CN101908914B - 一种空分多址中继传输方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空分多址中继传输方法，包括：接收各用户发送的中继站与各用户之间信道的模值；利用该模值和多天线信道的空间相关信息，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度并设计其预编码矩阵；将用户调度信息及预编码矩阵信息发送给被选中的用户，接收所述被选中的用户分别发送的各自支持的信干噪比SINR纠正量；根据所述信干噪比SINR纠正量调整各被选中用户的编码调制水平。本发明还提供了相应的空分多址系统中继站以及SDMA中继传输系统。根据本发明用户可选择最优性能的多个用户并设计其预编码矩阵，确定用户调制编码水平，从而获得用户间干扰和复用增益之间的最优折中。

Description

一种空分多址中继传输方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及空分多址中继传输方法、装置及系统。

背景技术

在多天线无线通信系统中，采用空分多址接入(SDMA，Space DivisionMultiple Access)方式，可利用空间资源可以同时向多个用户发送信息，相对传统的时分多址接入(TDMA，Time Division Multiple Access)，能大幅提高系统吞吐量。研究表明，通过脏纸编码(DPC，Dirty Paper Coding)SDMA能获得最优性能，但这种非线性方案由于复杂度太高而并不实用。目前复杂度相对较低的SDMA方案通常基于一些线性的多用户预编码技术，比如迫零(ZF，Zero-Forcing)多用户预编码技术、MMSE多用户预编码技术、基于广义特征值的多用户预编码技术以及基于迭代的预编码技术等。这些技术能获得较优的性能，当它们与用户调度技术联合使用时，还能获得广播信道的多用户分集。但是，上述方案的实现都需要接入点(AP，Access Point)精确已知所有用户的信道状态信息(CSI，Channel StateInformation)。在频分双工(FDD，Frequency Division Duplex)系统中，反馈所有用户的CSI时开销太大，因此很难实现。

基于有限反馈的SDMA技术是目前广受关注的一个研究课题，基于反馈信息的内容，大致分为两类：基于信道量化的SDMA和基于预编码码本的SDMA。相比而言，第二类SDMA技术总体上需要更少的反馈信息量，但需要设计高效的多用户预编码和调度的联合方案。现有技术中提供的一种实现方案是，使用一个随机酉矩阵作为预编码矩阵，并选择信道条件好的多个用户实现SDMA。这种方案实现简单，反馈开销小，随着用户数目的不断增长能达到理论上最优的容量增长率。但在稀疏网络中，由于用户较少且预编码矩阵是随机生成的，该方案中调度的多个并行用户之间往往存在较强的干扰，因此，性能改善非常有限。

为了适应未来的移动通信系统，特别是高级国际移动通信IMT-Advanced的要求，传统的蜂窝网络需进行根本性的变革。在蜂窝网络中引入中继站以及相关的多跳传输技术目前被认为是最有效的网络构架变革方法。如何在这种新型网络构架下设计新型的多跳(如两跳)SDMA方案目前还没有得到很好的解决。

另外，需要指出的是，即使在单跳的有限反馈SDMA方案中，进行优化设计时，需要根据接入点天线数事先约束并行发送独立数据流的数目，该数目通常等于接入点天线数。这种约束在用户数目比较少的场景下往往会导致严重的用户间干扰，从而明显降低系统性能。

为了有效解决该问题，一种可行的方法是通过自适应地选择并行数据流的数目以获得用户间干扰和复用增益之间的最优折中，但需要解决各个并行数据流的传输速率自适应选择问题，与传统的固定数据流数SDMA技术不同的是，由于并行发送流数的不确定性，为了使接入点获得SDMA传输时各个用户可支持的数据传输速率，通常每个用户需要反馈多个SINR值，每个SINR值对应不同的并行数据流数情形，但这会导致反馈量的成倍增长，因此需要设计新的高效反馈机制来支持数据流数自适应SDMA算法。

发明内容

本发明实施例提供一种空分多址中继传输方法、装置及系统，通过一种新型的反馈机制在中继站实现用户调度和预编码设计，并能对应用户的精确自适应调制编码，从而获得优越的系统性能。

本发明实施例提供的一种空分多址中继传输方法，包括：

接收各用户发送的中继站与各用户之间信道的模值；

利用该模值和多天线信道的空间相关信息，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度并设计其预编码矩阵；

