WO2009076909A1 - 空分多址接入系统提高吞吐量性能的方法、系统及装置 - Google Patents

Description

空分多址接入系统提高吞吐量性能的方法、 系统及装置 技术领域 本发明涉及一种空分多址（ SDMA )接入技术领域，特别涉及一种在 SDMA 接入系统提高吞吐量性能的方法、 系统及装置。 背景技术 在多天线广播信道中， 利用空间资源可以同时向多个用户终端发送数据， 这种技术称为 SDMA, 相对于传统的时分多址（TDMA )接入， 其可以成倍地 提高系统吞吐量。 研究表明， 在给多个用户终端发送数据时， 可以通过脏纸编 码（DPC )分配空间资源， 可以使 SDMA获得最优性能， 但这种方案由于太高 的复杂度以及非因果性而并不实用。 目前在 SDMA中， 分配空间资源常用的方 法为采用复杂度较低的多用户预编码技术， 比如破零 ( ZF )多用户预编码技术、 最小均方误差 （MMSE ) 多用户预编码技术或基于广义特征值的多用户预编码 技术以及迭代的预编码技术等， 这些技术可以在分配空间资源时获得较优的性 能， 当这些技术和用户调度技术联合使用时， 还可以获得广播信道的多用户分 集。 但是， 这些技术和用户调度技术联合使用时， 需要 SDMA接入系统中的基 站精确已知所有用户终端的信道状态信息 （CSI )。 在 SDMA接入系统中， 反馈 所有用户终端的 CSI开销太大， 因此 4艮难实现。

因此， 现有技术中提出了有限反馈 SDMA技术， 从反馈信息的内容可以大 致分为两类： 基于信道量化的 SDMA和基于预编码码本的 SDMA。 其中， 基于 信道量化的 SDMA通过对用户终端的 CSI进行量化， 生成基站和用户终端皆先 验已知的信道量化码本， 以达到减少反馈信息量的目的， 当请求用户数大于

SDMA可支持的最大并行用户数时，往往要对预编码和用户调度进行联合设计。 基于预编码码本的 SDMA需设计多用户预编码码本或采用随机调度技术， 预编 码码本可以使用一个随机酉矩阵， 根据用户反馈信息选择信道条件好的多个用 户终端并以该随机酉阵并行发送数据。 基于预编码码本的 SDMA的这种方案实 现筒单，反馈 CSI开销小，仅需用户终端反馈首选波束的编号及其信干噪比（或 对应容量） 即可， 随着用户数目的不断增大能达到理论上最优和容量增长率。 但在稀疏 SDMA接入系统中， 即用户数目比较少的 SDMA接入系统中， 由于用 户较少且预编码矩阵是随机生成的， 基于预编码码本的 SDMA调度的多个并行 用户终端之间往往存在较强的干扰， 因此 SDMA接入系统性能提升非常有限。 本， 这时， SDMA接入系统发送数据给用户的过程为： 首先， 用户终端首选酉 矩阵中的波束编号 （预编码矩阵的列数视为编号） 并反馈给基站， 用户终端使 用首选的波束并存在其他波束（与首选波束从属于同一个酉编码矩阵的其他波 束）干扰时支持的容量； 然后， 基站根据用户终端反馈的首选波束， 选择该酉 矩阵中对应的波束发送给对应的最优用户终端 （该用户终端的首选波束指向该 用户终端， 且与其他具有相同波束指向的用户终端相比， 其支持容量最大）， 并 且计算出发送该酉矩阵支持的容量。 这样， SDMA接入系统中的基站就可以选 择具有最大容量的酉矩阵作为发送矩阵， 其波束对应的最优用户终端作为发送 用户。 在该方法中， 采用了固定选择整个酉矩阵最为发送矩阵。

从上述方案可以看出， 有限反馈 SDMA技术采用基站多天线所能支持的最 大数目的并行用户终端同时发送数据。 为了达到发送最优的性能， 需要对各个 并行的数据流进行类似注水的功率分配。 但由于有限反馈 SDMA技术的基站缺 乏足够的广播信道信息， 现有 SDMA接入系统发送数据的方案大部分假设各个 并行用户终端进行等功率信号发送， 这会引起一定的发送性能损失。 更进一步 地， 在稀疏 SDMA接入系统中， 即用户数目远远少于基站的多天线数所能支持 的最大数目时， 采用基站多天线所能支持的最大数目的并行用户同时发送承载 数据的预编码码本， 会使当前接入 SDMA接入系统的多个并行用户终端之间存 在较强的干扰， 因此 SDMA接入系统的吞吐量性能提升非常有限。 发明内容 本发明实施例提供一种 SDMA接入系统提高吞吐量性能的方法， 该方法能 够提高 SDMA接入系统的吞吐量。

