CN102970106A - 具有码字约束的码字选择以及相应的信道质量估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对下行协作多点传输的隐反馈方案，公开了一种具有码字约束的码字选择以及相应的信道质量估计方法，码字选择方法为：步骤1：调整码本结构；步骤2：获取每个协作基站到用户m的单小区信道的信道模值；步骤3：按照单小区信道的信道模值降序排列单小区信道的索引号；步骤4：为信道模值最强的单小区信道选择码字；步骤5：为其他单小区信道选择码字；步骤6：判断单小区信道是否都选择码字完毕。信道质量估计方法包括：步骤1：估计其他调度用户所选码字的i-索引号；步骤2：估计其他调度用户所选码字的j-索引号；步骤3：根据i-索引号和j-索引号，估计其他调度用户的波束成形矢量；步骤4：获取用户m的信号下行传输时所受到的多用户干扰；步骤5：获取用户m的信道质量。

Description

具有码字约束的码字选择以及相应的信道质量估计方法

技术领域

本发明涉及一种具有码字约束的码字选择以及相应的信道质量估计方法，属于频分双工无线通信系统中的协作通信技术领域。

背景技术

为了提高无线通信系统的吞吐量，第3代合作伙伴计划（3rd Generation PartnershipProject,3GPP）提出了协作式多点联合传输（Coordinated Multiple Point TransmissionWith Joint Processing,CoMP-JP）技术。通过在基站间共享数据与信道信息并进行联合处理，CoMP-JP技术可以有效地降低小区间干扰、提高吞吐量，因此，它是提高小区吞吐量，尤其是边缘用户吞吐量的关键技术。在频分双工系统中，由于上下行信道不互易，只能通过用户反馈信道的方式使基站端获得信道信息。所以有限反馈技术是频分双工CoMP-JP系统中的重要技术。

有限反馈技术主要有两种。一种是用户利用码本量化信道的方向和模值信息，并将量化信息反馈给基站端，基站端利用反馈信息重构量化的信道，然后将重构的量化信道作为真实信道进行多用户调度、预编码等基站端的处理，这种有限反馈技术在3GPP中被称为显反馈。由于在显反馈中基站端获知信道，所以它能够支持很多传统的基站端信号处理方法，例如贪婪用户调度方法和迫零预编码算法，所以目前对显反馈的研究比较多。另一种有限反馈技术是用户根据下行信道利用码本计算并反馈波束成形和信道质量信息（Channel QualityIndicator,CQI），基站端不再重构信道，而是直接利用用户反馈信息做多用户调度、波束成形等处理，这种有限反馈技术在3GPP中被称为隐反馈。在隐反馈中，通常会假设调度用户之间的波束成形相互正交，来辅助用户估计信道质量信息，一个典型的实现方案是不协作通信系统中的每用户酉速率控制（Per-User Unitary Rate Control,PU²RC）方案。较显反馈，隐反馈不需要在基站端重构信道因而不需要很大的反馈开销用于来反馈高质量的信道信息，因而更有利于降低CoMP-JP系统的反馈量；并且，当蜂窝小区内的用户数比较多时，基于正交波束成形的隐反馈性能要比基于迫零预编码的显反馈性能好。所以对基于正交波束成形的CoMP-JP隐反馈系统的研究是很有意义的。

文献“Di Su,Lei Hou,and Chenyang Yang,“Limited feedback orthogonalbeamforming in coordinated multi-point systems,”in Proc.IEEE Personal,Indoorand Mobile Radio Commun.(PIMRC),2012.”提出一种基于正交波束成形的CoMP-JP隐反馈方案，虽然它的性能比常用的有限反馈方案好，但是也存在很多问题，例如信道质量信息CQI估计不准确，CQI的准确性既影响多用户调度又影响自适应调制编码，所以该问题会严重制约隐反馈方案的性能。存在该问题的主要原因有两个：一是它采用的码字选择方法仍是传统的码字选择方法，传统码字选择方法的特点是最小化信道或者波束成形的量化误差，并没有考虑对CQI估计的影响；二是在CoMP-JP系统中，正交波束成形的假设不能够为信道质量信息估计提供足够的先验信息，因此导致较大的CQI估计误差。所以需要提出一种新的码字选择方法，其兼顾量化误差和信道质量估计，同时可以结合正交波束成形的假设为CQI估计提供足够的先验信息来降低CQI估计误差，进而提高隐反馈的系统性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种具有码字约束的码字选择以及相应的信道质量估计方法，本发明为基于正交波束成形的CoMP-JP系统设计一种新型的码字选择方法，通过在码字选择过程中引入码字约束，来为信道质量指示（Channel Quality Indicator，CQI）的估计提供先验信息，达到了提高CQI估计准确性的技术效果；并且本发明根据提出的码字选择方法，给出了一种基于该码字选择方法的CQI估计方法。将本发明提出的码字选择方法和CQI估计方法应用于基于正交波束成形的CoMP-JP系统中，可以显著提高该系统的吞吐量。