将预编码矩阵信息发送给被选中的用户，接收所述被选中的用户分别发送的各自支持的信干噪比SINR纠正量，该信干噪比SINR纠正量为被选中用户分别根据其模值及接收到的预编码矩阵信息计算得到；

根据所述被选中的用户各自支持的信干噪比SINR纠正量调整各被选中用户的编码调制水平。

本发明实施例提供的一种空分多址系统中继站，包括：

第一接收单元，接收各用户发送的中继站与各用户之间的信道的模值；

选择处理单元，利用该模值和多天线信道的空间相关信息，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度并设计其预编码矩阵；

发送单元，将预编码矩阵信息发送被选中用户；

第二接收单元，接收所述被选中用户分别发送的各自支持的信干噪比SINR纠正量，该信干噪比SINR纠正量为各用户分别根据其模值及接收到的预编码矩阵信息计算得到的；

调整单元，根据所述被选中用户各自支持的信干噪比SINR纠正量确定各个并行用户的编码调制水平。

本发明实施例提供的一种SDMA中继传输系统，包括：

用户设备，用于分两次向中继站发送反馈信息，第一次发送的反馈信息为中继站与用户之间信道的模值，第二次发送的反馈信息为根据该模值和中继站提供的预编码矩阵信息计算得到的该用户支持的信干噪比SINR纠正量；

中继站，用于根据接收到的模值进行用户调度和预编码设计，并将用户调度和预编码相关信息发送给基站和被调度选中的用户；根据接收到的所述信干噪比SINR纠正量确定所述用户端设备的编码调制水平；

基站，用于在收到所述用户调度相关信息，通过所述中继站将用户数据发送给用户设备。

本发明实施例还提供一种空分多址系统的基站，包括：

第一接收单元，接收各用户发送的基站与各用户之间的信道的模值；

选择处理单元，利用该模值和多天线信道的空间相关信息，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度并设计其预编码矩阵；

发送单元，将预编码矩阵信息发送给被选中用户；

第二接收单元，接收所述被选中用户分别发送的各自支持的信干噪比SINR纠正量，该信干噪比SINR纠正量为各用户分别根据其模值及接收到的预编码矩阵信息计算得到的；

调整单元，根据所述被选中用户各自支持的信干噪比SINR纠正量确定各个并行用户的编码调制水平。

本发明实施例提出了一种新型的SDMA中继传输方案，通过使用用户分步反馈的方式，用户设备分两次向中继站发送反馈信息，可实现两跳SDMA接入的数据流数自适应用户调度和预编码设计，同时实现对调度用户的准确自适应调制编码AMC控制。通过利用中继端天线阵列之间的空间相关性，可设计高效的有限反馈机制，由此用户可选择估计意义上最优性能的多个用户并设计其预编码矩阵，通过分布反馈方式，可纠正由估计方式造成的对调度用户调制编码水平选择的误差。根据本发明用户可选择最优性能的多个用户并设计其预编码矩阵，确定用户调制编码水平，从而获得用户间干扰和复用增益之间的最优折中。

附图说明

图1为现有技术中的两跳空分多址SDMA多用户系统架构示意图；

图2为本发明实施例中提供的SDMA中继传输方法流程图；

图3为本发明实施例中提供的一种SDMA中继站构成示意图；

图4和图5为本仿真实验中得到的两跳SDMA通信系统的系统吞吐量性能曲线图。

具体实施方式

在设计两跳空分多址SDMA传输技术方案时，需考虑中继站的用户调度和多用户预编码设计以及相应的信道信息反馈方法，以实现低时延的多用户并行高效传输。鉴于此，本发明提出了一种有限反馈的SDMA中继传输方法，能通过一种新型的反馈机制在中继站实现用户调度和预编码设计，选择确定并行用户数以及对应用户的精确自适应调制编码(AMC，Adaptive Modulation and Coding)，从而获得优越的系统性能。