本发明实施例还提供一种 SDMA接入系统提高吞吐量性能的系统， 该系统 能够提高 SDMA接入系统的吞吐量。

本发明实施例还提供一种 SDMA接入系统提高吞吐量性能的装置， 该装置 能够提高 SDMA接入系统的吞吐量。

鉴于此， 本发明的技术方案是这样实现的：

一种空分多址接入 SDMA系统提高吞吐量性能的方法， 该方法包括： 基站接收用户终端发送的反馈信息， 该信息包括用户终端在预编码码本中 的首选波束编号、 信道矢量模值相关信息以及矢量相对于首选波束的相位差信 息；

基站根据接收的所述反馈信息以及基站多天线之间的空间相关信息， 采用 设定的估计算法，估计出各个发送模式下的当前 SDMA系统所支持的和吞吐量， 从估计出的和吞吐量中选择最大值的和吞吐量， 并采用该和吞吐量对应的发送 模式发送数据。 一种 SDMA系统提高吞吐量性能的系统， 该系统包括用户终端和基站， 其 中，

所述用户终端， 用于向基站发送反馈信息， 所述反馈信息包括所述用户终 端在预编码码本中的首选波束编号、 信道矢量模值相关信息以及信道矢量相对 于首选波束的相位差信息；

所述基站， 用于根据接收的所述用户终端发送的所述反馈信息以及基站多 天线之间的空间相关信息， 采用设定的估计算法， 估计出各个发送模式下的当 前 SDMA系统所支持的和吞吐量， 从估计出的和吞吐量中选择最大值的和吞吐 量， 并采用该和吞吐量对应的发送模式发送数据。

一种 SDMA系统提高吞吐量性能的装置， 该装置包括反馈信息接收模块、 反馈信息处理模块以及选择数据流模块，

所述反馈信息接收模块， 用于接收用户终端发送的反馈信息；

所述反馈信息处理模块， 用于根据接收的所述反馈信息以及基站多天线之 间的空间相关信息，采用设定的估计算法，估计出各个发送模式下的当前 SDMA 系统所支持的和吞吐量；

所述选择数据流模块， 用于从估计出的和吞吐量中选择最大值的和吞吐量， 并采用该和吞吐量对应的发送模式发送数据。

从上述方案可以看出， 从本发明实施例提供的方法、 系统及装置可以看出， SDMA接入系统的基站根据用户终端反馈的首选波束编号、 信道矢量模值相关 信息以及信道矢量相对于首选波束的相位差信息， 以及基站多天线之间的空间 相关信息， 采用设定的估计算法， 估计出各个发送模式下的当前 SDMA系统所 支持的和吞吐量， 选择最优的发送模式以使 SDMA系统能获得最大值的和吞吐 量； 然后根据所选择的最优发送模式以及该发送模式下的波束数码和用户终端， 将数据发送给用户终端。 由于本发明实施例不需要用户终端反馈 CSI, 而是采用 估计算法进行等效估计； 由于本发明实施例不像现有技术那样只根据用户终端 反馈的首选波束编号进行 SDMA接入系统所支持的吞吐量， 也不像现有技术那 样需要采用固定的矩阵发送数据， 而是自适应地选择矩阵或子矩阵， 即根据估 计得到的最优发送模式选择并行发送的数据流数， 因此， 本发明实施例提供的 方法、 系统及装置可以提高 SDMA接入系统的吞吐量。 附图说明 图 1为本发明实施例提供的 SDMA接入系统提高吞吐量性能的方法流程图； 图 2为本发明实施例所构造的 SDMA接入系统模型示意图；

图 3为本发明实施例提供的 SDMA接入系统提高吞吐量性能的系统示意图； 图 4为本发明实施例提供的 SDMA接入系统提高吞吐量性能的装置示意图； 图 5 为本发明实施例等效信道估计的归一化均方误差随相邻发射天线之间 的相关系 的变化趋势示意图；

