专利名称：基于每用户归一化波束成型与速率控制的多模传输方法
技术领域：
本发明属于无线通信多天线多用户系统的传输方法技术领域，特别涉及采用每 用户归一波束成型与速率控制(Per-User Unitary Beamforming and Rate Control, PU2RC)
传输策略的多天线多用户系统的多模传输方法。
背景技术：
《国际电子与电气工程师协会通信摘要》(“On the optimality ofmultiantenna broadcastscheduling using zero-forcing beamforming” Selected Areas in Communications, IEEE Journalon., vol.24, no.3, PP.528-541, Mar.2006)指出，在基站已知完整信道信息 (CSIT)的情况下，采用空分复用的多用户多输入多输出(MU-MIMO)技术可以使得系统 获得完全的空分复用增益，但在实际系统中尤其是在频分双工系统中，因为上行反馈链 路的带宽有限，要完全量化用户信道需要无穷的比特数并需要将这些比特信息通过上行 反馈链路反馈给基站，所以基站已知完善信道信息(CSIT)的假设是难以实现的。《电子信息通信学会通信学报》(“On the Performance ofMultiuser MIMO Systems inWCDMA/HSDPA Beamforming, Feedback and User Diversity, ” IEICE Trans. Commun., vol.E89-B, no.8，pp.2161-2169, Aug.2006)介绍了一种基于有限反馈的多 用户多输入多输出的预编码和用户选择方案每用户归一波束成型与速率控制(Per-User Unitary Beamformingand Rate Control, PU2RC)。该方案在系统用户数K趋于无穷时能够 达到与发送端已知完善信道信息(CSIT)情况下相同的空间复用增益，但在实际系统用户 数比较小时因为多用户分集增益(multiuser diversity gain)降低，该方案在系统性能上有较 大损失。《国际电子与电气工程师协会通信摘要》(“Multi-Antenna Downlink Channels withLimited Feedback and User Selection, ” Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, vol.25, no.7, p.1478-1491，Jul.2007)指出，接收端采用信道矢量量化 (ChannelVectorQuantization, CVQ)的方法将信道信息反馈给发送端时，如果用于量化信
道的比特数一定，那么，随着系统信噪比(SNR)增大，多用户多输入多输出系统的和容 量(Sumrate)将因为用户间干扰的增大而干扰受限。《国际电子与电气工程师协会信息论国际讨论会议》(“Achievable throughput ofmulti-mode multiuser ΜΙΜΟ with imperfect CSI constraints，” Information Theory, 2009. ISIT2009.IEEE International Symposium on)指出，在有限反馈系统中，发送端可以通过每
次服务可变用户数的多模多用户多天线传输(Multi-Mode MU-MIMO)来克服传统多用户 多天线系统(MU-MIMO)在高信噪比(SNR)时系统和容量干扰受限的缺点，它是基于统 计信息进行的分析。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于每用户归一化波束成型与速率控制的多模传输方法，以实现基站每次同时服务的用户数目随着系统环境自适应变化的多模传输，提高系 统的和容量、克服现有方法在高信噪比下干扰受限的缺点，补充现有用户选择算法的不 足，使其更适合于实际系统的应用。本发明基于每用户归一化波束成型与速率控制(PU2RC)的多模传输方法，其 特征在于在采用每用户归一化波束成型与速率控制传输策略的下行多天线多用户系统 中，设小区中有一个基站和多个用户，基站端配有二到八根发送天线，用户端配有一根 接收天线；每个用户在向基站反馈预编码矩阵索引(Precoding Matrix Index，PMI)的同 时，将用户的信道量化质量指示通过1比特的信息量反馈给基站，基站利用这1比特信 息根据标量量化的原则重构量化误差，并在进行用户选择时利用量化误差精确地估算出 用户的信号干扰噪声比，从而选择与当前系统环境相适应的发送用户集合，实现多模传 输；具体操作步骤如下第一部分用户反馈第A步.用户向基站反馈预编码矩阵索引(PMI)在采用每用户归一化波束成 型与速率控制(PU2RC)传输策略的系统中，其码本集合为W=丨W1，…，W0},其中
={<，...,为正交集即W^m= 1，...M为单位向量且两两正交，M为基站端发送 天线数；对于第k个用户，其在码本集合W中找出与自身信道矢量方向最接近的码本， 并将该码本在码本集合中的索引作为向基站反馈的预编码矩阵索引(PMI)，即PMI = j^M+i*其中矿，/) = argmin sin2(Z(w/,h))，h为基站到用户之间的信道；用户向基站反
