專利名稱：多天線兩跳中繼系統(tǒng)中利用有限反饋信息的傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多天線兩跳中繼系統(tǒng)中基于信息反饋的傳輸方法，屬于多天線中繼系統(tǒng)中的預(yù)編碼傳輸方法設(shè)計領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有蜂窩通信系統(tǒng)中，小區(qū)邊緣用戶由于受到相鄰小區(qū)信號的強烈干擾，其接收信干噪比(SINR)—般比較低，嚴重影響了邊緣用戶的通信質(zhì)量，制約著系統(tǒng)性能的進一步提升。為了解決這一問題，近年來研究人員嘗試在蜂窩小區(qū)中引入中繼站，對本小區(qū)的基站信號進行功率增強后轉(zhuǎn)發(fā)給小區(qū)邊緣用戶，以提高其接收的信號強度，進而擴大蜂窩小區(qū)的覆蓋范圍，提高整個系統(tǒng)的可達傳輸速率。另一方面，近十年來，多天線技術(shù)(MIMO)日益受到研究人員的廣泛關(guān)注，該技術(shù)能夠利用發(fā)射端和接收端的多根天線提供的多個空間自由度，對已有時間和頻率資源進行空間上的復(fù)用，從而顯著提高頻譜資源的利用效率和系統(tǒng)的通信容量。
然而，要充分利用多天線提供的空間自由度，使系統(tǒng)獲得滿復(fù)用增益，發(fā)射端需要知曉理想的下行信道狀態(tài)信息。而在實際應(yīng)用場景中，無論是時分雙工(TDD)還是頻分雙工(FDD)系統(tǒng)，這一前提都很難滿足。若系統(tǒng)采用時分雙工(TDD)，發(fā)送端可以通過互易性原理，在基站估計上行鏈路信道信息并將其作為下行鏈路的信道信息。但是上行鏈路和下行鏈路并不是完全對稱的，因而基站通過互易性獲得的信道信息中就不可避免存在估計誤差。若系統(tǒng)采用頻分雙工(FDD)，通常由用戶終端來估計下行鏈路信道信息，然后用戶通過反饋鏈路將下行鏈路的信道信息反饋給基站。但是實際系統(tǒng)中用戶可以反饋的信息量是有限的，用戶為了滿足反饋鏈路的容量要求，往往是先將信道信息進行量化，然后將量化后的信息通過有限的比特反饋給基站，最后基站根據(jù)此反饋信息盡可能地恢復(fù)出信道信息，該方案被稱為有限比特反饋。采用有限比特反饋將導(dǎo)致基站獲得的系統(tǒng)信道信息與真實的信道信息之間存在一定的量化誤差，此量化誤差的大小由反饋鏈路的容量決定。因而，在實際的多天線中繼系統(tǒng)中，我們需要評估發(fā)射端獲知的下行信道狀態(tài)信息存在量化誤差對系統(tǒng)性能造成的不良影響，并據(jù)此對有限反饋技術(shù)進行一定改進，以獲得逼近理想信道信息情況的系統(tǒng)可達傳輸速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多天線兩跳中繼系統(tǒng)中利用有限反饋信息的傳輸方法，以擴大蜂窩小區(qū)的覆蓋范圍，并獲得逼近理想信道信息情況的系統(tǒng)可達傳輸速率。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種多天線兩跳中繼系統(tǒng)中利用有限反饋信息的傳輸方法，該方法包括以下步驟I)基站擁有M根天線，中繼站和每個用戶分別擁有Nt和隊根天線的兩跳中繼系統(tǒng)，系統(tǒng)依據(jù)基站和中繼站的發(fā)射功率及天線數(shù)，以及限定的性能損失閾值和用戶天線數(shù)等信息，確定中繼站到基站以及用戶到中繼站的兩級反饋比特數(shù)B1和B2的大小2)系統(tǒng)根據(jù)中繼站的天線數(shù)Nt，在本小區(qū)內(nèi)采用隨機調(diào)度方法選擇K個多天線用戶等待數(shù)據(jù)傳輸，以滿足Nt = KNr ；3)每次傳輸開始時，中繼站首先進行信道估計，獲得基站到中繼站的信道信息G ； 同時每個用戶通過信道估計，獲得中繼站到本用戶的下行信道信息Hk ；4)中繼站對所獲信道信息G進行奇異值分解，即G = U[ Σ O] [V VjH，其中，U表示酉矩陣，Σ表示對角元素為G的奇異值的對角陣，V表示另一酉矩陣的前Nt列，Vtl表示該酉矩陣的后M-Nt列。中繼站根據(jù)碼字數(shù)為2 的已有碼本，對矩陣V的列向量進行量化，量化結(jié)果記為V。接著中繼站將量化后的信息V通過B1個比特反饋給基站，基站依據(jù)該信息對發(fā)送符號進行預(yù)編碼傳輸；5)用戶k根據(jù)碼字數(shù)為2 的已有碼本，對所獲的信道信息H k進行矩陣量化，量化結(jié)果記為Hk。接著該用戶將量化后的信息Hk通過B2個比特反饋給中繼站，中繼站依據(jù)所有用戶反饋的下行信道信息，對轉(zhuǎn)發(fā)符號采用塊對角化技術(shù)進行預(yù)編碼傳輸。本發(fā)明所述多天線中繼系統(tǒng)中利用有限反饋信道信息的傳輸方法，要求中繼站到基站以及用戶到中繼站兩級反饋比特數(shù)BdPB2依據(jù)下述公式進行調(diào)整，以保證系統(tǒng)可達傳
輸速率相較于理想情況的性能損失處于一個預(yù)定可控的范圍內(nèi)
-fV