图 6为本发明实施例在信噪比为 10dB, 相关系数 为 0.8时 SDMA接入系 统的吞吐量性能示意图；

图 7为本发明实施例在信噪比为 10dB, 相关系数 为 0.6时 SDMA接入系 统的吞吐量性能示意图；

图 8为本发明实施例在信噪比为 10dB, 相关系数 为 0.4时 SDMA接入系 统的吞吐量性能示意图；

图 9为本发明实施例在相关系数 为 0.4且用户数为 20时 SDMA接入系统 的吞吐量随信噪比增长的示意图。 具体实施方式 为了使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 以下举具体实施例 并参照附图， 对本发明进行进一步详细的说明。

为了有效补偿有限反馈 SDMA接入系统的性能损失， 本发明实施例的基站 根据用户终端反馈的矩阵首选波束编号、 信道矢量模值相关信息以及信道矢量 相对于首选波束的相位差信息， 在联合设计预编码与用户调度的同时对并行发 送数据流的数目 （即调整矩阵的宽度）也进行自适应地选择。 在 SDMA接入系 统中， 通过自适应地选择并行数据流的数目， 即秩自适应（ Rank Adaptation )技 术， 能显著提高系统的吞吐量性能， 一定程度上能逼近最优功率注水的性能。

具体地， 本发明实施例基于预先定义好的预编码码本， 用户终端反馈的信 息为首选波束编号、 信道矢量模值相关信息以及信道矢量相对于首选波束的相 位差信息。 基站基于这些反馈信息以及基站多天线之间的空间相关信息， 按照 设定的估计算法估计出不同发送模式下的 SDMA接入系统所支持的和吞吐量， 择优选择最优的发送模式以使 SDMA系统能获得最大值的和吞吐量， 从而自适 应地选择最优的发送模式以及该发送模式下的波束数目和用户终端， 将数量流 并行发送给用户终端。

在本发明实施例中， 预编码码本为一个酉矩阵或多个酉矩阵， 所述酉矩阵 中各列表示所述波束。 当前， 也可以采用其他的矩阵作为预编码码本。

图 1为本发明实施例提供的 SDMA接入系统提高吞吐量性能的方法流程图， 其具体步骤为：

步骤 101、基站接收用户终端在预编码码本中首选波束编号、信道矢量模值 相关信息和信道矢量相对于首选波束的相位差信息。 在该步骤之前， 需要在 SDMA接入系统构造一个模型， 即基站构造对应多 个用户终端的承载数据的矩阵， 向多个用户终端等功率地发送数据。 这个矩阵 可以为随机酉矩阵， 这里称之为预编码码本。

在该步骤中， 用户终端利用信道估计， 得到所建立矩阵中的首选波束编号、 信道矢量模值相关信息和信道矢量相对于首选波束的相位差信息。

在该步骤中， 用户终端为多个。

步骤 102、基站根据在步骤 101中用户终端反馈信息以及基站多天线之间的 空间相关信息， 采用设定的估计算法， 估计出各个发送模式下的当前 SDMA接 入系统所支持的和吞吐量， 择优选取最优的发送模式使 SDMA系统能获得最大 值的和吞吐量。

在估计时， 采用的估计算法可以为最大似然估计算法， 也就是根据步骤 101 中用户终端反馈信息以及基站多天线之间的空间相关信息，估计用户终端的 CSI 或其等效信道。

步骤 103、基站根据所选择最大值的和吞吐量确定对应的发送模式以及该发 送模式下的波束数目和用户终端， 将数据流承载在所述确定的波束中发送给用 户终端。

在实施例中， 所支持的发送数据流之间为了避免干扰， 发送数据流对应的 波束之间正交归一。

以下举一个具体实施例说明本发明实施例提供的方法。

假设 SDMA接入系统为一个多用户多天线通信系统， SDMA接入系统中的 基站同时服务于 个用户终端。 假设基站配置 根发射天线， 每个用户终端配 置单根天线。 为了充分利用基站多天线的空间资源， 如图 2所示， 图 2为本发 明实施例所构造的 SDMA接入系统模型示意图， 基站同时选择 个用户终端并 行发送数据， 可以根据基站从用户终端接收到的广播信道信息自适应地选取， 并满足 ^≤Μ» , 即 不能大于基站多天线所能支持的最大并行数据流数。 假设被 选中的 K个用户终端的发送信号矢量为 ^{S = [} '， ^]T, 并满足 ^|2]=U=U。 第 k个用户终端以波束矢量 ^进行发送， 则基站总的发射信号可以表示为公式

