CN103095354A - 基于svd分解的多基站协作系统传输参数优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法，包括：初始化协作基站的协作传输复用流数为协作基站联合信道矩阵的秩；对协作基站联合信道矩阵进行SVD分解，获得矩阵V；根据弦距离最小准则和矩阵V分级优化确定各个协作基站的预编码矩阵；根据各个协作基站的预编码矩阵获得等效信道矩阵，计算出复用流的信噪比；判断每个复用流的信噪比是否满足系统需求，如果满足，则根据每个复用流的信噪比确定该复用流的编码调制格式，将各协作基站传输的复用流数、各复用流的编码调制格式及各个协作基站的预编码矩阵反馈给用户；否则协作传输复用流数减一重复上述步骤。本发明极大地减少了传输参数选择运算量，同时获得了较高的系统吞吐量。

Description

基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种传输参数优化方法，具体涉及一种基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法。

背景技术

协作多点传输(Coordinated Multi-Point，CoMP)技术通过小区间的应用能有效抑制同频干扰，提升系统的频谱效率，特别是提高小区边缘用户的频谱效率。根据传输方式的不同，CoMP技术可以分为两类：联合处理技术和协作波束成型技术。对于协作波束成型技术，只有终端所在的服务小区向终端发送数据，而参与协同的协作小区可以利用相同的无线资源块为其他不同的终端服务。各小区在发送信号时，通过协同波束成型技术来降低相互间的干扰。对于联合处理技术，为一个终端服务的各个小区都保存有向该终端发送的数据包，可以选择其中的所有小区、部分小区或单个小区向终端发送数据。联合处理技术引入更多的自由度，尤其对于多小区服务同一终端能显著地提升终端的性能。

基于码本预编码技术进行信号传输是LTE/LTE Advanced系统中多天线传输的主要方式。在LTE单基站传输系统中，终端采用隐式反馈的方式，分别以信道秩(Rank indicator，RI)、预编码矩阵索引(Precoding matrix index，PMI)、信道质量指示(Channel quality indicator，CQI)的方式将选定的参数反馈给基站端，供基站端进行后续传输时的参考参数配置。这样处理的优势是，可以以较低的反馈开销取得较高的系统吞吐量。在采用码本预编码机制的多基站协作传输系统中，用户需要根据多个基站的信道状态信息判断传输参数(RI、PMI、CQI)，以优化用户吞吐量。如何在码本预编码系统中选择优化的传输参数是解决协作基站传输的重要问题之一。

单基站传输参数的选择机制并没有考虑协作基站的信道状态信息，故在多基站协作系统中不能取得较好的吞吐量性能；如果将多基站协作系统看作一个虚拟的单基站系统，则需要进行全局的码本遍历，虽然能得到很好的系统性能，但是运算量较大，实现困难。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法，该方法在极大降低运算复杂度的同时，得到较优的系统吞吐量性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法。

一种基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法，包括以下步骤：

步骤一，初始化协作基站的协作传输复用流数r为协作基站联合信道矩阵H＝[H₁ H₂…H_N]的秩R；

步骤二，对所述协作基站联合信道矩阵进行SVD分解H＝UDV^H，获得矩阵

取矩阵V_i的前r列构成R_i，从而得矩阵

根据弦距离最小准则，分级优化确定各个协作基站的预编码矩阵

其中，

i＝1，2，…N，W_i是已知的分级优化前第i个基站的预编码矩阵的集合；

是分级优化后选定的第i个基站的预编码矩阵；

步骤三，根据各个协作基站的预编码矩阵获得等效信道矩阵并根据等效信道矩阵计算出用户接收到的各个协作基站传输的复用流的信噪比；

步骤四，判断每个复用流的信噪比是否满足系统需求，如果满足，则执行步骤五；否则返回步骤二，同时所述协作传输复用流数r减一；

步骤五，根据每个复用流的信噪比确定该复用流的编码调制格式；

步骤六，将各协作基站传输的复用流数、各复用流的编码调制格式及各个协作基站的预编码矩阵反馈给用户。

作为本发明的一种优选方案，步骤三中，复用流的信噪比计算过程为：

其中，[]_kk表示矩阵第k行第k列的元素；SNR_k表示第k个复用流的信噪比，E_s表示总的信号发射能量；r表示复用流数；σ²表示噪声方差。

作为本发明的另一种优选方案，步骤五中，根据信噪比确定编码调制格式的方式为：将信噪比分为几个等级，信噪比大时采用高速率的编码调制方式，信噪比小时采用低速率的编码调制方式。