参照图1，本发明实施例中，两跳空分多址SDMA多用户系统，包括基站、中继站和U个用户设备UE。基站和中继站均配置M_t个发射天线，所有用户均配置单个天线，并处在中继站的覆盖范围内。用户与基站之间的直接无线链路受路径损耗或阴影衰落的影响可忽略不计。因此，基站向用户的下行传输需通过中继站进行解码转发(DF，Decode Forward)。中继站在接收用户的有限反馈信息后，从U个用户中选择K(K≤M_t)个用户，通过优化设计的多用户线性预编码，可实现向K个用户并行发送数据。

若被选中的K个用户的发送信号矢量为s＝[s₁，...，s_K]^T，通常满足E[|s_k|²]＝1，k＝1，...，K，在此E[·]表示取均值算子。由于中继站只负责转发数据，因此需首先将完成的用户调度信息(选中用户的编号)发送给基站，基站由此将s＝[s₁，...，s_K]^T通过第一跳连路发送给中继站。中继站对接收信号解码后再通过设计好的多用户预编码矩阵{w_k}，k＝1，...，K向K个用户并行发送数据。第k个用户在第二跳的等效基带接收信号可表示为：

$y_k=\sqrt{E_s}\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{h}_k^H{w}_i{s}_i+v_k$

其中E_s表示发送信号功率，在此假设各个用户以等功率发送信号；h_k ^H表示中继站和第k个用户之间的瞬时信道矢量，通常假设其平均功率已作归一化，其相关矩阵定义为 $R_k=E\left[h_k{h}_k^H\right];$ v_k表示高斯白噪声，其单边功率谱密度为N_0，k。

由于蜂窝网络中的中继站部署通常会保证基站与中继站之间的信道条件，且固定中继站与基站之间信道的时变性相对较小，因此很容易实现收发机优化设计。因此上述系统模型的关键在于中继端的用户调度以及第二跳发送预编码设计等，其主要包括：用户反馈信息和有限反馈机制的设计；两跳传输的帧结构设计；中继站用户调度和预编码的联合优化以及用户自适应调制编码AMC。

本发明提出的一种有限反馈的SDMA中继传输方案中，首先，用户向中继站反馈第一部分有限信息(即中继站与各用户之间的信道模值||h_k||)，中继站利用该信道模值||h_k||信息完成用户调度和预编码设计，并将相关信息发送给基站和被选中用户；基站收到用户调度信息后将用户数据通过第一跳链路发送给中继站，被选中用户收到该信息后计算SINR的纠正信息，并在第二跳传输开始前作为第二部分反馈信息反馈给中继站，中继站综合利用第一部分和第二部分反馈信息可完成对调度用户的自适应调制编码AMC。

下面对本发明的实现方案进行详细描述。

参照图2，本发明实施例提供的一种有限反馈的SDMA中继传输方法，具体包括如下步骤：

S01，各用户发送中继站与各用户之间的信道的模值||h_k||给中继站；

本发明实施例中，为完成一次两跳SDMA传输，被调度用户需向中继站进行两次信息反馈。首先，所有用户向中继站反馈其对应的第二跳信道(即中继站和用户之间的信道)的模值ρ_k＝||h_k||，k＝1，...，U，即用户进行第一次信息反馈。

S02，中继站利用该模值||h_k||和多天线信道的空间相关信息，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度选择L个并行用户并设计其预编码矩阵；

中继站利用该信息并结合多天线信道的空间相关信息可从估计意义上最优的角度选择一个或多个并行用户并设计其预编码矩阵。

本实施例提供的多用户MIMO系统中，在设计预编码矩阵时，采用基于信漏噪声比SLNR的预编码算法，该算法实现理论上需要已知每个用户信道相关的 $Q_k=h_k{h}_k^H,$ k＝1，...，U，利用多天线信道的统计信息 $R_k=E\left[h_k{h}_k^H\right],$ Q_k可用如下方法进行最小均方误差MMSE估计：

${\hat{Q}}_k=E\{h_k{h}_k^H{\left|\right|\left|h_k\right||}^2={\mathrm{\ρ}}_k^2\}=U_k{\hat{D}}_k{U}_k^H$

