CN102332944A - 一种分布式mimo系统下行波束成形的基站选择方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法及装置，通过对基站到移动用户的信道矩阵进行估计并计算基站到移动用户的信道增益，然后依据门限判断规则选择要参与通信的基站并对选择要参与的基站选择自适应调制方式，接着依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子，通过对分布式基站的选择，可以选取与移动用户距离近而且信道质量好的基站参与通信，这样就使得分布式系统更加集约化，便于控制并降低了系统相应的信令开销。

Description

一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法及装置。

背景技术

随着移动通信用户数量不断增加，传统式的一个蜂窝小区中一个基站对多个用户的通信使得系统的容量问题越来越突出，而分布式天线(DA，distributedantenna)系统以其大覆盖范围、较少的切换等特性被认为是很有竞争力的备选方案。现有技术中有提出了分布式MIMO(多输入多输出)的概念，即多基站的天线构成分布式的多天线系统，和用户的多天线间构成分布式的MIMO系统。现有技术中对于不同衰落信道条件下分布式MIMO系统的容量进行了讨论。此外，现有技术也讨论了分布式的MIMO系统如何克服对不同用户传输时相互间的干扰。对于分布式MIMO系统，不同基站端的多天线由于天线间存在的相关性以及由于不同的路径衰落，在对某一具体的移动用户通信时的信道质量会有较大的差别；而对于移动用户来说，完成下行的传输也并不需要其临近的所有分布式基站都参与通信，因此在满足移动用户传输速率和质量的前提下，有必要对分布式系统中的基站进行选择，这种对基站的选择可以降低对其他用户的干扰，也可以同时降低系统总的信令开销和功率消耗。对于普通单基站具有多天线的情形，目前已有文献讨论，但是对于拥有多天线的多基站还没有从整体上考虑如何在满足通信要求的前提下选择尽可能少的基站参与通信。

针对现有技术中在对移动用户的通信过程中，移动用户临近的基站在中心控制单元的作用下都会参与到对移动用户的通信中，但是对移动用户的每一次通信并不是完全需要所有的基站都参与到对某一具体用户的通信，部分基站的参与就足以能完成对用户的通信，这时如果还要求所有基站都参与的话必然会引起较大的实现复杂性和较多的系统开销。设计一种在保证通信质量的前提下有效地降低了系统的信令开销和系统的复杂度，同时对于系统中存在的多用户间的相互干扰也有效地得到了降低的分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法及装置十分必要，是通信技术领域目前急待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出了一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法及装置，通过对基站到移动用户的信道矩阵进行估计并计算基站到移动用户的信道增益，然后依据门限判断规则选择要参与通信的基站并对选择要参与的基站选择自适应调节方式，接着依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子，通过对分布式基站的选择，可以选取与移动用户距离近而且信道质量好的基站参与通信，这样就使得分布式系统更加集约化，便于控制并降低了系统相应的信令开销。

为解决上述技术问题，本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法，包括：

步骤一、对基站到移动用户的信道矩阵进行估计；

步骤二、计算基站到移动用户的信道增益；

步骤三、依据门限判断规则选择要参与通信的基站；

步骤四、对选择要参与的基站选择自适应调节方式；

步骤五、依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子。

优选的，上述步骤一中，包括对所有的基站到移动用户的信道矩阵进行估计。

优选的，上述步骤二中，是通过中心控制单元计算所有基站到移动用户的信道增益。

优选的，上述步骤三中，门限判断规则是选择具有超过门限水平通信链路的基站参与对移动用户的通信。

优选的，步骤三的门限判断规则进一步包括，K个基站到移动用户j的信道分别为H_1j，H_2j，Λ，H_Kj，则基站i参与与移动用户j进行通信的条件可以表示为：

${\left|\right|H_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H\left|\right|}^2\≥{\mathrm{\γ}}_j,i=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},K$

其中，γ_j是为移动用户j的可靠通信所设置的信噪比门限，对移动用户通信的信噪比门限作比较，选择具有超过门限水平通信链路的基站参与到对该移动用户的通信当中，而低于门限水平的基站则不参与对该移动用户的传输。

