CN102752071A - 用于多点协作系统的下行链路预编码方法和中心处理节点 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于多点协作系统的下行链路预编码方法和中心处理节点。所述多点协作系统包括第一簇和与第一簇相互干扰的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多个基站，所述方法包括以下步骤：确定所述第二簇中的干扰消除区域；确定第一预编码矩阵，用于消除对所述干扰消除区域内的用户设备的干扰；计算多个候选预编码矩阵，每个候选预编码矩阵用于消除对所述第一簇内的用户设备的用户设备间干扰；根据与每个候选预编码矩阵相对应的信道容量，从所述多个候选预编码矩阵中选择与最大信道容量相对应的预编码矩阵，作为第二预编码矩阵；以及使用所述第一预编码矩阵和所述第二预编码矩阵，对所述第一簇内的基站发送的信号进行预编码。

Description

用于多点协作系统的下行链路预编码方法和中心处理节点

技术领域

本发明涉及无线通信的多点协作(CoMP)技术领域，具体涉及一种多点协作系统中的自适应预编码方法和基站和中心处理节点。

背景技术

单小区系统由于受到其他小区同频带干扰的影响，因此系统容量是干扰受限的。为解决此问题，在3GPP LTE-A系统中，引入了多点协作(CoMP)的概念，其核心思想是通过多个地理上分隔的传输点(Transmission Point)之间的动态合作，解决下行小区间干扰问题，从而提高小区边界用户的数据传输速率和用户体验。参见3GPP TR 36.814V9.0.0，Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)；Furtheradvancements for E-UTRA physical layer aspects，3GPP)。

对于多点协作系统，预编码是一种消除或抑制用户设备间干扰以及小区间干扰从而提高系统容量的有效方法，因此预编码技术在多点协作系统中值得进一步研究。

在多点协作系统中，预定数目的地理上相邻小区形成簇，簇内所有基站共享用户设备的信道信息以及数据信息，并对用户设备的数据进行联合发送处理。在传统多点协作系统的下行链路中，在簇内，所使用的预编码方案是固定的，较为常用的有以下几种：迫零波束成型(ZFBF)，最小化均方误差(MMSE)，块对角化(BD)，最大化信号与泄漏噪声比(SLNR)。ZFBF和MMSE预编码能够有效的抑制来自同频道的干扰但同时却放大了噪声。BD预编码完全消除了同频道干扰但是对于噪声没有进行处理，因此在高信噪比条件下，BD预编码的系统容量性能优于ZFBF和MMSE，但是当信噪比较小时，BD预编码不能够满足系统容量需求。SLNR预编码同时考虑了干扰和噪声对信号传输的影响，其在中低信噪比情况下系统容量性能较好，但是并未完全消除同频道干扰，因此在高信噪比下呈系统容量干扰受限趋势。

在Jun Zhang的文章“Networked MIMO with Clustered LinearPrecoding”，Wireless communications，IEEE Transactions on Volume 8，Issue 4，April 2009 Page(s)：1910-1921中，提出了在簇内使用BD方案抑制用户设备间干扰以及小区间干扰。此种方案在高信噪比条件下能够达到很好的系统容量性能，然而在低信噪比条件下系统容量较低。而在Mirette Sadek的文章“A Leakage-Based Precoding Scheme for DownlinkMulti-User MIMO Channels”，Wireless communications，IEEE Transactionson Volume 6，Issue 5，MAY 2007，Page(s)：1711-1721中，提出了在多用户MIMO系统下使用的SLNR预编码方案，由于该方案同时抑制了干扰和噪声，因此在低中信噪比条件下能够获得很好的性能增益，然而在高信噪比条件下的系统容量仍不是最优的。

因此，需要一种自适应预编码方案，在不同的信噪比条件下均能够实现较高的系统容量。

发明内容

本发明的目的是提供一种多点协作系统中的预编码方法和中心处理节点，能够考虑信道容量来自适应地选择预编码方案，从而在各种信噪比条件下均能提供较高的系统容量。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于多点协作系统的下行链路预编码方法，所述多点协作系统包括第一簇和与第一簇相互干扰的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多个基站，所述方法包括以下步骤：