其中U_k表示相关矩阵R_k的特征向量组成的酉矩阵，表示对角矩阵，其第j个对角元素表示为：

$d_j=\frac{1}{f\left({\mathrm{\ρ}}_k^2\right)}[\frac{{\mathrm{\ρ}}_k^2-{\mathrm{\Σ}}_{j=1,j\≠m}^{M_t}\frac{{\mathrm{\λ}}_j}{1-{\mathrm{\λ}}_j/{\mathrm{\λ}}_m}}{{\mathrm{\λ}}_m{\mathrm{\Π}}_{i\≠m}(1-{\mathrm{\λ}}_j/{\mathrm{\λ}}_m)}{e}^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}_k^2}{{\mathrm{\λ}}_m}}-\underset{j\≠m}{\mathrm{\Σ}}\frac{e^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}_k^2}{{\mathrm{\λ}}_j}}}{(1-{\mathrm{\λ}}_j/{\mathrm{\λ}}_m){\mathrm{\Π}}_{i\≠j}(1-{\mathrm{\λ}}_i/{\mathrm{\λ}}_j)}]$

其中{λ_j}表示矩阵R_k的特征根，f(ρ_k ²)表示为：

$f\left({\mathrm{\ρ}}_k^2\right)=\underset{n=1}{\overset{M_t}{\mathrm{\Σ}}}\frac{e^{-\frac{{\mathrm{\ρ}}_k^2}{{\mathrm{\λ}}_n}}}{{\mathrm{\λ}}_n{\mathrm{\Π}}_{\begin{array}{c}i=1\\ i\≠n\end{array}}^{M_t}(1-\frac{{\mathrm{\λ}}_i}{{\mathrm{\λ}}_n})}.$

根据此估计信息，假设中继站选定用户集合S＝{i₁，...，i_L}作为并行发送用户集(其中L表示用户集合的数目，也即并行数据流的数目)，则根据SLNR准则的预编码矩阵W_S＝[w₁，...，w_L]，可表示为：

其中

为第i₁用户信道矢量

相关的

估计值，N_0，k为单边功率谱密度，E_s为发送的信号功率，l＝1，......L。上式可用广义特征根方法得到解析解，由此可以计算用户集合S＝{i₁，...，i_L所能支持和吞吐量的估计值，表示如下：

${\hat{T}}_S=\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_l{\log }_2(1+{\widehat{\mathrm{\η}}}_l)$

其中β_l表示常数因子，比如比例公平调度算法中的比例因子，

表示用户i_l在用预编码矩阵W_S向用户集合S＝{i₁，...，i_L}并行发送数据时SINR的估计值： ${\widehat{\mathrm{\η}}}_l=\frac{w_l^H{\hat{Q}}_{i_j}{w}_l}{{\mathrm{\Σ}}_{j=1,j\≠l}^L{w}_j^H{\hat{Q}}_{i_j}{w}_j+N_{0,k}/E_s}$

基于上述估计方法很容易设计估计意义上最优的用户调度方法，即遍历所有可能的用户集合，分别计算其支持的和吞吐量估计值，然后选择最大的一个用户集合作为当前发送用户集合。但这种遍历搜索的方法在用户数目U很大时需要很高的计算复杂度。

因此，本实施例提供了一种低复杂的次优调度算法选择并行用户并设计其预编码矩阵，具体包括如下步骤：

1)选择具有最大信道模值的用户k_m，得到初始调度用户集合S^(p)＝{k_m}，并计算其吞吐量估计值

2)逐个遍历用户集合S^(p)外的所有用户，对于每个遍历到的用户k_l，k_l∈{1，...，U}\S^(p)，分别计算新的集合S_l＝S^(p)∪{k_l}所支持的和吞吐量估计值

从中选出和吞吐量估计值最大的集合

作为最后的调度用户集合，其相应的预编码矩阵记为W^(p)；

具体地，如果S^(m)支持的和吞吐量估计值

大于

则更新S^(p)＝S^(m)， ${\hat{T}}_S={\hat{T}}_{S^{\left(m\right)}},$ 反之，如果S^(m)支持的和吞吐量估计值

