CN101599785B - 一种多小区联合传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多小区联合传输方法，包括：移动台与多个基站同时建立数据传输通道，这些基站在相同的频率上向UE发送相同的待传数据；在进行数据传输时，一部分基站根据UE向其反馈的预编码信息，采用闭环方式发送数据；另一部分基站，采用开环分集方式发送数据。其中，UE反馈的预编码信息为，根据各个与UE建立数据传输通道的基站与所述UE间的信道特性确定的预编码信息。应用本发明，能够获得分集增益，提高小区边缘用户的通信质量，同时能够节省系统资源。

Description

一种多小区联合传输方法

技术领域

本发明涉及小区边缘用户的数据传输技术，特别涉及一种多小区联合传输方法。

背景技术

在无线通信系统中，小区间干扰是导致小区边缘用户通信质量降低的重要因素。对于小区中心的用户来说，其本身离基站的距离比较近，而外小区的干扰信号距离较远，则其信干噪比相对较大。对于小区边缘的用户，由于相邻小区占用同样带宽资源的用户对其干扰比较大，加之本身距离基站较远，其信干噪比相对就较小，导致虽然小区整体的吞吐量较高，但是小区边缘的用户服务质量较差，吞吐量较低。因此，在无线通信系统中，小区间干扰抑制技术非常重要。

为了解决系统在小区边缘干扰严重的问题，提高小区边缘用户的通信质量以及整个通信系统的性能，当前主要有三种解决方案，包括干扰随机化、干扰删除以及干扰协调技术。干扰随机化利用干扰的统计特性对干扰进行抑制。它不能降低干扰的功率，而是将有色干扰转化为白噪声，因此干扰随机化的方法是有局限的。干扰删除是指检测并减去干扰信号。由于位于小区边缘的移动台对干扰的估值误差较大，因此干扰删除技术不适合用于减少小区间干扰，而主要用于解决小区内干扰的问题。另外，干扰删除技术对系统有资源分配、基站间同步以及信令等额外的需求，并且需要更高性能的移动台。干扰协调技术包括静态/半静态干扰协调和动态干扰协调，它是在提高系统吞吐量和减少小区间干扰之间的一种折衷。

上述三种方案都是将通信中来自其它小区的信号作为干扰来处理。另外有两种方案将其他小区的信号作为有用信号参与信号的解调和译码。这两种方案分别为宏分集和协同多点传输(CoMP)技术。

宏分集技术中使用多个发送天线传送或者多个接收天线接收相同的信号，这些发送或接收相同信号的天线之间的距离比波长大得多。在蜂窝网络或无线局域网中，这些天线可以位于不同的基站或接入点。宏分集的原理是根据不同频率的信号在相同位置的快衰落是不同的而期望获得分集增益，其目的是为了对抗衰落，增加接收信号强度。在具体实现方案中，宏分集方案中的各基站(或接入点)多天线与用户之间的传输是基于开环MIMO的方式。

CoMP技术是指多个小区共同为一移动台进行数据传输，其中，参与CoMP技术的各小区与移动台的通信均为闭环形式，移动台需要与多个小区间进行反向的信道信息状态的反馈，需要消耗大量的系统资源。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多小区联合传输方法，能够获得分集增益，提高小区边缘用户的通信质量，同时能够节省系统资源。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种多小区联合传输方法，包括：

UE与多个基站同时建立数据传输通道，所述多个基站在相同的频带上向所述UE发送相同的待传数据；

其中，所述多个基站中的至少一个基站，根据所述UE向所述至少一个基站反馈的预编码信息，采用闭环方式向所述UE发送数据；所述UE反馈的预编码信息为，根据所述多个基站中的每一个与所述UE间的信道特性确定的预编码信息；所述至少一个基站的基站数目小于所述多个基站的基站数目；

所述多个基站中除所述至少一个基站之外的其他基站，采用开环分集方式向所述UE发送数据。

较佳地，该方法进一步包括：

所述UE接收所述多个基站发送数据的叠加信号，并进行数据与导频信号的分离；

利用分离出的导频信号估计所述多个基站中的每一个与所述UE间的信道特性，并根据估计得到的信道特性，对分离出的数据进行解调和译码。

较佳地，按照预设的码书选择准则，利用所述多个基站中的每一个与所述UE间的信道特性，为所述至少一个基站中的每一个，在码书中对应选择最优的预编码矩阵，再将为所述至少一个基站中的每一个选择的预编码矩阵对应的预编码信息，对应反馈给所述至少一个基站，用于所述至少一个基站向所述UE的下一次数据传输。

较佳地，所述开环分集方式包括空频分组编码、空时分组编码或开环空分复用。

较佳地，当所述待传的数据为多层数据流时，对于所述其他基站中的每一个，

若数据流的层数与该基站发送天线的数目相同，则将各层数据一一对应于各个发送天线，进行发送；

若数据流的层数小于该基站发送天线的数目，则从发送天线中选择出数量与所述层数相等的发送天线，将各层数据一一对应于选择出的各个发送天线，进行发送；或将各层数据映射到一根或多根发送天线上发送。

