專利名稱：一種用于mimo的低比特反饋用戶功率分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多輸入多輸出(MIMO)通信領(lǐng)域，具體涉及一種用于MIMO的低比特反饋用戶功率分配方法。
背景技術(shù)：
在MIMO通信系統(tǒng)中，它在收發(fā)兩端配置多天線單元，通過(guò)時(shí)間-空間聯(lián)合處理技 術(shù)，將無(wú)線傳播中通常被認(rèn)為是有害的多徑傳播，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)用戶有益的多路延遲擴(kuò)展，從而 提高了傳送速率。但是MIMO系統(tǒng)中對(duì)于理論上能夠達(dá)到容量最優(yōu)的污紙編碼(DPC)傳輸方案，由 于它的編譯碼復(fù)雜度太高及對(duì)信道信息精度的要求太嚴(yán)，其可實(shí)用性非常低。后續(xù)的研究 人員對(duì)于復(fù)雜度較低的次優(yōu)傳輸方案也進(jìn)行了研究，而迫零波束形成技術(shù)(ZFBF)，根據(jù)研 究，如 A. Goldsmith et al. "On the optimality of multiantennabroadcast scheduling using zero-forcing beamforming，，，IEEEJournal on Selected Area of Comm. , Vol. 24, No. 3,March 2006所述，能夠在用戶數(shù)較多的情況下以較低的處理復(fù)雜度逼近MIMO系統(tǒng)中 吞吐率的上限。然而這種方法需要所有用戶在每個(gè)時(shí)隙反饋所有天線子信道信息，以進(jìn)行 合理的用戶選擇和功率分配。這樣會(huì)給用戶帶來(lái)很大的反饋開銷，并且由于用戶數(shù)很多，基 站選擇用戶集合的復(fù)雜度很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于MIMO的低比特反饋用戶功率分配方法，該方法 減少了用戶需要反饋的比特?cái)?shù)，縮短了基站選擇傳輸用戶集合的時(shí)間，改善了傳輸性能，提 高了數(shù)據(jù)傳輸吞吐量。一種用于MIMO的低比特反饋用戶功率分配方法，具體為(1)各用戶確定自身的天線編號(hào)集合(1. 1)自定義η個(gè)不同的天線編號(hào)，編號(hào)應(yīng)體現(xiàn)天線功率分配的優(yōu)先級(jí)別，η為該 用戶的天線數(shù)；(1.2)將η個(gè)天線編號(hào)做排列組合，得到天線編號(hào)集合Ausct = Iai, i = 1,2..., 2 · η ！ }，第i個(gè)排列 的第j個(gè)元素為第j根天線的編號(hào)；(2)基站存儲(chǔ)所有用戶的天線編號(hào)集合；(3)基站給所有用戶的所有天線發(fā)送測(cè)試信號(hào)；(4)各用戶接收測(cè)試信號(hào)，并按如下方式操作(4. 1)對(duì)各天線按照收到信號(hào)的信噪比越大，該天線功率分配的優(yōu)先級(jí)越高的準(zhǔn) 則賦予步驟(1.1)定義的編號(hào)；(4. 2)查詢步驟(4. 1)得到的編號(hào)結(jié)果在該用戶的天線編號(hào)集合中的序號(hào)ζ ；(4. 3)向基站反饋序號(hào)ζ、最大信噪比Su _和最小信噪比Su min ；(5)基站對(duì)各用戶的反饋按照如下方式處理
(5. 1)計(jì)算信噪比中值 Su aver = (Su max+Su min)/2 ；(5. 2)若信噪比中值Su avCT大于門限值Sthresh,則為該用戶分配功率Pu，進(jìn)入步驟 (5. 3)，否則，不分配該用戶功率，結(jié)束；(5. 3)基站在該用戶的天線編號(hào)集合中查找天線編號(hào)排列az，將功率？ 按照天線 編號(hào)的優(yōu)先級(jí)越高，對(duì)該天線分配的功率越高的準(zhǔn)則分配給各天線。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較的優(yōu)點(diǎn)在于在D.A. Gore et al. "Transmitselection in spatial multiplexing systems，，，IEEE Comm. Letters, Vol. 6, No. 11, Nov. 2002 中，分 析得到所有子信道的信噪比是服從卡方分布(Chisquared distributed)的隨機(jī)變量，而信 道的信噪比是影響信道信息的關(guān)鍵因素。