CN101882951B - 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，在为一UE服务的多个协作小区向所述UE进行不同数据流的传输时，包括：a将多个协作小区中的任一协作小区作为当前协作小区，对UE与当前协作小区间的信道矩阵H₁进行SVD分解，确定H₁的最大奇异值的右奇异向量，并将其作为当前协作小区的波束赋形向量；b在未确定波束赋形向量的协作小区中任选一个作为当前协作小区，构造干扰矩阵，选择与干扰矩阵乘积为0的向量作为当前协作小区的波束赋形向量；返回步骤b，直到为所有协作小区确定波束赋形向量；c在每个协作小区，进行波束赋形处理并发送处理后信号给UE。应用本发明，能实现多小区向UE分别传输独立数据流，并能控制多数据流间的相互干扰。

Description

一种多小区联合传输方法

技术领域

本发明涉及多点传输(CoMP)技术，特别涉及一种多小区联合传输方法。

背景技术

在LTE-A系统中，CoMP引入的一个任务是保证小区边缘用户的数据率和性能，该传输方案通过多个小区(扇区)共同对边缘用户提供服务的方式，改善边缘用户的通信质量。由于UE的天线数较少，处理能力有限，因此需要在BS端对发射信号进行预处理(预编码，波束赋形等)，以保证UE端的可靠接收。

CoMP技术主要可分为基站协作调度技术和联合发射/接收处理技术。目前，关于CoMP基站联合发射处理的研究已经提出的解决方案示意图如图1所示，多个基站为边缘用户传输共享的数据流，以改善通信质量，其中，H₁表示小区(Cell)1的基站与UE间的信道矩阵，H₂表示Cell 2的基站与UE间的信道矩阵，H₃表示Cell 3的基站与UE间的信道矩阵。但是，在多媒体应用中，数据包含多种形式(文本、语音和视频等)，因此让各协作基站分别传输一种形式的数据具有实际意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多小区联合传输方法，实现多小区向UE分别传输独立数据流，并能够控制多数据流间的相互干扰。

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，在为一UE服务的多个协作小区向所述UE进行不同数据流的传输时，该方法包括：

a、将所述多个协作小区中的任一协作小区作为当前协作小区，对所述UE与所述当前协作小区间的信道矩阵H₁进行SVD分解，确定所述H₁的最大奇异值的右奇异向量，并将所述右奇异向量作为所述当前协作小区的波束赋形向量；

b、在未确定波束赋形向量的协作小区中任意选择一个小区作为当前协作小区，利用所述UE与已确定波束赋形向量的协作小区间的信道矩阵和所述UE与当前协作小区间的信道矩阵，构造当前协作小区对所述已确定波束赋形向量的协作小区的干扰矩阵，选择与所述干扰矩阵的乘积为0的向量，作为当前协作小区的波束赋形向量；返回步骤b，直到为所有协作小区确定出波束赋形向量；

c、在每个协作小区，利用该协作小区的波束赋形向量，对该协作小区中待发送给所述UE的数据进行波束赋形处理，将处理后的信号发送给所述UE。

较佳地，构造所述干扰矩阵Ak的方式为： $A_k=\left[\begin{array}{c}{w}_1^H{H}_1^H{H}_{k+1}\\ w_2^H{H}_2^H{H}_{k+1}\\ ...\\ w_k^H{H}_k^H{H}_{k+1}\end{array}\right],$ 其中，k为所述已确定波束赋形向量的协作小区的个数，H₁、H₂、...、H_k分别为已确定波束赋形向量的协作小区与所述UE间的信道矩阵，H₁、H₂、...、H_k分别为已确定波束赋形向量的协作小区的波束赋形向量，()^H为取矩阵的共轭转置。

较佳地，确定与所述干扰矩阵的乘积为0的矢量的方式为：对所述干扰矩阵进行SVD分解，确定所述干扰矩阵的零空间的一组标准正交基向量，任一所述标准正交基向量与所述干扰矩阵的乘积为0。

较佳地，所述选择与所述干扰矩阵的乘积为0的矢量作为当前协作小区的波束赋形向量为：在与所述干扰矩阵的乘积为0的所有矢量中，选择使||H_k+1α_i||最大的向量，作为当前协作小区的波束赋形向量，其中，α_i为与所述干扰矩阵的乘积为0的向量，H_k+1为所述UE与所述当前协作小区间的信道矩阵，i为所述向量的索引。

由上述技术方案可见，本发明中，首先，在为UE服务的所有协作小区中任意选择一个，将该协作小区与UE间的信道矩阵H₁进行SVD分解，将分解后得到的H₁的最大奇异值的右奇异向量，作为该协作小区的波束赋形向量；然后，依次为其它协作小区选择波束赋形向量，在进行具体选择时，先确定当前协作小区对已确定波束赋形向量的协作小区的干扰矩阵，再选择与所述干扰矩阵的乘积为0的矢量，作为当前协作小区的波束赋形向量，从而使本小区进行波束赋形处理后的数据不会对其它协作小区的数据传输造成干扰；直到为所有协作小区确定出波束赋形向量；最后，对于每个协作小区，利用确定的波束赋形向量对待发送给UE的不同数据进行波束赋形处理，并发送给UE。通过上述联合传输方法，一方面，多个协作小区为UE传输不同的数据流，提高了资源利用率；另一方面，在各个协作小区进行的波束赋形处理中，波束赋形矢量的选择使得任一协作小区进行波束赋形处理后的数据，对于其它协作小区的数据传输不会造成干扰。