较佳地，所述UE所在小区的基站，按照该基站与所述UE原来的开环或闭环方式，进行数据发送和接收。

由上述技术方案可见，本发明中，移动台与多个基站同时建立数据传输通道，这些基站在相同的频率上向UE发送相同的待传数据；在进行数据传输时，一部分基站根据UE向其反馈的预编码信息，采用闭环方式发送数据；另一部分基站，采用开环分集方式发送数据。其中，UE反馈的预编码信息为，根据各个与UE建立数据传输通道的基站与所述UE间的信道特性确定的预编码信息。通过上述方式，一方面多个基站在相同频率上同时向UE发送相同的数据，使数据传输获得了分集增益，提高UE的通信质量；另一方面其中部分基站采用闭环工作方式，部分基站采用开环工作方式，使本方案相对于CoMP传输，开环工作方式避免引入大量的反馈信道，降低了信今开销，节省了系统资源。

附图说明

图1为本发明中两小区情况下的系统结构示意图。

图2为本发明中单层协同传输方案的系统模型示意图。

图3为单层协同传输方案中基站A发送端的处理示意图。

图4为单层协同传输方案中基站B发送端的开环分集处理示意图。

图5为单层协同传输方案中接收端处理过程的示意图。

图6为本发明中多层协同传输方案的系统模型示意图。

图7为多层协同传输方案中基站A发送端的处理示意图。

图8为多层协同传输方案中基站B发送端的开环分集处理示意图。

图9为多层协同传输方案中接收端处理过程的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术手段和优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的基本思想是：对于小区边缘的UE，多个基站利用相同的频带向该UE发送数据，一部分基站采用开环方式发送数据，另一部分基站采用闭环方式发送数据。从而利用小区间干扰，使数据传输获得分集增益，同时避免引入大量的反馈信道和反馈信息，节省系统资源。

具体地，本发明中，位于小区边缘的移动台与多个基站同时建立传输信息的连接，各基站通过开环闭环联合协同传输在相同的频带上同时为小区边缘的移动台传输信息。其中部分基站与移动台的连接基于开环信号处理方式，另一部分基站与该移动台的连接基于闭环信号的处理方式。闭环信号处理时，基站基于UE反馈的预编码信息对发送数据进行预编码后进行发送，其中，UE反馈的预编码信息是根据各个基站与该UE间的信道特性确定预编码信息。

若各基站与移动台之间的传输在映射到发送天线之前只存在一个数据流，称为单层协同传输。类似地，若各基站与移动台之间的传输在映射到发送天线之前存在多个数据流，称为多层协同传输，可以有两层协同传输、三层协同传输，以及更多层协同传输等。

以下主要以两小区的情况为例说明具体的多小区联合传输方式。更多小区的情况将以两小区的方案为基础，进行类似的处理。

在两小区的情况下，假定将小区边缘用户的原服务基站(即用户所在小区的基站)定为基站A，将参与协同传输的另一基站定为基站B。在进行联合传输时，基站A和基站B中，一个基站与移动台的连接基于闭环信号的处理方式，另一个基站与移动台的连接基于开环信号的处理方式。其中，两个基站中的任意一个都可以采用闭环信号处理方式或开环信号处理方式，只要两个基站不同即可。比较方便的方式为，用户与其原服务基站A保持原有的信号处理方式，与基站B间采用另一种信号处理方式。

以下假定基站A与该移动台的连接基于闭环信号的处理方式，基站B与该移动台的连接基于开环信号的处理方式。图1为联合传输的示意图。

下面根据单层协同传输和多层协同传输的分类分别介绍具体实施方式。

(1)单层协同传输方案

对于单层协同传输的情况，基站A与移动台之间的通信采用单码字的预编码技术，从而实现闭环处理；基站B与移动台之间的通信采用开环分集技术，例如STBC(Space Time Block Coding，空时块码)，SFBC(SpaceFrequency Block Coding，空频块码)。下面以一个具体的通信系统下行链路的例子来详细阐述该系统方案，其中开环部分使用SFBC技术。

假设下行链路基站A和基站B发送天线个数与移动台接收天线个数均为2。需要说明的是，本方案可以很容易地扩展到基站和移动台有更多天线的情况，这将在后文中给予解释和说明。

单层协同传输方案的系统模型如图2所示。基站A与移动台之间的无线衰落信道用矩阵表示如下：

$H_A=\left(\begin{array}{c}{h}_{A1}\\ h_{A2}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{h}_{A\mathrm{1,1}}& h_{A\mathrm{1,2}}\\ h_{A\mathrm{2,1}}& h_{A\mathrm{2,2}}\end{array}\right)$

它是一个2×2维的矩阵，其中h_Ai(i＝1，2)是基站A与移动台的第i根接收天线之间的信道矩阵，此处它是1×2维的向量。h_Ai，j(i＝1，2；j＝1，2)是基站A的第j根发送天线与移动台的第i根发送天线之间的衰落信道，并且有h_A1＝(h_A1，1 h_A1，2)以及h_A2＝(h_A2，1 h_A2，2)。

假设基站A和移动台之间的通信采用OFDM多载波传输技术。基站A和移动台的闭环通信中预编码使用的码书是C＝{w₁，w₂，…，w_N}，N是码书中预编码向量的个数，即码书的大小。其中 $w_i=\left(\begin{array}{c}{a}_i\\ b_i\end{array}\right)$ (i＝1，2，...，N)是基站A与移动台的通信中进行预编码能够使用的预编码向量，它们均为二维的列向量。a_i和b_i是w_i的两个元素，分别对应第一根发送天线和第二根发送天线。在时刻t₀，对于基站A，在某对相邻的两个子载波上(记其中的第一个子载波为f₁，第二个子载波为f₂)经过数字调制映射之后的符号分别是s₁和s₂，记向量s_A＝(s₁，s₂)。

