CN106470055B - 基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法及基站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法及其基站。该方法包括以下步骤：用户估计其与协作小区基站的主特征空间，发送给服务基站；服务基站接收到主特征空间，并通知给协作小区基站；协作小区基站根据主特征空间，对用户分配下行导频资源发送给服务基站；服务基站向用户通知下行导频资源；基于下行导频资源，用户测量其与协作小区基站间的有效信道矩阵，发送给服务基站；服务基站基于主特征空间和有效信道矩阵，计算预编码矩阵，用于信号传输。利用本发明，可以实现高效率的小区间协作传输。

Description

基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法及基站
技术领域
本发明涉及一种基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法，同时也涉及用于实现该小区间协作传输方法的基站，属于无线通信技术领域。
背景技术
LTE-Advanced技术引入了协同多点传输和接收(Coordlinated Multi-Pointtransmission/reception,简写为CoMP)，通过多个小区间的联合调度或者协作传输，对于协作小区的干扰可以大幅度的降低，这样就可以提高接收用户设备的接收信号性能，而且可以大幅并且有效的提高边缘用户的频谱效率。下面介绍主流的传统方案。
在蜂窝无线通信系统中，小区边沿的用户由于受到协作小区的干扰，其服务质量将难以保证。基站协作传输(CoMP)能有效提高小区边缘用户的服务质量。目前，CoMP在LTE-advanced系统中得到了应用。
在CoMP发送/接收中，一个关键问题是发射方案问题。根据复杂度的高低和基站间交互的信息量多少，可分为波束形成方案(CB-CoMP)和基站联合处理的传输方案(JP-CoMP)。下行链路的发射方案包括全局预编码方案，各小区预编码方案和简单的MBSFN预编码方案等。在这些方案中,虽然全局预编码方案具有最好的性能，但其复杂度很高。
在现有的JSDM方案中，预波束形成阶段仅需要信道相关矩阵的信息，而该信息可使用小的协议开销来跟踪。而且，在MU-MIMO预编码阶段，仅要求估计和反馈即时有效信道矩阵。这样就极大地降低了反馈信道的维度。因此，该方案具有复杂度较低且反馈开销较小的特征。
但是现有的小区协作传输方案无法适用于采用JSDM方案的FDD模式massive MIMO系统。如图1和图2所示,假设两个基站(基站1和基站2)协作为用户k服务，且基站1为用户k的服务基站。针对采用JSDM传输方案的模式massive MIMO系统，用户k可以获得其与基站2间的长期统计量：即其与基站2之间的主特征空间。但是，由于用户k不知道小区2中用户分组情况及各用户组中用户专有的下行链路DM-RS(用于用户进行信道估计)，因此用户k无法估计其与基站2间的有效信道矩阵。所以，现有的小区间协作传输方法无法应用于采用JSDM传输方案的模式massive MIMO系统。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法，适用于包括多个用户、服务所述用户的服务基站、以及服务协作小区的协作小区基站的无线网络，包括以下步骤：
所述用户估计其与所述各协作小区基站间的主特征空间，发送给所述服务基站；
所述服务基站接收到所述主特征空间，并通知给所述协作小区基站；
所述协作小区基站根据所述主特征空间，对所述用户分配下行导频资源发送给所述服务基站；
所述服务基站向所述用户通知所述下行导频资源；
基于所述下行导频资源，所述用户测量其与所述协作小区基站间的有效信道矩阵，发送给所述服务基站；
所述服务基站基于所述主特征空间和所述有效信道矩阵，计算预编码矩阵，用于信号传输。
本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种用于实现上述小区间协作传输方法的基站，采用以下技术方案实现：
一种用于实现小区间协作传输方法的基站，包括：
主特征空间接收模块，用于接收并发送用户与协作小区的主特征空间；
下行导频资源模块，用于接收和发送来自所述协作小区的下行导频资源；
有效信道矩阵接收模块，用于接收来自所述用户的有效信道矩阵，有效信道矩阵是由所述用户测量的其与所述协作小区间的有效信道矩阵；
预编码矩阵模块，基于所述主特征空间和所述有效信道矩阵，计算预编码矩阵，用于信号传输。
本发明可以用于实现FDD大规模MIMO系统的小区间协作传输。在增加少量信令开销的前提下，使得用户能估计其与协作小区基站间的有效信道矩阵，并实现小区间协作传输，故传输效率更高。
附图说明
图1为下行链路基于联合处理的协作传输方法(CoMP)示意图；
图2为传统MIMO的小区间协作传输(CoMP)方案的信令流程图；
图3为联合空分与复用(JSDM)方案的示意图；
图4为FDD模式massive MIMO系统的小区间协作传输示意图；
图5为FDD模式massive MIMO系统的小区间协作传输方法的信令流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容展开详细具体的说明。