优选的，上述步骤四中，是通过选择具有较高通信质量的基站参与对移动用户的通信，在所选择基站到移动用户的信道信息已知时，可以在保证传输质量的条件下利用自适应调制传送数据。

优选的，上述步骤五中，分配适当的功率因子是通过如下规则：对移动用户j在已知信道信息的情况下，共有n个基站被选中，则第i个基站到移动用户的发送比特数可以表示为：

$b_i={\log }_2\det (I+\frac{p_i}{{\mathrm{\σ}}^2}{H}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H)$

其中的p_i为分配给基站i到移动用户j的无线链路的功率因子，σ²为接受端的噪声方差，I为单位矩阵。而p_i的选择可以表示为：

$p_i={(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}$

而其中的u为灌水水平，λ_i为

的第i个特征值，对于所选择的n条无线链路灌水水平u有如下关系式：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}=1$

一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择装置，包括估计模块、计算模块、判断模块、自适应调制模块以及功率因子模块，通过对基站到移动用户的信道矩阵进行估计并计算基站到移动用户的信道增益，然后依据门限判断规则选择要参与通信的基站并对选择要参与的基站选择自适应调节方式，接着依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子。

优选的，上述估计模块用于对基站到移动用户的信道矩阵进行估计。

优选的，上述计算模块用于计算基站到移动用户的信道增益。

优选的，上述判断模块用于依据门限判断规则选择要参与通信的基站。

优选的，上述自适应调制模块用于对选择要参与的基站选择自适应调制方式。

优选的，上述功率因子模块用于依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子。

综上所述，本发明提供了一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法及装置，通过对基站到移动用户的信道矩阵进行估计并计算基站到移动用户的信道增益，然后依据门限判断规则选择要参与通信的基站并对选择要参与的基站选择自适应调制方式，接着依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子，通过对分布式基站的选择，可以选取与移动用户距离近而且信道质量好的基站参与通信，这样就使得分布式系统更加集约化，便于控制并降低了系统相应的信令开销。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例的装置结构示意图；

具体实施方式

本发明实施例提供的一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法及装置，通过对基站到移动用户的信道矩阵进行估计并计算基站到移动用户的信道增益，然后依据门限判断规则选择要参与通信的基站并对选择要参与的基站选择自适应调制方式，接着依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子，通过对分布式基站的选择，可以选取与移动用户距离近而且信道质量好的基站参与通信，这样就使得分布式系统更加集约化，便于控制并降低了系统相应的信令开销。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

鉴于现有技术中在对移动用户的通信过程时，移动用户临近的基站在中心控制单元的作用下都会参与到对移动用户的通信中，但是对移动用户的每一次通信并不是完全需要所有的基站都参与到对某一具体用户的通信，部分基站的参与就足以能完成对用户的通信，这时如果还要求所有基站都参与的话必然会引起较大的实现复杂性和较多的系统开销。

此外，现有技术考虑所有的基站都参与到对某一移动用户的通信时忽略了不同基站到移动用户的信道质量的差异，这样一来对于信道质量差的基站为了保持通信的质量就要多付出更多在发射功率上的代价。

另外，在现有技术中，由于多基站分布式天线的应用会降低原来每个蜂窝只有一个基站时对相邻小区用户造成的干扰，但是在分布式系统中如果对其中的每个移动用户都要求所有基站参与通信，那么对如何降低分布式基站对不同用户同时通信时的相互干扰就会变得更加复杂。

在本技术方案中，针对分布式的MIMO多用户系统，在下行传输时为获得良好的通信传输，在多基站完成对移动用户的通信时，不仅考虑了不同基站到用户间的信道质量的差异，而且考虑了分布式MIMO系统的中心控制单元对多基站调度的复杂性，同时考虑了在进行对参与通信的分布式基站选择后可以降低系统整体的功率消耗和系统中多个用户同时通信时的相互干扰。在完成了对分布式基站的选择后，对某一个具体的用户只有部分基站参与通信，在保证通信质量的前提下有效地降低了系统的信令开销和系统的复杂度，同时对于系统中存在的多用户间的相互干扰也有效地得到了降低。

