CN101282151B

CN101282151B - 一种ofdma系统中利用mimo预编码码书进行时频资源动态分配的机制

Info

Publication number: CN101282151B
Application number: CN200710073804A
Authority: CN
Inventors: 赵路
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: CN101282151A

Abstract

本发明涉及一种OFDMA系统中利用MIMO预编码码书进行时频资源动态分配的机制，使用预编码进行波束形成，包括：当前服务BS发起对MS预编码并接收该MS反馈的码书索引；在该码书索引对应MIMO预编码码书基础上确定该MS所处方位；当前服务BS根据基站布址信息，确定所述MS所处方位上的同频率基站集合；当前服务BS根据同频率基站集合中各基站在所述MS所处方位对应干扰方向的各自MIMO预编码码书时频资源描述对该MS进行时频资源错开或尽可能错开分配。这种方法在当前服务BS获得预编码码书中携带的MS位置信息的基础上进行时频资源动态分配，规避其它同频其他基站对MS的干扰，从而可以提高整个无线网络的系统容量。

Description

一种OFDMA系统中利用MIMO预编码码书进行时频资源动态分配的机制

技术领域

本发明涉及正交频分复用和多天线预编码，具体涉及一种OFDMA系统时频资源动态分配方法。

背景技术

(一)正交频分复用OFDM在频域把频谱分成若干个正交的子信道，各子信道的载波相互重叠，提高了频谱利用率。由于各子信道的带宽相对较窄，因此对整个发射带宽信号来讲频率选择性信道对于各个子信道信号来讲是平坦衰落的，均衡可对每个子载波分别进行，大大简化了接收机结构。由于OFDM具有频谱利用率高、均衡简单的优点，非常适合于高速的有线和无线传输，因此得到了广泛研究。

(二)多输入多输出MIMO系统能提高频谱效率，为了能更有效地发挥MIMO系统发射端多天线阵列的增益，往往需要采用预编码的技术。预编码保证信道容量能够更加趋近于MIMO系统容量的理论值。一般来说，为了分析和实现的方便起见，预编码通常采用线性预编码的形式，也就是用一个预编码矩阵乘以由发射子流构成的发射矢量，从而把M_s个发射子流符号映射到M₁根发射天线上(通常M_s<M_t)，当然这里的预编码矩阵是由信道矩阵决定的。这种采用预编码矩阵的MIMO系统能显著地提高系统的性能，但同时也需要接收端能及时向发射端反馈预编码矩阵。下面以降低误码率为出发点介绍一下在MIMO中使用预编码和波束形成技术能够改善系统性能的原理和具体方法。

(三)图1表示一个使用了空间波束形成beamforming方式来进行预编码的系统。经过调制后的信号s，没有进行空时编码STC(在此可以认为从STC输出的流的个数为1)，通过加权的方法被发送到多个天线上去，权值向量为w。在接收端，z为接收天线的加权。H为信道相应矩阵。w和z分别为空间波束形成beamforiming和联合combine向量。其中，符号能量为E_s[|S|²]＝ε₁，接收到信号为：

x＝(z^HHw)s+z^Hn (2)

在这样一个空间波束形成beamforiming和联合combine的系统中，重要的是对于w和z的选取。一般来讲，w和z的选取应以最大化SNR以降低误码率为准则。在该系统中，接收机的信噪比γ_r表示为：

g_{r} = \frac{e_{t} {| z^{H} Hw |}^{2}}{{| | z | |}_{2}^{2} N_{0}}

= \frac{{(e_{t} {| | w | |}_{2}^{2}) | \frac{z^{H}}{{| | z | |}_{2}} H \frac{w}{{| | w | |}_{2}} |}^{2}}{N_{0}}

通常假设‖z‖₂＝1，‖w‖₂＝1，则信噪比表示为：

g_{r} = \frac{e_{r}}{N_{0}} = \frac{e_{t} {| z^{H} Hw |}^{2}}{N_{0}} = \frac{e_{t} G_{r}}{N_{0}}

其中，Г_r＝|z^HHw|²是有效信道增益。

对于接收机来说，给定w，能够使得|z^HHw|²最大化的z成为最大比率合并MRC接收。

为了获得最大SNR，现在的目的就是使得最大化。即

w = \underset{x \hat{I} w}{\arg \max} {| | Hx | |}_{2}^{2}

对于最大比率传输MRT系统来说，最优的beamforming序列为：

w_{MRT} = \underset{x \hat{I} w}{\arg \max} | x^{H} H^{H} Hx |,

显然，如果w_MRT满足条件，则向量e^jφw_MRT也满足条件，因此最优的beamforming向量并不是唯一的。w_MRT＝H^HH是满足条件的一个解。。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种OFDMA系统时频资源动态分配方法，有效结合正交频分复用和多天线预编码，进行动态时频资源分配，可以规避其它同频基站对MS的干扰，从而提高整个无线网络的系统容量。

