CN102457319B - 业务数据下发方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种业务数据下发方法和装置，该方法中网络侧执行以下步骤：根据终端的服务小区的信号信道计算值空间；根据所述终端的协作小区的干扰信道计算零空间；将所述值空间的向量投影到所述零空间的向量所在的平面得到该终端的预编码矩阵；根据所述预编码矩阵在所述终端服务小区下发业务数据。本发明业务数据下发方法和装置可以简化预编码矩阵计算方法。

Description

业务数据下发方法和装置

技术领域

本发明涉及多天线通信系统中多点协同多点传输(CoMP，CoordinateMulti-Point)技术，尤其是一种业务数据下发方法和装置。

背景技术

作为第四代通信系统(4G)的标准，IMT-Advanced(International MobileTelecomadvanced，高级国际移动通信)对系统的性能提出了更高的要求，尤其是对上下行的频谱效率有更高的要求。协作多点传输是一种提高传输覆盖范围、小区边缘服务质量和吞吐量，以及系统吞吐量的技术，成为提高系统频谱利用率的重要技术，因此得到了广泛的关注。所谓协作多点传输，即多个基站协作传输，服务于一个或多个用户终端(User Equipment，UE)。

3GPP定义的CoMP包括2种场景，一种是多点协作调度、协作波束赋形(CS/CB：Coordinated scheduling and coordinated beamforming)，即通过相邻节点之间交互调度信息，达到各个小区传输信号之间干扰得到协调；另一种是多点联合处理，即多个协作节点之间通过共享数据及CSI(channel stateinformation，信道状态信息)信息、调度信息等，联合为目标用户提供服务。联合波束形成的协作多点传输属于第一种CoMP场景。

现有技术中计算预编码矩阵的时候用到了特征向量分解和矩阵的求逆，这些运算尤其是特征向量的分解在实现过程中是非常耗时的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种业务数据下发方法和装置，以简化预编码矩阵计算方法。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种业务数据下发方法，网络侧执行以下步骤：

根据终端的服务小区的信号信道计算值空间；

根据所述终端的协作小区的干扰信道计算零空间；

将所述值空间的向量投影到所述零空间的向量所在的平面得到该终端的预编码矩阵；

根据所述预编码矩阵在所述终端服务小区下发业务数据。

进一步地，根据终端的服务小区的信号信道计算值空间包括：

根据|λI-A|＝0求解所述信号信道的特征值λ，其中A为

或

H_S为所述终端在所述服务小区的信号信道矩阵，

为所述H_S的共轭转置；

根据Ay＝λy求得各特征值λ所对应的特征向量y，所述特征向量y即值空间向量，用于组成值空间。

进一步地，所述A为H^H*H和H*H^H中阶数小的方阵。

进一步地，计算零空间指求解齐次线性方程组H_IX＝0，得到零空间向量x，所述零空间向量x用于组成零空间，其中H_I为终端的干扰信道矩阵，X为零空间矩阵；若所述终端有多个协作小区，则根据各协作小区的干扰信道分别计算零空间向量，所得零空间向量共同组成所述零空间。

进一步地，所述齐次线性方程组的系数矩阵为nTx*nRx，其中nTx为网络侧发射天线的个数，nRx为终端接收天线数。

为解决以上技术问题，本发明还提供了一种业务数据下发装置，该装置包括：

值空间计算模块，用于根据终端的服务小区的信号信道计算值空间；

零空间计算模块，根据所述终端的协作小区的干扰信道计算零空间；

预编码矩阵计算模块，用于将所述值空间的向量投影到所述零空间的向量所在的平面得到该终端的预编码矩阵；

业务数据下发模块，用于根据所述预编码矩阵在所述终端服务小区下发业务数据。

进一步地，所述值空间模块包括：

特征值计算子模块，用于根据|λI-A|＝0求解所述信号信道的特征值λ，其中A为

或

H_S为所述终端在所述服务小区的信号信道矩阵，

为所述H_S的共轭转置；

向量计算子模块，用于根据Ay＝λy求得各特征值λ所对应的特征向量y，所述特征向量y即值空间向量，用于组成值空间。

进一步地，所述A为和

中阶数小的方阵。

进一步地，计算零空间指求解齐次线性方程组H_IX＝0，得到零空间向量x，所述零空间向量x用于组成零空间，其中H_I为终端的干扰信道矩阵，X为零空间矩阵；若所述终端有多个协作小区，则根据各协作小区的干扰信道分别计算零空间向量，所得零空间向量共同组成零空间。