一种具有码字约束的码字选择方法，协作式多点联合传输系统设有Nb个基站，服务范围内共有M个用户，第m个用户的具有码字约束的码字选择方法为：

步骤1：调整码本结构；

步骤2：获取每个协作基站到用户m的单小区信道的信道模值；

步骤3：按照单小区信道的信道模值||α_m,kh_m，k||降序排列单小区信道的索引号；

步骤4：为信道模值最强的单小区信道选择码字；

步骤5：为单小区信道

选择码字，n≥2；

步骤6：设n＝n+1，如果n≤N_b，重复步骤5；如果n＞N_b，则码字选择结束；基于上述的一种信道质量估计方法，用户选择好码字之后，根据所选码字估计信道质量，第m个选择的码字为

则该用户信道质量估计方法为：

步骤1：估计与用户m一起调度的其他调度用户所选码字的i-索引号；

步骤2：估计与用户m一起调度的其他调度用户所选码字的j-索引号；

步骤3：根据i-索引号和j-索引号，估计其他调度用户的波束成形矢量；

步骤4：获取用户m的信号下行传输时所受到的多用户干扰；

步骤5：获取用户m的信道质量；

本发明的优点在于：

（1）本发明为CoMP-JP系统提出一种具有码字约束的码字选择方法，它利用码字约束关系为CQI估计提供先验信息，来提高CQI的量化精度。它降低了可能产生的正交波束成形矢量的个数，当服务区内的用户数比较少时，降低正交波束成形矢量的个数有助于提高调度用户数；

（2）本发明结合正交波束成形的假设以及本发明提出的码字选择方法，进一步提出了基于该波束成形假设以及码字选择方法的CQI计算方法。该方法计算得到的CQI比现有方法计算的CQI准确的多，并且当调度用户数为最大可能值时，该方法计算的CQI值与下行信号所经历的真实信干噪比相等，即CQI估计完全准确；

（3）CQI精度和调度用户数对提高基于正交波束成形的隐反馈方案的性能都非常重要。本发明提出的码字选择方法和CQI估计方法，当用于基于正交波束成形的隐反馈CoMP-JP系统时，可以明显地提高该有限反馈系统的吞吐量。

附图说明

图1是本发明具有码字约束的码字选择方法的流程图；

图2为码本结构示意图；

图3为协作通信系统结构示意图和用户m下行信道的示意图；

图4为码本子集构造示意图；

图5是本发明信道质量估计方法的流程图；

图6为采用不同码字选择方法下，基于正交波束成形隐反馈的平均调度用户数；

图7为采用不同码字选择方法下，CQI的估计误差的均值；

图8为采用不同码字选择方法下，CQI的估计误差的均方差；

图9为将本发明用于正交波束成形隐反馈CoMP-JP时的系统和数据率。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种具有码字约束的码字选择方法，应用于协作通信有限反馈系统中，对于一个N_b个基站协作的CoMP-JP系统，服务范围内共有M个用户，则第m(m＝1,…,M)个用户的具有码字约束的码字选择方法的流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤1：调整码本结构；

在基于正交波束成形的有限反馈系统中，采用的码本是正交码本。首先将码本调整成如下结构：

$c=\left\{u^i\right|u^i=\{c_1^i,...,c_j^i,...,c_{N_t}^i\},i=1,...N\}$

其中:c表示码本，如图2所示，码本中一共有N个正交码字集合，uⁱ表示码本c中第i个正交码字集合，uⁱ中有N_t个相互正交的码字，N_t表示发射天线数，表示uⁱ中的第j个码字，i和j联合表示了在码本中的索引号，因此被分别称为i-索引号和j-索引号。