基站A发送端的处理示意图如图3所示，下面根据图3详细阐述基站A发送信号处理过程。

系统需要传送的单层比特流在经过循环冗余校验编码后输入信道编码模块进行信道编码。速率匹配模块将信道编码后的比特流进行打孔等处理以达到速率的匹配。随后，比特流进入数字调制映射模块。在经过该模块的数字调制映射处理后，比特流被映射为对应于与数字调制方式对应的星座图上各点的符号。根据上文的符号定义，在数字调制映射以后，在子载波f₁上的待发送符号是s₁，在子载波f₂上的待发送符号是s₂。

随后向量s_A＝(s₁，s₂)被输入预编码模块。在预编码的处理中，基站A根据接收到的移动台通过上行的反馈信道反馈过来的PMI(Precoding MatrixIndicator)信息，从码书C＝{w₁，w₂，…，w_N}中选择相应的预编码向量 $w=\left(\begin{array}{c}a\\ b\end{array}\right),$ w∈C。其中PMI与被选中的预编码向量w一一对应，它是该预编码向量在码书中的序号。预编码模块将被选出的预编码向量w与输入预编码模块的向量s_A＝(s₁，s₂)相乘，得到：

${\mathrm{ws}}_A=\left(\begin{array}{c}a\\ b\end{array}\right)(s_1,s_2)=\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{as}}_1& {\mathrm{as}}_2\\ {\mathrm{bs}}_1& {\mathrm{bs}}_2\end{array}\right)$

于是得到分别对应于基站A发送天线1和发送天线2的两路信号。具体来讲，在时刻t₀对于基站A，在预编码以后对应于2个天线和2个子载波的待发送的信号如表1所示。

表1基站A预编码后的待发送信号

待发送信号子载波	发送天线1	发送天线2
			f1	as1	bs1
f2	as2	bs2

经过上述预编码处理后的上述信号被送往物理资源映射模块以映射到物理资源，然后在经过OFDM调制之后由发送天线1和发送天线2分别发送出去。上述即为基站A与移动台之间的闭环处理方式，其中，闭环处理中UE反馈的预编码向量的确定方式与现有技术中预编码向量的确定方式不同，其他基于反馈的预编码向量进行信号发送的处理与现有方式相同。

基站B与移动台之间的无线衰落信道用矩阵表示如下：

$H_B=\left(\begin{array}{cc}{h}_{B\mathrm{1,1}}& h_{B\mathrm{1,2}}\\ h_{B\mathrm{2,1}}& h_{B\mathrm{2,2}}\end{array}\right)$

它是一个2×2维的矩阵，其中h_Bi，j(i＝1，2；j＝1，2)是基站B的第j根发送天线与移动台的第i根发送天线之间的衰落信道。

假设基站B和移动台之间的通信采用OFDM多载波传输技术。对于基站B，在该时刻t₀，在与基站A相同的子载波，即对应的相邻的两个子载波f₁和f₂上，经过数字调制映射之后的符号亦为s₁和s₂。

基站B发送端的开环分集处理如图4所示，下面根据图4详细阐述基站B发送信号处理过程。

系统需要传送的单层比特流在经过循环冗余校验编码后输入信道编码模块进行信道编码。速率匹配模块将信道编码后的比特流进行打孔等处理以达到速率的匹配。随后，比特流输入数字调制映射模块。在经过该模块的数字调制映射处理后，比特流被映射为对应于与数字调制方式对应的星座图上各点的符号。根据上文的符号定义，在数字调制映射以后，在子载波f₁上的待发送符号是s₁，在子载波f₂上的待发送符号是s₂。

随后上述数字调制映射以后的信号被输入空频编码模块。在时刻t₀，在对应的相邻的两个子载波上，经过数字调制映射之后的符号s₁和s₂经过SFBC的编码映射到2个发送天线上，形成 $s_B=(s_1,s_2^{*})$ 和 $s_B^{\′}=(s_2,-s_1^{*}),$ 其中 $s_B=(s_1,s_2^{*})$ 中的s₁和s₂ ^*分别表示该对子载波中第一个子载波f₁上基站B第一根发送天线和第二根发送天线所发送的信号，而 $s_B^{\′}=(s_2,-s_1^{*})$ 中的s₂和-s₁ ^*分别表示该对子载波中第二个子载波f₂上基站B第一根发送天线和第二根发送天线所发送的信号。因此，对于基站B，在时刻t₀在空频编码之后映射到天线上待发送的信号如表2所示。

表2基站B空频编码后的待发送信号

待发送信号子载波	基站B天线1	基站B天线2
			f1	s1	s2 *
f2	s2	-s1 *

经过空频编码处理后的上述信号被送往物理资源映射模块以映射到物理资源，然后在经过OFDM调制之后由发送天线1和发送天线2分别发送出去。

移动台收到的信号是基站A发送信号与基站B发送信号的叠加，接收机利用该叠加信号估计得到基站A和基站B与移动台间的信道特性，并利用基站A与移动台间由预编码字确定的等效信道、以及基站B与移动台间的信道特性对叠加信号中的数据进行译码。具体接收端处理过程如图5所示，下面根据图5详细阐述接收端的接收方法。

