CN101527938A - 一种基于大尺度信道信息的多用户传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信信号处理技术领域。本发明提供了一种基于大尺度信道信息的多用户传输方法，适用于基站具有多天线、用户具有单天线的下行多用户无线传输场景。包括：基站获取系统中给定时频资源块上所有用户的大尺度信道信息；根据所述大尺度信道信息进行多用户功率控制，使得各用户具有相同的接收信噪比；根据所述大尺度信道信息计算得到每一用户对其他所有用户的干扰系数；以及，根据所述干扰系数对所述多用户执行预处理并在给定时频资源块上传输多用户信号。所述方法保证了用户间的公平性，同时在基本保持系统性能的前提下，极大地降低了系统处理复杂度。

Description

一种基于大尺度信道信息的多用户传输方法

技术领域

本发明涉及通信信号处理技术领域，特别涉及一种基于大尺度信道信息的多用户传输。

背景技术

多用户下行多天线系统的传输技术的研究是当前极为重要和活跃的研究领域。由于在多用户下行多天线系统中，用户间难以合作，需要基站获取完整的信道信息，以进行多用户联合预处理，消除用户间干扰。因此，信道容量的提高取决于发端预处理，发端预处理的前提条件是基站要已知各用户的完整信道信息。

在基站获取完整信道信息的情况下，一种称为破零预编码的多用户预处理算法得到了广泛研究和工程实用。该方法要求每个用户的传输信号在其他所有用户的信道矩阵的零空间中，以完全避免该用户对其他用户的干扰。

在实际系统中，特别是高速移动的环境中，对于FDD系统，由于巨大的反馈数据量以及反馈信道的延时和误差，对于TDD系统，由于信道估计的延时和误差，基站很难得到所有用户的精确、瞬时的信道信息。因此，基站具有不理想系统信道信息的情况下，下行多用户多天线传输方法成为了研究的热点。

Primolevo G，Simeone O，Spagnolini U在Effects of ImperfectChannel State Information on the Capacity of Broadcast OSDMA-MIMOSystems一文中针对破零预编码下行多用户系统，具体研究了信道信息存在误差对系统性能的影响；Webb M，Hunukumbure M，Beach M，等人在The Effect of Computation and Feedback Delay on the Capacityof Multiuser MIMO Systems in a Small Outdoor Cell一文中通过仿真分析了信道信息过时对破零预编码下行多用户系统性能的影响，但是他们均没有给出解决方案；王红梅在时变信道条件下MIMO-OFDM系统下行多用户传输技术研究一文中设计了鲁棒的破零预编码算法，以克服信道信息不理想的影响。

然而，所用已有工作均没有从分析信道信息本身出发，具体研究信道信息的特性，以寻求减少不必要信道信息的获取，降低系统复杂度的方法。

发明内容

本发明提出了一种减少信道信息获取的多用户下行传输方法，复杂度低，适用于实际系统。

并非所有用户的信道信息对系统性能都是至关重要的，对于无线通信系统多天线多用户下行传输场景，由于用户在空间离散分布，用户到基站的大尺度信道信息存在差异。进一步用户间的干扰关系将存在差异性，即部分用户间的干扰是可以忽略的，而只有部分用户间的干扰极大地危害系统性能，需要消除。则基站仅需要获取那些受干扰影响较强的用户的信道信息，不再需要那些受干扰影响较弱的用户的信道信息。