不大于

则调度算法结束，S^(p)即为最后的调度用户集合，其相应的预编码矩阵记为W^(p)；

3)使用更新的用户集合及其吞吐量估计值重复步骤2)；

当和吞吐量估计值

达到最大，选择和吞吐量估计值最大的用户集合中的用户，并基于所选中的用户采用信漏噪声比SLNR算法确定相应的预编码矩阵。

S03，将预编码矩阵信息发送给被选中的并行用户；

中继端根据用户第一次反馈的信息即信道模值||h_k||选出L个用户，并确定其预编码矩阵为 $W^{\left(p\right)}=\{w_1^{\left(p\right)},...,w_{K_p}^{\left(p\right)}\},$ 其中每列表示对应用户的发送波束。中继站在完成用户调度和预编码设计后，将预编码矩阵W^(p)信息发送给被选中用户。

S04，被选中用户接收到中继站发送的用户调度信息及预编码矩阵信息后，分别根据其模值||h_k||及预编码矩阵信息计算得到的各自支持的SINR值纠正量；并将该信干噪比SINR值纠正量反馈给中继站；

被选中用户在获知W^(p)信息后，分别计算自身在此次SDMA通信中的SINR值纠正量。假设上述W^(p)中第1个波束w_l ^(p)对应用户的信道矢量仍用h_l表示，该用户支持的SINR计算如下：

${\mathrm{\γ}}_l=\frac{E_s\left|h_l^H{w}_l^{\left(p\right)}\right|}{E_s\stackrel{K_p}{\mathrm{\Σ}}\left|h_l^H{w}_i^{\left(p\right)}\right|+N_{0,k}}$

S05，中继站根据被选中的L个并行用户各自支持的信干噪比SINR值纠正量确定各个并行用户的编码调制水平。为了使中继端能实时调整并行用户的调制编码水平，用户在收到w^(p)相关信息后需计算由并行发送其它用户干扰造成的SNR损失，SNR损失值通过下式计算：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\η}}_l=\frac{E_s{\mathrm{\ρ}}_l^2}{N_{0,k}}-{\mathrm{\γ}}_l$

被选中用户据此计算反馈信息Δη_l，并对其量化后在第二跳传输开始前发送给中继站，完成第二次信息反馈。由此，中继站将用户1的支持速率更新为：

$T_l={\log }_2(1+\frac{E_s{\mathrm{\ρ}}_l^2}{N_{0,k}}-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\η}}_l),$ l＝1，...，K_p

中继站根据用户支持速率确定各个并行用户的编码调制水平，从而实现对各个并行用户进行精确的自适应调制编码。

中继站还需将用户调度信息发送给基站；

基站在收到所述用户调度信息后，通过所述中继站将用户数据发送给用户设备。

需要说明的是，上面所述方法能同时应用到单跳空分多址传输系统，此时基站代替中继站接收用户的反馈信息并进行用户调度、预编码设计以及用户编码调制水平选择。

参照图3，本发明实施例提供一种SDMA中继站100，包括：

第一接收单元11，接收各用户发送的中继站与各用户之间的信道的模值||h_k||；

选择处理单元12，利用该模值||h_k||和多天线信道的空间相关信息，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度并设计其预编码矩阵；

发送单元13，将预编码矩阵信息发送给被选中用户；

第二接收单元14，接收所述被选中用户分别发送的各自支持的信干噪比SINR，该信干噪比SINR为各用户分别根据其模值||h_k||及预编码矩阵信息计算得到的各自支持的信干噪比SINR值纠正量；

调整单元15，根据所述被选中用户各自支持的信干噪比SINR值纠正量确定各个并行用户的编码调制水平。

所述选择处理单元12包括：

计算模块12a，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度，得到并行发送用户集合S＝{i₁，...，i_L}；

预编码模块12b，基于所述并行发送用户集，根据信漏噪声比SLNR算法得到预编码矩阵W_S＝[w₁，...，w_L]，

其中

为第i₁用户信道矢量

相关的

估计值，N_0，k为单边功率谱密度，E_s为发送的信号功率，1＝1，......L。

优选地，所述选择处理单元12包括：

初始化模块12c，用于选择具有最大信道模值的用户k_m，得到初始调度用户集合S^(p)＝{k_m}，并计算其吞吐量估计值

预编码处理模块12d，用于将用户集合S^(p)外的所有用户逐个加入到用户集合S^(p)中构成的新用户集合，针对所构成的新用户集合分别计算每个新用户集合所支持的和吞吐量估计值，选择和吞吐量估计值最大的用户集合作为最后的用户集合，其相应的用户集合中的用户为所选中的并行用户，并基于所述L个并行用户确定相应的预编码矩阵。