确定所述第二簇中的干扰消除区域；

确定第一预编码矩阵，用于消除所述第一簇内的基站发送的信号对所述干扰消除区域内的用户设备的干扰；

计算多个候选预编码矩阵，每个候选预编码矩阵用于消除所述第一簇内的基站发送的信号对所述第一簇内的用户设备的用户设备间干扰；

根据与每个候选预编码矩阵相对应的信道容量，从所述多个候选预编码矩阵中选择与最大信道容量相对应的预编码矩阵，作为第二预编码矩阵；以及

使用所述第一预编码矩阵和所述第二预编码矩阵，对所述第一簇内的基站发送的信号进行预编码。

优选地，所述多个候选预编码矩阵是使用不同的预编码方案来计算的，所述预编码方案包括块对角化方案和最大化信号与泄漏噪声比方案。

优选地，所述方法还包括：

获得与所述第一簇相对应的第一下行链路信道矩阵和与所述干扰消除区域相对应的第二下行链路信道矩阵。

优选地，确定第一预编码矩阵的步骤包括：确定第一预编码矩阵，使得所述第一预编码矩阵落入所述第二下行链路信道矩阵的零空间内。

优选地，所述候选预编码矩阵是基于所述第一预编码矩阵与所述第一下行链路信道矩阵形成的等效信道矩阵来计算的。

优选地，所述干扰消除区域是所述第二簇的边缘区域。

优选地，所述方法还包括，在确定第一预编码矩阵之前：

通过白化滤波，消除所述第二簇内的基站发送的信号对所述第一簇内的用户设备的干扰。

根据本发明的第二方面，提供了一种多点协作系统中的中心处理节点，所述多点协作系统包括所述中心处理节点所在的第一簇和与第一簇相互干扰的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多个基站，所述中心处理节点包括：

干扰消除区域确定单元，确定所述第二簇中的干扰消除区域；

第一预编码矩阵确定单元，确定第一预编码矩阵，所述第一预编码矩阵用于消除所述第一簇内的基站发送的信号对所述干扰消除区域内的用户设备的干扰；

候选预编码矩阵计算单元，计算多个候选预编码矩阵，每个候选预编码矩阵用于消除所述第一簇内的基站发送的信号对所述第一簇内的用户设备的用户设备间干扰；

第二预编码矩阵选择单元，根据与候选预编码矩阵计算单元所计算的每个候选预编码矩阵相对应的信道容量，从所述多个候选预编码矩阵中选择与最大信道容量相对应的预编码矩阵，作为第二预编码矩阵；以及

预编码单元，使用所述第一预编码矩阵和所述第二预编码矩阵，对所述第一簇内的基站发送的信号进行预编码。

优选地，所述候选预编码矩阵计算单元被配置为：使用不同的预编码方案来计算所述多个候选预编码矩阵，所述预编码方案包括块对角化方案和最大化信号与泄漏噪声比方案。

优选地，所述中心处理节点还包括：

信道矩阵获得单元，获得与所述第一簇相对应的第一下行链路信道矩阵和与所述干扰消除区域相对应的第二下行链路信道矩阵。

优选地，第一预编码矩阵确定单元被配置为：确定第一预编码矩阵，使得所述第一预编码矩阵落入所述第二下行链路信道矩阵的零空间内。

优选地，所述候选预编码矩阵计算单元被配置为：基于所述第一预编码矩阵与所述第一下行链路信道矩阵形成的等效信道矩阵来计算所述候选预编码矩阵。

优选地，所述干扰消除区域确定单元被配置为：将所述第二簇的边缘区域确定为所述干扰消除区域。

优选地，所述中心处理节点还包括：

白化滤波单元，通过白化滤波来消除所述第二簇内的基站发送的信号对所述第一簇内的用户设备的干扰。

优选地，所述中心处理节点是所述第一簇中的所述多个基站之一。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：

图1是根据本发明实施例的中心处理节点的框图；

图2是根据本发明实施例的预编码方法的流程图；以及

图3至8是示出了根据本发明的预编码方案与现有技术预编码方案的对比结果的仿真图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

本发明基于Jun Zhang和Mirette Sadek的上述两篇文章，提出了一种用于CoMP系统的自适应预编码方法和相应的中心处理节点。本发明的方法根据系统的信道容量自适应地选择使容量最大化的预编码方案，从而提高系统性能。

在多小区系统中，每个小区单独对向其中用户设备发送的数据进行处理时，系统容量随着SNR的增大是干扰受限的。为解决干扰受限问题，提高每个小区的吞吐量，可以将若干小区组成簇，每个簇包括多个基站，簇内所有基站以多点协作的方式，共享用户设备的信道信息以及数据信息，并对用户设备的数据进行联合发送处理。

在本发明的示例应用场景中，小区采用正六边形的系统模型，相邻的若干小区组成一簇。根据预定条件将簇划分为两部分：簇中心及簇边缘。簇内的各个基站以多点协作的方式向簇内用户设备发送数据，而来自其他簇的信号均作为干扰。为提高总体系统容量，首先对簇内基站向簇内用户发送的数据进行预编码处理，通过该预编码处理使得对相邻簇的特定区域(称为干扰消除区域，例如是相邻簇的簇边缘区域)中的用户不产生干扰，在消除簇间干扰的基础上，通过进一步预编码处理来消除簇内用户设备的用户设备间干扰。