這就為合理設(shè)計(jì)反饋方案，簡(jiǎn)化調(diào)度處理方法提 供了理論基礎(chǔ)。本發(fā)明通過(guò)在用戶端對(duì)所有子信道SNR進(jìn)行排序，確定了用戶各子信道的 信道狀態(tài)信息(CSI)的范圍；最終用戶端只反饋所有子信道SNR的最大值、最小值和天線排 列序號(hào)，極大的減少了用戶端需要反饋的信息量，降低了反饋開銷；而基站端只需要計(jì)算每 個(gè)用戶反饋的所有子信道SNR的中值就可以得到用戶信道狀態(tài)的基本信息，從而減少了基 站端選擇傳輸用戶的復(fù)雜度，合理的進(jìn)行功率分配；同時(shí)，根據(jù)用戶的天線排列序號(hào)進(jìn)行二 次分配，可以在保證用戶基本性能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高用戶的整體性能，同時(shí)也保證了子 信道功率分配的靈活性。


圖1為本發(fā)明方法流程圖；圖2為在用戶最大天線個(gè)數(shù)為3根到10根時(shí)，采用本發(fā)明需要反饋的比特?cái)?shù)和傳 統(tǒng)需要反饋全部用戶子信道SNR所需要的比特?cái)?shù)之間的比示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例子采用K = 20個(gè)用戶的下行多用戶MIMO系統(tǒng)?；径伺渲肕 = 12根天 線，用戶配置3 5根天線不等。假設(shè)經(jīng)過(guò)預(yù)編碼處理，用戶天線會(huì)分解為獨(dú)立的子信道， 每個(gè)子信道服從卡方分布。(1)各用戶確定天線編號(hào)集合以用戶有4根天線為例，定義四個(gè)天線編號(hào)分別為1，2，3，4，其中1表示天線功率 分配的優(yōu)先級(jí)最低，2高于1，3高于2，4的優(yōu)先級(jí)最高。用戶天線排列集合Ausct= {ai;a2, L，a48}, B1 = (1,2,3,4), a2 = (1，2，4，3)，L，第i個(gè)排列 的第j個(gè)元素為第j根天線的 編號(hào)，i = 1,2. . .，48。(2)基站存儲(chǔ)所有用戶的天線編號(hào)集合；(3)基站給所有用戶的所有天線發(fā)送測(cè)試信號(hào)；(4)各用戶接收測(cè)試信 號(hào)，并按如下方式操作用戶根據(jù)每根天線收到信號(hào)的SNR按由大到小對(duì)天線排序，假設(shè)用戶有4根天 線，第一根天線到第四根天線接收到的SNR依次為{10dB，8dB，lldB，3dB}，對(duì)第一到第四根 天線按照收到的信號(hào)信噪比越大，改天線功率分配的優(yōu)先級(jí)越高的準(zhǔn)則依次賦予編號(hào)得到 {2，3，1，4}。用戶首先查找天線排列集合，得到編號(hào){2，3，1，4}對(duì)應(yīng)的天線排列序號(hào)為140。并且記錄用戶子信道SNR的最大值IldB和最小值3dB。用戶將SNR的最大值lldB、最小值 3dB和天線排列序號(hào)140發(fā)送給基站。(5)基站端進(jìn)行用戶選擇和第一次功率分配。以步驟(4)示例作說(shuō)明(5.1)基站根據(jù)用戶反饋來(lái)的SNR的最大值和最小值進(jìn)行中值處理，即 Su — = (1 IdB + MB)/2 = ^J\b3dB ^ 5.IdBa(5. 2)基站根據(jù)用戶的中值Su aver = 5. 7dB進(jìn)行用戶選擇，其中值大于門限值(一 般取3 5dB)，則該用戶被選中，基站和選中用戶進(jìn)行通信。基站對(duì)這些選中的用戶進(jìn)行通信時(shí)首先要對(duì)用戶進(jìn)行功率分配，可采用注水算法 (即根據(jù)用戶的Su avCT的大小來(lái)分配功率，Su aver小的分配功率少，Su avCT大的分配功率大) 來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶信道容量的最大化。Su avCT = 5. 7dB的用戶被分配的功率為lmW。(6)基站根據(jù)所選用戶的天線排列序號(hào)進(jìn)行第二次功率分配同樣以步驟(4)示例作說(shuō)明(6. 1)基站對(duì)所選擇的用戶在其天線編號(hào)集合查找對(duì)應(yīng)的天線排列序號(hào)H1400(6. 2)根據(jù)用戶天線數(shù)目進(jìn)行子信道用戶功率量化，量化方式為