本发明提出了一种基于用户特征空间相似度分组的小区间协作传输方法。首先，用户k利用下行链路训练阶段采用子空间估计和跟踪算法来估计其与各小区l间的主特征空间
Figure GDA0002164094720000031
并以低频度反馈给其服务基站。然后，用户k的服务基站将该用户k与各协作小区l的主特征空间
Figure GDA0002164094720000032
通知给各协作小区l。基于此，协作小区l根据用户k的主特征模式
Figure GDA0002164094720000033
对用户k进行分组，有可能分配到小区l现有的用户组中，也可能分为独立的一个新组。而且，小区l的基站为用户k所在的用户组分配用户特定的下行导频资源(DL UE-specificDM-RS)，并将用户k的下行导频资源分配情况通知用户k的服务基站。当用户k的服务基站收到协作小区基站(协作基站)为用户k分配的用户特定的下行导频资源后，配置用户k测量其与协作小区基站l间的有效信道矩阵
Figure GDA0002164094720000034
根据服务基站的配置，用户k测量其与各协作小区基站l间的有效信道矩阵
Figure GDA0002164094720000035
并将其反馈给其服务基站。最后，当服务基站收到用户k与各协作基站l间的有效信道矩阵
Figure GDA0002164094720000036
后，结合用户k与各协作小区基站l间的主特征空间
Figure GDA0002164094720000037
为用户k设计用于协作传输的预编码矩阵，可以设计成联合传输(JP-CoMP)，也可以设计成协作波束形成(CB-CoMP)。
为了解决该问题，本发明提出在用户1与其服务基站之间，及基站1与基站2之间增加额外的信令开销，给出了massive MIMO系统中基于用户特征空间相似度分组的小区间协作传输方法。具体技术方案请见下文所述。
下面结合图3介绍本发明的基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法。
在FDD模式massive MIMO系统中，假设L个(一般为2个或3个)基站协作为小区边缘用户k服务，如图4所示。假设用户k与基站l(l＝1,2,…,L)间的信道矩阵为Hl,k。基于用户分组的小区间协作传输方法的基本步骤如下：
步骤1：
用户基于服务基站提供的长期统计量的测量配置，估计其与协作基站集中的各基站间的主特征空间
Figure GDA0002164094720000041
由于用户k对于基站l(l＝1,2,…,L)而言，其信道相关矩阵Rl,k相对于瞬时信道矩阵Hl,k的相干时间是慢变的，信道变化慢，故用户k可利用下行链路训练阶段采用子空间估计和跟踪算法来跟踪其与各基站l间的主特征空间
Figure GDA0002164094720000042
用户k估计其与各小区的主特征空间
Figure GDA0002164094720000043
并以低频度反馈给其服务基站(基站)。
步骤2：
用户k的服务基站(假设为基站1)接收到该用户k与各基站l的主特征空间
Figure GDA0002164094720000044
并将
Figure GDA0002164094720000045
通知给协作小区基站l。
图5中是用户将估计结果(各基站间的主特征空间
Figure GDA0002164094720000046
)反馈给服务基站，服务基站再通知到协作小区基站。可以理解的是，用户直接将估计结果发送给服务基站也是可行的。
步骤3：协作小区基站l根据用户k的主特征空间
Figure GDA0002164094720000051
按照主特征空间相似度对对用户k进行分组，有可能将用户k分配到协作小区l现有的用户组中，也可能分为独立的一个新组。
而且，小区l的基站l为用户k所在的用户组分配用户专用的下行导频资源(DL UE-specific DM-RS)，并将用户k所在组的组主特征空间与下行导频资源分配情况，以格式(用户k的组主特征空间，UE-specific DM-RS)通知用户k的服务基站。
各小区都会有一组下行导频资源集供各用户组使用。如果用户k被划分至小区l现有的用户组中时，则只要将该现有用户组的下行导频资源使用情况通知给用户k的服务基站即可。如果用户k被划分至小区l的一个新的用户组中时，则此时基站l需要从该小区的导频序列集中选择一个下行导频序列，并分配给该用户(DL UE-specific DM-RS)。
各协作基站间通过x2口传输相关信令和消息。
步骤4：当收到协作小区基站发送的，协作小区l为用户k分配的用户特定的下行导频资源后，用户k的服务基站(基站1)配置用户k测量其与协作小区基站l(协作小区的l)间的有效信道矩阵
Figure GDA0002164094720000052
服务基站将协作基站集中各协作小区基站为该用户分配的用户特定下行导频资源(DM-RS)通知该用户。
步骤5：用户k估计其与协作小区基站l间的有效信道矩阵
Figure GDA0002164094720000053
(l＝1,2,…,L)，并将其反馈给其服务基站(基站1)。
可以理解，步骤5与步骤4可以结合，由协作小区基站直接将为用户k分配的用户特定的下行导频资源通知到用户，然后用户k根据其接收到的所有协作小区基站分配的下行导频资源，估计其与协作小区基站l间的有效信道矩阵
