速率最大化的多用户ΜΙΜΟ协作传输方法，其 特征在于：在步骤二中，具体包括： 1) 对所有调度用户的联合信道矩阵Η，利用信道正交（Channel Orthogonalization) 和几何均值分解方法进行BD-GMD分解，即Η = PLQH，其中P为块对角酉矩阵，L为下三角矩 阵，Q为酉矩阵； 2) 基于加权和速率最大化准则，利用KaruSh-Kuhn-Tucker(KKT)最优化条件计算功率 分配矩阵Ω ; 3) 协作节点根据得到的L、Q，以及Ω，进行预编码，并计算功率约束因子β。
4. 根据权利要求3所述的一种基于加权和速率最大化的多用户ΜΙΜΟ协作传输方法，其 特征在于：各用户终端接收到信号后，根据得到的Ρ中对应块以及Ω中对应对角元素和功 率约束因子β进行独立解码，从而检测出发射信号。
【文档编号】H04L1/06GK104092519SQ201410367926
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】景小荣, 赵月芳, 胡海飞, 张祖凡, 陈前斌 申请人:重庆邮电大学