进一步地，所述齐次线性方程组的系数矩阵为nTx*nRx，其中nTx为网络侧发射天线的个数，nRx为终端接收天线数。

本发明方法和装置，通过计算信号信道值空间、干扰信道零空间及空间向量的投影，即得到了预编码矩阵，简化了预编码矩阵的计算方法，提高了系统性能。

附图说明

图1是本发明实施例业务数据下发方法的示意图；

图2是两小区CoMP传输的示意图；

图3是预编码矩阵计算的原理示意图；

图4是本发明应用实例1对应的示意图；

图5是本发明应用实例2对应的示意图；

图6是本发明应用实例3对应的示意图；

图7是本发明业务数据装置对应的模块结构示意图。

具体实施方式

本文是针对第一种场景多点协作调度给出的一种业务数据下发方法，尤其是计算预编码矩阵的过程进行了改进。目前所讨论的预编码计算方法涉及到特征向量的分解，这些算法在计算精度或计算时间上不能满足实现的要求，本发明通过改变预编码矩阵的算法，通过解高次方程、解线性方程组实现预编码矩阵的计算，简化了预编码矩阵的计算方法，对于在低速移动的边缘用户尤其适用。

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明业务数据下发方法，网络侧执行以下步骤：

步骤101：根据终端的服务小区的信号信道计算值空间；

值空间可以有一个或多个值空间向量，值空间向量的个数由信道矩阵的秩决定。

信道的秩是空间信道可分离的层数，其值小于或等于nTx和nRx中较小的值，其中nTx是发射天线数，nRx是接收天线数，网络侧向终端下发业务数据的层数必须小于或等于空间信道的秩，具体的层数由网络侧根据实际情况确定。

值空间是信号能量最强的方向，若基站根据值空间进行预编码可以保证信道到达目标终端的能量最强，但此时没有考虑对邻区终端的干扰。

步骤101进一步包括：

a)根据|λI-A|＝0求解所述信号信道的特征值λ，其中A为

或H_S为所述终端在所述服务小区的信号信道矩阵，

为所述H_S的共轭转置；

和

的非零特征值的是一样的，优选地，选择

和

中阶数小的方阵作为A求解特征值λ。

b)根据Ay＝λy求得各特征值λ所对应的特征向量y，所述特征向量y即值空间向量，用于组成值空间。

步骤102：根据所述终端的协作小区的干扰信道计算零空间；

如果能计算准确零空间则可以保证邻区对某UE的干扰为零，实际过程中由于量化等问题可能不能保证干扰完全抑制。具体地，计算零空间指求解齐次线性方程组H_IX＝0，得到零空间向量x，所述零空间向量x用于组成零空间，其中H_I为终端的干扰信道矩阵(具体实现时，指参与协同的小区对终端的干扰信道矩阵)，X为零空间矩阵。

所述齐次线性方程组的系数矩阵取决于网络侧发射天线数和终端的接收天线数，表示为nTx*nRx，其中nTx为网络侧发射天线的个数，nRx为终端接收天线数。

若所述终端有多个协作小区，则根据各协作小区的干扰信道分别计算零空间向量，所得零空间向量共同组成零空间。

步骤103：将所述值空间的向量投影到所述零空间的向量所在的平面得到该终端的预编码矩阵；

由于预编码矩阵是在零空间所张的平面上(如图3所示)，因此理想情况下信号的漏为“0”，即干扰被抑制为零。这种情况下，干扰被抑制到最小，同时保证信号功率最强。

步骤104：根据所述预编码矩阵在所述终端服务小区下发业务数据。

信道矩阵的特征向量的求解最终都归结为解线性方程组，不需要迭代运算，运算速度快，之前的迭代算法运算进行特征向量的分解和矩阵求逆需要毫秒级的时间，改为此方法后可以大大减少处理资源的开销。另外由于预编码是干扰信道的零空间所在平面上的向量，因此干扰可以抑制的很好，可以有效的提高边缘用户的吞吐量。

此方法适合多个小区的多点协作传输，而且可以支持最高8发4收的天线配置，这种方法对低秩的边缘用户来说尤其适合。

以下将结合附图和应用实例对本发明进行描述。

应用实例1

图2是两个小区做CoMP协作的示意图，对终端UE1来说，其服务小区为cell1，协作小区为cell2，cell1和UE1之间的空间信道记为H₁₁，H₁₁为信号信道，cell2和UE1之间的信道记为H₁₂(H₁₂为cell2到UE1干扰信道)；

对终端UE2来说，其服务小区为cell2，协作小区为cell1，cell1和UE2之间的空间信道为H₂₁(H₂₁是cell1对UE2的干扰信道)，cell2和UE2之间的空间信道为H₂₂。