附图说明

图1为现有的CoMP系统中联合发射处理的示意图。

图2为本发明中多小区联合传输方法的示意图。

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：多个协作小区为UE传输不同的数据流，并通过波束赋形向量的合理选择，避免不同数据流间的相互干扰。

具体地，在本发明的多小区联合传输方法中，传输模式示意图如图2所示，BS1、BS2、...、BSm为服务于UE的多个协作小区的基站，它们分别通过波束赋形向UE发送字符s₁，s₂，...，s_M。UE的接收信号向量为

$y=\sqrt{P_1}{H}_1{w}_1{s}_1+\sqrt{P_2}{H}_2{w}_2{s}_2+...\sqrt{P_m}{H}_m{w}_m{s}_m+n---\left(1\right)$

在式(1)中，P_i、w_i和s_i分别是基站BSi的发射功率、波束赋形向量和发射字符，H_i为基站BSi与UE间的信道矩阵，n为AWGN噪声向量，且E{nn^H}＝σ²I。

在上述联合传输过程中，各个协作小区发送给UE的发射字符各不相同，UE需要分别就各个协作小区发送的发射字符进行检测，其中，对于每个发射字符的检测可以采用相同的方式。以检测s₁为例，UE采用匹配滤波器对式(1)所示的接收信号y进行处理，得到s₁的判决变量为

如式(2)所示，在判决变量中包括

即其它发射符号对s₁的干扰，为能够正确检测出发射符号s₁，需要保证

为0；而通过波束赋形向量w₁，...，w_m的合理选择，可以保证数据流间干扰为0，具体地，当波束赋形向量w₁，...，w_m满足如下条件时，数据流间干扰为0：

$w_i^H{H}_i^H{H}_j{w}_j=0,\∀i\≠j---\left(3\right)$

基于上述分析，本发明在进行多小区联合传输时，适当选择波束赋形向量，既能实现多个协作小区传输不同的数据流，同时保证不同数据流间不会产生相互干扰。

图3为本发明中多小区联合传输的方法具体流程图。在本实施例的CoMP系统中，UE A为一处于小区边缘的用户，有多个协作小区为该UE A提供服务，并依次为各个协作小区确定合适的波束赋形向量，进行波束赋形处理后下发给UE A。如图3所示，该多个协作小区向UE A的联合数据传输方法包括：

步骤301，在为UE A提供的服务的多个协作小区中任意选择一个小区，作为当前协作小区，对该UE与当前协作小区间的信道矩阵H₁进行SVD分解，确定H₁的最大奇异值的右奇异向量，并将右奇异向量作为当前协作小区的波束赋形向量。

本步骤中，为多个协作小区中的第一个协作小区确定波束赋形向量。这里第一个协作小区可以为任意一个协作小区。

具体在确定该小区的波束赋形向量时，首先对H₁进行SVD分解，即H₁＝U₁D₁V₁ ^H，得到矩阵U₁、D₁和V₁，其中，SVD分解的方式与现有方式相同，确定UE与当前协作小区间的信道矩阵的方式也与现有方式相同，这里就不再赘述。

将H₁的最大奇异值的右奇异向量作为当前协作小区的波束赋形向量w₁，也就是将矩阵V₁的第一列作为w₁。

经过步骤301的处理，已经确定了第一个协作小区的波束赋形向量w₁，接下来，通过步骤302～304依次对剩余的其它协作小区确定相应的波束赋形向量。

步骤302，将下一个协作小区作为当前协作小区。

这里，可以在未确定波束赋形向量的协作小区中任意选择一个作为当前协作小区，接下来，通过步骤303～304的处理为当前协作小区确定波束赋形向量。

步骤303，利用UE与已确定波束赋形向量的协作小区间的信道矩阵和UE与当前协作小区间的信道矩阵，构造当前协作小区对已确定波束赋形向量的协作小区的干扰矩阵。

具体地，假设已经确定出协作小区1到协作小区k的波束赋形向量w₁，...，w_k，则构造干扰矩阵A_k为：

$A_k=\left[\begin{array}{c}{w}_1^H{H}_1^H{H}_{k+1}\\ w_2^H{H}_2^H{H}_{k+1}\\ ...\\ w_k^H{H}_k^H{H}_{k+1}\end{array}\right]$

其中，H_k+1为UE.与当前协作小区间的信道矩阵。在该干扰矩阵中，每一行w_i ^HH_i ^HH_k+1都是当前协作小区的信道矩阵H_k+1对于已确定波束赋形向量的协作小区中经波束赋形处理后信号w_iH_i的干扰。