步骤2：获取每个协作基站到用户m的单小区信道的信道模值。

按照如下公式：

||α_m，kh_m，k||＝α_m，k||h_m，k||

其中：α_m,kh_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，α_m,k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，h_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，||A||表示A的模值，k＝1,…,N_b，N_b表示协作基站个数。图3给出的是第1个协作基站和第2个协作基站到用户m的单小区信道示意图。

步骤3：按照单小区信道的信道模值||α_m，kh_m，k||降序排列单小区信道的索引号；

排列后的单小区信道的索引号表示为：

$\mathrm{\Ω}=[k_1,...,k_{N_b}]$

其中：k_n表示信道模值第n强的单小区信道的索引号，即

步骤4：为信道模值最强的单小区信道

选择码字，方法如下：

$v_{m,k_1}=c_{j_{{m,k}_1}}^{i_{{m,k}_1}}=\arg \underset{c_j^i\∈C}{\max }{\left|{\stackrel{\‾}{h}}_{{m,k}_1}^H{c}_j^i\right|}^2$

其中：表示用户m为单小区信道选择的码字，

表示该单小区信道的信道方向，

表示

的模值，

表示码本c中的任意一个码字，

表示通过运算从码本中选择出来的码字，其在码本c中的i-索引号和j-索引号分别为

和

A^H表示A的共轭转置。从该公式中可以看出，为单小区信道

选择的码字是从码本c中挑选出来的。

步骤5：为单小区信道选择码字，该步骤具体分为两步：

（1）首先计算为选择码字时所采用的码本。本发明约束该码本是码本c的一个子集，其构造方法如下：

$v_{m,k_n}=\{c_{j_{{m,k}_n}}^1,c_{j_{m{,k}_n}}^2,...,c_{j_{m,k_n}}^N\}$

其中：

表示用于

的码本，

表示码本c中第i个正交码字集uⁱ的第

个码字，

的计算公式如下：

其中：表示用户m为单小区信道

选择的码字

的j-索引号，N_t表示单基站发射天线数。图4给出该码本的一个例子。

（2）码本构造完成之后，为

选择码字，方法如下：

$v_{{m,k}_n}=c_{j_{{m,k}_n}}^{i_{{m,k}_n}}=\arg \underset{c_{j_{{m,k}_n}\∈v_{m{,k}_n}}^i}{\max }{\left|{\stackrel{\‾}{g}}_{{m,k}_n}^H{\hat{w}}_{{m,k}_n}\right|}^2$

其中：

表示用户m为单小区信道

选择的码字，

表示信道方向，表示基站k₁~基站k_n到用户m的信道，

表示

中的任意一个码字，

通过上一步骤得到，

表示通过运算选择出来的码字，其在码本c中的i-索引号和j-索引号分别为

和

A^H表示A的共轭转置。

步骤6：设n＝n+1，如果n≤N_b，重复步骤5；如果n＞_Nb，则码字选择结束。

用户选择好码字之后，其波束成形矢量的计算方法如下：

$w_m={[v_{m,1}^H,v_{m,2}^H,...,v_{{m,N}_b}^H]}^H$

其中：w_m表示用户m的波束成形矢量，

表示用户m通过步骤1~步骤6选择出来的码字，A^H表示A的共轭转置。

本发明是一种信道质量估计方法，基于上述的具有码字约束的码字选择方法，用户选择好码字之后，需要根据所选码字估计信道质量指示CQI。仍以服务的第m(m＝1,…,M)个用户为例，通过上面的码字选择步骤，用户m选择的码字为