Figure GDA0002164094720000054
并将其反馈给其服务基站。
步骤6：当服务基站收到用户k与协作小区l的基站间的有效信道矩阵后，结合用户k与各协作小区l间的主特征空间
Figure GDA0002164094720000056
为用户k设计用于协作传输的预编码矩阵，可以设计成联合传输(JP-CoMP)，也可以设计成协作波束形成(CB-CoMP)。
如果采用联合传输(JP-CoMP)，则服务基站首先构造如下合成信道：
Figure GDA0002164094720000061
然后，利用
Figure GDA0002164094720000062
设计预编码矩阵。比如，可使用奇异值分解(SVD)对
Figure GDA0002164094720000063
进行分解：
而且，利用Vk的前dk列作为其预编码矩阵。其中Vk可表示成：
Figure GDA0002164094720000065
式中，vl,k表示基站l处对用户k的波束形成矢量。
利用步骤6中得到的预编码矩阵即可进行小区间协作传输。
本发明应用于FDD模式的massive MIMO系统，用于FDD大规模MIMO系统的小区间协作传输。本发明通过在协作基站间增加少量信息交互，使得用户k能估计其与协作小区基站间的有效信道矩阵，实现小区间协作传输。而且，由于massive MIMO系统中联合空分与复用(JSDM)方案有可能被未来5G系统中FDD massive MIMO的无线传输标准采用，这些新增加的信息交互，有可能纳入未来5G系统中massive MIMO系统的无线传输标准。
本发明可以用于实现FDD大规模MIMO系统的小区间协作传输。在增加少量信令开销的前提下，使得用户能估计其与协作小区基站间的有效信道矩阵，并实现小区间协作传输，故传输效率更高。因此利用本发明，可以以较少的开销，实现高效率的小区间协作传输。
上面对本发明所提供的基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法及基站进行了详细的说明，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本领域的一般技术人员来说，在不背离本发明的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法，适用于包括多个用户、服务所述用户的服务基站、以及服务协作小区的协作小区基站的无线网络，其特征在于包括以下步骤：
所述用户基于所述服务基站提供的长期统计量，估计其与所述各协作小区基站间的主特征空间，发送给所述服务基站；
所述服务基站接收到所述主特征空间，并通知所述协作小区基站；
所述协作小区基站根据所述主特征空间，对所述用户分配下行导频资源发送给所述服务基站；
所述服务基站向所述用户通知所述下行导频资源；
基于所述下行导频资源，所述用户测量其与所述协作小区基站间的有效信道矩阵，发送给所述服务基站；
所述服务基站基于所述主特征空间和所述有效信道矩阵，计算预编码矩阵，用于信号传输。
2.如权利要求1所述的基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法，其特征在于：
所述协作小区基站根据所述主特征空间，对所述用户分组，对所述用户组分配下行导频资源，并发送给所述服务基站。
3.如权利要求2所述的基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法，其特征在于：
所述协作小区基站对所述用户分组，是根据所述主特征空间的相似度进行分组。
4.如权利要求3所述的基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法，其特征在于：
所述服务基站利用所述主特征空间和所述有效信道矩阵构造合成信道。
5.如权利要求3所述的基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法，其特征在于：
所述预编码矩阵为联合传输或协作波束形成方式。
6.如权利要求3所述的基于用户特征空间信息交互的小区间协作传输方法，其特征在于：
所述协作小区基站将所述主特征空间及所述下行导频资源发送给所述服务基站。
7.一种用于实现小区间协作传输方法的基站，其特征在于包括：
主特征空间接收模块，用于接收并发送用户与协作小区的主特征空间，所述主特征空间由所述用户基于服务基站提供的长期统计量估计得到；
下行导频资源模块，用于接收和发送来自所述协作小区的下行导频资源；
有效信道矩阵接收模块，用于接收来自所述用户的有效信道矩阵，所述有效信道矩阵是由所述用户测量的其与所述协作小区之间的有效信道矩阵；
预编码矩阵模块，基于所述主特征空间和所述有效信道矩阵，计算预编码矩阵，用于信号传输。
8.如权利要求7所述的用于实现小区间协作传输方法的基站，其特征在于：
所述主特征空间和所述下行导频资源，与所述用户所在的用户组对应。
9.如权利要求7所述的用于实现小区间协作传输方法的基站，其特征在于：
所述预编码矩阵为联合传输或协作波束形成方式。
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