图1是根据本发明实施例的中心处理节点100的框图。中心处理节点100可以工作在多点协作系统中。该多点协作系统可以包括多个簇，即至少包括中心处理节点100所在的簇(称为第一簇)和与该簇相互干扰的簇(称为第二簇)。本领域技术人员可以认识到，多点协作系统可以包括一个或多个第二簇。对于第一簇中的中心处理节点100而言，预编码处理不依赖于第二簇的数目，而是将所有第二簇都作为干扰簇来进行预编码设计。多点协作系统中的每个簇可以包括多个基站。在本发明中，中心处理节点100可以是第一簇中的多个基站之一，可以利用其他现有网络节点或专用网络节点来实现。中心处理节点100能够与第一簇中的每个基站通信以交换与信道矩阵、预编码矩阵等相关的信息。

如图1所示，中心处理节点100包括：干扰消除区域确定单元110；第一预编码矩阵确定单元120；候选预编码矩阵计算单元130；第二预编码矩阵选择单元140；以及预编码单元150。优选地，中心处理节点100还可以包括信道矩阵获得单元和白化滤波单元(未示出)。本领域技术人员应理解，中心处理节点100还包括实现其功能所必需的其他功能单元，如处理器、存储器、收发机等等。

干扰消除区域确定单元110被配置为，确定第二簇中的干扰消除区域。干扰消除区域是中心处理节点100进行簇间干扰消除的目标区域。换言之，中心处理节点100通过预编码(第一预编码，将在以下更详细描述)来消除第一簇内的基站发送的信号对干扰消除区域中的用户设备产生的干扰。在实施例中，干扰消除区域确定单元110可以被配置为将第二簇的边缘区域确定为干扰消除区域。例如，边缘区域可以根据与簇边缘的预定距离来确定。

优选地，中心处理节点100还可以包括信道矩阵获得单元(未示出)，被配置为：获得与第一簇相对应的第一下行链路信道矩阵和与干扰消除区域相对应的第二下行链路信道矩阵。在实施例中，信道矩阵获得单元可以向第一簇内的基站发送指令，指示基站向中心处理节点100反馈第一下行链路信道矩阵和第二下行链路信道矩阵。响应于中心处理节点100的指令，第一簇内的基站向第一簇内和干扰消除区域内的用户设备发送导频信号，并从相应用户设备接收下行链路信道矩阵的反馈，从而分别导出第一和第二下行链路信道矩阵并反馈给中心处理节点100。本领域技术人员可以认识到，用户设备可以使用现有技术中的任何信道估计方法来进行信道估计，并使用任何反馈方法来反馈所估计的信道矩阵，本发明不限于任何具体的信道估计方法和反馈方法。

在具体示例中，假设基站的发射天线数为N_t，用户设备的接收天线数为N_r，则不失一般性，簇c内的用户设备根据基站发送的导频信号进行信道估计，得到下行链路信道矩阵

1≤k≤K，其中c为簇索引号，k为簇c内用户索引号，K为簇c内用户总数，B为簇c内基站总数，

为N_r×N_t矩阵，表示簇c内基站b到用户k之间的下行链路信道矩阵，

为与簇c内的用户k相对应的下行链路信道矩阵。

这里，优选地，考虑到第二簇内的基站发送的信号对第一簇c内的用户设备会产生干扰，可以使用白化滤波单元，通过白化滤波的方法对此干扰进行抑制。以下以Jun Zhang的文章“Networked MIMO withClustered Linear Precoding”(参见“Wireless communications，IEEETransactions on Volume 8，Issue 4，April 2009 Page(s)：1910-1921.”)进行说明，但是本发明的实现不限于该方法。此外，本领域技术人员可以认识到，通过白化滤波来抑制来自第二簇的发送信号产生的干扰仅是本发明的可选步骤。本发明的预编码方案可以与白化滤波方案相结合来获得改进，然而在不进行白化滤波的情况下，也可以实现本发明的目的。

假定多点协作系统中共有C个簇(C≥2)，则除第一簇c外的第二簇对第一簇c中用户设备所产生的干扰加噪声之和的协方差矩阵

如下：

$R_k^{\left(c\right)}={\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_r}+\underset{\hat{c}=1,\hat{c}\≠c}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{K^{\left(\hat{c}\right)}}{\mathrm{\Σ}}}{H}_k^{\left(\hat{c}\right)}{T}_j^{\left(\hat{c}\right)}E\left[x_j^{\left(\hat{c}\right)}{x}_j^{\left(\hat{c}\right)*}\right]T_j^{\left(\hat{c}\right)H}{H}_k^{\left(\hat{c}\right)H}$ $---\left(1\right)$

$={\mathrm{\σ}}_n^2{I}_{N_r}+\underset{\hat{c}=1,\hat{c}\≠c}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{K^{\left(\hat{c}\right)}}{\mathrm{\Σ}}}{H}_k^{\left(\hat{c}\right)}{T}_j^{\left(\hat{c}\right)}{Q}_j^{\left(\hat{c}\right)}{T}_j^{\left(\hat{c}\right)H}{H}_k^{\left(\hat{c}\right)H}$