移动台首先将各天线收到的叠加信号进行OFDM解调，然后分别进行数据与导频信号分离。经过分离得到的移动台端接收到的数据信号为：

$r_{\mathrm{1,1}}=h_{A1}{\mathrm{ws}}_1+h_{B\mathrm{1,1}}{s}_1+h_{B\mathrm{1,2}}{s}_2^{*}+n_{\mathrm{1,1}}$

$r_{\mathrm{1,2}}=h_{A1}{\mathrm{ws}}_2+h_{B\mathrm{1,1}}{s}_2-h_{B\mathrm{1,2}}{s}_1^{*}+n_{\mathrm{1,2}}---\left(1\right)$

$r_{\mathrm{2,1}}=h_{A2}{\mathrm{ws}}_1+h_{B\mathrm{2,1}}{s}_1+h_{B\mathrm{2,2}}{s}_2^{*}+n_{\mathrm{2,1}}$

$r_{\mathrm{2,2}}=h_{A2}{\mathrm{ws}}_2+h_{B\mathrm{2,1}}{s}_2-h_{B\mathrm{2,2}}{s}_1^{*}+n_{\mathrm{2,2}}$

其中，r_i，j为移动台第i根接收天线在第j个子载波上的接收信号，n_i，j是移动台第i根接收天线在第j个子载波上的接收信号所叠加的加性噪声(i＝1，2；j＝1，2)。从上式中我们可以清楚地看到移动台收到的来自是基站A与基站B的数据信号的是如何在接收端进行叠加的。

经过整理，可将接收信号表示为：

$r_{\mathrm{1,1}}=(h_{A1}w+h_{B\mathrm{1,1}})s_1+h_{B\mathrm{1,2}}{s}_2^{*}+n_{\mathrm{1,1}}$

$r_{\mathrm{1,2}}=(h_{A1}w+h_{B\mathrm{1,1}})s_2-h_{B\mathrm{1,2}}{s}_1^{*}+n_{\mathrm{1,2}}---\left(2\right)$

$r_{\mathrm{2,1}}=(h_{A2}w+h_{B\mathrm{2,1}})s_1+h_{B\mathrm{2,2}}{s}_2^{*}+n_{\mathrm{2,1}}$

$r_{\mathrm{2,2}}=(h_{A2}w+h_{B\mathrm{2,1}})s_2-h_{B\mathrm{2,2}}{s}_1^{*}+n_{\mathrm{2,2}}$

经过分离得到的导频信息被送往信道估计模块，进行信道估计，具体估计方法可以采用现有的各种方式。将估计出与移动台第一根接收天线相关的信道信息，即

和

等值，并估计出与移动台第二根接收天线相关的信道信息，即

和

等值。在理论分析中，我们采用理想信道估计，因此信道估计模块的输出是h_A1，1、h_A1，2、h_B1，1、h_B1，2、h_A2，1、h_A2，2、h_B2，1和h_B2，2等值。

将分离得到的数据信号和信道估计输出的信道状态信息一起输入符号检测模块，进行符号检测。在该符号检测过程中，与现有符号检测所不同的是，本发明利用基站A与移动台间的等效信道(即信道特性与预编码字的乘积)和基站B与移动台间的信道，进行符号检测。具体地，根据式(2)所示的接收数据信号，移动台端的检测算法可以为：

${\hat{s}}_{\mathrm{1,1}}={(h_{A1}w+h_{B\mathrm{1,1}})}^{*}{r}_{\mathrm{1,1}}-h_{B\mathrm{1,2}}{r}_{\mathrm{1,2}}^{*}$

${\hat{s}}_{\mathrm{2,1}}=h_{B\mathrm{1,2}}{r}_{\mathrm{1,1}}^{*}+{(h_{A1}w+h_{B\mathrm{1,1}})}^{*}{r}_{\mathrm{1,2}}$

${\hat{s}}_{\mathrm{1,2}}={(h_{A2}w+h_{B\mathrm{2,1}})}^{*}{r}_{\mathrm{2,1}}-h_{B\mathrm{2,2}}{r}_{\mathrm{2,2}}^{*}$

${\hat{s}}_{\mathrm{2,2}}=h_{B\mathrm{2,2}}{r}_{\mathrm{2,1}}^{*}+{(h_{2,1}w+h_{B\mathrm{2,1}})}^{*}{r}_{\mathrm{2,2}}---\left(3\right)$

其中，

和分别表示移动台第一根接收天线和第二根接收天线接收到的信号检测出的s₁的估计值，

和

分别表示移动台第一根接收天线和第二根接收天线接收到的信号检测出的s₂的估计值。

将接收信号表达式(2)带入式(3)，经过整理，得：

${\hat{s}}_{\mathrm{1,1}}=({|h_{A1}w+h_{B\mathrm{1,1}}|}^2+{\left|h_{B\mathrm{1,2}}\right|}^2)s_1+{(h_{A1}w+h_{B\mathrm{1,1}})}^{*}{n}_{\mathrm{1,1}}-h_{B\mathrm{1,2}}{n}_{\mathrm{1,2}}^{*}$