本发明实施例提供一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法，如图1所示，具体步骤包括：

步骤一、对基站到移动用户的信道矩阵进行估计；

具体而言，在本发明实施例中，假设分布式MIMO系统中有K个基站，每个基站有N_K个天线，共有M个移动用户，每个移动用户具有N_M个天线。多基站间假设已经获得了良好的同步，并且在基站端通过信道估计等方法已经获得了各用户的信道信息。在由多基站多天线与移动用户的多天线构成的分布式MIMO系统中，对于一个具体的移动用户来说，不同基站所处的空间方位不同，到移动用户的信道质量是不相同的。因此，在本方案中将对各基站到用户的信道矩阵进行估计。

步骤二、计算基站到移动用户的信道增益；

具体而言，在本发明实施例中，假设分布式MIMO系统中有K个基站，每个基站有N_K个天线，共有M个移动用户，每个移动用户具有N_M个天线。多基站间假设已经获得了良好的同步，并且在基站端通过信道估计等方法已经获得了各用户的信道信息。在中心控制单元的作用下，可以针对某一移动用户到不同基站端的信道增益情况进行判断。

此外，因在由多基站多天线与用户的多天线构成的分布式MIMO系统中，对于一个具体的移动用户来说，不同基站所处的空间方位不同，到移动用户的信道质量是不相同的。如果把所有的基站都考虑到通信系统中一方面使得系统的整体复杂性提高，增加了中心控制单元的计算量；另外对于距离移动用户较远的基站其信道质量较差，完成对移动用户的通信也需要耗费较多的功率。

具体而言，在在本发明实施例中，将通过中心控制单元计算各基站到移动用户的信道增益。

步骤三、依据门限判断规则选择要参与通信的基站；

具体而言，在本发明实施例中，假设分布式MIMO系统中有K个基站，每个基站有N_K个天线，共有M个移动用户，每个移动用户具有N_M个天线。多基站间假设已经获得了良好的同步，并且在基站端通过信道估计等方法已经获得了各用户的信道信息。在中心控制单元的作用下，可以针对某一移动用户到不同基站端的信道增益情况进行判断，其中对移动用户通信的信噪比门限作比较，选择具有超过门限水平通信链路的基站参与到对该移动用户的通信当中，而低于门限水平的基站则不参与对该移动用户的传输。

假设K个基站到移动用户j的信道分别为H_1j，H_2j，Λ，H_Kj，则基站i参与与移动用户j进行通信的条件可以表示为：

${\left|\right|H_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H\left|\right|}^2\≥{\mathrm{\γ}}_j,i=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},K$

其中，γ_j是为移动用户j的可靠通信所设置的信噪比门限。

因此，在获得移动用户到基站端信道信息的情况下，就可以通过中心控制单元来选择具有高通信质量无线链路的基站来参与到与移动用户的通信，而那些通信质量较差的基站则不需要参与到对该移动用户的通信当中。

在本方案中，通过对分布式基站的选择，可以选取与移动用户距离近而且信道质量好的基站参与通信，这样就使得分布式系统更加集约化，便于控制并降低了系统相应的信令开销。通过对分布式MIMO系统基站的选择，可以选择那些对移动用户有高质量无线链路的基站参与对移动用户的通信，相当于对分布式系统的一种精简，降低了中心控制单元的开销和系统整体上的功率。

步骤四、对选择要参与的基站选择自适应调节方式；

具体而言，在本发明实施例中，当用户端的传输质量一定时，通过对分布式MIMO系统基站的选择，选择具有较高通信质量的基站参与对移动用户的通信，由于所选择基站到移动用户的信道信息已知，据此可以在保证传输质量的条件下利用自适应调制传送尽可能多的数据。