馈预编码矩阵索引(PMI)所需的比特数B = log2(M*G)；第B步.量化质量反馈将每个用户向基站反馈的预编码矩阵索引对应的码本 与其实际信道之间的量化误差定义为sin2( Z (wPMI，h))，其中Wjm=W/:为该用户向基 站反馈的预编码矩阵索引所对应的码本，h为该用户的实际信道；用户将信道量化误差
M — 1 -—
sin2 ( Z (wPMI, h))与i」2^做比较，式中M为基站端的发送天线数，B为预编码矩
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M-I —丄
阵索引的量化比特数；如果Sin2(Z(WiM,h))>i」2n，则量化质量较差；反之量化质
M
量较好，用户用1比特将信道量化质量反馈给基站用户反馈信道量化质量为1时表示量 化质量较好，用户反馈信道量化质量为0时表示量化质量较差；第C步.用户将信道增益Ilhll2作为用户信道质量信息(Channel Quality Indicator, CQI)反馈给基站以使基站有效的进行调度；第二部分基站用户调度第D步.还原每个用户的量化误差对每个用户，如果其反馈的信道量化质量为
M-I
较好时，还原其量化误差为Sin2 0 = ^2 μ-1;如果信道量化质量为较差时，还原其量化
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误差为sin2没
IM第E步.预编码矩阵的选择，即从W=IW1,…，We}中选择本次传输使用的 预编码矩阵W1
对于每个预编码向量W/，找出选择以W/为预编码矩阵索引的所有用户，并根
据信号干扰噪声比粗略估算公式
权利要求
1. 一种基于每用户归一化波束成型与速率控制的多模传输方法，其特征在于在采 用每用户归一化波束成型与速率控制传输策略的下行多天线多用户系统中，设小区中有 一个基站和多个用户，基站端配有二到八根发送天线，用户端配有一根接收天线；每个 用户在向基站反馈预编码矩阵索引的同时，将用户的信道量化质量指示通过1比特的信 息量反馈给基站，基站利用这1比特信息根据标量量化的原则重构量化误差，并在进行 用户选择时利用量化误差精确地估算出用户的信号干扰噪声比，从而选择与当前系统环 境相适应的发送用户集合，实现多模传输； 具体操作步骤如下 第一部分用户反馈第A步.用户向基站反馈预编码矩阵索引在采用每用户归一化波束成型与速率 控制传输策略的系统中，其码本集合为W =^W1,…，W0},其中W1=W,...,w^} 为正交集即W1f^m= 1，...M为单位向量且两两正交，M为基站端发送天线数；对 于第k个用户，其在码本集合W中找出与自身信道矢量方向最接近的码本，并将该 码本在码本集合中的索引作为向基站反馈的预编码矩阵索引，即PMI =f*M+i'其中(Λ/)= argmin Sin2(Z(w/，h)) ’h为基站到用户之间的信道；用户向基站反馈预编码矩阵索引(PMI)所需的比特数B = log2(M*G)；第B步.量化质量反馈将每个用户向基站反馈的预编码矩阵索引对应的码本与 其实际信道之间的量化误差定义为sin2(Z (wPMI，h))，其中Wjm= wf为该用户向基站 反馈的预编码矩阵索引所对应的码本，h为该用户的实际信道；用户将信道量化误差M — 1 -—sin2 ( Z (wPMI, h))与做比较，式中M为基站端的发送天线数，B为预编码矩MM-I阵索引的量化比特数；如果Sin2(Z(W/M,h》2^^2n，则量化质量较差；反之量化质量较好，用户用1比特将信道量化质量反馈给基站用户反馈信道量化质量为1表示量化 质量较好，用户反馈信道量化质量为0表示量化质量较差；第C步.用户将信道增益Ilhll2作为用户信道质量信息反馈给基站以使基站有效的进行 调度；第二部分基站用户调度第D步.还原每个用户的量化误差对每个用户，如果其反馈的信道量化质量为较好M-I时，还原其量化误差为SinM =μ ；如果信道量化质量为较差时，还原其量化误差IM为 SinM =2M第E步.预编码矩阵的选择，即从W=^W1,…，Wc^中选择本次传输使用的预编 码矩阵W1 对于每个预编码向量w/，找出选择以w/为预编码矩阵索引的所有用户，并根据信号干扰噪声比粗略估算公式Wf6 -计算出用户的粗略信号干扰噪
全文摘要
本发明公开了一种基于每用户归一化波束成型与速率控制的多模传输方法，特征是在采用基于每用户归一化波束成型与速率控制的系统中，用户向基站反馈量化质量指示，基站通过量化质量指示重构用户的量化误差，从而可在进行调度时更加精确的估算出在不同传输模式下用户的信号干扰噪声比，以选择最优的传输模式。本发明有效地克服了传统每用户归一化波束成型与速率控制算法在实际应用场景中系统和容量干扰受限的问题，更适合在实际系统中使用。
文档编号H04B7/04GK102013906SQ201010572968
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者徐飞, 邱玲 申请人:中国科学技术大学