则该用户的CQI估计方法，流程如图5如下：

步骤1：估计与用户m一起调度的其他调度用户所选码字的i-索引号，计算方法如下：

i_n,k＝i_m，k，k＝1,2,…,N_b

其中：i_n,k表示其他调度用户为第k个协作基站所选码字的i-索引号，i_m,k表示用户m为第k个协作基站所选码字的i-索引号，N_b表示协作基站数。

步骤2：估计与用户m一起调度的其他调度用户所选码字的j-索引号，计算方法如下：

j_n,1∈{1≤j≤N_t∣j≠j_m,1}

j_n,k＝(N_t+1)-j_n,k-1,k≥2

其中：j_n,k表示其他调度用户为第k个协作基站所选码字的j-索引号，j_m，k表示用户m为第k个协作基站所选码字的j-索引号，N_t表示单基站发射天线数。根据上式，j_n,1有N_t-1种可能的取值，所以可以计算出N_t-1种

将第l种可能的

表示为

步骤3：根据i-索引号和j-索引号，估计其他调度用户的波束成形矢量；

根据步骤1和步骤2计算的其他调度用户所选码字的i-索引号和j-索引号，从码本中得到这些码字并利用码字计算这些用户的波束成形矢量，计算方法如下：

$w=\left\{w_{n_l}\right|w_{n_l}={[{\left(c_{j_{n,1}^{\left(l\right)}}^{i_{n,1}}\right)}^H,{\left(c_{j_{n,2}^{\left(l\right)}}^{i_{n,2}}\right)}^H,...,{\left(c_{j_{n,N_b}^{\left(l\right)}}^{i_{n,N_b}}\right)}^H]}^H,l=1,...,N_t-1\}$

其中：

表示表示码本c中第i_n,k个正交码字集

的第个码字，k＝1,2,…,N_b，i_n,k和分别通过步骤1和步骤2得到，

表示第l种可能的其他调度用户的波束成形矢量，w是

的集合，其表示所有可能的其他调度用户的波束成形矢量，A^H表示A的共轭转置。

步骤4：获取用户m的信号下行传输时所受到的多用户干扰，按照如下公式计算：

${\hat{I}}_{\mathrm{MU},m}=\frac{P}{N_t}\underset{l=1}{\overset{N_t-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|g_m^H{w}_{n_l}\right|}^2$

其中：

表示多用户干扰，P表示协作簇的总发射功率，N_t表示单基站发射天线数，

表示用户m的下行信道，α_m,kh_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，N_b表示协作基站个数，

在步骤3中计算得到。

步骤5：获取用户m的CQI，按照如下公式计算：

${\mathrm{CQI}}_m=\frac{\frac{P}{N_t}{\left|g_m^H{w}_m\right|}^2}{{\hat{I}}_{\mathrm{MU},m}+{\mathrm{\σ}}_m^2}$

其中：CQI_m表示用户m估计的信道质量信息，P表示协作簇的总发射功率，N_t表示单基站发射天线数，

表示用户m的下行信道，α_m,kh_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，，w_m表示用户m的波束成形矢量，通过上述一种具有码字约束的码字选择方法得到，

表示通过步骤4计算得到的多用户干扰，

表示用户接收信号中的加性噪声和簇外干扰的功率。

用户将所选码字在码本中的索引号以及CQI反馈给基站，基站端利用反馈信息进行多用户调度、波束成形等一系列处理。其中多用户调度算法参考文献“Di Su,Lei Hou,andChenyang Yang,“Limited feedback orthogonal beamforming in coordinatedmulti-point systems,”in Proc.IEEE Personal,Indoor and Mobile Radio Commun.(PIMRC),2012.”，基站确定调度用户之后，为每个调度用户计算的波束成形，计算方法如本发明一种具有码字约束的码字选择方法。

本发明为基于正交波束成形的CoMP-JP系统设计一种新型的码字选择方法，通过在码字选择过程中引入码字约束，来为信道质量指示（Channel Quality Indicator，CQI）的估计提供先验信息，达到了提高CQI估计准确性的技术效果；并且本发明根据提出的码字选择方法，给出了一种基于该码字选择方法的CQI估计方法。将本发明提出的码字选择方法和CQI估计方法应用于基于正交波束成形的CoMP-JP系统中，可以显著提高该系统的吞吐量。

实施例：

通过matlab软件平台仿真本发明的性能。仿真参数设置主要基于“3GPP TR36.814 V9.0.0,“Further Advancements for E-UTRA Physical Layer Aspects(Release 9),”3rd Generation Partnership Project,2010.”考虑2个基站协作，即N_b＝2；每个基站有4根发射天线，即N_t＝4；用户随机散布在小区边缘，用户位置满足