其中

是噪声方差矩阵，

是N_r×N_r的单位矩阵，

是第二簇

内各基站对第二簇内用户j发送的信号，

是第二簇

内各基站对第二簇用户j发送数据时的预编码矩阵，

是第二簇

内各基站与第一簇c内用户k之间的信道矩阵，C是多点协作系统中的总簇数量，

是簇

内的总用户数量，[·]^H表示复共轭转置，E[·]表示数学期望，

是用户j的平均信号能量，

是第二簇

内用户j对第一簇c内用户k产生的干扰。

白化滤波单元根据所获得的协方差矩阵，对干扰信道进行白化，第一簇c中用户k的白化滤波器

由下式求得：

${\left[R_k^{\left(c\right)}\right]}^{-1}=W_k^{\left(c\right)}{W}_k^{\left(c\right)*}---\left(2\right)$

其中

是多点协作系统中的C个簇对第一簇c中用户设备k所产生的干扰加噪声之和的协方差矩阵，由(1)式确定。

因此，经过白化滤波单元的白化滤波后，第一簇c中用户设备k的等效信道表示为

经过预处理后第一簇c中用户设备k的接收信号

变化为：

$r_k^{\left(c\right)}=W_k^{\left(c\right)}{H}_k^{\left(c\right)}\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i^{\left(c\right)}{x}_i^{\left(c\right)}+W_k^{\left(c\right)}{z}_k^{\left(c\right)}$ $---\left(3\right)$

$={\hat{H}}_k^{\left(c\right)}\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i^{\left(c\right)}{x}_i^{\left(c\right)}+{\hat{z}}_k^{\left(c\right)}$

其中

是第一簇c中用户k的接收端噪声向量，是多点协作系统中C个簇对第一簇c中用户k产生的干扰，由(2)式确定。

通过以上方式，白化滤波单元消除了第二簇内的基站发送的信号对第一簇内的用户设备产生的干扰。

第一预编码矩阵确定单元120被配置为，确定第一预编码矩阵，所述第一预编码矩阵用于消除第一簇内的基站发送的信号对干扰消除区域内的用户设备的干扰。

为了消除第一簇内的基站发送的信号对干扰消除区域内的用户设备产生的干扰，优选地，第一预编码矩阵确定单元120确定第一预编码矩阵，使得第一预编码矩阵落入第二下行链路信道矩阵的零空间内。即使得

其中，

是第一簇c内的基站与第二簇

中用户i之间的信道矩阵，从

中取出K×N_r列构成第一预编码矩阵

从而消除第一簇内的基站发送的信号对干扰消除区域内用户设备所产生的干扰。

候选预编码矩阵计算单元130被配置为，计算多个候选预编码矩阵，每个候选预编码矩阵用于消除第一簇内的基站发送的信号对第一簇内的用户设备的用户设备间干扰。

在第一预编码矩阵确定单元120确定了用于簇间干扰消除的第一预编码矩阵之后，候选预编码矩阵计算单元130进行簇内干扰消除，即消除第一簇内的基站发送的信号对第一簇内的用户设备产生的用户设备间干扰。第一簇内的中心处理节点根据每一个小区内用户设备的信道状态自适应地选择预编码方案。

优选地，候选预编码矩阵计算单元130被配置为：使用不同的预编码方案来计算多个候选预编码矩阵，所述预编码方案包括块对角化(BD)方案和最大化信号与泄漏噪声比(SLNR)方案。但是，本领域技术人员可以认识到，本发明不仅限于上述预编码方案。此外，优选地，候选预编码矩阵计算单元130被配置为：基于第一预编码矩阵与第一下行链路信道矩阵形成的等效信道矩阵来计算候选预编码矩阵。以下详细描述候选预编码矩阵计算单元130的计算过程。

块对角化(BD)预编码方案描述如下(参见“Networked MIMO withClustered Linear Precoding”，Wireless communications，IEEE Transactionson Volume 8，Issue 4，April 2009 Page(s)：1910-1921)：

令：

${\tilde{H}}_k^{\left(c\right)}={[{\hat{H}}_1^{\left(c\right)*}...{\hat{H}}_{k-1}^{\left(c\right)*}{\hat{H}}_{k-2}^{\left(c\right)*}...{\hat{H}}_K^{\left(c\right)*}]}^{*}---\left(4\right)$

将

进行奇异值(SVD)分解得

${\tilde{H}}_k^{\left(c\right)}={\tilde{U}}_k^{\left(c\right)}{\widetilde{\mathrm{\Λ}}}_k^{\left(c\right)}{\left[{\tilde{V}}_{k,1}^{\left(c\right)}{\tilde{V}}_{k,0}^{\left(c\right)}\right]}^{*}---\left(5\right)$