Pu l=Pu-kJf4k1，其中，Ici為根據(jù)用戶天線排列序號(hào) 查到的第i根天線對(duì)應(yīng)的數(shù)字編
/ /=1
號(hào)。實(shí)例中，η = 4，Pu= lmW，按照這樣的分配策略，用戶的四根天線分配到得功率分別
為 UmW----,ImW----,ImW--l--,ImW----1 ，艮口 {0. 2mff,在被選擇的某個(gè)用戶的天線大于3根時(shí)，本反饋方法需要反饋的比特?cái)?shù)將小于需 要反饋用戶所有天線子信道的SNR所需要的比特?cái)?shù)。并且本方法反饋的比特?cái)?shù)和原始方法 反饋的比特?cái)?shù)的比值會(huì)隨著用戶天線數(shù)目的增加而減少。圖2表示當(dāng)用戶的天線個(gè)數(shù)從3 根增長(zhǎng)到10根時(shí)，兩種方法需要反饋的比特?cái)?shù)比值的變化。定義的編號(hào)形式不局限于實(shí)例中的數(shù)字形式，可采用其它任何形式例如字母，關(guān) 鍵點(diǎn)在于要明確各編號(hào)的優(yōu)先級(jí)別關(guān)系。
權(quán)利要求
一種用于MIMO的低比特反饋用戶功率分配方法，具體為(1)各用戶確定自身的天線編號(hào)集合(1.1)自定義n個(gè)不同的天線編號(hào)，編號(hào)應(yīng)體現(xiàn)天線功率分配的優(yōu)先級(jí)別，n為該用戶的天線數(shù)；(1.2)將n個(gè)天線編號(hào)做排列組合，得到天線編號(hào)集合Auser＝{ai，i＝1，2...，2·n！}，第i個(gè)排列ai的第j個(gè)元素為第j根天線的編號(hào)；(2)基站存儲(chǔ)所有用戶的天線編號(hào)集合；(3)基站給所有用戶的所有天線發(fā)送測(cè)試信號(hào)；(4)各用戶接收測(cè)試信號(hào)，并按如下方式操作(4.1)對(duì)各天線按照收到信號(hào)的信噪比越大，該天線功率分配的優(yōu)先級(jí)越高的準(zhǔn)則賦予步驟(1.1)定義的編號(hào)；(4.2)查詢步驟(4.1)得到的編號(hào)結(jié)果在該用戶的天線編號(hào)集合中的序號(hào)z；(4.3)向基站反饋序號(hào)z、最大信噪比Su_max和最小信噪比Su_min；(5)基站對(duì)各用戶的反饋按照如下方式處理(5.1)計(jì)算信噪比中值Su_aver＝(Su_max+Su_min)/2；(5.2)若信噪比中值Su_aver大于門限值Sthresh，則為該用戶分配功率Pu，進(jìn)入步驟(5.3)，否則，不分配該用戶功率，結(jié)束；(5.3)基站在該用戶的天線編號(hào)集合中查找天線編號(hào)排列az，將功率Pu按照天線編號(hào)的優(yōu)先級(jí)越高，對(duì)該天線分配的功率越高的準(zhǔn)則分配給各天線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于MIMO的低比特反饋用戶功率分配方法，首先為用戶天線定義體現(xiàn)功率分配優(yōu)先級(jí)別的編號(hào)，通過(guò)排列組合得到各天線的所有編號(hào)排列?；景l(fā)送測(cè)試信號(hào)，用戶對(duì)各天線按照信噪比越大，優(yōu)先級(jí)越高的準(zhǔn)則賦予天線編號(hào)，并將該編號(hào)信息同信噪比最大值、最小值反饋給基站，基站計(jì)算信噪比中值，并以此選定用戶并作第一次功率分配，最后基站根據(jù)反饋的編號(hào)信息按照天線編號(hào)的優(yōu)先級(jí)越高，對(duì)該天線分配功率越高的準(zhǔn)則給各天線作第二次分配功率。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)用戶子信道估計(jì)需要反饋信息量過(guò)大的缺陷，可以在減少反饋信息量的情況下，有效估計(jì)用戶所有子信道的基本狀態(tài)，進(jìn)行合理用戶功率分配，改善了傳輸性能，提高了數(shù)據(jù)傳輸吞吐量。
文檔編號(hào)H04W52/24GK101868018SQ201010226589
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者吳澤世, 張靖, 曹程倩, 杜曲, 胡金鐘, 葛曉虎, 黃坤 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)