一种多小区部分协作下行mimo鲁棒双层预编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多入多出（Multiple Input Multiple Output, MIM0)通信系统，特别 涉及多小区下行MIM0鲁棒双层预编码设计。
【背景技术】
[0002] 多小区协作下行MM0预编码算法可以完全消除用户受到的小区间干扰和小区内 干扰，但是其要求协作基站（Base Station, BS)间共享想信道状态信息（Channel State Information, CSI)。大量的CSI反馈和回传，对于通信系统而言是个极大的负担。多用户 下行MM0预编码算法仅需要用户到本地BS的CSI，并不需要BS间共享CSI，但是其只消除 了小区内干扰，该算法在小区间干扰严重的多小区MM0系统中性能较差。
[0003] 多小区下行MM0系统中，靠近小区中心的用户信道条件较好，所受到的小区间干 扰相对小区内干扰而言较小，而靠近小区边缘的用户信道条件较差，BS预编码时需要着重 考虑靠近小区边缘的用户的性能。结合多用户下行MM0预编码和多小区协作下行MM0预 编码的多小区部分协作MIM0预编码算法，边缘用户采用多小区协作预编码，中心用户采用 多用户预编码，其能够有效减少CSI，且提升了边缘用户的系能。
[0004] 多小区部分协作MM0预编码算法，虽然极大减少了 CSI反馈量，CSI非理想造成了 系统性能的较大损失。在实际通信应用中，BS无法获取理想CSI。如在频分双工（Frequency Division Duplexing, FDD)系统中，BS获取CSI的方式是通过用户端的信道估计和有限反 馈，其中有限反馈会带来量化误差，而信道反馈过程会引起延时误差。
[0005] 针对上述问题，我们考虑引入鲁棒性的预编码算法，并且保持CSI需求量较少的 特点。本发明提出一种多小区部分协作下行MM0鲁棒双层预编码方法，其中外层预编码采 用干扰清零算法，以消除边缘用户受到的小区间干扰，这属于多小区部分协作的范畴；内层 预编码采用鲁棒SLNR算法，用来抑制小区内干扰。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，根据非理想CSIDE联合信道 误差建模和用户分类，并结合多小区部分协作预编码，从而得到一种多小区部分协作下行 MIM0双层鲁棒预编码方法。
[0007] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供一种多小区部分协作MM0双层鲁棒预 编码方法，其特征在于，包括：
[0008] S1，根据信号干扰程度的边缘用户和中心用户分类；
[0009] S2,用户单天线时多小区下行MM0系统中，考虑信道估计误差、延时误差和量化 误差的联合信道误差建模；
[0010] S3,双层鲁棒预编码，分为内层预编码和外层预编码方法，内层预编码采用多小区 部分协作，以消除边缘用户受到的小区间干扰，外层预编码采用多用户MIM0预编码，以抑 制小区内干扰，其不需要BS协作。
[0011] 所述的多小区部分协作MIMO双层鲁棒预编码方法，优选的，所述S1中用户分类包 括：
[0012] 考虑多小区下行MM0系统，协作BS个数为C，BS间进行部分协作波束成形，BS配 置M根发送天线，每个用户配置单根接收天线。
【主权项】
1. 本发明提出一种多小区部分协作ΜΙΜΟ双层鲁棒预编码方法，该方法包括： S1，根据信号干扰程度的边缘用户和中心用户分类方法； 52, 用户单天线时多小区下行MMO系统中，考虑信道估计误差、延时误差和量化误差 的联合信道误差建模方法； 53, 双层鲁棒预编码方法，分为内层预编码和外层预编码方法，内层预编码采用多小区 部分协作，以消除边缘用户受到的小区间干扰，外层预编码采用多用户MIMO预编码，以抑 制小区内干扰，其不需要BS协作。
2. 根据权利要求1所述的一种多小区部分协作MMO双层鲁棒预编码方法，其特征在 于：所述Sl中，用户分类方法为： 按照用户所受到的小区间干扰程度分类，区分中心用户和边缘用户，具体方法为： 其中：th>0为预先设置的阀值为用户（k，i)受到的小区内干扰信号的功率， /f"为用户（k，i)受到的协作第j号BS的干扰信号功率；若用户受到的干扰满足上式，则 其为中心用户，否则为边缘用户。