如果有多个协作小区，则其信号信道和干扰信道的表示方法类似，且假设信道矩阵的秩恒为2，以下应用实例同。

以下以服务小区cell1对应的业务数据下发装置(比如基站1)向终端UE1下发业务数据为例，对本发明方案进行说明：

本应用实例的发射天线为4天线，接收天线为2天线，两个小区(小区1和小区2，其中小区1是UE的服务小区)参与CoMP协作，如图4所示，基站1用两个传输层给UE发送业务数据，具体步骤如下：

401：基站1依据前述方法根据H11计算值空间，记为[y1y2]，其中y1、y2为值空间向量；

402：基站1依据前述方法根据H21求解系数矩阵为4*2的齐次线性方程组得到计算零空间，记为[x1x2]，其中x1、x2为零空间向量；

403：基站1将值向量投影到零向量所在的平面上得到预编码矩阵，记为[w1w2]，也记为W1；其中：

$w_1=\⟨y_1,x_1\⟩\frac{x_1}{{\left|\right|x_1\left|\right|}_2^2}+\⟨y_1,x_2\⟩\frac{x_2}{{\left|\right|x_2\left|\right|}_2^2},$

$w_2=\⟨y_2,x_1\⟩\frac{x_1}{{\left|\right|x_1\left|\right|}_2^2}+\⟨y_2,x_2\⟩\frac{x_2}{{\left|\right|x_2\left|\right|}_2^2}$

404：基站1以W1为预编码矩阵在小区1为UE下发业务数据。

应用实例2

本应用实例的发射天线为8天线，接收天线为2天线，两个小区(小区1和小区2，其中小区1是UE的服务小区)参与CoMP协作，如图5所示，基站1用两个传输层给UE发送业务数据，具体步骤如下：

501：基站1根据H11计算值空间向量[y1y2]，此时特征值的求解仍是一元二次方程的求解；

502：基站1根据H21求解系数矩阵为8*2的齐次线性方程组得到计算零空间向量[x1x2]；

503：按照式2所述的方法计算小区1的最终预编码矩阵，记为W1；

504：基站1以W1为预编码矩阵在小区1为UE下发业务数据。

应用实例3

本应用实例的发射天线为4天线，接收天线为2天线，三个小区(小区1、2、3，其中小区1为UE的服务小区)参与CoMP协作，如图6所示，基站1用两个传输层给UE发送业务数据，具体步骤如下：

601：基站1根据H11计算值空间向量[y1y2]，此时特征值的求解仍是一元二次方程的求解；

602：基站1根据H21求解系数矩阵为8*2的齐次线性方程组得到计算零空间向量[x1x2]；

603：基站1根据H31求解系数矩阵为8*2的齐次线性方程组得到计算零空间向量[x3x4]；

604：将H21和H31的零空间合在一起当做一个零空间，按照下式计算小区1的最终预编码矩阵：

$w_1=\⟨y_1,x_1\⟩\frac{x_1}{{\left|\right|x_1\left|\right|}_2^2}+\⟨y_1,x_2\⟩\frac{x_2}{{\left|\right|x_2\left|\right|}_2^2}+\⟨y_1,x_3\⟩\frac{x_3}{{\left|\right|x_3\left|\right|}_2^2}+\⟨y_1,x_4\⟩\frac{x_4}{{\left|\right|x_4\left|\right|}_2^2}$

$w_2=\⟨y_2,x_1\⟩\frac{x_1}{{\left|\right|x_1\left|\right|}_2^2}+\⟨y_2,x_2\⟩\frac{x_2}{{\left|\right|x_2\left|\right|}_2^2}+\⟨y_2,x_3\⟩\frac{x_3}{{\left|\right|x_3\left|\right|}_2^2}+\⟨y_2,x_4\⟩\frac{x_4}{{\left|\right|x_4\left|\right|}_2^2}$

[w₁w₂]记为W1；

605：基站1以W1为预编码矩阵在小区1为UE下发业务数据。

为实现以上方法，本发明还提供了一种业务数据下发装置，如图7所示，该装置包括值空间计算模块、零空间计算模块、预编码矩阵计算模块和业务数据下发模块，其中：

值空间计算模块，用于根据终端的服务小区的信号信道计算值空间；

所述值空间模块具体包括：

特征值计算子模块，用于根据|λI-A|＝0求解所述信号信道的特征值λ，其中A

或

H_S为所述终端在所述服务小区的信号信道矩阵，

为所述H_S的共轭转置；

向量计算子模块，用于根据Ay＝λy求得各特征值λ所对应的特征向量y，所述特征向量y即值空间向量，用于组成值空间。

优选地，选择

和

中阶数小的方阵为A进行特征值计算。

零空间计算模块，根据所述终端的协作小区的干扰信道计算零空间；

预编码矩阵计算模块，用于将所述值空间的向量投影到所述零空间的向量所在的平面得到该终端的预编码矩阵；

计算零空间指求解齐次线性方程组H_IX＝0，得到零空间向量x，所述零空间向量x用于组成零空间，其中H_I为终端的干扰信道矩阵，X为零空间矩阵。若所述终端有多个协作小区，则根据各协作小区的干扰信道分别计算零空间向量，所得零空间向量共同组成零空间。