如上所述，本发明所述的基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法，具有以下有益效果：本发明可以应用于以预编码码本作为多天线信号传输方式的多基站协作传输系统中，通过对复用流数、预编码矩阵和编码调制方式等参数的优化选择，极大地减少了传输参数选择运算量，同时获得了较高的系统吞吐量。

附图说明

图1为本发明所述的基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法的流程示意图。

图2为实施例二所述的基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法的应用场景示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明针对联合处理技术中的多基站服务一个小区边缘终端的传输模式，通过分级优化协同基站中每个基站的传输参数，提出一种运算量与协作基站数成线性关系，同时能取得较好的吞吐量性能的传输参数选择机制，即本发明所述的基于SVD(Singular ValueDecomposition，SVD)分解的多基站协作系统传输参数优化方法。优化的传输参数具体包括复用流数(复用的数据流的个数)、多天线预编码矩阵，各流编码调制方式。本发明利用多基站全信道状态信息进行传输参数的优化选择，极大地降低了运算复杂度，同时，也可以得到较优的吞吐量性能。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法，该方法适用于多个协作基站服务一个小区边缘用户的协作传输模式，此时，协作基站发送相同的用户数据，协作基站采用相同的复用流数和编码调制方式，每个协作基站的预编码矩阵分别选择。

本实施例中，所述基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法的应用环境为：假设参与协作的基站数为N个，单个基站(也可称协作基站)与用户间的信道矩阵分别记为H₁，H₂，…，H_N。对多基站联合信道矩阵H＝[H₁ H₂…H_N]进行奇异值分解(Singular ValueDecomposition，SVD)，即H＝UDV^H。联合信道矩阵的秩为R。

所述基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法的具体实现流程如图1所示，包括如下步骤：

Step1：

初始化协作基站传输的复用流数r，使复用流数等于多基站联合信道矩阵H＝[H₁ H₂…H_N]的秩R，即r＝R。

Step2：

对所述协作基站联合信道矩阵进行SVD分解H＝UDV^H，获得矩阵

取矩阵V_i的前r列构成R_i，从而得矩阵

根据弦距离最小准则，从第一个基站开始，分级确定各基站的预编码矩阵，如下式所示：

${\hat{W}}_i=\underset{W_i}{\arg \min }{\left|\right|W_i^{\′}{W}_i^{\′H}-V_i^{\′}{V}_i^{\′H}\left|\right|}_F^2---\left(1\right)$

其中，i＝1，2，…N，

W_i是已知的分级优化前第i个基站的预编码矩阵的集合；

是分级优化后选定的第i个基站的预编码矩阵。

Step3：

由Step2中所得到的预编码矩阵，得到等效信道矩阵

计算接收之后的信噪比。若所得信噪比满足系统的需求(如目标误码率指标)，则进入Step4，否则返回Step1，协作传输复用流数减少一个，即为r-1。

根据不同的接收机，能得到信噪比的不同计算方法，如ZF接收机，复用流的信噪比计算过程为：

其中，[]_kk表示矩阵第k行第k列的元素；SNR_k表示第k个复用流的信噪比，E_s表示总的信号发射能量；r表示复用流数；σ²表示噪声方差。

Step4：

根据Step3所得的各个流的信噪比，确定每流的编码调制方式。由信噪比确定编码调制方式是通信过程中一个很统一的过程，基本思想是把信噪比分为几个等级，信噪比大时采用高速率的编码调制方式，信噪比小时采用低速率的编码调制方式。

Step5：

将上述计算得到的协作传输参数(包括：复用流数、每基站预编码矩阵、每流编码调制方式)反馈到基站端。反馈方式可以是，用户在上行传输时，将上述传输参数反馈到本小区基站，其他协作基站通过基站间的X2接口获得各自基站的相关传输参数；也可以是，用户分别向协作基站反馈对应基站的传输参数。

实施例二

本实施例提供一种基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法，该方法的应用场景如图2所示：3个协作基站服务一个小区边缘用户，此时协作基站的个数N＝3；其中，BS表示基站，UE表示小区边缘用户，Backhaul表示主干网或者基站间的X2接口。每个基站采用LTE定义的码本，基站端发射天线数为4，用户端接收天线数为4，此时，最大复用流数为4，每个流数对应码本中的预编码矩阵个数为16。3个基站到用户的信道矩阵分别为H₁，H₂和H₃。