进一步的，举一具体实施例进行说明，假设对移动用户j在已知信道信息的情况下，共有n个基站被选中，则第i个基站到移动用户的发送比特数可以表示为：

$b_i={\log }_2\det (I+\frac{p_i}{{\mathrm{\σ}}^2}{H}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H)$

其中，p_i为分配给基站i到移动用户j的无线链路的功率因子，σ²为接收端的噪声方差，I为单位矩阵。而p_i的选择可以表示为：

$p_i={(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}$

其中，u为灌水水平，λ_i为

的第i个特征值，对于所选择的n条无线链路灌水水平u有如下关系式：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}=1$

在本方案中，通过对分布式基站的选择，可以根据所选基站到移动用户的信道质量情况进行自适应的调制，以达到传输尽可能多的比特数，同时结合灌水的功率分配策略，可以在满足传输质量的条件下，使基站的总体发射功率最小。此外，在分布式MIMO系统中，当没有进行对参与通信的基站进行选择时，由于不同基站到移动用户的信道的差异性较大，当要对移动用户的传输实现自适应调制时，无线链路数量多，不同链路间的信道增益变化差异显著使得对调制方式的选择复杂度增加，而且有相对较多的无线链路需要对调制方式进行选择。而当对分布式的基站进行选择后，参与通信的基站都会拥有较高的信道增益，链路间的增益变化相对缩小了，对实现自适应的调制提供了便利的条件。

因此，在进行了对分布式基站的选择后，不同无线链路间的信道增益的差距变小，有利于实施自适应的调制技术，以及在满足一定通信质量要求的前提下的功率控制技术。较少的具有高信道增益的无线链路在有效地实施了自适应调制和功率分配技术后，可以在减少系统整体功率消耗的前提下，提高系统的传输速率。

步骤五、依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子。

具体而言，在本发明实施例中，为了降低系统整体的发射功率，在满足给定调制方式和传输质量的条件下，可以通过对所选的链路分配合适的功率因子使发射的功率达到最小。

在本发明实施例中，假设对移动用户j在已知信道信息的情况下，共有n个基站被选中，则第i个基站到移动用户的发送比特数可以表示为：

$b_i={\log }_2\det (I+\frac{p_i}{{\mathrm{\σ}}^2}{H}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H)$

其中的p_i为分配给基站i到移动用户j的无线链路的功率因子，σ²为接收端的噪声方差，I为单位矩阵。而p_i的选择可以表示为：

$p_i={(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}$

而其中的u为灌水水平，λ_i为

的第i个特征值，对于所选择的n条无线链路灌水水平u有如下关系式：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}=1$

因此，通过对分布式基站的选择，可以根据所选基站到移动用户的信道质量情况进行自适应的调制，以达到传输尽可能多的比特数，同时结合灌水的功率分配策略，可以在满足传输质量的条件下，使基站的总体发射功率最小。

通过对分布式基站的选择后，对于移动用户每个基站端的多天线可以对用户形成特定的波束，由于所选的都是与移动用户间信道条件好的基站，在达到传输质量要求的前提下可以发射较少的功率，这样在完成给定的信息传输时，如果需要传送的符号数目和调制方式固定的情况下，移动用户端获得相同的接收质量时，就可以降低基站端对功率的消耗。同时，由于是经过了基站选择后的分布式MIMO系统，精简后的分布式基站更有利于完成对某一移动用户通信时的整体上的功率控制。

具体而言，在本发明实施例中，在分布式MIMO系统中虽然有中心控制单元实现了对多基站的统一调度和控制，但是当系统中有多个移动用户需要服务时，基站对不同用户形成的波束间必然会相互干扰，参与服务的基站越多对移动用户形成的波束就越多，这时如果系统中需要服务的移动用户数量较大的话，则基站与用户间形成的无线链路间就会有较强的干扰。在对分布式MIMO系统进行了基站选择后，使得参与对移动用户服务的基站数量可以有效的降下来，对于系统中有多个移动用户的情况相应的减少了无线链路的数量，就使得系统中整体的干扰水平得以下降。