本发明的上述技术问题这样解决，提供一种OFDMA系统时频资源动态分配方法，使用预编码进行波束形成并利用MIMO预编码码书携带的MS位置信息，包括以下步骤：

1.1)当前服务BS发起对MS预编码并接收该MS反馈的码书索引；

1.2)在该码书索引对应MIMO预编码码书基础上确定该MS所处方位；

1.3)当前服务BS根据基站布址信息，确定所述MS所处方位上的同频率基站集合；

1.4)当前服务BS根据同频率基站集合中各基站在所述MS所处方位对应干扰方向的各自MIMO预编码码书时频资源描述对该MS进行时频资源错开或尽可能错开分配。

按照本发明提供的分配方法，所述错开或尽可能错开首先针对所述同频率基站集合中最接近当前服务BS的基站。

按照本发明提供的分配方法，所述同频率基站集合按离当前服务BS的距离从近到远排列；所述错开或尽可能错开按对应所述排列顺序的优先级顺序进行。

按照本发明提供的分配方法，所述步骤1.1)具体包括：

1.1.1)根据当前服务BS对MS做预编码的需求，该MS要求当前服务BS进行下行信道侦听序列的发送，或者当前服务BS主动发送下行侦听序列；

1.1.2)该MS接收并根据所述下行侦听序列进行各天线到该MS的下行信道H估计；

1.1.3)该MS根据信噪比最大原则，进行码书搜索并将搜索到的码书索引通过专用上行信道反馈给当前服务BS。

按照本发明提供的分配方法，所述专用上行信道是高可靠和低反馈时延的物理层或高层专用信道。

按照本发明提供的分配方法，所述下行侦听序列可以是导频或其他BS与MS之间约定的已知序列，该其他已知序列称为侦听Sounding序列。

按照本发明提供的分配方法，所述侦听Sounding序列可设计为涵盖数据区所使用的整个频率资源，在时间上可以考虑放在数据区的中间，前面和后面，因而优于导频。

按照本发明提供的分配方法，所述步骤1.2)还包括利用下行通道校正因子修正所述MS所处方位。

按照本发明提供的分配方法，所述基站布址信息包括相邻基站的频率、距离和方位。

按照本发明提供的分配方法，所述步骤1.4)包括当前服务BS向所述同频率基站集合中各基站发送所述MS所处方位对应干扰方向的MIMO预编码码书时频资源描述的请求并接收各基站的对应反馈。

按照本发明提供的分配方法，所述步骤1.4)中的发送和接收使用基站之间通讯的专用接口；所述专用接口可以是有线或无线接口。

本发明提供的一种OFDMA系统时频资源动态分配方法，当前服务BS获得的预编码码书中携带的MS位置信息，在此基础上进行动态时频资源分配，规避其它同频基站对MS的干扰，从而可以提高整个无线网络的系统容量。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1使用空间波束形成beamforming方式进行预编码precoding的系统示意图；

图2是本发明Sounding序列示意图；

图3本发明实施例中同频基站相对位置示意图；

图4传统不考虑邻小区同频干扰抑制的资源分配示意图；

图5本发明考虑邻小区同频干扰抑制的资源分配。

具体实施方式

首先，说明本发明提供的OFDMA系统中利用MIMO预编码码书进行时频资源动态分配方法，包括：

第1步：根据BS对此MS做预编码的需求，MS要求BS进行下行信道侦听序列的发送。

第2步：BS根据此需求在预备分配的时频资源区域进行下行侦听序列的发送，每个天线的侦听序列独立发送。

第3步：MS根据发送的侦听序列进行各天线到MS的下行信道估计。

第4步：根据信噪比最大原则，进行码书搜索，将搜索到的码书索引通过固定设置的专用上行信道反馈给BS。

第5步：BS根据搜索到的码书索引，并经过下行通道校正因子的修正，确定目前MS所处方位，并定义此方向为可能干扰方位。

第6步：BS根据网络规划的基站布址信息，确定此MS所处方位上的同频率基站集合，并按照各基站和当前BS之间的距离进行排序，定义这些基站为可能同频干扰基站集合。

第7步：BS通过和可能同频干扰基站的独立信息通道，要求这些基站发送在MS所处方位干扰方向的码书信息。码书信息包括，码书索引，该码书波束形成所使用的时频资源描述。

第8步：BS根据这些信息对MS进行时频资源分配，分配的原则是尽量规避距离最近基站在可能干扰方位形成波束的时频资源占用。

在所述第2步中，

所述信道侦听序列可以是由BS主动发送，或者可以是MS要求BS发送的约定的已知序列。MS通过此序列可以进行信道估计，信道测量，噪声测量等工作。

在所述第4步中

所述码书是指BS下行发射时每个天线的加权系数w集合。根据不同方位到达天线时信号的相位差，通过设计可以构造一个覆盖全向的多波束码本。

在所述第4步中

所述专用上行信道是指通信系统一般具有的专用上行反馈信道，此信道可以是物理专用的，也可以是物理层透明，由高层解析的，反馈信道的主要要求是高可靠的传输效果和尽可能的低反馈时间延时。