(1):

其中 表示发送信号功率， 这里假设各个用户终端以等功率发送信号。 在 该实施例的 SDMA接入系统中， 每个用户终端的波束矢量^皆选自预编码码本 中预编码矩阵的某一列， 这里将约束 ^正交归一， 即约束 SDMA接入系统的预 编码为酉预编码范畴。第 k个用户终端的等效基带接收信号可以表示为公式（ 2 ):

公式（ 2 ) 其中 ^h表示平均功率归一化的第 k个用户终端的瞬时信道矢量， ^{h e(CM}'^Xl, 且假设服从平坦衰落； ^表示高斯白噪声， 其单边功率谱密度为 。

K个用户终端接收到公式（2) 的信号后， 进行反馈， 将反馈信息发送给基 站， 基站收集所有用户终端的反馈信息， 根据设置的估计算法得到当前 SDMA 接入系统在各个模式下所支持的和吞吐量， 从中选择最大值的和吞吐量和确定 该最大值的和吞吐量对应的发送模式， 采用该发送模式发送数据。 在该实施例 中， 接收到公式（2)信号的用户终端除了反馈最优波束矢量对应的编号外， 还 需要反馈信道矢量的模值以及信道矢量相对最优波束的相位差， 以供基站进行 统筹调度。

假设预编码码本为 ⁼ { w}, 其码字 ^F是阶数为^^ '的酉阵， 即¹^"^¹^。 令 =[ιί)'···' )] , 酉阵中的各列 {^f }视为用户终端的发送波束矢量。 用户终端 k 根据估计的信道状态信息 ^h ， 首先按公式（3)从预编码码本中选择最优的发送 波束矢量 q :

q_k =argmax lh f° I

^ 公式（ 3 ) 并把 在预编码码本中的编号 通过低速反馈信道反馈给基站， 由于预编 码码本中发送波束矢量的总数为醒' , 因此反馈 Λ需要占用 个信息比 特。

在该实施例中， 除了让用户终端 k选择与其信道条件最匹配的发送波束外， 还需要充分抑制并行发送用户终端之间的相互干扰， 以及充分利用多发送用户 分集。 为此， 用户终端 k还需要反馈其信道的模值 A =ιι ι½ II, 以及其信道矢量相 对于最优波束的相位差^ 其定义为公式（4):

cos(¾) = lh[q,

公式（₄₎ 由于在该实施例中， 用户终端反馈其信道的矢量， 需要增加几个比特的反 馈信息， 该反馈信息也可以通过低速反馈信道反馈给基站， 预编码码本 ： ，…，¹^ , 现有技术的有限反馈 SDMA技术在优化设计时一 般约定基站同时以 个波束并行发送数据， 即以预编码码本中某个酉阵为发送 矩阵， 除非其中的某些波束不能找到匹配用户终端， 而本发明实施例提供的方 法约定并行发送波束的个数可以在 1和 之间进行自由选择， 最终发送数据流 个数以最大化和吞吐量为准则。 同时约束并行发送波束之间是正交归一， 使用 符号 {_Wl，〜，w 表示所有的并行发送数据流， 其个数 满足 ^Μ,, 并行发送数 据流构成的发送矩阵 ^W = [^w · · w J必为预编码码本中某一个码字或为包含某 K个 列的子矩阵， 不同的 w分别对应不同的发送模式， 分别记为 ^w(') ⁼[^w '' ^w , 上 标表示发送模式的编号。 预编码码本的尺度 W以及发射天线数 ， 最多可以有 M = (^Mt )

p_ 种不同的发送模式。 对于某一种发送模式 ^W(')' ⁼¹'""^M 若其中某一 个并行发送数据流是某些用户终端的首选波束， 则根据该用户终端反馈的 CSI, 可以计算该模式下支持的最大和吞吐量， 即公式（5 )

T = log₂ (1 + msinr^(l) )

公式（ 5 ) 其中 ^''"^表示该模式下第 j个发送波束支持的最大信干噪比， 表示如公式 ( 6 ):

. (,) , E w I² _A ²cos²(¾)

msinr. = max ( ) = max (― )