单基站最大发射功率为46dBm；路径损耗模型为35.3+37.6log₁₀d，d表示用户到基站的距离；小尺度信道建模为统计独立同分布的瑞利衰落信道；小区半径为250m；热噪声方差为-95dBm；码本为文献“K.Zyczkowski and M.Kus,“Randomunitary matrices,”J.Phys.A,Math.Gen.,vol.27,no.12,pp.4235–4245,Jun.1994.”介绍的随机正交码本，码本大小为4bits。在上述条件下，本发明提出的码字选择方法和CQI估计方法的具体为：

本发明的一种具有码字约束的码字选择方法，包括以下几个步骤：

步骤1：将码本调整成如下结构：

$c=\left\{u^i\right|u^i=\{c_1^i,...,c_j^i,...,c_{N_t}^i\},i=1,...N\}$

其中：c表示码本，uⁱ表示码本c中第i个正交码字集合，码本中一共有N个正交码字集合，每个uⁱ中有N_t个相互正交的码字，N_t表示发射天线数，

表示uⁱ中的第j个码字，i和j联合表示了在码本中的索引号，因此被分别称为i-索引号和j-索引号。

步骤2：按照如下公式，计算每个协作基站到用户m的单小区信道的信道模值。

||α_m,kh_m，k||＝α_m,k||h_m，k||，k＝1,…,Nb

其中：α_m,kh_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，α_m,k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，h_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，||A||表示A的模值，N_b表示协作基站个数，N_b＝2。

步骤3：按照单小区信道的信道模值||α_m，kh_m，k||降序排列单小区信道的索引号，排列后的单小区信道的索引号表示为：

Ω＝[k₁,k₂]

其中：k₁表示两个单小区信道中模值较强的信道索引号，而k₂表示两个单小区信道中模值较弱的信道索引号。

步骤4：为信道模值最强的单小区信道

选择码字，方法如下：

$v_{m,k_1}=c_{j_{{m,k}_1}}^{i_{{m,k}_1}}=\arg \underset{c_j^i\∈C}{\max }{\left|{\stackrel{\‾}{h}}_{{m,k}_1}^H{c}_j^i\right|}^2$

其中：

表示用户m为单小区信道

选择的码字，

表示该单小区信道的信道方向，

表示

的模值，

表示码本c中的任意一个码字，

表示通过运算从码本中选择出来的码字，其在码本c中的i-索引号和j-索引号分别为

和

A^H表示A的共轭转置。从该公式中可以看出，为单小区信道选择的码字是从码本c中挑选出来的。

步骤5：为单小区信道

选择码字，该步骤具体分为两步：

（1）首先计算为

选择码字时所采用的码本。本发明约束该码本是码本c的一个子集，其构造方法如下：

$v_{m,k_2}=\{c_{j_{{m,k}_2}}^1,c_{j_{m{,k}_2}}^2,...,c_{j_{m,k_2}}^N\}$

其中

表示用于

的码本，

表示码本c中第i个正交码字集ui的第

个码字，

的计算公式如下：

$j_{{m,k}_2}=5-j_{{m,k}_1}$

其中

表示用户m为单小区信道选择的码字

的j-索引号。

（2）码本构造完成之后，为

选择码字，方法如下：

$v_{{m,k}_2}=c_{j_{{m,k}_2}}^{i_{{m,k}_2}}=\arg \underset{c_{j_{{m,k}_2}\∈v_{m{,k}_2}}^i}{\max }{\left|{\stackrel{\‾}{g}}_{{m,k}_2}^H{\hat{w}}_{{m,k}_2}\right|}^2$