3. 根据权利要求1所述的一种多小区部分协作MMO双层鲁棒预编码方法，其特征在 于，所述S2中，用户单天线时多小区下行MIMO系统中的联合信道误差建模方法： 多小区下行MMO系统，协作BS个数为C，BS间进行部分协作波束成形，BS配置M根发 送天线，每个用户配置单根接收天线；假设中有Ki个激活用户，有Di个边缘用户；系统中所 有边缘用户个数为= : /=1 由第j号BS到用户（k，i)的信道矩阵表示为e Cixm，信道经历时间和频率平稳衰 落，其元素相互独立且为零均值、单位方差的复高斯随机变量；令e 分别为 第i号BS为用户（k，i)设置的预编码向量和原始数据信号，则用户（k，i)接收到的信号表
其中，11〇^表示用户（k，i)所接收到的高斯加性白噪声，其为零均值、方差为ξ (1^的 复高斯随机变量； 多小区下行MIMO系统中用户单天线下的联合信道误差模型，建模过程简述如下：
其中，h"是进行信道估计以后得到的CSI，g(,M是真实CSI，Af1 e Cum为信道估计误 差矩阵，其元素相互独立且均为零均值，方差为of ^的复高斯随机变量；Si7M为量化误差向 量；^7 所成夹角的正弦值，efh：|为延时误差向量，其元素为零均值、方 差为l-pf f的复高斯随机变量，且相互独立；参数pf) ='(2;r/；(")rj , /。卜)为〇阶第一 类贝塞尔函数，/T1为多普勒频移，Ts为符号间隔。
4.根据权利要求1所述的一种多小区部分协作MMO双层鲁棒预编码方法，其特征在 于，所述S3中，鲁棒双层预编码方法： 内层预编码目的是为了完全消除边缘用户的小区间干扰，第i号BS为用户（k，i)设置 的内层预编码用u(lu)表示，其选取原则为消除用户（k，i)对协作小区中所有边缘用户的干 扰，表示为： h! "[n - l]u(i= 0 V/c,/ Vj # z / e [I,/),], 注释：假设第i号BS中有个K激活用户，有Di个边缘用户；根据干扰清零预编码思想， 第i号BS选择在信道矩阵h丨M的投影方向上从用户（k，i)干扰矩阵的右零空间中选择一 组标准正交基，作为用户（k，i)的预编码向量u(lu)，这样不仅可以满足干扰为零的条件，还 能使得用户（k，i)接收到的有用信号功率较大；用户（k，i)的干扰矩阵为：
预编码向量u(k;i)选择为：
经过内层预编码以后，边缘用户受到的小区间干扰被完全消除，但是用户受到的小区 内干扰仍然存在，此时我们利用外层预编码算法来消除小区内干扰； 基于SLNR的预编码算法，其在最大化信号发射功率的同时，考虑最小化信号泄露功率 与噪声之和，其克服了 ZF预编码算法在SNR较低环境下性能下降的问题，且可运用于分布 式MIMO通信系统中，因此，选择基于SLNR鲁棒预编码算法作为外层预编码算法； 首先，根据信漏噪比定义，时刻η用户（k，i)的SLNR为：
考虑最大化SLNR的数学期望，从何获得鲁棒性的基于SLNR下的预编码向量；BS获得 hPy-Ij，因此，基于SLNR下的鲁棒预编码算法如下： max E , ? |SLNR(/ [nli ， s. t. (w(k；i))Hw(k；i) = P (k；i) 根据Jenson不登式，得到：
基于SLNR的鲁棒预编码优化问题简化为：
把信道误差模型代入上式中，得到：
s. t. (w(k；i))HW(k；i) = P (k；i) 上述问题是广义Rayleigh商问题；其最优解为矩阵束
的最大广义特征值对应的广义特征 向量，因此用户（k, i)的外层预编码向量为：
因此用户（k, i)的预编码向量为u
【专利摘要】本发明提出一种多小区部分协作MIMO双层鲁棒预编码方法。该方法首先根据用户受到的干扰信号程度，把用户分为边缘用户和中心用户，然后建立用户单天线时多小区下行MIMO系统中，考虑信道估计误差、延时误差和量化误差的联合信道误差模型，并利用该模型，基站之间部分协作进行双层鲁棒预编码，其中内层预编码采用多小区协作，以消除边缘用户受到的小区间干扰，而外层预编码采用多用户MIMO预编码，以抑制小区内干扰，其不需要BS协作。该发明基于非理想CSI和多小区部分协作，可以有效减少CSI需求量，且具有较好的鲁棒性。
【IPC分类】H04L25-02, H04B7-06
【公开号】CN104734767
【申请号】CN201510174769
【发明人】廖勇, 曹杰, 李瑜锋, 周昕, 张舒敏
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月14日