其中

是矩阵

进行奇异值分解后得到的左奇异矩阵，

是由所有奇异值构成的奇异值矩阵，是矩阵

进行奇异值分解后得到的右奇异矩阵，

是非零奇异值对应的向量构成的矩阵，

是所有零奇异值对应的向量构成的矩阵。

从矩阵

中任意选定N_r列形成矩阵，即得到第一簇c中用户设备k的第二预编码矩阵

从而

(其中T_BD表示由BD方案所确定的候选预编码矩阵)。

最大化信号与泄漏噪声比(SLNR)预编码方案描述如下(参考Mirette Sadek，“A Leakage-Based Precoding Scheme for DownlinkMulti-User MIMO Channels”，Wireless communications，IEEE Transactionson Volume 6，Issue 5，MAY 2007，Page(s)：1711-1721)：

令

表示第一簇内第k用户设备对于第一簇c内其他用户设备所产生的干扰功率和，则目标函数确定为：

$\left\{\begin{array}{cc}\underset{T_k}{\max }& {\mathrm{\γ}}_k^{\left(c\right)}=\frac{T_{2,k}^{\left(c\right)H}{T}_{1,k}^{\left(c\right)H}{\hat{H}}_k^{\left(c\right)H}{\hat{H}}_k^{\left(c\right)}{T}_{1,k}^{\left(c\right)}{T}_{2,k}^{\left(c\right)}}{T_{2,k}^{\left(c\right)H}{T}_{1,k}^{\left(c\right)H}\left(\underset{i=1,i\≠k}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{H}}_i^{\left(c\right)H}{\hat{H}}_i^{\left(c\right)}\right)T_{1,k}^{\left(c\right)}{T}_{2,k}^{\left(c\right)}+N_0}\\ s.t.T_{2,k}^{\left(c\right)H}{T}_{2,k}^{\left(c\right)}=1& k=1,...,K\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中

是信号与泄漏噪声比，N₀是第一簇c内用户设备k接收端的噪声方差，

是第一簇c内对用户设备k发送的信号的第一预编码矩阵，

是第一簇c内对用户设备k发送的信号的第二预编码矩阵，[·]^H表示复共轭转置。

本领域技术人员可以认识到，上述为锐利商问题，其最优预编码向量为矩阵

最大特征值所对应的特征向量。取此特征向量作为构成预编码矩阵的向量，得到第一簇c内用户设备k的第二预编码矩阵

从而(其中T_SLNR表示由最大化SLNR方案所确定的候选预编码矩阵)。

第二预编码矩阵选择单元140被配置为，根据与候选预编码矩阵计算单元130所计算的每个候选预编码矩阵相对应的信道容量，从所述多个候选预编码矩阵中选择与最大信道容量相对应的预编码矩阵，作为第二预编码矩阵。

在实施例中，第二预编码矩阵选择单元140首先根据第一簇内小区的系统参数及信道质量，估计使用块对角化(BD)预编码方案计算的候选预编码矩阵相对应的信道容量C_BD和使用最大化信号与泄漏噪声比(SLNR)预编码方案计算的候选预编码矩阵相对应的信道容量C_SLNR。

作为示例，信道容量C(C_BD或C_SLNR)可以根据以下公式来计算：

$C=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_k^{\left(c\right)})=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2(1+\frac{{\hat{H}}_k^{\left(c\right)}{T}_{1k}^{\left(c\right)}{T}_{2k}^{\left(c\right)}{T}_{2k}^{\left(c\right)*}{T}_{1k}^{\left(c\right)*}{\hat{H}}_k^{\left(c\right)*}}{1+\underset{i=1,i=k}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{H}}_k^{\left(c\right)}{T}_{1i}^{\left(c\right)}{T}_{2i}^{\left(c\right)}{T}_{2i}^{\left(c\right)*}{T}_{1i}^{\left(c\right)*}{\hat{H}}_k^{\left(c\right)*}})---\left(7\right)$

其中

表示第一簇内用户设备k接收端的信干噪比。

然后，第二预编码矩阵选择单元140根据所估计的C_BD和C_SLNR来选择第二预编码矩阵。

作为示例，本发明考虑了以下方案：

(1)选择使用块对角化(BD)预编码方案计算的候选预编码矩阵作为第二预编码矩阵；

(2)选择使用最大化信号泄漏噪声比(SLNR)预编码方案计算的候选预编码矩阵作为第二预编码矩阵。

注意，方案(1)只考虑簇内的用户设备间干扰，未考虑噪声的影响，因而在高信噪比情况下具有很好的性能；而方案(2)既考虑了簇内的用户设备间干扰，也考虑了噪声，因此在低信噪比时信道容量性能明显优于方案(1)，但是由于其干扰受限特性，在高信噪比时信道容量性能差于方案(1)。

第二预编码矩阵选择单元140采用自适应选择方案，选择与最大信道容量相对应的预编码矩阵，作为第二预编码矩阵：

$T_k^{\left(c\right)}=\left\{\begin{array}{cc}{T}_{\mathrm{BD}},& C_{\mathrm{BD}}\&GreaterEqual;C_{\mathrm{SLNR}}\\ T_{\mathrm{SLNR}},& C_{\mathrm{BD}}<C_{\mathrm{SLNR}}\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中：如上所述，T_BD是由块对角化方案所确定的预编码矩阵；T_SLNR是由最大化信号与泄漏噪声比方案所确定的预编码矩阵。