其中：表示用户m为单小区信道

选择的码字，

表示信道方向，

表示基站k₁和基站k₂到用户m的信道，

表示

中的任意一个码字，通过上一步骤得到，

表示通过运算选择出来的码字，其在码本c中的i-索引号和j-索引号分别为和

A^H表示A的共轭转置。

用户选择好码字之后，其波束成形矢量的计算方法如下：

$w_m={[v_{m,1}^H,v_{m,2}^H]}^H$

其中w_m表示用户m的波束成形矢量，

表示用户m通过步骤1~步骤5选择出来的码字，A^H表示A的共轭转置。

本发明是一种信道质量估计方法，包括以下几个步骤：

用户选择好码字之后，需要根据所选码字估计信道质量指示CQI。仍以服务的第m(m＝1,…,M)个用户为例，通过上面的码字选择步骤，用户m选择的码字为

则该用户的CQI估计方法如下：

步骤1：估计与用户m一起调度的其他调度用户所选码字的i-索引号，计算方法如下：

i_n,k＝i_m，k，k＝1,2,…,N_b

其中：i_n,k表示其他调度用户为第k个协作基站所选码字的i-索引号，i_m,k表示用户m为第k个协作基站所选码字的i-索引号，N_b表示协作基站数。

步骤2：估计与用户m一起调度的其他调度用户所选码字的j-索引号，计算方法如下：

j_n,1∈{1≤j≤N_t∣j≠j_m，1}

j_n，2＝(N_t+1)-j_n，1

其中：j_n,k表示其他调度用户为第k个协作基站所选码字的j-索引号，j_m，k表示用户m为第k个协作基站所选码字的j-索引号，N_t表示单基站发射天线数，N_t＝4。根据上式，j_n,1有N_t-1种可能的取值，所以可以计算出N_t-1种{j_n，1,j_n，2}，将第l种可能的{j_n，1,j_n，2}表示为

步骤3：根据步骤1和步骤2计算的其他调度用户所选码字的i-索引号和j-索引号，从码本中得到这些码字并利用码字计算这些用户的波束成形矢量，计算方法如下：

$w=\left\{w_{n_l}\right|w_{n_l}={[{\left(c_{j_{n,1}^{\left(l\right)}}^{i_{n,1}}\right)}^H,{\left(c_{j_{n,2}^{\left(l\right)}}^{i_{n,2}}\right)}^H]}^H,l=1,...,N_t-1\}$

其中：

表示表示码本c中第i_n,1个正交码字集

的第

个码字，

表示表示码本c中第i_n，2个正交码字集的第

个码字，i_n,1和i_n,2通过步骤1得到，和

通过步骤2得到，

表示第l种可能的其他调度用户的波束成形矢量，w是

的集合，其表示所有可能的其他调度用户的波束成形矢量，A^H表示A的共轭转置。

步骤4：计算用户m的信号下行传输时所受到的多用户干扰，按照如下公式计算：

${\hat{I}}_{\mathrm{MU},m}=\frac{P}{N_t}\underset{l=1}{\overset{N_t-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|g_m^H{w}_{n_l}\right|}^2$

其中：

表示多用户干扰，P表示协作簇的总发射功率，N_t表示单基站发射天线数，

表示用户m的下行信道，α_m,kh_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，N_b表示协作基站个数，

在步骤3中计算得到。

步骤5：计算用户m的CQI，按照如下公式计算：

${\mathrm{CQI}}_m=\frac{\frac{P}{N_t}{\left|g_m^H{w}_m\right|}^2}{{\hat{I}}_{\mathrm{MU},m}+{\mathrm{\σ}}_m^2}$

其中：CQI_m表示用户m估计的信道质量信息，P表示协作簇的总发射功率，N_t表示单基站发射天线数，

表示用户m的下行信道，α_m,kh_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，w_m表示用户m的波束成形矢量，通过上述（一）中具有码字约束的码字选择步骤得到，

表示通过步骤4计算得到的多用户干扰，

表示用户接收信号中的加性噪声和簇外干扰的功率。

用户将所选码字在码本中的索引号以及CQI反馈给基站，基站端利用反馈信息进行多用户调度、波束成形等一系列处理。其中多用户调度算法参考文献“Di Su,Lei Hou,andChenyang Yang,“Limited feedback orthogonal beamforming in coordinatedmulti-point systems,”in Proc.IEEE Personal,Indoor and Mobile Radio Commun.(PIMRC),2012.”。基站确定调度用户之后，为每个调度用户计算的波束成形，计算方法如本发明一种具有码字约束的码字选择方法。