${\hat{s}}_{\mathrm{2,1}}=({|h_{A1}w+h_{B\mathrm{1,1}}|}^2+{\left|h_{B\mathrm{1,2}}\right|}^2)s_2+{(h_{A1}w+h_{B\mathrm{1,1}})}^{*}{n}_{\mathrm{1,2}}+h_{B\mathrm{1,2}}{n}_{\mathrm{1,1}}^{*}$

${\hat{s}}_{\mathrm{1,2}}=({|h_{A2}w+h_{B\mathrm{2,1}}|}^2+{\left|h_{B\mathrm{2,2}}\right|}^2)s_1+{(h_{A2}w+h_{B\mathrm{2,1}})}^{*}{n}_{\mathrm{2,1}}-h_{B\mathrm{2,2}}{n}_{\mathrm{2,2}}^{*}$

${\hat{s}}_{\mathrm{2,2}}=({|h_{A2}w+h_{B\mathrm{2,1}}|}^2+{\left|h_{B\mathrm{2,2}}\right|}^2)s_2+{(h_{A2}w+h_{B\mathrm{2,1}})}^{*}{n}_{\mathrm{2,2}}-h_{B\mathrm{2,2}}{n}_{\mathrm{2,1}}^{*}---\left(4\right)$

其中|·|²表示复数的模平方。

根据MRC(Maximum Ratio Combining，最大比合并)，由式(4)可得合并后得到的符号检测的输出结果为：

${\hat{s}}_1=\frac{{\hat{s}}_{\mathrm{1,1}}+{\hat{s}}_{\mathrm{1,2}}}{{|h_{A1}w+h_{B\mathrm{1,1}}|}^2+{\left|h_{B\mathrm{1,2}}\right|}^2+{|h_{A2}w+h_{B\mathrm{2,1}}|}^2+{\left|h_{B\mathrm{2,2}}\right|}^2+{\mathrm{\δ}}^2}$

${\hat{s}}_2=\frac{{\hat{s}}_{\mathrm{2,1}}+{\hat{s}}_{\mathrm{2,2}}}{{|h_{A1}w+h_{B\mathrm{1,1}}|}^2+{\left|h_{B\mathrm{1,2}}\right|}^2+{|h_{A2}w+h_{B\mathrm{2,1}}|}^2+{\left|h_{B\mathrm{2,2}}\right|}^2+{\mathrm{\δ}}^2}$

其中和

分别是接收端处理得到的s₁和s₂的估计值。

将符号检测的输出结果

和

进行软解调和信道译码，即得移动台接收端处理后最终得到的比特流。

另一方面，信道估计输出的信道状态信息还将用于为下一时隙的基站A闭环传输选择供预编码使用的预编码向量，因此将信道估计的所得结果输入码书选择模块。具体在该预编码向量选择中，与现有技术不同的是，根据所有与移动台进行数据传输的基站与移动台间的信道特性来进行预编码向量的选择。本实施例中，即根据基站A和基站B与移动台间的信道特性来确定下一时隙基站A闭环传输的预编码向量，并将该预编码向量对应的预编码信息反馈给基站A。

具体地，按照预设的码书选择准则，遍历使用的码书C中各个预编码向量，计算其所对应的接收性能参数，选择获得最优接收性能的预编码向量w作为下一时隙进行数据传输时的预编码向量，并将其序号PMI作为反馈信息通过上行的反馈信道反馈至基站A。具体的码书选择准则可以为现有的各种准则，如容量最大化、MMSE或基于SIR的准则等。

本实施例中，以容量最大化准则为例来说明预编码向量的选择，根据该准则，遍历码书中的各个预编码向量，根据基站A和基站B与移动台间的信道特性，计算每个预编码向量对应的系统容量，从中选择系统容量最大的预编码向量作为下一时隙基站A闭环传输所使用的预编码向量。根据前述符号检测算法可以推出系统容量的表达式，再对其取最大值，即

$w=\underset{w_i\∈C}{\arg \max }({|h_{A1}{w}_i+h_{B\mathrm{1,1}}|}^2+{\left|h_{B\mathrm{1,2}}\right|}^2+{|h_{A2}{w}_i+h_{B\mathrm{2,1}}|}^2+{\left|h_{B\mathrm{2,2}}\right|}^2)$

其中C＝{w₁，w₂，…，w_N}是预编码使用的码书，上述准则也即从码书中选择使分集增益最大的预编码向量。由于|h_B1，2|²和|h_B2，2|²的取值与预编码向量无关，故上述准则也可简化为

$w=\underset{w_i\∈C}{\arg \max }({|h_{A2}{w}_i+h_{B\mathrm{2,1}}|}^2+{|h_{A1}{w}_i+h_{B\mathrm{1,1}}|}^2)$

至此，本实施例中的多小区联合传输方法流程结束。上述方案可以很容易地扩展到基站和移动台天线数大于2的情况。假设M_tA和M_tB分别是下行基站A和基站B发送天线的个数，M_r是下行移动台接收天线个数。此时基站A到移动台的信道矩阵H_A的维数是M_r×M_tA，基站B到移动台的信道矩阵H_B的维数是M_r×M_tB。此时相应的MIMO模型变成更多天线的情况。基站A与移动台之间的通信采用更多天线的单码字预编码技术，它所使用的预编码向量w是M_tA维的列向量。基站B与移动台之间的通信采用开环分集技术，例如更多天线的STBC，SFBC。