在单跳空分多址传输系统中，基站接收用户的反馈信息并进行用户调度、预编码设计以及用户编码调制水平选择。

本发明实施例还提供一种空分多址系统的基站，包括：

第一接收单元，接收各用户发送的基站与各用户之间的信道的模值；

选择处理单元，利用该模值和多天线信道的空间相关信息，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度并设计其预编码矩阵；

发送单元，将预编码矩阵信息发送给被选中用户；

第二接收单元，接收所述被选中用户分别发送的各自支持的信干噪比SINR纠正量，该信干噪比SINR纠正量为各用户分别根据其模值及接收到的预编码矩阵信息计算得到的；

调整单元，根据所述被选中用户各自支持的信干噪比SINR纠正量确定各个并行用户的编码调制水平。

本发明实施例中提供的一种SDMA中继传输系统，包括基站、中继站及若干用户设备，其中，

用户设备，用于分两次向中继站发送反馈信息，第一次发送的反馈信息为中继站与用户之间信道的模值||h_k||，第二次发送的反馈信息为根据该模值||h_k||和中继站提供的预编码矩阵信息计算得到的该用户支持的信干噪比SINR值纠正量；

中继站，用于根据接收到的所述模值||h_k||进行用户调度和预编码设计，并将用户调度和预编码相关信息发送给基站和被选中的用户；根据接收到的所述信干噪比SINR值纠正量对计算支持的SINR值并确定所述用户端设备的编码调制水平；

基站，用于在收到所述用户调度相关信息，通过所述中继站将用户数据发送给用户设备。

本发明实施例提出了一种新型的两跳SDMA中继传输方案，通过使用用户记忆式分步反馈的方式，用户设备分两次向中继站发送反馈信息，可实现两跳SDMA接入的数据流数自适应用户调度和预编码设计，同时实现对调度用户的准确自适应调制编码AMC控制。通过利用中继端天线阵列之间的空间相关性，可设计高效的有限反馈机制，由此用户调度模块可使用基于ML或MMSE等估计方法选择估计意义上最优性能的多个用户并设计其预编码矩阵，通过记忆性的分布反馈方式，可纠正由估计方式造成的对调度用户调制编码水平选择的误差。

仿真测试及结果

在本仿真实验中，在基站和中继端都配置4根天线，所有用户都配置单根天线，用户信道具有相同的平均功率，因此，常数因子β_l设为1。假设中继站的部署能保证基站和中继站之间较优的信道条件，因此可以假设第一跳传输时中继端总能正确解码。假设信道为平坦衰落信道，在一次两跳SDMA实现(从用户调度到完成数据发送)保持不变，而在不同的SDMA实现之间信道独立变化。中继端多天线之间的空间相关性矩阵表示为如下形式：R＝{σ^|i-j|，i，j＝1，...，M_t}。每个被选中用户的吞吐量计算为log₂(1+snr)，SDMA实现的系统吞吐量即为所有被选中用户吞吐量之和。

本发明实施例提供的两跳SDMA通信系统的系统吞吐量性能，如图4和图5所示。作为比较，同时仿真了中继端使用IEEE 802.20MISO-SDMA方案的有限反馈两跳多用户下行传输系统，两种系统具有基本相等的反馈开销和反馈延时。在此所述IEEE 802.20MISO-SDMA系统使用DFT预编码码本，但在调度用户时约束以满数据流发送。参照图4和图5，从仿真结果可以看出，本发明所提供的两跳SDMA通信系统相比而言具有较佳的性能，尤其当用户数目比较少更为明显。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各单元及模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个单元及模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的示范性实施方案而已，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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种空分多址中继传输方法，其特征在于，包括：

接收各用户发送的中继站与各用户之间信道的模值；

利用该模值和多天线信道的空间相关信息，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度并设计其预编码矩阵；

将预编码矩阵信息发送给被选中的用户，接收所述被选中的用户分别发送的各自支持的信干噪比SINR纠正量，该信干噪比SINR纠正量为被选中用户分别根据其模值及接收到的预编码矩阵信息计算得到；