对于基于正交波束成形的隐反馈CoMP-JP系统，比较了采用本发明的方法或者采用传统的方法时多小区系统的性能，如图6、图7、图8、图9所示。图6比较了采用本发明的方法或者采用传统的联合码字选择方法时的平均调度用户数，从图6中可以看出，当小区内的用户数比较少时，本发明的码字选择方法有利于提高平均调度用户数。通过图7和图8，可以看出本发明的方法既有利于降低CQI估计误差的均值，又有利于降低CQI估计误差的方差，总之，本发明提高了CQI估计的准确性，当小区内的用户数比较多、可以保证调度用户数为最大调度用户数时（≥50个用户/小区），CQI估计误差为零，即这种情况下CQI估计完全准确的。图9中，“ORBF CoMP”表示基于正交波束成形的隐反馈CoMP-JP系统，“ZFBF CoMP”表示采用迫零预编码的显反馈CoMP-JP系统，“PU2RC nonCoMP”表示不协作通信系统中的每用户酉速率控制方案，从图9中可以看出，将本发明的方法用于基于正交波束成形的隐反馈CoMP-JP系统中，不仅可以明显提高该系统的和数据率，同时，应用本发明的基于正交波束成形的隐反馈CoMP-JP系统比其他有限反馈方案的系统和数据率都高。

Claims (2)

1.一种具有码字约束的码字选择方法，协作式多点联合传输系统设有N_b个基站，服务范围内共有M个用户，第m个用户的具有码字约束的码字选择方法为，m＝1,…,M：

步骤1：调整码本结构；

首先将码本的结构调整为：

$c=\left\{u^i\right|u^i=\{c_1^i,...,c_j^i,...,c_{N_t}^i\},i=1,...N\}$

其中:c表示码本，码本中一共有N个正交码字集合，uⁱ表示码本c中第i个正交码字集合，uⁱ中有N_t个相互正交的码字，N_t表示发射天线数，表示uⁱ中的第j个码字，i和j联合表示了

在码本中的索引号，分别为i-索引号和j-索引号；

步骤2：获取每个协作基站到用户m的单小区信道的信道模值；

具体为：

||α_m，kh_m，k||＝α_m，k||h_m，k||

其中：α_m,kh_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，α_m,k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道的大尺度衰落因子，h_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道的小尺度衰落信道，||A||表示A的模值，k＝1,…,N_b，N_b表示协作基站个数；

步骤3：按照单小区信道的信道模值||α_m,kh_m，k||降序排列单小区信道的索引号；

排列后的单小区信道的索引号表示为：

$\mathrm{\Ω}=[k_1,...,k_{N_b}]$

其中：k_n表示信道模值第n强的单小区信道的索引号，即

步骤4：为信道模值最强的单小区信道

选择码字；

方法如下：

$v_{m,k_1}=c_{j_{{m,k}_1}}^{i_{{m,k}_1}}=\arg \underset{c_j^i\∈C}{\max }{\left|{\stackrel{\‾}{h}}_{{m,k}_1}^H{c}_j^i\right|}^2$

其中：表示用户m为单小区信道选择的码字，

表示该单小区信道的信道方向，表示

的模值，

表示码本c中的任意一个码字，

表示通过运算从码本中选择出来的码字，其在码本c中的i-索引号和j-索引号分别为

和

A^H表示A的共轭转置；

步骤5：为单小区信道

选择码字，n≥2；

该步骤具体分为两步：

（1）首先计算为选择码字时所采用的码本，约束该码本是码本c的一个子集，其构造方法如下：

$v_{m,k_n}=\{c_{j_{{m,k}_n}}^1,c_{j_{m{,k}_n}}^2,...,c_{j_{m,k_n}}^N\}$

其中：

表示用于

的码本，

表示码本c中第i个正交码字集uⁱ的第个码字，i＝1,…,N，

的获取方法为：

其中：

表示用户m为单小区信道

选择的码字

的j-索引号，N_t表示单基站发射天线数；

（2）码本构造完成之后，为选择码字，方法如下：

$v_{{m,k}_n}=c_{j_{{m,k}_n}}^{i_{{m,k}_n}}=\arg \underset{c_{j_{{m,k}_n}\∈v_{m{,k}_n}}^i}{\max }{\left|{\stackrel{\‾}{g}}_{{m,k}_n}^H{\hat{w}}_{{m,k}_n}\right|}^2$