上述方案也可以很容易地扩展到更多小区(大于2)协同服务同一个移动台的情况。具体来讲，其中部分基站与移动台之间的通信采用单码字的预编码，另一部分基站与移动台之间的通信采用开环分集技术，例如STBC，SFBC。其中，每个采用开环分集方式的基站的处理均相同，即对待发送数据采用现有的开环分集方式处理后进行发送；每个采用闭环分集方式的基站的处理方式也相同，即将待发送数据经移动台反馈的预编码向量进行预编码后进行发送。

在移动台端，接收各个基站发送信号的叠加信号，进行导频与数据的分离后，利用导频信号进行各个基站与移动台间信道特性的估计，具体估计方式采用现有方式实现。再利用估计得到的结果对分离后的数据进行译码，并利用估计得到的各个基站与移动台间的信道特性，按照预设的码书选择准则，为各个采用闭环方式处理信号的基站对应选择下一时隙的预编码向量，并对应反馈给各个闭环方式处理的基站。其中，在进行预编码向量选择时，与上述相类似地，利用各个基站与移动台间的信道特性，计算每个预编码向量对应的接收性能参数，并选择一组使接收性能参数最优的预编码向量，其中，该组预编码向量中的每一个对应一个闭环方式处理的基站，由移动台将选择出的预编码向量对应反馈给与其相应的基站。

(2)多层协同传输方案

对于多层协同传输的情况(包括两层、三层或者更多层)，基站A与移动台之间的通信采用多码字预编码技术，基站B与移动台之间的通信采用开环空分复用技术。下面以一个具体的通信系统下行链路的的例子来详细阐述该系统方案。

假设多层传输的层数为M，M_tA和M_tB分别是下行链路基站A和基站B发送天线的个数，M_r是下行链路移动台接收天线个数，其中M≤M_tB且M≤M_tA。假设基站A和基站B与移动台之间的通信均采用OFDM多载波传输技术。

多层协同传输方案的系统模型如图6所示，基站A与移动台之间的无线衰落信道用矩阵表示如下：

它是一个M_r×M_tA维的矩阵，其中h_Ai，j(i＝1，2，...，M_r；j＝1，2，...，M_tA)是基站A的第j根发送天线与移动台的第i根发送天线之间的衰落信道。

假设基站A和移动台的闭环通信中预编码使用的码书是C＝{w₁，w₂，…，w_N}，N是码书中预编码矩阵的个数，即码书的大小。其中

(i＝1，2，...，N)是基站A与移动台的通信中进行预编码能够使用的预编码矩阵，它们均为M_tA×M维的矩阵。该矩阵中的各行对应基站A的各根发送天线，各列对应待发送的各层信号。在下行链路基站A的发送端处理中，在时刻t₀，经过数字调制映射之后的符号为向量 $s=\left(\begin{array}{c}{s}_1\\ .\\ .\\ .\\ s_M\end{array}\right),$ 其中s_i(i＝1，2，...，M)表示第i层比特流在数字调制映射后的符号。

图7为基站A发送端处理的示意图，下面根据图7详细阐述基站A发送信号处理过程。

系统需要传送的M层比特流在经过循环冗余校验后分别输入信道编码模块进行信道编码。速率匹配模块将信道编码后的各层比特流进行打孔等处理以达到速率的匹配。随后，比特流输入数字调制映射模块。在经过该模块的数字调制映射处理后，M层比特流被分别映射为对应于与数字调制方式对应的星座图上各点的符号。根据上文的符号定义，在基站A经过数字调制映射之后的符号为向量 $s=\left(\begin{array}{c}{s}_1\\ .\\ .\\ .\\ s_M\end{array}\right).$

随后向量s被输入预编码模块。在预编码的处理中，基站A根据接收到的移动台通过上行的反馈信道反馈过来的PMI信息，从码书中选择相应的预编码矩阵为其中PMI与被选中的预编码矩阵w一一对应，它是该预编码矩阵在码书中的序号。预编码模块将被选出的预编码矩阵w与输入预编码模块的向量 $s=\left(\begin{array}{c}{s}_1\\ .\\ .\\ .\\ s_M\end{array}\right)$ 相乘，得到：

所得结果为一个M_tA×1的列向量。于是预编码之前M层待发送符号被映射成分别对应于M_tA根发送天线的M_tA路信号。

经过预编码处理后的上述信号被送往物理资源映射模块以映射到物理资源，然后在经过OFDM调制之后由M_tA根发送天线分别发送出去。

基站B与移动台之间的无线衰落信道用矩阵表示如下：

它是一个M_r×M_tB维的矩阵，其中h_Bi，j(i＝1，2，...，M_r；j＝1，2，...，M_tB)是基站A的第j根发送天线与移动台的第i根发送天线之间的衰落信道。

在时刻t₀，在下行链路基站B的发送端处理中，经过数字调制映射之后的符号亦为向量 $s=\left(\begin{array}{c}{s}_1\\ .\\ .\\ .\\ s_M\end{array}\right),$ 其中s_i(i＝1，2，...，M)表示第i层比特流在数字调制映射后的符号。