步骤304，选择一个与干扰矩阵的乘积为0的向量，作为当前协作小区的波束赋形向量。

通过比较干扰矩阵A_k与式(3)可见，若干扰矩阵与当前协作小区的波束赋形向量的乘积为0，则可以满足式(3)，即保证当前协作小区经波束赋形处理后的信号，对于已确定波束赋形向量的各个协作小区中经波束赋形处理后的信号的干扰为0。因此，本步骤在确定当前协作小区的波束赋形向量时，选择一个与干扰矩阵乘积为0的向量即可。

具体地，确定与干扰矩阵乘积为0的向量的方式可以为：对干扰矩阵A_k进行SVD分解，得到A_k的零空间的一组标准正交基向量，记为α₁，...，α_l，其中的任意一个标准正交基向量与干扰矩阵的乘积均为0，因此，可以选择任意一个标准正交基向量作为当前协作小区的波束赋形向量。在这种确定与干扰矩阵乘积为0的向量的方式中，得到的标准正交基向量的个数l为N-M，其中，M和N分别为干扰矩阵的行数和列数。当干扰矩阵满秩(即M＝N)时，不存在标准正交基向量。但是，在通常的CoMP系统中，参与协同传输的协作小区数目(即干扰矩阵的最大行数，也即M的最大值)通常小于协作小区中的天线个数(即N)，因此，利用上述方式一般是能够确定出与干扰矩阵乘积为0的向量的。

当然，还可以采用其它的方式来确定与干扰矩阵乘积为0的向量，从这些向量中任意选择一个向量作为当前协作小区的波束赋形向量。具体确定与干扰矩阵乘积为0向量的方式，对本发明的实现并无影响，本发明也不做限定。

同时，为进一步提高接收性能，在与干扰矩阵乘积为0的所有向量选择一个向量作为当前协作小区的波束赋形向量时，优选地，可以选择能够使||H_k+1α_i||最大的向量作为当前协作小区的波束赋形向量，即 $w_{k+1}=\arg \underset{{\mathrm{\α}}_i,i=1,...,l}{\max }\left|\right|H_{k+1}{\mathrm{\α}}_i\left|\right|,$ 这样，能够保证选择出的波束赋形向量使发射符号的能量最大，更易于检测出相应的发射符号。

步骤305，判断是否存在未确定波束赋形向量的协作小区，若是，则返回步骤302，否则，在每个协作小区，利用该协作小区的波束赋形向量，对该协作小区中待发送给UE的数据进行波束赋形处理，将处理后的信号发送给UE。

依次每个协作小区确定波束赋形向量后，即可以利用各个协作小区的波束赋形向量对相应小区待传数据进行波束赋形处理，并将处理后的信号发送给UE。

至此，本发明的多小区数据传输方法流程结束。

如上所述，依照步骤302～304的操作，为除第一个协作小区之外的其它协作小区选择波束赋形向量，即能够保证每个协作小区经波束赋形处理后传输的数据流，不会对其它小区的数据流产生干扰，能够满足式(3)，并且，如果采用优选的波束赋形向量选择方式，还可以进一步提高数据检测性能。

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 (3)

1.一种多小区联合传输方法，其特征在于，在为一UE服务的多个协作小区向所述UE进行不同数据流的传输时，该方法包括：

a、将所述多个协作小区中的任一协作小区作为当前协作小区，对所述UE与所述当前协作小区间的信道矩阵H₁进行SVD分解，确定所述H₁的最大奇异值的右奇异向量，并将所述右奇异向量作为所述当前协作小区的波束赋形向量；

b、在未确定波束赋形向量的协作小区中任意选择一个小区作为当前协作小区，利用所述UE与已确定波束赋形向量的协作小区间的信道矩阵和所述UE与当前协作小区间的信道矩阵，构造当前协作小区对所述已确定波束赋形向量的协作小区的干扰矩阵，选择与所述干扰矩阵的乘积为0的向量，作为当前协作小区的波束赋形向量；返回步骤b，直到为所有协作小区确定出波束赋形向量；

c、在每个协作小区，利用该协作小区的波束赋形向量，对该协作小区中待发送给所述UE的数据进行波束赋形处理，将处理后的信号发送给所述UE;

其中，所述构造所述干扰矩阵A_k的方式为：

其中，k为所述已确定波束赋形向量的协作小区的个数，H₁、H₂、…、H_k分别为已确定波束赋形向量的协作小区与所述UE间的信道矩阵，w₁，...，w_k分别为已确定波束赋形向量的协作小区的波束赋形向量，（）^H为取矩阵的共轭转置，H_k+1为UE与当前协作小区间的信道矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定与所述干扰矩阵的乘积为0的矢量的方式为：对所述干扰矩阵进行SVD分解，确定所述干扰矩阵的零空间的一组标准正交基向量，任一所述标准正交基向量与所述干扰矩阵的乘积为0。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择与所述干扰矩阵的 乘积为0的矢量作为当前协作小区的波束赋形向量为：在与所述干扰矩阵的乘积为0的所有矢量中，选择使||H_k+1α_i||最大的向量，作为当前协作小区的波束赋形向量，其中，α_i为与所述干扰矩阵的乘积为0的向量，H_k+1为所述UE与所述当前协作小区间的信道矩阵，i为所述向量的索引。 

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