进一步的，在分布式MIMO系统中，在有效地进行了对基站的选择后，降低了系统中总的无线链路的数量，当系统中有多个移动用户需要服务时由于实施了对基站的选择，可以显著地降低系统中不同用户无线通信链路之间的相互干扰。

另外，本发明实施例还提供一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择装置。如图2所示，为本发明实施例提供的一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择装置示意图。

一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择装置，包括估计模块11、计算模块22、判断模块33、自适应调节模块44以及功率因子模块55。

估计模块11，用于对基站到移动用户的信道矩阵进行估计。

具体而言，在本发明实施例中，假设分布式MIMO系统中有K个基站，每个基站有N_K个天线，共有M个移动用户，每个移动用户具有N_M个天线。多基站间假设已经获得了良好的同步，并且在基站端通过信道估计等方法已经获得了各用户的信道信息。在由多基站多天线与移动用户的多天线构成的分布式MIMO系统中，对于一个具体的移动用户来说，不同基站所处的空间方位不同，到移动用户的信道质量是不相同的。因此，在本方案中将对各基站到用户的信道矩阵进行估计。

计算模块22，用于计算基站到移动用户的信道增益。

具体而言，在本发明实施例中，假设分布式MIMO系统中有K个基站，每个基站有N_K个天线，共有M个移动用户，每个移动用户具有N_M个天线。多基站间假设已经获得了良好的同步，并且在基站端通过信道估计等方法已经获得了各用户的信道信息。在中心控制单元的作用下，可以针对某一移动用户到不同基站端的信道增益情况进行判断。

此外，因在由多基站多天线与用户的多天线构成的分布式MIMO系统中，对于一个具体的移动用户来说，不同基站所处的空间方位不同，到移动用户的信道质量是不相同的。如果把所有的基站都考虑到通信系统中一方面使得系统的整体复杂性提高，增加了中心控制单元的计算量；另外对于距离移动用户较远的基站其信道质量较差，完成对移动用户的通信也需要耗费较多的功率。

具体而言，在本发明实施例中，将通过中心控制单元计算各基站到移动用户的信道增益。

判断模块33，用于依据门限判断规则选择要参与通信的基站。

具体而言，在本发明实施例中，假设分布式MIMO系统中有K个基站，每个基站有N_K个天线，共有M个移动用户，每个移动用户具有N_M个天线。多基站间假设已经获得了良好的同步，并且在基站端通过信道估计等方法已经获得了各用户的信道信息。在中心控制单元的作用下，可以针对某一移动用户到不同基站端的信道增益情况进行判断，其中对移动用户通信的信噪比门限作比较，选择具有超过门限水平通信链路的基站参与到对该移动用户的通信当中，而低于门限水平的基站则不参与对该移动用户的传输。

假设K个基站到移动用户j的信道分别为H_1j，H_2j，Λ，H_Kj，则基站i参与与移动用户j进行通信的条件可以表示为：

${\left|\right|H_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H\left|\right|}^2\≥{\mathrm{\γ}}_j,i=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},K$

其中，γ_j是为移动用户j的可靠通信所设置的信噪比门限。

因此，在获得移动用户到基站端信道信息的情况下，就可以通过中心控制单元来选择具有高通信质量无线链路的基站来参与到与移动用户的通信，而那些通信质量较差的基站则不需要参与到对该移动用户的通信当中。

在本方案中，通过对分布式基站的选择，可以选取与移动用户距离近而且信道质量好的基站参与通信，这样就使得分布式系统更加集约化，便于控制并降低了系统相应的信令开销。通过对分布式MIMO系统基站的选择，可以选择那些对移动用户有高质量无线链路的基站参与对移动用户的通信，相当于对分布式系统的一种精简，降低了中心控制单元的开销和系统整体上的功率。

自适应调制模块44，用于对选择要参与的基站选择自适应调制方式。

具体而言，在本发明实施例中，当用户端的传输质量一定时，通过对分布式MIMO系统基站的选择，选择具有较高通信质量的基站参与对移动用户的通信，由于所选择基站到移动用户的信道信息已知，据此可以在保证传输质量的条件下利用自适应调制传送尽可能多的数据。