根据所述被选中的用户各自支持的信干噪比SINR纠正量更新被选中用户的支持速率，并根据被选中用户的支持速率确定各被选中用户的编码调制水平；

其中，所述信干噪比SINR纠正量通过下式计算得到：

${\mathrm{\Δ\η}}_l=\frac{E_s{\mathrm{\ρ}}_l^2}{N_{0,k}}-{\mathrm{\γ}}_l;$

所述被选中用户的支持速率根据下式进行更新：

$T_l={\log }_2(1+\frac{E_s{\mathrm{\ρ}}_l^2}{N_{0,k}}-{\mathrm{\Δ\η}}_l),l=1,...,K_p;$

E_s为发送的信号功率，N_0,k为用户端噪声的单边功率谱密度，k=1，……U，U为所有用户的总数目，γ_l为被选中用户支持的信干噪比SINR，ρ_l为用户的信道模值，K_p为被选中用户的数目。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述进行用户调度并设计其预编码矩阵，具体包括如下步骤：

选定用户集合S={i₁,...,i_L}作为并行发送用户集，根据信漏噪声比SLNR算法得到预编码矩阵W_S=[w₁,...,w_L]，

其中，

为第i₁用户信道矢量

相关的

估计值，N_0,k为单边功率谱密度，E_s为发送的信号功率，k=1，……U，U为所有用户的总数目，l=1，……L，L为被选中用户的数目。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述用户调度并设计其预编码矩阵，具体包括如下步骤：

1）选择具有最大信道模值的用户k_m，得到初始调度用户集合S^(p)={k_m}，并计算其吞吐量估计值

2）逐个遍历用户集合S^(p)外的所有用户，分别计算每个遍历到的用户与用户集合S^(p)构成的新用户集合所支持的和吞吐量估计值，从中选出和吞吐量估计值最大的用户集合，若其支持的和吞吐量估计值大于原用户集合S^(p)，则用它更新S^(p)，同时得到相应的预编码矩阵，否则停止用户搜索，原S^(p)即为最后得到的调度用户集合；

3）使用更新的用户集合及其吞吐量估计值重复步骤2）；

当和吞吐量估计值达到最大，选择相应的用户集合中用户，并确定相应的预编码矩阵。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

采用信漏噪声比SLNR算法确定相应的预编码矩阵。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户支持的信干噪比SINR通过下式计算得到：

${\mathrm{\γ}}_l=\frac{E_s\left|h_l^H{w}_l^{\left(p\right)}\right|}{E_s\underset{i=1,i\≠1}{\overset{K_p}{\mathrm{\Σ}}}\left|h_l^H{w}_i^{\left(p\right)}\right|+N_{0,l}}$

h_l为所述被选择用户集合中的第l个用户的信道矢量，

为该用户对应的预编码矩阵中第l个波束，N_0,l为该用户端噪声的单边功率谱密度，E_s为发送的信号功率，K_p为被选中用户的数目。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述用户调度信息发送给基站；

基站在收到所述用户调度信息后，通过所述中继站将用户数据发送给用户设备。

7.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述中继站与基站集成为一体。

8.一种空分多址系统中继站，其特征在于，包括：

第一接收单元，接收各用户发送的中继站与各用户之间的信道的模值；

选择处理单元，利用该模值和多天线信道的空间相关信息，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度并设计其预编码矩阵；

发送单元，将预编码矩阵信息发送给被选中用户；

第二接收单元，接收所述被选中用户分别发送的各自支持的信干噪比SINR纠正量，该信干噪比SINR纠正量为各用户分别根据其模值及接收到的预编码矩阵信息计算得到的，其中，所述信干噪比SINR纠正量通过下式计算得到：

Es为发送的信号功率,    N_0,k为用户端的单边功率谱密度，k=1,... ...U,U为所有用户的总数目，γ_l为被选中用户支持的信干噪比SINR，ρ_l为用户的信道模值；

调整单元，根据所述被选中用户各自支持的信干噪比SINR纠正量更新被选中用户的支持速率，并根据被选中用户的支持速率确定各个并行用户的编码调制水平，其中，

所述被选中用户的支持速率根据下式进行更新：

$T_l={\log }_2(1+\frac{E_s{\mathrm{\ρ}}_l^2}{N_{0,k}}-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\η}}_l),l=1,...,K_p;$