基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法的实现过程为：

Step1’：

初始化协作传输复用流数r＝R，R是联合信道矩阵H＝[H₁ H₂ H₃]的秩。

Step2’：

对等效信道矩阵H进行SVD分解，即H＝UDV^H。对矩阵V′进行分块，即

其中，R_i是矩阵V_i的前r列构成的，矩阵V_i的行数与矩阵H_i的列数一样。根据chordal distance最小准则分级确定各基站的预编码矩阵，如下式所示：

${\hat{W}}_i=\underset{W_i}{\arg \min }{\left|\right|W_i^{\′}{W}_i^{\′H}-V_i^{\′}{V}_i^{\′H}\left|\right|}_F^2---\left(2\right)$

其中，i＝1，2，3，

W_i是分级优化前第i个基站的预编码矩阵的集合；

是分级优化后选定的第i个基站的预编码矩阵。

Step3’：

根据获得的分级优化后的预编码矩阵，得到等效信道矩阵

计算接收之后的信噪比。

Step4’：

若所得信噪比满足系统的需求(如目标误码率指标)，则进入下一步编码格式的选择；否则返回步骤Step2’，此时协作传输复用流数减少一个，即为r-1。

Step5’：

由各个协作传输复用流的信噪比确定每个协作传输复用流的调制编码格式。

Step6’：

并将上述计算得到的协作传输参数(包括：复用流数、每个基站的预编码矩阵、每流编码调制方式)反馈到基站端。

在多个基站同时服务一个小区边缘用户的协作传输系统中，传输参数的优化选择是系统实现传输过程的关键问题之一。本发明给出一种包括复用流数、预编码矩阵和编码调制方式的参数选择实现方法，可以应用于以预编码码本作为多天线信号传输方式的多基站协作传输系统中，能够取得较好的吞吐量增益。

本发明提出的基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法，相对于多基站全局遍历的传统方案，在极大的减少传输参数选择运算量的同时，使系统能够达到较高的吞吐量。

所以，本发明所述的基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法有效克服了现有技术中的种种缺点，具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法，其特征在于，所述基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法包括：

步骤一，初始化协作基站的协作传输复用流数r为协作基站联合信道矩阵H＝[H₁ H₂…H_N]的秩R；

步骤二，对所述协作基站联合信道矩阵进行SVD分解H＝UDV^H，获得矩阵

取矩阵V_i的前r列构成R_i，从而得矩阵

根据弦距离最小准则，分级优化确定各个协作基站的预编码矩阵 ${\hat{W}}_i=\underset{W_i}{\arg \min }{\left|\right|W_i^{\′}{W}_i^{\′H}-V_i^{\′}{V}_i^{\′H}\left|\right|}_F^2,$ 其中， $W_i^{\′}={[{\hat{W}}_1^H,...,{\hat{W}}_{i-1}^H,W_i^H]}^H,$ i＝1，2，…N，W_i是已知的分级优化前第i个基站的预编码矩阵的集合；是分级优化后选定的第i个基站的预编码矩阵；

步骤三，根据各个协作基站的预编码矩阵获得等效信道矩阵

并根据等效信道矩阵计算出用户接收到的各个协作基站传输的复用流的信噪比；

步骤四，判断每个复用流的信噪比是否满足系统需求，如果满足，则执行步骤五；否则返回步骤二，同时所述协作传输复用流数r减一；

步骤五，根据每个复用流的信噪比确定该复用流的编码调制格式；

步骤六，将各协作基站传输的复用流数、各复用流的编码调制格式及各个协作基站的预编码矩阵反馈给用户。

2.根据权利要求1所述的基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法，其特征在于：

步骤三中，复用流的信噪比计算过程为：

${\mathrm{SNR}}_k=\frac{E_s}{r{\mathrm{\σ}}^2{\left[{\left({H_e}^H{H}_e\right)}^{-1}\right]}_{\mathrm{kk}}}$

其中，[]_kk表示矩阵第k行第k列的元素；SNR_k表示第k个复用流的信噪比，E_s表示总的信号发射能量；r表示复用流数；σ²表示噪声方差。

3.根据权利要求1所述的基于SVD分解的多基站协作系统传输参数优化方法，其特征在于：

步骤五中，根据信噪比确定编码调制格式的方式为：将信噪比分为几个等级，信噪比大时采用高速率的编码调制方式，信噪比小时采用低速率的编码调制方式。

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