1 _Ε^ ^ |h【w ) l² +N lh wf I² +l/ nr_k

l="^≠] 公式（6 ) 其中 ^表示用户终端 k 的发射信噪比，

。 由于该实施例提供 的方法中基站不能获得用户终端 CSI ,因此并不能精确计算公式( 6 )式中的 ^msinr 值， 只能利用有限的反馈信息对其进行最大似然估计。 观察公式（6 )式可以发 现，对于预编码码本中用户终端 k指向的码字 ^F« (即 Λ对应的该用户最优波束 从属于 ^F«的某一列）， 若能估计出等效信道矢量 ^=F" ， 则能得到 ' 的估计 值， 因为 ^h【^w'^(I)必为 ¹ ^中的某个元素。 不失一般性， 在该实施例中置换码字 ^F"的 波束（列向量）位置， 以使 立于矩阵的第一列， 置换后矩阵用 F表示， 则置换 后的等效信道表示为 ^=F 。 为了估计等效信道矢量 ^h^， 该实施例将充分利用信道的统计相关特性， 其 定义公式（ 7 ):

^R* =^^h ] 公式（7 )

^R表征了基站多个天线之间的空间相关性， 它的取值和天线间距、 周围散 射体分布和出射角等因素相关。 当基站的各天线之间不存在空间相关性时， 有

R, =1,

但在实际 SDMA接入系统中， 由于基站往往缺乏散射体而使多个天线 之间存在一定的相关性。 相比瞬时信道 ^h 随时间的变化， ^R变化緩慢， 因此基 站可以通过反馈或者利用上行数据进行估计的方法获得该统计信息。

假设信道 ^h服从零均值复高斯分布， 则¹^也服从零均值复高斯分布， 其二 阶统计相关性为公式（8 ):

R,,_e =

= F^TR_kF 公式（ ₈ )

因此¹ ^的概率密度分布函数可以表示为公式（9 ):

公式（9 ) 由部分反馈信息可知 还满足如下约束条件： = ^h"^h* = ；

^ =q¾ =_Acos(¾) _? 这里 表示¹ ^的第一个元素。 则¹^的最大似然估计可以表 示为如下的约束优化公式（ 10 ):

K_e =argmax( (h_tJ) )

公式（10 )

公式（ 10 )可等效成公式（ 11 )：

i _e= rgmi« AJ

公式（ 11 )

由拉格朗日极值法可得公式（ 12 ):

e =[_Pkcos(0_k) b^T]^T

b = -p_k cos(0^^TR-_k^ - ξΙΤ'Φ'Κ- 公式（ ₁₂ )

其中 Φ表示 F的第 2到第 ^列组成的子矩阵， 即¹^^ ^φ],拉格朗日乘子 为下列方程的最小根， 表示为公式（13 ):

l。, I² _ ₂l-cos²(¾)

cos ((¾) 公式 ( 13 ) 其中 ^[βι …

表示矩阵 ^的特征根。 观察公式（13) 可以发现， 该公式是一个分区间凸函数， 假设 4表示矩阵 ^φ :^1φ的最小特征根， 则公式（13)的最小根必属于区间卜⁰⁰，^, 用数值求解法很容易得到拉格朗日乘 子^

利用等效信道的估计值¹^, 利用公式 (5)和公式（6)可以计算基于预编码 码本所有的可能发送模式支持的和吞吐量， 基站选择具有最大值和吞吐量的发 送模式进行并行数据流的发送， 即公式（14)

W^(O) =argmax(^(W^(,)))

公式（ 14 )

被调度的 个用户终端的标号可分别表示为公式（ 15):

公式 ( 15 ) 其中 ！！^ 表示通过等效信道估计获得的 h【 ^D)的估计值， 其值可以由 计算获得， 被调度用户终端所首选的发送波束编号对应 w^(D)中的各列。

但是， 观察上述估计算法的计算步骤， 其复杂度除了确定和求解公式（13) 外主要来自公式（ 12) 中的矩阵求逆。 由于相关矩阵 ^R随时间緩慢变化， 因此 对其的求逆运算只需隔一段时间更新即可。 在已知 R:¹的基础上， 公式（13) 中 参数 k }通过矩阵乘法可由 ^φ 式决定， 而参数 ¼ }则需要对矩阵 A ^φΤ^ ^φ进 行特征分解， 通常需要 ⁰⁽⁽ -¹⁾³⁾的计算复杂度。 在实际上， 一旦完成对 A的特 征分解后， 则可由下面的方式通过筒单的乘法得到公式 （ 12) 中的矩阵 ( ^B = ^(A- )求逆运算， 从而筒化计算复杂度。 A的特征分解表示成如下形式：