在所述第6步中

所述基站布址信息是指在完成基站布置后，每个BS备份在自己系统中的一个关于邻基站频率，距离，方位的信息集合。

在所述第7步中

所述独立信息通道是指在一定范围内，基站和基站通信的专用接口，此接口可以通过有线或者无线方式实现。主要功能是传输基站间需要协调的信息。

第二步，以一个具体应用为例具体说明本发明：

以4天线系统为例，如果使用预编码技术进行波束形成，根据其基本原理搜索码书中的天线权值w使得

Figure S07173804420070509D00006140243QIETU

最大化，则首先需要MS对下行信道H进行测量。测量的依据可以根据导频或者根据BS发送的MS已知序列。首次对下行信道进行测量时由于还没有数据发出，则一般利用BS发送的专业已知序列进行测量。这种专用序列本发明称为下行侦听Sounding序列。

如图2，这是本实施例设计的下行Sounding序列1。可以看到，由于要独立估计下行4天线到MS的独立信道参数，所以4个天线独立发送信息，分别是白圈、疏斜线圈、密斜线圈和黑圈。而且由于OFDMA系统是一个宽带系统，Sounding序列对于数据的信道一致要好，所以Sounding序列1一般要涵盖数据区所使用的整个频率资源，在时间上可以考虑放在数据区的中间，前面和后面。

当MS准确测量了信道参数H，则和预先存储的码本元素进行内积取模得到

Figure S07173804420070509D00006140258QIETU

，这个可以看做是BS使用码本元素进行天线加权得到的信号功率。搜索使合成信号功率最大的码本元素，理论上此权值就是BS应该使用的最优权值。MS将码本索引通过快速反馈信道反馈BS。

由于码本是基于基站发射信号的空间角度矢量化来构造的，所以每个码本元素(一组权值)都代表了一个信号的发射角度，其对应关系具体如下表：

角度	权值1	权值2	权值3	权值4
					0⁰	w₁₁	w₁₂	w₁₃	w₁₄
3⁰	w₂₁	w₂₂	w₂₃	w₂₄
					6⁰	w₃₁	w₃₂	w₃₃	w₃₄
9⁰	w₄₁	w₄₂	w₄₃	w₄₄
					。。。	。。。	。。。	。。。	。。。
357⁰	w₁₁₉₁	w₁₁₉₂	w₁₁₉₃	w₁₁₉₄

同时我们需要考虑下行信号的导频信号或者Sounding信号的发射将受到下行通道相位不一致性的影响，所以BS收到索引后需要用通道校正因子对收到的波束索引进行修正。

如图3，BS1查到目前MS所在方位是15度，按照波束宽度60度计算，确定当前的可能干扰方向在负15度到45度之间。根据基站备份的邻小区基站的站址信息，以及频点信息，可以查到在此方向上可能存在的干扰基站是BS2，BS4。其中BS2更靠近BS1，BS4距离较远。

通过计算，此干扰区域相对BS2的角度为225度到295度之间，BS1要求BS2通过基站间的专用信息通道发送其在此角度内的波束信息。其中包括波束宽度，占用的时频资源情况。如果我们不利用此信息，BS1，BS2和BS3对于时间频率资源分配都是随机的可能造成如图4所示的这种情况，这样MS1，MS2，MS3将都会不同程度受到干扰，解调能力下降。但是如果BS1分配资源时考虑到在这个干扰区内BS2和BS3的资源分配状况，则可以避免这种情况，如图5。

Claims

1.一种OFDMA系统时频资源动态分配方法，其特征在于，使用预编码进行波束形成并利用MIMO预编码码书携带的MS位置信息，包括以下步骤：

1.1)当前服务BS发起对MS预编码并接收该MS反馈的码书索引；

1.4)当前服务BS根据同频率基站集合中各基站在所述MS所处方位对应干扰方向的各自MIMO预编码码书时频资源描述对该MS进行时频资源错开或尽可能错开分配；

其中，所述步骤1.1)具体包括：

1.1.3)该MS根据信噪比最大原则，进行码书搜索并将搜索到的码书索引通过专用上行信道反馈给当前服务BS；

所述基站布址信息包括相邻基站的频率、距离和方位。

2.根据权利要求1所述分配方法，其特征在于，所述错开或尽可能错开首先针对所述同频率基站集合中最接近当前服务BS的基站。

3.根据权利要求1或2所述分配方法，其特征在于，所述同频率基站集合按离当前服务BS的距离从近到远排列；所述错开或尽可能错开按对应所述排列顺序的优先级顺序进行。

4.根据权利要求1所述分配方法，其特征在于，所述专用上行信道是高可靠和低反馈时延的物理层或高层专用信道。

5.根据权利要求1所述分配方法，其特征在于，所述下行侦听序列是导频或其他BS与MS之间约定的已知序列。

6.根据权利要求1所述分配方法，其特征在于，所述步骤1.2)还包括利用下行通道校正因子修正所述MS所处方位。

7.根据权利要求1所述分配方法，其特征在于，所述步骤1.4)包括当前服务BS向所述同频率基站集合中各基站发送所述MS所处方位对应干扰方向的MIMO预编码码书时频资源描述的请求并接收各基站的对应反馈。

8.根据权利要求1所述分配方法，其特征在于，所述步骤1.4)中的发送和接收使用基站之间通讯的专用接口；所述专用接口是有线或无线接口。