图8为基站B发送端处理的示意图，下面根据图8详细阐述基站B发送信号处理过程。

系统需要传送的M层比特流在经过循环冗余校验后分别输入信道编码模块进行信道编码。速率匹配模块将信道编码后的各层比特流进行打孔等处理以达到速率的匹配。随后，比特流输入数字调制映射模块。在经过该模块的数字调制映射处理后，M层比特流被分别映射为对应于与数字调制方式对应的星座图上各点的符号。根据上文的符号定义，在基站A经过数字调制映射之后的符号为向量 $s=\left(\begin{array}{c}{s}_1\\ .\\ .\\ .\\ s_M\end{array}\right).$

随后向量s被输入开环空分复用模块。在该模块的处理中：

若M＝M_tB，即各与各发送天线一一对应，则M层待发送符号通过该模块的处理被映射成分别一一对应于M_tB根发送天线的M_tB路信号。

若M＜M_tB，即层数小于发送天线数，此时可以有很多种处理方法，本文在此给出其中的两种：第一为通过天线选择，根据实际系统的设计用一定的方法从M_tB根发送天线中优选出M根用于信号的发送，此时各层与各发送天线一一对应，M层待发送符号通过该模块的处理被映射成分别一一对应于M根发送天线的M路信号；第二为应用复用与分集结合的思想，将M层待发送符号中的每一层符号分别映射到一根或多根发送天线上发送，使得所有的M_tB根发送天线均参与发送信号。

经过开环空分复用模块处理后的上述信号被送往物理资源映射模块以映射到物理资源，然后在经过OFDM调制之后由M_tB根发送天线分别发送出去。

移动台收到的信号是基站A发送信号与基站B发送信号的叠加，接收机利用该叠加信号估计得到基站A和基站B与移动台间的信道特性，并利用基站A与移动台间由预编码矩阵确定的等效信道、以及基站B与移动台间的信道特性对叠加信号中的数据进行译码。图9为接收端处理的具体流程示意图，下面根据图9详细阐述接收端算法。

移动台首先将各天线收到的信号进行OFDM解调，然后分别进行数据与导频信号分离。经过分离得到的移动台端接收到的数据信号为：

r＝H_Aws+H_Bs+n＝(H_Aw+H_B)s+n           (5)

其中 $r=(r_1,r_2,\·\·\·,r_{M_r})$ 是接收数据信号矢量，r_i(i＝1，2，...，M_r)是移动台第i根接收天线上的接收信号。 $n=(n_1,n_2,\·\·\·,n_{M_r})$ 是移动台的接收信号上所叠加的加性噪声，其中n_i(i＝1，2，...，M_r)是对应于移动台第i根接收天线上的接收信号的加性噪声。

经过分离得到的导频信息被送往信道估计模块，进行信道估计，具体估计方法可以采用现有的各种方式实现。将估计出

(i＝1，2，...，M_r；j＝1，2，...，M_tA)和

(i＝1，2，...，M_r；j＝1，2，...，M_tB)等值。在理论分析中，我们采用理想信道估计，因此信道估计模块的输出是h_Ai，j(i＝1，2，...，M_r；j＝1，2，...，M_tA)和h_Bi，j(i＝1，2，...，M_r；j＝1，2，...，M_tB)等值。

将分离得到的数据信号和信道估计输出的信道状态信息一起输入符号检测模块，进行符号检测。符号检测基于上述式(5)进行，具体检测算法可以采用现有各种方式，如最小均方误差(MMSE)、迫零(ZF)等，实际使用中可以根据系统设计的要求选择。

这里给出两种符号检测的算法：

第一为ZF准则，记

是符号检测的输出值，则有：

$\hat{s}={(H_{A}w+H_B)}^{-1}r---\left(\mathrm{ZF}\right)$

第二为MMSE准则，记

是符号检测的输出值，则有：

$\hat{s}={({(H_{A}w+H_B)}^H(H_{A}w+H_B)+{\mathrm{\σ}}^2{I}_M)}^{-1}{(H_{A}w+H_B)}^{H}r---\left(\mathrm{MMSE}\right)$

其中I_M是一个维数为M×M的单位矩阵。

将符号检测的输出结果和

进行软解调和信道译码，即得接收端处理后最终得到的比特流。

另一方面，信道估计输出的信道状态信息还将用于为下一时隙的基站A闭环传输选择供预编码使用的预编码矩阵，因此将信道估计的所得结果输入码书选择模块。具体在该预编码向量选择中，与现有技术不同的是，根据所有与移动台进行数据传输的基站与移动台间的信道特性来进行预编码向量的选择。本实施例中，即根据基站A和基站B与移动台间的信道特性来确定下一时隙基站A闭环传输的预编码向量，并将该预编码向量对应的预编码信息反馈给基站A。

具体地，按照预设的码书选择准则，遍历使用的码书C中各个预编码矩阵，计算其所对应的接收性能参数，选择获得最优接收性能的预编码矩阵w作为下一时隙进行数据传输时的预编码矩阵，并将其序号PMI作为反馈信息通过上行的反馈信道反馈至基站A。具体的码书选择准则可以为现有的各种准则，如容量最大化、MMSE或基于SIR的准则等。

本实施例中，以MMSE和基于SIR的准则为例来说明预编码向量的选择。实际使用中可以根据需要择优选则其中一种准则。

第一为MMSE准则，即从码本中选择使MSE(Mean Square Error，均方误差)最小的预编码矩阵；第二为从码本中选择使SIR(Signal toInterference Ratio，信干比)最大的预编码矩阵。下面分别阐述这两个准则。