^{A = u}^^u" 公式 （16)

其中， ϋ_Α = '^"，···，^— 。 则有公式（17): Β = ν_Α (Ό_Α - ζΙ)ν^Η _Α

B— ^DcU 公式 （_{17 )}

D_c = diag{ ~ - ~ )

其中, - ζ

这样， 基站就可以根据用户终端反馈的首选波束编号、 信道矢量模值相关 信息以及信道矢量相对于首选波束的相位差信息， 以及基站多天线之间的空间 相关信息， 采用设定的估计算法得到支持当前 SDMA系统中的最大值和吞吐量 的发送模式， 以及该模块支持的发送数据流数， 构造具有所支持的发送数据流 数的该发送模式， 发送数据流给对应的用户终端。

本发明实施例还提供一种 SDMA接入系统提高吞吐量性能的系统示意图， 如图 3所示， 包括基站和用户终端， 其中，

所述用户终端， 用于向基站反馈在预编码码本中的首选波束编号、 信道矢 量模值相关信息以及信道矢量相对于首选波束的相关信息；

所述基站， 用于根据用户终端反馈的首选波束编号、 信道矢量模值相关信 息以及信道矢量相对于首选波束的相位差信息， 以及基站多天线之间的空间相 关信息， 采用设定的估计算法， 估计出各个发送模式下的当前 SDMA系统所支 持的和吞吐量，选择最优的发送模式以使 SDMA系统能获得最大值的和吞吐量； 然后根据所选择的最优发送模式以及该发送模式下的波束数码和用户终端， 将 数据发送给用户终端。

在该实施例中， 用户终端包括反馈模块， 用于向基站反馈在预编码码本中 的首选波束编号、 信道矢量模值相关信息以及信道矢量相对于首选波束的相关 信息。

在该实施例中， 基站包括反馈信息接收模块， 反馈信息处理模块以及选择 数据流数模块， 其中， 反馈信息接收模块， 用于接收用户终端反馈的首选波束编号、 信道矢量模 值相关信息以及信道矢量相对于首选波束的相位差信息；

反馈信息处理模块， 用于根据用户终端反馈的首选波束编号、 信道矢量模 值相关信息以及信道矢量相对于首选波束的相位差信息， 以及基站多天线之间 的空间相关信息， 采用设定的估计算法， 估计出各个发送模式下的当前 SDMA 系统所支持的和吞吐量， 选择最优的发送模式以使 SDMA系统能获得最大值的 和吞吐量；

选择数据流模块， 用于根据所选择的最优发送模式以及该发送模式下的波 束数目和用户终端， 将数据发送给用户终端。

在该实施例中， 选择数据流模块还包括模式选择模块以及模式下数据流模 块， 其中， 模式选择模块， 用于确定当前 SDMA接入系统所支持最大值的和吞 吐量对应的发送模式； 模式下数据流模块， 用于在对应的发送模式下确定波束 数目和用户终端， 将数据承载在确定的波束上发送给用户终端。

本发明实施例还提供一种 SDMA接入系统提高吞吐量性能的装置示意图， 如图 4所示， 包括： 反馈信息接收模块， 反馈信息处理模块以及选择数据流数 模块， 其中，

反馈信息接收模块， 用于接收用户终端反馈的首选波束编号、 信道矢量模 值相关信息以及信道矢量相对于首选波束的相位差信息；

反馈信息处理模块， 用于根据用户终端反馈的首选波束编号、 信道矢量模 值相关信息以及信道矢量相对于首选波束的相位差信息， 以及基站多天线之间 的空间相关信息， 采用设定的估计算法， 估计出各个发送模式下的当前 SDMA 系统所支持的和吞吐量， 选择最优的发送模式以使 SDMA系统能获得最大值的 和吞吐量； 选择数据流模块， 用于根据所选择的最优发送模式以及该发送模式下的波 束数目和用户终端， 将数据发送给用户终端。

在该实施例中， 选择数据流模块还包括模式选择模块以及模式下数据流模 块， 其中， 模式选择模块， 用于确定当前 SDMA接入系统所支持最大值的和吞 吐量对应的发送模式； 模式下数据流模块， 用于在对应的发送模式下确定波束 数目和用户终端， 将数据承载在确定的波束上发送给用户终端。