在示例实施例中，为了选择第二预编码矩阵，中心处理节点100与第一簇内各基站之间可以进行以下信息交互过程：

首先，候选预编码矩阵计算单元130利用BD和SLNR预编码方案来计算相应的候选预编码矩阵，将计算的预编码矩阵通过后台传输到各基站并由各基站进行存储。这里，中心处理节点100可以规定：使用1比特符号表示两种预编码方案(例如：0代表BD预编码方案，1代表SLNR预编码方案)。

然后，如上所述，第二预编码矩阵选择单元140根据公式(7)来估计C_BD和C_SLNR。

若C_BD＞C_SLNR，并且当前计算T_BD与前一时隙的T_BD相比没有发生变化，则中心处理节点100在后台传输1比特指示符，以指示针对当前时隙使用前一时隙的预编码矩阵T_BD进行数据发送。若C_BD＞C_SLNR，但是当前计算T_BD与前一时隙的T_BD相比发生变化，则中心处理节点100在后台向基站传输当前计算的T_BD以及1比特指示符，以指示针对当前时隙使用当前计算的预编码矩阵T_BD进行数据发送。

若C_SLNR＞C_BD，并且当前计算T_SLNR与前一时隙的T_SLNR相比没有发生变化，则中心处理节点100在后台传输1比特指示符，以指示针对当前时隙使用前一时隙的预编码矩阵T_SLNR进行数据发送。若C_SLNR＞C_BD，但是当前计算T_SLNR与前一时隙的T_SLNR相比发生变化，则中心处理节点100在后台向基站传输当前计算的T_SLNR以及1比特指示符，以指示针对当前时隙使用当前计算的预编码矩阵T_SLNR进行数据发送。

然后，基站根据中心处理节点100发送的指示来对要发送的数据进行预编码。

预编码单元150被配置为，使用第一预编码矩阵确定单元120确定的第一预编码矩阵和第二预编码矩阵选择单元140选择的第二预编码矩阵，对第一簇内的基站发送的信号进行预编码。

图2是根据本发明实施例的预编码方法200的流程图。在以下描述中，为了清楚，结合以上中心处理节点100的具体实施例来描述本发明的方法。然而，本领域技术人员可以认识到，结合以上中心处理节点100的具体功能单元来说明本发明的方法仅仅是为了示意目的，在例如使用计算机程序来实现方法的情况下，完全不需要这种功能单元和组件的划分，而是中心处理节点100作为一个整体来实现本发明的方法。

根据本发明，预编码方法200是一种用于多点协作系统的下行链路预编码方法，所述多点协作系统包括第一簇和与第一簇相互干扰的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多个基站。预编码方法200可以由中心处理节点100来执行，并包括以下步骤。

在步骤202，干扰消除区域确定单元110确定所述第二簇中的干扰消除区域。

优选地，所述干扰消除区域是所述第二簇的边缘区域。

在步骤204，第一预编码矩阵确定单元120确定第一预编码矩阵，所述第一预编码矩阵用于消除所述第一簇内的基站发送的信号对所述干扰消除区域内的用户设备的干扰。

优选地，在步骤204之前，白化滤波单元通过白化滤波，消除所述第二簇内的基站发送的信号对所述第一簇内的用户设备的干扰。

在步骤206，候选预编码矩阵计算单元130计算多个候选预编码矩阵，每个候选预编码矩阵用于消除所述第一簇内的基站发送的信号对所述第一簇内的用户设备的用户设备间干扰。

优选地，在步骤206中，所述多个候选预编码矩阵是使用不同的预编码方案来计算的，所述预编码方案包括块对角化方案和最大化信号与泄漏噪声比方案。

在步骤208，第二预编码矩阵选择单元140根据与每个候选预编码矩阵相对应的信道容量，从所述多个候选预编码矩阵中选择与最大信道容量相对应的预编码矩阵，作为第二预编码矩阵。

在步骤210，预编码单元150使用所述第一预编码矩阵和所述第二预编码矩阵，对所述第一簇内的基站发送的信号进行预编码。

优选地，预编码方法200还包括：信道矩阵获得单元获得与所述第一簇相对应的第一下行链路信道矩阵和与所述干扰消除区域相对应的第二下行链路信道矩阵。

优选地，步骤204包括：第一预编码矩阵确定单元120确定第一预编码矩阵，使得所述第一预编码矩阵与所述第一下行链路信道矩阵形成的等效信道矩阵落入所述第二下行链路信道矩阵的零空间内。

优选地，在步骤206中，所述候选预编码矩阵是基于所述第一预编码矩阵与所述第一下行链路信道矩阵形成的等效信道矩阵来计算的。

本发明的优点在于：在不增加用户设备复杂度的基础上，基站根据小区内的信道容量自适应选择适当的预编码方案，从而增加系统的吞吐量。此外，由于自适应预编码方案并没有改变多小区的整体结构，因此可以与已有的技术进行很好的融合。