码书选择的MMSE准则：

$\mathrm{MSE}\left(w\right)=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_s}{M}{(I_M+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_s}{{\mathrm{MN}}_0}{(H_{A}w+H_B)}^H(H_{A}w+H_B))}^{-1}$

$w=\underset{w_i\∈C}{\arg \min }\mathrm{function}\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_s}{M}{(I_M+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_s}{{\mathrm{MN}}_0}{(H_A{w}_i+H_B)}^H(H_A{w}_i+H_B))}^{-1}\right)$

其中C＝{w₁，w₂，…，w_N}是预编码使用的码书，ε_s表示总的发送能量，M是预编码前数据流的个数，它等于层数。N₀表示高斯白噪声的功率谱密度，function(·)表示矩阵的迹或行列式。上述准则即从码书中选择使均方误差最小的预编码矩阵。

基于SIR的码书选择准则：

其中主对角线上的元素g_ii表示第i层的增益，矩阵中其它的元素表示层间干扰，于是可以根据一定的规则，由上式右边矩阵中各个元素能够计算出信干比SIR(w)，它是预编码矩阵的函数。此时的码书选择准则为

$w=\underset{w_i\∈C}{\arg \max }\mathrm{SIR}\left(w_i\right)$

即从码书中选择使SIR最大的预编码矩阵。

例如，在两层的情况下有

${(H_{A}w+H_B)}^H(H_{A}w+H_B)=\left[\begin{array}{cc}{g}_{11}& g_{12}\\ g_{21}& g_{22}\end{array}\right]$

则有

$\mathrm{SIR}\left(w\right)=\frac{g_{11}{g}_{22}}{g_{12}{g}_{21}}$

于是得到此码书选择准则为

$w=\underset{w_i\∈C}{\arg \max }\mathrm{SIR}\left(w_i\right)=\underset{w_i\∈C}{\arg \max }\frac{g_{11}{g}_{22}}{g_{12}{g}_{21}}$

即从码书中选择使SIR最大的预编码矩阵。

至此，本实施例中的多小区联合传输方法流程结束。需要说明的是，与上述单层协同传输相类似的，上述两个基站与移动台进行通信从而形成的联合传输方式，可以很容易地扩展到更多小区(大于2)同时服务同一个移动台的情况。具体来讲，其中部分基站与移动台之间的通信采用多码字的预编码，另一部分基站与移动台之间的通信采用开环空分复用技术。其中，每个采用开环分集方式的基站的处理均相同，即对待发送数据采用现有的开环分集方式处理后进行发送；每个采用闭环分集方式的基站的处理方式也相同，即将待发送数据经移动台反馈的预编码向量进行预编码后进行发送。

在移动台端，接收各个基站发送信号的叠加信号，进行导频与数据的分离后，利用导频信号进行各个基站与移动台间信道特性的估计，具体估计方式采用现有方式实现。再利用估计得到的结果对分离后的数据进行译码，并利用估计得到的各个基站与移动台间的信道特性，按照预设的码书选择准则，为各个采用闭环方式处理信号的基站对应选择下一时隙的预编码矩阵，并对应反馈给各个闭环方式处理的基站。其中，在进行预编码向量矩阵时，与上述相类似地，利用各个基站与移动台间的信道特性，计算每个预编码矩阵对应的接收性能参数，并选择一组使接收性能参数最优的预编码矩阵，其中，该组预编码矩阵中的每一个对应一个闭环方式处理的基站，由移动台将选择出的预编码矩阵对应反馈给与其相应的基站。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多小区联合传输方法，其特征在于，该方法包括：

UE与多个基站同时建立数据传输通道，所述多个基站在相同的频带上向所述UE发送相同的待传数据；

其中，所述多个基站中的至少一个基站，根据所述UE向所述至少一个基站反馈的预编码信息，采用闭环方式向所述UE发送数据；其中，所述UE按照预设的码书选择准则，利用所述多个基站中的每一个与所述UE间的信道特性，为所述至少一个基站中的每一个，在码书中对应选择最优的预编码矩阵，再将为所述至少一个基站中的每一个选择的预编码矩阵对应的预编码信息，对应反馈给所述至少一个基站，用于所述至少一个基站向所述UE的下一次数据传输；所述至少一个基站的基站数目小于所述多个基站的基站数目；

所述多个基站中除所述至少一个基站之外的其他基站，采用开环分集方式向所述UE发送数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

所述UE接收所述多个基站发送数据的叠加信号，并进行数据与导频信号的分离；

利用分离出的导频信号估计所述多个基站中的每一个与所述UE间的信道特性，并根据估计得到的信道特性，对分离出的数据进行解调和译码。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开环分集方式包括空频分组编码、空时分组编码或开环空分复用。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述待传的数据为多层数据流时，对于所述其他基站中的每一个，

若数据流的层数与该基站发送天线的数目相同，则将各层数据一一对应于各个发送天线，进行发送；

若数据流的层数小于该基站发送天线的数目，则从发送天线中选择出数量与所述层数相等的发送天线，将各层数据一一对应于选择出的各个发送天线，进行发送；或将各层数据映射到一根或多根发送天线上发送。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UE所在小区的基站，按照该基站与所述UE原来的开环或闭环方式，进行数据发送和接收。

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