进一步的，举一具体实施例进行说明，假设对移动用户j在已知信道信息的情况下，共有n个基站被选中，则第i个基站到移动用户j的发送比特数可以表示为：

$b_i={\log }_2\det (I+\frac{p_i}{{\mathrm{\σ}}^2}{H}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H)$

其中，p_i为分配给基站i到移动用户j的无线链路的功率因子，σ²为接受端的噪声方差，I为单位矩阵。而p_i的选择可以表示为：

$p_i={(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}$

其中，u为灌水水平，λ_i为

的第i个特征值，对于所选择的n条无线链路灌水水平u有如下关系式：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}=1$

在本方案中，通过对分布式基站的选择，可以根据所选基站到移动用户的信道质量情况进行自适应的调制，以达到传输尽可能多的比特数，同时结合灌水的功率分配策略，可以在满足传输质量的条件下，使基站的总体发射功率最小。此外，在分布式MIMO系统中，当没有进行对参与通信的基站进行选择时，由于不同基站到移动用户的信道的差异性较大，当要对移动用户的传输实现自适应调制时，无线链路数量多，不同链路间的信道增益变化差异显著使得对调制方式的选择复杂度增加，而且有相对较多的无线链路需要对调制方式进行选择。而当对分布式的基站进行选择后，参与通信的基站都会拥有较高的信道增益，链路间的增益变化相对缩小了，对实现自适应的调制提供了便利的条件。

因此，在进行了对分布式基站的选择后，不同无线链路间的信道增益的差距变小，有利于实施自适应的调制技术，以及在满足一定通信质量要求的前提下的功率控制技术。较少的具有高信道增益的无线链路在有效地实施了自适应调制和功率分配技术后，可以在减少系统整体功率消耗的前提下，提高系统的传输速率。

功率因子模块55，用于依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子。

具体而言，在本发明实施例中，为了降低系统整体的发射功率，在满足给定调制方式和传输质量的条件下，可以通过对所选的链路分配合适的功率因子使发射的功率达到最小。

在本发明实施例中，假设对移动用户j在已知信道信息的情况下，共有n个基站被选中，则第i个基站到移动用户的发送比特数可以表示为：

$b_i={\log }_2\det (I+\frac{p_i}{{\mathrm{\σ}}^2}{H}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H)$

其中的p_i为分配给基站i到移动用户j的无线链路的功率因子，σ²为接受端的噪声方差，I为单位矩阵。而p_i的选择可以表示为：

$p_i={(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}$

而其中的u为灌水水平，λ_i为

的第i个特征值，对于所选择的n条无线链路灌水水平u有如下关系式：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}=1$

因此，通过对分布式基站的选择，可以根据所选基站到移动用户的信道质量情况进行自适应的调制，以达到传输尽可能多的比特数，同时结合灌水的功率分配策略，可以在满足传输质量的条件下，使基站的总体发射功率最小。

通过对分布式基站的选择后，对于移动用户每个基站端的多天线可以对用户形成特定的波束，由于所选的都是与移动用户间信道条件好的基站，在达到传输质量要求的前提下可以发射较少的功率，这样在完成给定的信息传输时，如果需要传送的符号数目和调制方式固定的情况下，移动用户端获得相同的接收质量时，就可以降低基站端对功率的消耗。同时，由于是经过了基站选择后的分布式MIMO系统，精简后的分布式基站更有利于完成对某一移动用户通信时整体上的功率控制。

具体而言，在本发明实施例中，在分布式MIMO系统中虽然有中心控制单元实现了对多基站的统一调度和控制，但是当系统中有多个移动用户需要服务时，基站对不同用户形成的波束间必然会相互干扰，参与服务的基站越多对移动用户形成的波束就越多，这时如果系统中需要服务的移动用户数量较大的话，则基站与用户间形成的无线链路间就会有较强的干扰。在对分布式MIMO系统进行了基站选择后，使得参与对移动用户服务的基站数量可以有效的降下来，对于系统中有多个移动用户的情况相应的减少了无线链路的数量，就使得系统中整体的干扰水平得以下降。