本发明实施例提供的方法、 系统及装置能够提高 SDMA接入系统的吞吐量 性能， 以下以仿真结果来演示。

假设 SDMA接入系统的信道为平坦衰落信道， 并在一个用户终端调度周期 内保持不变， 而在不同的调度周期之间信道独立变化。 基站配置 4根天线， 而 所有用户终端都配置单根天线， 信道具有相同的平均功率。 基站多天线之间的 工间相关性矩阵 ^R筒单表示为如公式（18 ):

公式 ( 18 )

仿真中编码码本采用了 IEEE802.20协议中的 SDMA码本。

基站利用有限反馈信息估计等效信道矩阵时需要利用基站在信道发送端的 空间相关矩阵 ^R， 因此在本发明实施例中考察 ^R对信道估计性能的影响， 图 5 为本发明实施例等效信道估计的归一化均方误差随相邻发射天线之间的相关系 数 P的变化趋势示意图。归一化均方误差（ NMSE, Normalized Mean Square Error ) 定义为公式（19 ):

_Δ ^d ^J - l h^ 1 ，

nmse = t[ J

l ^h 公式（19 )

由图 5所示， 归一化均方误差随着 的增加准线性地下降，说明信道估计性 能与发射天线之间的空间相关性密切相关， 相关性越强， 估计性能越优。

图 6-9给出了基于公式（18 ) 的空间相关性矩阵 ^R以及基于公式（19 ) 的 相关系数 在不同信道环境下自适应 SDMA接入系统的吞吐量性能示意图， 其 中， 图 6为本发明实施例在信噪比为 10dB, 相关系数 为 0.8时 SDMA接入系 统的吞吐量性能示意图； 图 7为本发明实施例在信噪比为 10dB, 相关系数 为 0.6时 SDMA接入系统的吞吐量性能示意图； 图 8为本发明实施例在信噪比为 10dB, 相关系数 为 0.4时 SDMA接入系统的吞吐量性能示意图； 图 9为本发 明实施例在相关系数 为 0.4且用户数为 20时 SDMA接入系统的吞吐量随信噪 比增长的示意图。在图 6〜图 9中，用实心菱形标注的曲线为理想的最优 SDMA 接入系统的吞吐量， 空心圓形标注的曲线为根据本发明实施例提供的方法得到 的 SDMA接入系统的最大和吞吐量； 空心三角形为现有技术基于预编码码本的 SDMA接入系统的吞吐量。

在图 6〜图 9中， 作为比较， 同时给出了只考虑现有的 4波束发送模式的自 适应 SDMA (即 IEEE802.20中的 MISO-SDMA方案）的性能（图中空心三角形 表示 ), 以及假设不存在等效信道估计误差的理想自适应 SDMA的性能（图中实 心菱形表示）。 可以看出， 在稀疏网络中， 本发明实施例提出的自适应 SDMA方 案在吞吐量性能上明显优于 IEEE802.20 MISO-SDMA方案， 发射天线间相关性 越强， 性能优势则越明显， 也越接近理想自适应 SDMA的性能。 随着用户数的 增加，该实施例提出的自适应 SDMA相比 IEEE802.20 MISO-SDMA的性能优势 逐渐减弱， 在低相关性时甚至表现出性能劣势。 这是由于在 IEEE802.20 MISO-SDMA 中， 随着用户的增多被调度的并行用户之间的干扰逐渐减少， 而 在低相关性时， 本发明实施例提供的方案中的等效信道估计误差相对较大， 此 涨彼消。 可以从图 9看出， 本发明实施例提供的方案由于能有效控制并行用户 之间的相互干扰， 因此能避免性能平台的出现。

从本发明实施例提供的方法、 系统及装置可以看出， 本发明实施例不仅能 有效结合 MIMO传输技术和多用户终端调度技术， 而且能自适应地选择最优数 目的并行发送数据流（可以称为波束）。 本发明实施例使用预编码码本减少用户 终端的反馈量， 用户终端除了反馈在预编码码本中的最优波束编号、 信道矢量 模值相关信息外， 还需同时反馈信道矢量相对于首选波束的相位差信息， 以使 基站能通过约束最大似然估计的方式， 在调度信道条件好的用户终端的同时自 适应地选择最优的并行用户发送模式以及在该发送模式下并行发送的数据流。 本发明实施例充分利用了多天线信道的统计信息以提高似然估计的精度。 仿真 结果表明：在 SDMA接入系统的稀疏网络中本发明实施例相比现有的 SDMA方 案有明显的性能优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发 明的精神和原则之内所做的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims

权 利 要 求

1、 一种空分多址接入 SDMA系统提高吞吐量性能的方法， 其特征在于， 该 方法包括：

基站接收用户终端发送的反馈信息， 该信息包括用户终端在预编码码本中 的首选波束编号、 信道矢量模值相关信息以及矢量相对于首选波束的相位差信 息；

基站根据接收的所述反馈信息以及基站多天线之间的空间相关信息， 采用 设定的估计算法，估计出各个发送模式下的当前 SDMA系统所支持的和吞吐量， 从估计出的和吞吐量中选择最大值的和吞吐量， 并采用该和吞吐量对应的发送 模式发送数据。

2、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述并采用该和吞吐量对应的 发送模式发送数据之前， 还包括：

确定该发送模式下的波束数目和用户终端；

所述采用该和吞吐量对应的发送模式发送数据包括： 将数据承载在所确定 的波束数目的波束上， 发送给用户终端。

3、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述预编码码本为一个酉矩阵 或多个酉矩阵， 所述酉矩阵中各列表示所述波束。

4、 如权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述估计出各个发送模式下的 当前 SDMA系统所支持的和吞吐量的过程为： 在各个发送模式下 计算得到在发送模式下支持的和吞吐量

，其中，K为用户终端数目，j为用户终端所选波束编号， 表示该发送模式下第 j个发送波束支持的最大信干噪比； 该发送模式下 第 j 个发送波束支持的 最大信干 噪比 为 msinr. =

表示用户 终端 k的发射信噪比。

5、 如权利要求 4所述的方法， 其特征在于， 在计算^'⁷"^时根据所述反馈 信息估计所有用户终端的信道矢量或等效信道， 所述设定的估计算法为最大似 然估计算法， 包括： 采用等效信道 , 的估计值 作为计算所述 ^''"^时需要的信息， 其 中， ^F«为预编码码本中的酉矩阵， ^h为用户 k的信道矢量； h,__e =[_Acos(¾) f

b =

, 其中， 为基站多天线之 间的空间相关信息， 根据天线间距、 周围散射体分布和出射角进行取值， Φ表 示 F的第 2到第 列组成的子矩阵， 拉格朗日乘子 满足如下的方程： l , I² _ ₂l-cos²(¾)

其中 [A …

¼}表示矩阵 ^ 的特征根。

6、 一种 SDMA系统提高吞吐量性能的系统， 其特征在于， 该系统包括用户 终端和基站， 其中， 所述用户终端， 用于向基站发送反馈信息， 所述反馈信息包括所述用户终 端在预编码码本中的首选波束编号、 信道矢量模值相关信息以及信道矢量相对 于首选波束的相位差信息； 所述基站， 用于根据接收的所述用户终端发送的反馈信息以及基站多天线 之间的空间相关信息， 采用设定的估计算法， 估计出各个发送模式下的当前

SDMA系统所支持的和吞吐量，从估计出的和吞吐量中选择最大值的和吞吐量， 并采用该和吞吐量对应的发送模式发送数据。

7、 如权利要求 6所述的系统， 其特征在于， 所述基站包括反馈信息接收模 块、 反馈信息处理模块以及选择数据流模块， 所述反馈信息接收模块， 用于接收用户终端发送的反馈信息； 所述反馈信息处理模块， 用于根据接收的所述反馈信息以及基站多天线之 间的空间相关信息，采用设定的估计算法，估计出各个发送模式下的当前 SDMA 系统所支持的和吞吐量； 所述选择数据流模块， 用于从估计出的和吞吐量中选择最大值的和吞吐量， 并采用该和吞吐量对应的发送模式发送数据。

8、 一种 SDMA系统提高吞吐量性能的装置， 其特征在于， 该装置包括反馈 信息接收模块、 反馈信息处理模块以及选择数据流模块， 所述反馈信息接收模块， 用于接收用户终端发送的反馈信息； 所述反馈信息处理模块， 用于根据接收的所述反馈信息以及基站多天线之 间的空间相关信息，采用设定的估计算法，估计出各个发送模式下的当前 SDMA 系统所支持的和吞吐量；

所述选择数据流模块， 用于从估计出的和吞吐量中选择最大值的和吞吐量， 并采用该和吞吐量对应的发送模式发送数据。