以下参照图3至图8，图3至图8示出了根据本发明的预编码方案与现有技术预编码方案的对比结果的仿真图。

在图3至图6中，横轴表示信噪比SNR(dB)，纵轴表示系统吞吐量(和速率)，曲线BD表示使用块对角化(BD)方案的情况，曲线SLNR表示使用最大化信号与泄漏噪声比(SLNR)方案的情况，曲线Adap表示使用本发明的自适应方案的情况。

在图3的仿真中，假设基站4根发射天线，用户设备接收端1根天线，SNR为0db-20db，基站具有完全信道信息，示出了系统吞吐量与发射端SNR之间的关系曲线图。仿真比较了以下三种不同情况：1)始终使用块对角化BD方案；2)始终使用最大信号与泄漏信噪比(SLNR)方案；3)根据本发明的自适应预编码方案。可以看出，随着SNR的增加，不同策略下的系统吞吐量都有所增加，而采取本发明的方案，比传统固定小区预编码的方案能获得更高的系统吞吐量。

在图4的仿真中，假设基站4根发射天线，用户设备接收端2根天线，SNR为0db-20db，基站具有完全信道信息，示出了系统吞吐量与发射端SNR之间的关系曲线图。仿真比较了以下三种不同情况：1)始终使用块对角化BD方案；2)始终使用最大信号与泄漏信噪比(SLNR)方案；3)根据本发明的自适应预编码方案。可以看出，随着SNR的增加，不同策略下的系统吞吐量都有所增加，而采取本发明的方案，比传统固定小区预编码的方案能获得更高的系统吞吐量。

在图5的仿真中，假设基站4根发射天线，用户设备接收端1根天线，SNR为0db-20db，用户设备将估计出来的信道矩阵按照4比特RVQ码本中的码字(预编码矩阵)进行量化，并反馈量化后的信道信息，示出了系统吞吐量与发射端SNR之间的关系曲线图。仿真比较了以下三种不同情况：1)始终使用块对角化BD方案；2)始终使用最大信号与泄漏信噪比(SLNR)方案；3)根据本发明的自适应预编码方案。可以看出，随着SNR的增加，不同策略下的系统吞吐量都有所增加，而采取本发明的方案，比传统固定小区预编码的方案能获得更高的系统吞吐量。

在图6的仿真中，假设基站4根发射天线，用户设备接收端1根天线，SNR为0db-20db，用户设备将估计得到的信道矩阵按照16比特RVQ码本中的码字(预编码矩阵)进行量化，并反馈量化后的信道信息，示出了系统吞吐量与发射端SNR之间的关系曲线图。仿真比较了以下三种不同情况：1)始终使用块对角化BD方案；2)始终使用最大信号与泄漏信噪比(SLNR)方案；3)根据本发明的自适应预编码方案。可以看出，随着SNR的增加，不同策略下的系统吞吐量都有所增加，而采取本发明的方案，比传统固定小区预编码的方案能获得更高的系统吞吐量。

在图7中，横轴表示时间采样序号，上图纵轴表示CQI(信道质量指示符)量化码字序号，下图纵轴表示PMI(预编码矩阵指示符)量化码字序号。在图7的仿真中，假设信道采用SCM(空间信道模型，参见3GPP TR 25.996 V7.0.0(2007-06))，仿真条件为：基站4根发射天线，摆放位置为[0，0，0.5，0.5](波长)，双极化天线。用户设备1根接收天线。1个用户设备，移动速度为1mps。噪声N0＝1，中心频率为2GHz。仿真比较了CQI与PMI的变化情况对比图。可以看出，在相同的慢衰落信道条件下，PMI比CQI变化缓慢，而预编码仅与PMI的反馈相关，因此为了减小后台传输开销，本发明提出，可以采用1比特指示符来表示两种预编码方案。即：基站端存储前一时隙两种预编码的码字(预编码矩阵)，当下一时隙到来时，若使用的码字未发生变化，后台只需传输1比特符号，用来指明所使用的方案。

在图8中，横坐标表示四种不同的预编码方案，纵轴表示中心处理节点与各基站之间的后台传输信息量。柱状图从左至右分别与以下预编码方案相对应：块对角化预编码方案，最大化信号与泄漏噪声比预编码方案，根据本发明的自适应预编码方案(不使用1比特指示符)和根据本发明的自适应预编码方案(使用1比特指示符)。在图8的仿真中，假设信道采用SCM(空间信道模型，参见3GPP TR 25.996 V7.0.0(2007-06))仿真条件为：基站4根发射天线，摆放位置为[0，0，0.5，0.5](波长)，双极化天线。用户设备1根接收天线。1个用户设备，移动速度为1mps。噪声N0＝1，中心频率为2GHz。仿真比较了四种预编码下的后台开销比较。可以看出，使用1比特指示符的自适应预编码方案，后台开销最小。