( N、2TB1 — Ccil ^ (Af —I) Iog2 Pj ~ Iog^ M H—- + Iog2——j-γ *
、 Fl」 Nt -I
, VV J)J2 = Cez/j Flog2 F2+ Tlog2 ~^~^
Nt bN'' -I .V J其中，P1和P2分別表示基站及中繼站的發(fā)射功率，b限定性能損失閾值，Ceil {X} 表示不小于X的最小整數(shù)，T和A分別由下式給出T=Nt (Nt-Nr)
Jl) 如Irjr Iτ Nr T其中，Γ(α) = I* e—Π壞示伽馬函數(shù)。有益效果1)本發(fā)明方法能夠提高蜂窩小區(qū)邊緣用戶接收信號強度，擴大小區(qū)覆蓋范圍，所采用的線性預(yù)編碼方式，實現(xiàn)復(fù)雜度低，且性能較好；2)本發(fā)明方法中依據(jù)基站和中繼站的發(fā)射功率及天線數(shù)，以及限定的性能損失閾值和用戶天線數(shù)等信息確定兩級反饋比特數(shù)大小的做法能夠保證，相對于理想信道信息情況而言，系統(tǒng)的性能損失被控制在一個限定范圍內(nèi)，并獲得逼近理想情況的系統(tǒng)可達傳輸速率。


圖I是本發(fā)明提出的多天線兩跳中繼系統(tǒng)中利用有限反饋信息的傳輸方法的系統(tǒng)框圖；圖2是在發(fā)射端獲知不同信道信息情況下，系統(tǒng)可達傳輸速率隨基站和中繼站發(fā)射功率增大而變化的曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明如圖I所示本發(fā)明的具體實施步驟如下I)系統(tǒng)依據(jù)基站和中繼站的發(fā)射功率P1,己及天線數(shù)M，Nt,以及由b限定的性能損失閾值和用戶天線數(shù)隊等信息，依據(jù)下式確定中繼站到基站以及用戶到中繼站的兩級反
饋比特數(shù)B1和B2的大小
權(quán)利要求
1.一種多天線兩跳中繼系統(tǒng)中利用有限反饋信息的傳輸方法，其特征在于該傳輸方法按以下步驟進行 1)基站擁有M根天線，中繼站和每個用戶分別擁有Nt和隊根天線的兩跳中繼系統(tǒng)，系統(tǒng)依據(jù)基站和中繼站的發(fā)射功率及天線數(shù)，以及限定的性能損失閾值和用戶天線數(shù)等信息確定中繼站到基站以及用戶到中繼站的兩級反饋比特數(shù)的大小B1和B2 ； 2)系統(tǒng)根據(jù)中繼站的天線數(shù)Nt，在本小區(qū)內(nèi)采用隨機調(diào)度方法選擇K個多天線用戶等待數(shù)據(jù)傳輸，以滿足Nt = K隊，其中Nr表示每個用戶的天線數(shù)； 3)每次傳輸開始時，中繼站首先進行信道估計，獲得基站到中繼站的信道信息G;同時每個用戶通過信道估計，獲得中繼站到本用戶的下行信道信息Hk ； 4)中繼站對所獲信道信息G進行奇異值分解，即G= U[ E 0] [V VJH，其中，U表示酉矩陣，E表示對角元素為G的奇異值的對角陣，V表示另一酉矩陣的前Nt列，Vtl表示該酉矩陣的后M-Nt列，M表示基站的發(fā)射天線數(shù)。中繼站根據(jù)碼字數(shù)為的已有碼本，對矩陣V的列向量進行量化，量化結(jié)果記為V。接著中繼站將量化后的信息V通過B1個比特反饋給基站，基站依據(jù)該信息對發(fā)送符號進行預(yù)編碼傳輸； 5)用戶k根據(jù)碼字數(shù)為2 的已有碼本，對所獲的信道信息Hk進行矩陣量化，量化結(jié)果記為Hk，接著該用戶將量化后的信息Hk通過B2個比特反饋給中繼站，中繼站依據(jù)所有用戶反饋的下行信道信息，對轉(zhuǎn)發(fā)符號采用塊對角化技術(shù)進行預(yù)編碼傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的多天線兩跳中繼系統(tǒng)中利用有限反饋信息的傳輸方法，其特征在于所述反饋比特數(shù)B1和B2由下述公式確定，保證系統(tǒng)可達傳輸速率相較于理想情況的性能損失處于一個預(yù)定可控的范圍內(nèi)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多天線兩跳中繼系統(tǒng)中利用有限反饋信息的傳輸方法，按如下步驟進行首先系統(tǒng)依據(jù)基站和中繼站的發(fā)射功率及天線數(shù)，以及限定的性能損失閾值和用戶天線數(shù)等信息，確定兩條反饋鏈路上的反饋比特數(shù)大小，并采用隨機調(diào)度方法選擇符合天線數(shù)要求的有限個多天線用戶等待接收數(shù)據(jù)；然后中繼站和每個用戶通過信道估計分別獲得基站到中繼站以及中繼站到本用戶的信道信息；接著中繼站和用戶分別對獲得的信道信息進行量化，并將該信息通過系統(tǒng)已定的有限個比特反饋到前級；最后，基站和中繼站分別依據(jù)通過反饋獲得的信道信息進行預(yù)編碼傳輸。本發(fā)明能夠有效提高蜂窩小區(qū)的覆蓋范圍，并獲得逼近理想信道信息情況的系統(tǒng)可達傳輸速率。
文檔編號H04L1/00GK102710371SQ201210162240
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者梁樂, 沈弘, 許威, 趙春明 申請人:東南大學(xué)