本发明的目的是针对基站配置多天线，用户配置单天线的系统提供一种基于大尺度信道信息的多用户传输方法，所述方法包括：

基站获取系统中给定时频资源块上所有用户的大尺度信道信息；

根据所述大尺度信道信息进行多用户功率控制，使得各用户具有相同的接收信噪比；

根据所述大尺度信道信息计算得到每一用户对其他所有用户的干扰系数；

以及，根据所述干扰系数对多用户执行预处理并在给定时频资源块上传输多用户信号。

其中，所述多用户是指通过用户调度算法分配在一个给定的时频资源块上的已分配用户；

其中，所述用户调度算法包括轮询调度、比例公平调度；

其中，用户n对用户m的干扰系数定义为：l_m ²/l_n ²，其中，l_m，l_n分别为用户m和用户n与基站间的大尺度信道信息；

进一步地，所述根据所述干扰系数对多用户执行预处理并在给定时频资源块上传输多用户信号的步骤进一步包括：

将用户排序为用户1、用户2、......、用户K；

建立不需要获取信道信息的用户集合，初始化为包括所有用户；

依次针对每一个用户，比较其和不需要获取信道信息的用户集合中的用户的干扰系数，当干扰系数大于给定门限值时，将被比较用户从不需要获取信道信息的用户集合中删除；

基站进一步获取其他不在上述不需要获取信道信息的用户集合中的用户的完整信道信息；

依次针对每一个用户设计传输信号，保证所得传输信号在其他需要获取信道信息的用户的信道矩阵的零空间，以避免干扰。

其中，基于所述比较步骤得到的不需要获取信道信息的用户集合，基站不再获取这些用户的信道信息；

其中，所述给定门限根据系统要求设置；

其中，所述基站进一步获取其他不在上述不需要获取信道信息的用户集合中的用户的完整信道信息的步骤，对于频分双工系统，通过上行链路将信道信息反馈至基站，对于时分多工系统，通过基站侧进行信道估计获取。

本发明在在基本保持系统性能的同时，基站需要获取的信道信息量极大地减小，因此系统复杂度得以降低。由于各用户具有相同的接收信噪比，因此很好地保证了用户间的公平性。

附图说明

图1是FDD系统中，根据本发明的多天线多用户下行传输模型，其中用户数为2；

图2是FDD系统中，根据本发明的多天线多用户传输方式与基站获取全部信道信息的传输方式相比较的下行BER性能仿真示意图。

具体实施方式

本发明提出的基于大尺度信道信息的多用户传输方法，结合附图和实施例说明如下。

本发明的一个实施例提供了一个基站具有多天线、用户具有单天线的下行多用户无线传输场景，假设包括K个用户，则本实施例的基于大尺度信道信息的多用户传输方法具体包括以下步骤：

S101：通过一定的用户调度算法将多用户分配在不同的时频资源块上；即，所述传输方法的处理对象是某一个给定的时频资源块上的已分配用户；

S102：基站获取系统中给定时频资源块上所有用户的大尺度信道信息；

S103：根据所述大尺度信道信息进行多用户功率控制，使得各用户具有相同的接收信噪比；

S104：根据所述大尺度信道信息计算得到每一用户对其他所有用户的干扰系数；

S105：根据所述干扰系数对多用户执行预处理并在给定时频资源块上传输多用户信号；

具体地：

S1051：将用户排序为用户1、用户2、......、用户K；

S1052：建立不需要获取信道信息的用户集合，初始化为包括所有用户；

S1053：依次针对每一个用户，比较其和不需要获取信道信息的用户集合中的用户的干扰系数，当干扰系数大于给定门限值时，将被比较用户从不需要获取信道信息的用户集合中删除；

所述给定门限根据系统要求设置

S1054：基站进一步获取其他不在上述不需要获取信道信息的用户集合中的用户的完整信道信息；

对于频分双工系统，通过上行链路将信道信息反馈至基站，对于时分多工系统，通过基站侧进行信道估计获取。

基于所述比较步骤得到的不需要获取信道信息的用户集合，基站不再获取这些用户的信道信息；

S1055：依次针对每一个用户设计传输信号，保证所得传输信号在其他需要获取信道信息的用户的信道矩阵的零空间，以避免干扰。

下面通过一个具体实施例对本发明的传输方法进行详细说明。

本发明的另一个实施例提供了这样一个模型，如图1所示，在FDD、OFDMA系统中，基站配置2根发送天线，存在距离基站一近一远的2个用户终端；设定用户1距离基站较近，用户2距离基站较远；用户1距离基站100m，用户2距离基站2000m，每一用户均采用1根接收天线；设定系统的大尺度信道状态信息由路径损耗和阴影衰落联合构成，路径损耗因子为4，阴影衰落的标准差设定为8，小尺度衰落考虑为瑞利衰落；其中，所述的大尺度信道信息可用经典的大尺度信道信息模型描述，例如奥村-哈塔路径损耗模型、Lee路径损耗模型等。

则本实施例的基于大尺度信道信息的多用户传输方法具体包括以下步骤：

S201：采用轮询的多用户调度策略，图1中用户1和用户2在同一个OFDM子载波上被调度；

S202：基站获取系统大尺度信道信息 $L=\left[\begin{array}{c}{l}_1\\ l_2\end{array}\right],$ 其中l₁，l₂分别为用户1和用户2与基站间的大尺度信道信息；

S203：设定接收信道比为P/σ²，根据大尺度信道信息进行多用户功率控制，使得各用户具有相同的接收信噪比，即用户1的发送功率应为 $P_1=P/l_1^2,$ 用户2的发送功率应为 $P_2=P/l_2^2;$