应当注意的是，在以上的描述中，仅以示例的方式，示出了本发明的技术方案，但并不意味着本发明局限于上述步骤和单元结构。在可能的情形下，可以根据需要对步骤和单元结构进行调整和取舍。因此，某些步骤和单元并非实施本发明的总体发明思想所必需的元素。因此，本发明所必需的技术特征仅受限于能够实现本发明的总体发明思想的最低要求，而不受以上具体实例的限制。

在以上的描述中，列举了多个实例，虽然发明人尽可能地标示出彼此关联的实例，但这并不意味着这些实例必然按照所描述的方式存在对应关系。只要所选择的实例所给定的条件间不存在矛盾，可以选择并不对应的实例来构成相应的技术方案，这样的技术方案也应视为被包含在本发明的范围内。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (15)

1.一种用于多点协作系统的下行链路预编码方法，所述多点协作系统包括第一簇和与第一簇相互干扰的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多个基站，所述方法包括以下步骤：

确定所述第二簇中的干扰消除区域；

确定第一预编码矩阵，用于消除所述第一簇内的基站发送的信号对所述干扰消除区域内的用户设备的干扰；

计算多个候选预编码矩阵，每个候选预编码矩阵用于消除所述第一簇内的基站发送的信号对所述第一簇内的用户设备的用户设备间干扰；

根据与每个候选预编码矩阵相对应的信道容量，从所述多个候选预编码矩阵中选择与最大信道容量相对应的预编码矩阵，作为第二预编码矩阵；以及

使用所述第一预编码矩阵和所述第二预编码矩阵，对所述第一簇内的基站发送的信号进行预编码。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个候选预编码矩阵是使用不同的预编码方案来计算的，所述预编码方案包括块对角化方案和最大化信号与泄漏噪声比方案。

3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：

获得与所述第一簇相对应的第一下行链路信道矩阵和与所述干扰消除区域相对应的第二下行链路信道矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定第一预编码矩阵的步骤包括：确定第一预编码矩阵，使得所述第一预编码矩阵落入所述第二下行链路信道矩阵的零空间内。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述候选预编码矩阵是基于所述第一预编码矩阵与所述第一下行链路信道矩阵形成的等效信道矩阵来计算的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述干扰消除区域是所述第二簇的边缘区域。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括，在确定第一预编码矩阵之前：

通过白化滤波，消除所述第二簇内的基站发送的信号对所述第一簇内的用户设备的干扰。

8.一种多点协作系统中的中心处理节点，所述多点协作系统包括所述中心处理节点所在的第一簇和与第一簇相互干扰的第二簇，所述第一簇和第二簇均包括多个基站，所述中心处理节点包括：

干扰消除区域确定单元，确定所述第二簇中的干扰消除区域；

第一预编码矩阵确定单元，确定第一预编码矩阵，所述第一预编码矩阵用于消除所述第一簇内的基站发送的信号对所述干扰消除区域内的用户设备的干扰；

候选预编码矩阵计算单元，计算多个候选预编码矩阵，每个候选预编码矩阵用于消除所述第一簇内的基站发送的信号对所述第一簇内的用户设备的用户设备间干扰；

第二预编码矩阵选择单元，根据与候选预编码矩阵计算单元所计算的每个候选预编码矩阵相对应的信道容量，从所述多个候选预编码矩阵中选择与最大信道容量相对应的预编码矩阵，作为第二预编码矩阵；以及

预编码单元，使用所述第一预编码矩阵和所述第二预编码矩阵，对所述第一簇内的基站发送的信号进行预编码。

9.根据权利要求8所述的中心处理节点，其中，所述候选预编码矩阵计算单元被配置为：使用不同的预编码方案来计算所述多个候选预编码矩阵，所述预编码方案包括块对角化方案和最大化信号与泄漏噪声比方案。

10.根据权利要求8或9所述的中心处理节点，还包括：

信道矩阵获得单元，获得与所述第一簇相对应的第一下行链路信道矩阵和与所述干扰消除区域相对应的第二下行链路信道矩阵。

11.根据权利要求10所述的中心处理节点，其中，第一预编码矩阵确定单元被配置为：确定第一预编码矩阵，使得所述第一预编码矩阵落入所述第二下行链路信道矩阵的零空间内。

12.根据权利要求10所述的中心处理节点，其中，所述候选预编码矩阵计算单元被配置为：基于所述第一预编码矩阵与所述第一下行链路信道矩阵形成的等效信道矩阵来计算所述候选预编码矩阵。

13.根据权利要求8所述的中心处理节点，其中，所述干扰消除区域确定单元被配置为：将所述第二簇的边缘区域确定为所述干扰消除区域。

14.根据权利要求8所述的中心处理节点，还包括：

白化滤波单元，通过白化滤波来消除所述第二簇内的基站发送的信号对所述第一簇内的用户设备的干扰。

15.根据权利要求8所述的中心处理节点，其中，所述中心处理节点是所述第一簇中的所述多个基站之一。

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