进一步的，在分布式MIMO系统中，在有效地进行了对基站的选择后，降低了系统中总的无线链路的数量，当系统中有多个移动用户需要服务时由于实施了对基站的选择，可以显著地降低系统中不同用户无线通信链路之间的相互干扰。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

综上所述，本文提供了一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法及装置，通过对基站到移动用户的信道矩阵进行估计并计算基站到移动用户的信道增益，然后依据门限判断规则选择要参与通信的基站并对选择要参与的基站选择自适应调制方式，接着依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子，通过对分布式基站的选择，可以选取与移动用户距离近而且信道质量好的基站参与通信，这样就使得分布式系统更加集约化，便于控制并降低了系统相应的信令开销。

以上对本发明所提供的一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一、对基站到移动用户的信道矩阵进行估计；

步骤二、计算基站到移动用户的信道增益；

步骤三、依据门限判断规则选择要参与通信的基站；

步骤四、对选择要参与的基站选择自适应调制方式；

步骤五、依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子。

2.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述步骤一中，包括对所有的基站到移动用户的信道矩阵进行估计。

3.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述步骤二中，是通过中心控制单元计算所有基站到移动用户的信道增益。

4.根据权利要求1所述的选择方法，其特征在于，所述步骤三中，门限判断规则是选择具有超过门限水平通信链路的基站参与对移动用户的通信。

5.根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于，判断规则进一步包括，K个基站到移动用户j的信道分别为H_1j，H_2j，Λ，H_Kj，则基站i参与与移动用户j进行通信的条件可以表示为：

${\left|\right|H_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H\left|\right|}^2\≥{\mathrm{\γ}}_j,i=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},K$

其中，γ_j是为移动用户j的可靠通信所设置的信噪比门限，对移动用户通信的信噪比门限作比较，选择具有超过门限水平通信链路的基站参与到对该移动用户的通信当中，而低于门限水平的基站则不参与对该移动用户的传输。

6.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤四中，是通过选择具有较高通信质量的基站参与对移动用户的通信，在所选择基站到移动用户的信道信息已知时，可以在保证传输质量的条件下利用自适应调制传送数据。

7.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤五中，分配适当的功率因子是通过如下规则：对移动用户j在已知信道信息的情况下，共有n个基站被选中，则第i个基站到移动用户的发送比特数可以表示为：

$b_i={\log }_2\det (I+\frac{p_i}{{\mathrm{\σ}}^2}{H}_{\mathrm{ij}}{H}_{\mathrm{ij}}^H)$

其中的p_i为分配给基站i到移动用户j的无线链路的功率因子，σ²为接受端的噪声方差，I为单位矩阵。而p_i的选择可以表示为：

$p_i={(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}$

而其中的u为灌水水平，λ_i为的第i个特征值，对于所选择的n条无线链路灌水水平u有如下关系式：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(u-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\λ}}_i})}^{+}=1$

8.一种分布式MIMO系统下行波束成形的基站选择装置，其特征在于，所述选择装置包括估计模块、计算模块、判断模块、自适应调制模块以及功率因子模块，通过对基站到移动用户的信道矩阵进行估计并计算基站到移动用户的信道增益，然后依据门限判断规则选择要参与通信的基站并对选择要参与的基站选择自适应调节方式，接着依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子。

9.根据权利要求8所述的选择装置，其特征在于，所述估计模块用于对基站到移动用户的信道矩阵进行估计。

10.根据权利要求8所述的选择装置，其特征在于，所述计算模块用于计算基站到移动用户的信道增益。

11.根据权利要求8所述的选择装置，其特征在于，所述判断模块用于依据门限判断规则选择要参与通信的基站。

12.根据权利要求8所述的选择装置，其特征在于，所述自适应调节模块用于对选择要参与的基站选择自适应调制方式。

13.根据权利要求8所述的分析装置，其特征在于，所述功率因子模块用于依据灌水原则对所选基站分配适当的功率因子。

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