所述齐次线性方程组的系数矩阵为nTx*nRx，其中nTx为网络侧发射天线数，nRx为终端接收天线数。

业务数据下发模块，用于根据所述预编码矩阵在所述终端服务小区下发业务数据。

在两个小区参与协同的情况下，假设基站的发射天线数为4，UE的接收天线为2，空间信道的秩为2。

现有技术根据最大信漏比准则，计算预编码矩阵的方法为：

$w_1=\underset{L_1}{\mathrm{eig}}\left\{{(H_{12}^H{H}_{12}/N_2+\mathrm{\αI})}^{-1}{H}_{11}^H{H}_{11}\right\}$

$w_2=\underset{L_2}{\mathrm{eig}}\left\{{(H_{21}^H{H}_{21}/N_1+\mathrm{\αI})}^{-1}{H}_{22}^H{H}_{22}\right\}$

其中，w₁是第一层预编码向量，w₂是第二层预编码向量，上式在计算预编码矩阵的时候用到了特征向量分解和矩阵的求逆。这些运算尤其是特征向量的分解在实现过程中是非常耗时的，因为特征向量的分解运算是通过迭代的方式实现的。

相比于现有技术，本发明提供的方法不需要迭代算法，仅通过求解特高次方程和求解线性方程组即可实现，简化了预编码矩阵的计算方法，提高了系统性能。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元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。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

Claims (10)

1.一种业务数据下发方法，其特征在于，网络侧执行以下步骤：

根据终端的服务小区的信号信道计算值空间；

根据所述终端的协作小区的干扰信道计算零空间；

将所述值空间的向量投影到所述零空间的向量所在的平面得到该终端的预编码矩阵；

根据所述预编码矩阵在所述终端服务小区下发业务数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据终端的服务小区的信号信道计算值空间包括：

根据|λI-A|＝0求解所述信号信道的特征值λ，其中A为或

H_S为所述终端在所述服务小区的信号信道矩阵，

为所述H_S的共轭转置；

根据Ay＝λy求得各特征值λ所对应的特征向量y，所述特征向量y即值空间向量，用于组成值空间。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述A为

和

中阶数小的方阵。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：计算零空间指求解齐次线性方程组H_IX＝0，得到零空间向量x，所述零空间向量x用于组成零空间，其中H_I为终端的干扰信道矩阵，X为零空间矩阵；若所述终端有多个协作小区，则根据各协作小区的干扰信道分别计算零空间向量，所得零空间向量共同组成所述零空间。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述齐次线性方程组的系数矩阵为nTx*nRx，其中nTx为网络侧发射天线数，nRx为终端接收天线数。

6.一种业务数据下发装置，其特征在于，该装置包括：

值空间计算模块，用于根据终端的服务小区的信号信道计算值空间；

零空间计算模块，根据所述终端的协作小区的干扰信道计算零空间；

预编码矩阵计算模块，用于将所述值空间的向量投影到所述零空间的向量所在的平面得到该终端的预编码矩阵；

业务数据下发模块，用于根据所述预编码矩阵在所述终端服务小区下发业务数据。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述值空间模块包括：

特征值计算子模块，用于根据|λI-A|＝0求解所述信号信道的特征值λ，其中A为

或

，H_S为所述终端在所述服务小区的信号信道矩阵，

为所述H_S的共轭转置；

向量计算子模块，用于根据Ay＝λy求得各特征值λ所对应的特征向量y，所述特征向量y即值空间向量，用于组成值空间。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述A为

和中阶数小的方阵。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于：计算零空间指求解齐次线性方程组H_IX＝0，得到零空间向量x，所述零空间向量x用于组成零空间，其中H_I为终端的干扰信道矩阵，X为零空间矩阵；若所述终端有多个协作小区，则根据各协作小区的干扰信道分别计算零空间向量，所得零空间向量共同组成零空间。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述齐次线性方程组的系数矩阵为nTx*nRx，其中nTx为网络侧发射天线数，nRx为终端接收天线数。

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