其中：表示用户m为单小区信道

选择的码字，

表示信道方向，

表示基站k₁~基站k_n到用户m的信道，

表示

中的任意一个码字，

通过上一步骤得到，

表示通过运算选择出来的码字，其在码本c中的i-索引号和j-索引号分别为

和A^H表示A的共轭转置；

步骤6：设n＝n+1，如果n≤N_b，重复步骤5；如果n＞N_b，则码字选择结束；

用户选择好码字之后，其波束成形矢量为：

$w_m={[v_{m,1}^H,v_{m,2}^H,...,v_{{m,N}_b}^H]}^H$

其中：w_m表示用户m的波束成形矢量，

表示用户m通过步骤1~步骤6选择出来的码字，A^H表示A的共轭转置。

2.基于权利要求1所述码字选择方法的一种信道质量估计方法，用户选择好码字之后，根据所选码字估计信道质量，第m个选择的码字为则该用户信道质量估计方法为：

步骤1：估计与用户m一起调度的其他调度用户所选码字的i-索引号；

方法为：

i_n,k＝i_m，k，k＝1,2,…,N_b

其中：i_n,k表示其他调度用户为第k个协作基站所选码字的i-索引号，i_m,k表示用户m为第k个协作基站所选码字的i-索引号，N_b表示协作基站数；

步骤2：估计与用户m一起调度的其他调度用户所选码字的j-索引号；

方法为：

j_n,1∈{1≤j≤N_t∣j≠j_m,1}

j_n,k＝(N_t+1)-j_n,k-1,k≥2

其中：j_n,k表示其他调度用户为第k个协作基站所选码字的j-索引号，j_m，k表示用户m为第k个协作基站所选码字的j-索引号，N_t表示单基站发射天线数；根据上式，j_n，1有N_t-1种可能的取值，得到N_t-1种

将第l种可能的

表示为

步骤3：根据i-索引号和j-索引号，估计其他调度用户的波束成形矢量；

方法为：

$w=\left\{w_{n_l}\right|w_{n_l}={[{\left(c_{j_{n,1}^{\left(l\right)}}^{i_{n,1}}\right)}^H,{\left(c_{j_{n,2}^{\left(l\right)}}^{i_{n,2}}\right)}^H,...,{\left(c_{j_{n,N_b}^{\left(l\right)}}^{i_{n,N_b}}\right)}^H]}^H,l=1,...,N_t-1\}$

其中：表示表示码本c中第i_n,k个正交码字集的第

个码字，k＝1,2,…,N_b，i_n,k和

分别通过步骤1和步骤2得到，

表示第l种可能的其他调度用户的波束成形矢量，w是

的集合，其表示所有可能的其他调度用户的波束成形矢量，A^H表示A的共轭转置；

步骤4：获取用户m的信号下行传输时所受到的多用户干扰；

方法为：

${\hat{I}}_{\mathrm{MU},m}=\frac{P}{N_t}\underset{l=1}{\overset{N_t-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|g_m^H{w}_{n_l}\right|}^2$

其中：

表示多用户干扰，P表示协作簇的总发射功率，N_t表示单基站发射天线数，表示用户m的下行信道，α_m,kh_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，N_b表示协作基站个数，在步骤3中计算得到；

步骤5：获取用户m的信道质量；

方法为：

${\mathrm{CQI}}_m=\frac{\frac{P}{N_t}{\left|g_m^H{w}_m\right|}^2}{{\hat{I}}_{\mathrm{MU},m}+{\mathrm{\σ}}_m^2}$

其中：CQI_m表示用户m估计的信道质量信息，P表示协作簇的总发射功率，N_t表示单基站发射天线数，

表示用户m的下行信道，α_m，kh_m，k表示第k个协作基站到用户m的单小区信道，w_m表示用户m的波束成形矢量，通过上述一种具有码字约束的码字选择方法得到，

表示通过步骤4计算得到的多用户干扰，表示用户接收信号中的加性噪声和簇外干扰的功率。

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