S204：计算得到每一用户对其他所有用户的干扰系数，用户1对用户2的干扰系数为l₂ ²/l₁ ²，用户2对用户1的干扰系数为l₁ ²/l₂ ²；

S205：设定干扰系数比较门限为1；

该门限值描述了系统可忽略的干扰强度，即如果干扰足够小，在实际系统中便不再考虑执行预处理避免该干扰；该门限值设定越小，则表示系统可忽略的干扰强度越小，有更多的用户的信道信息需要在基站获取，以执行预处理避免干扰；该门限值设定越大，则表示系统可忽视的干扰强度越大，则较少用户的信道信息需要在基站获取；

S206：建立不需要获取信道信息的用户集合，初始化为包括用户1和用户2；

S207：对于用户1，对用户2的干扰系数为l₂ ²/l₁ ²，由于用户1距离基站近，用户2距离基站远，l₂ ²/l₁ ²＜1；对于用户2，对用户1的干扰系数为l₁ ²/l₂ ²，由于用户1距离基站近，用户2距离基站远，l₁ ²/l₂ ²＞1，因此将用户1从不需要获取信道信息的用户集合删除；

S208：由于是FDD系统，基站通过上行链路反馈得到用户1的信道信息H₁＝[h₁₁ h₁₂]；h₁₁、h₁₂分别表示用户1与基站间的完整信道信息；

S209：对于用户1，不需要考虑消除对用户2的干扰，因此可直接传输，不需要进行预编码设计；对于用户2，计算其预编码矢量W，使得||W||＝1，H₁W＝0，即通过破零处理消除用户2对用户1的干扰。

本发明在基本保持系统性能的同时，仅要求基站获取用户1的信道信息，极大地降低了系统复杂度，具体表现为：

基站需要的信道信息量由 $H=\left[\begin{array}{cc}{h}_{11}& h_{12}\\ h_{21}& h_{22}\end{array}\right],$ h₂₁、h₂₂分别表示用户2与基站间的完整信道信息，变为H₁＝[h₁₁ h₁₂])；

系统下行BER性能与基站获取全部信道信息相比，基本保持不变，如图2所示。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1、一种基于大尺度信道信息的多用户传输方法，其特征在于，所述方法包括：

基站获取系统中给定时频资源块上所有用户的大尺度信道信息；

根据所述大尺度信道信息进行多用户功率控制，使得各用户具有相同的接收信噪比；

根据所述大尺度信道信息计算得到每一用户对其他所有用户的干扰系数；

以及，根据所述干扰系数对多用户执行预处理并在给定时频资源块上传输多用户信号。

2、如权利要求1所述的传输方法，其特征在于，所述多用户是指通过用户调度算法分配在一个给定的时频资源块上的已分配用户。

3、如权利要求2所述的传输方法，其特征在于，所述用户调度算法包括轮询调度、比例公平调度等算法。

4、如权利要求1所述的传输方法，其特征在于，用户n对用户m的干扰系数定义为：l_m ²/l_n ²，其中，l_m，l_n分别为用户m和用户n与基站间的大尺度信道信息。

5、如权利要求1所述的传输方法，其特征在于，所述根据所述干扰系数对多用户执行预处理并在给定时频资源块上传输多用户信号的步骤进一步包括：

将用户排序为用户1、用户2、......、用户K；

建立不需要获取信道信息的用户集合，初始化为包括所有用户；

依次针对每一个用户，比较其和不需要获取信道信息的用户集合中的用户的干扰系数，当干扰系数大于给定门限值时，将被比较用户从不需要获取信道信息的用户集合中删除；

基站进一步获取其他不在上述不需要获取信道信息的用户集合中的用户的完整信道信息；

依次针对每一个用户设计传输信号，保证所得传输信号在其他需要获取信道信息的用户的信道矩阵的零空间，以避免干扰。

6、如权利要求5所述的传输方法，其特征在于，基于所述比较步骤得到的不需要获取信道信息的用户集合，基站不再获取这些用户的信道信息。

7、如权利要求5所述的传输方法，，其特征在于，所述给定门限根据系统要求设置

8、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基站进一步获取其他不在上述不需要获取信道信息的用户集合中的用户的完整信道信息的步骤，对于频分双工系统，通过上行链路将信道信息反馈至基站，对于时分多工系统，通过基站侧进行信道估计获取。

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