K_p为被选中用户的数目。

9.如权利要求8所述的空分多址系统中继站，其特征在于，所述选择处理单元包括：

计算模块，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度，得到并行发送用户集合S={i₁,...,i_L}；

预编码模块，基于所述并行发送用户集，根据信漏噪声比SLNR算法得到预编码矩阵W_S=[w₁,...,w_L]，

其中

为第i_l用户信道矢量

相关的

估计值，N_0,k为单边功率谱密度，E_s为改发送的信号功率，k=1,……U为所有用户的总数目，1=1，……L，L为被选中用户的数目。

10.如权利要求8所述的空分多址系统中继站，其特征在于，所述选择处理单元包括：处理单元包括：

初始化模块，用于选择具有最大信道模值的用户k_m，得到初始调度用户集合S^(p)={k_m}，并计算其吞吐量估计值

预编码处理模块，用于将用户集合S^(p)外的所有用户逐个加入到用户集合S^(p)中构成的新用户集合，针对所构成的新用户集合分别计算每个新用户集合所支持的和吞吐量估计值，选择和吞吐量估计值最大的用户集合作为最后的用户集合，其相应的用户集合中的用户为所选中的并行用户，并基于所述选中的并行用户确定相应的预编码矩阵。

11.一种空分多址系统的基站，其特征在于，包括：

第一接收单元，接收各用户发送的基站与各用户之间的信道的模值；

选择处理单元，利用该模值和多天线信道的空间相关信息，按照并行用户支持的和吞吐量最大的准则进行用户调度并设计其预编码矩阵；

发送单元，将预编码矩阵信息发送给被选中用户；

第二接收单元，接收所述被选中用户分别发送的各自支持的信干噪比SINR纠正量，该信干噪比SINR纠正量为各用户分别根据其模值及接收到的预编码矩阵信息计算得到的，其中，所述信干噪比SINR纠正量通过下式计算得到：

${\mathrm{\Δ\η}}_l=\frac{E_s{\mathrm{\ρ}}_l^2}{N_{0,k}}-{\mathrm{\γ}}_l$

Es为发送的信号功率，N_0,k为用户端噪声的单边功率谱密度，k=1，……U，U为所有用户的总数目，γ_l为被选中用户支持的信干噪比SINR，ρ_l为用户的信道模值；

调整单元，根据所述被选中用户各自支持的信干噪比SINR纠正量更新被选中用户的支持速率，并根据被选中用户的支持速率确定各个并行用户的编码调制水平，其中，

所述被选中用户的支持速率根据下式进行更新：

$T_l={\log }_2(1+\frac{E_s{\mathrm{\ρ}}_l^2}{N_{0,k}}-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\η}}_l),l=1,...,K_p;$

K_p为被选中用户的数目。

12.一种SDMA中继传输系统，包括基站、中继站及若干用户设备，其特征在于，

所述用户设备，用于分两次向中继站发送反馈信息，第一次发送的反馈信息为中继站与用户之间信道的模值，第二次发送的反馈信息为根据该模值和中继站提供的预编码矩阵信息计算得到的该用户支持的信干噪比SINR纠正量，其中，所述信干噪比SINR纠正量通过下式计算得到：

${\mathrm{\Δ\η}}_l=\frac{E_s{\mathrm{\ρ}}_l^2}{N_{0,k}}-{\mathrm{\γ}}_l$

Es为发送的信号功率，N_0,k为用户端噪声的单边功率谱密度，k=1，……U，U为所有用户的总数目，γ_l为被选中用户支持的信干噪比SINR，ρ_l为用户的信道模值；

中继站，用于根据接收到的模值进行用户调度和预编码设计，并将用户调度和预编码相关信息发送给基站和被调度选中的用户；根据接收到的所述信干噪比SINR纠正量更新被选中用户的支持速率，并根据被选中用户的支持速率确定所述用户端设备的编码调制水平，其中，

所述被选中用户的支持速率根据下式进行更新：

$T_l={\log }_2(1+\frac{E_s{\mathrm{\ρ}}_l^2}{N_{0,k}}-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\η}}_l),l=1,...,K_p;$

K_p为被选中用户的数目；

基站，用于在收到所述用户调度相关信息，通过所述中继站将用户数据发送给用户设备。

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