專利名稱：空分多址接入系統(tǒng)提高吞吐量性能的方法、系統(tǒng)及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空分多址(SDMA)接入技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在 SDMA接入系統(tǒng)提高吞吐量性能的方法、系統(tǒng)及裝置。
背景技術(shù)：
在多天線廣播信道中，利用空間資源可以同時向多個用戶終端發(fā)送數(shù) 據(jù)，這種技術(shù)稱為SDMA,相對于傳統(tǒng)的時分多址(TDMA)接入，其可以 成倍地提高系統(tǒng)吞吐量。研究表明，在給多個用戶終端發(fā)送數(shù)據(jù)時，可以通 過臟紙編碼(DPC)分配空間資源，可以使SDMA獲得最優(yōu)性能，但這種 方案由于太高的復(fù)雜度以及非因果性而并不實(shí)用。目前在SDMA中，分配 空間資源常用的方法為采用復(fù)雜度較低的多用戶預(yù)編碼技術(shù)，比如破零(ZF ) 多用戶預(yù)編碼技術(shù)、最小均方誤差(MMSE)多用戶預(yù)編碼技術(shù)或基于廣義 特征值的多用戶預(yù)編碼技術(shù)以及迭代的預(yù)編碼技術(shù)等，這些技術(shù)可以在分配 空間資源時獲得較優(yōu)的性能，當(dāng)這些技術(shù)和用戶調(diào)度技術(shù)聯(lián)合使用時，還可 以獲得廣播信道的多用戶分集。但是，這些技術(shù)和用戶調(diào)度技術(shù)聯(lián)合使用時， 需要SDMA接入系統(tǒng)中的基站精確已知所有用戶終端的信道狀態(tài)信息 (CSI)。在SDMA4妄入系統(tǒng)中，反^t所有用戶終端的CSI開銷太大，因此 很難實(shí)現(xiàn)。
因此，現(xiàn)有技術(shù)中提出了有限反饋SDMA技術(shù)，從反饋信息的內(nèi)容可 以大致分為兩類基于信道量化的SDMA和基于預(yù)編碼碼本的SDMA。其 中，基于信道量化的SDMA通過對用戶終端的CSI進(jìn)行量化，生成基站和 用戶終端皆先驗(yàn)已知的信道量化碼本，以達(dá)到減少反饋信息量的目的，當(dāng)請 求用戶數(shù)大于SDMA可支持的最大并行用戶數(shù)時，往往要對預(yù)編碼和用戶調(diào)度進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)?；陬A(yù)編碼碼本的SDMA需設(shè)計(jì)多用戶預(yù)編碼碼本或 采用隨機(jī)調(diào)度技術(shù)，預(yù)編碼碼本可以使用一個隨機(jī)百矩陣，根據(jù)用戶反饋信 息選擇信道條件好的多個用戶終端并以該隨機(jī)酉陣并行發(fā)送數(shù)據(jù)。基于預(yù)編 碼碼本的SDMA的這種方案實(shí)現(xiàn)簡單，反饋CSI開銷小，僅需用戶終端反 饋首選波束的編號及其信干噪比(或?qū)?yīng)容量)即可，隨著用戶數(shù)目的不斷 增大能達(dá)到理論上最優(yōu)和容量增長率。但在稀疏SDMA接入系統(tǒng)中，即用 戶數(shù)目比較少的SDMA接入系統(tǒng)中，由于用戶較少且預(yù)編碼矩陣是隨機(jī)生 成的，基于預(yù)編碼碼本的SDMA調(diào)度的多個并行用戶終端之間往往存在專交 強(qiáng)的干擾，因此SDMA接入系統(tǒng)性能提升非常有限。
具體地說，基于預(yù)編碼碼本的SDMA也可以采用隨機(jī)酉矩陣作為預(yù)編 碼碼本，這時，SDMA接入系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)給用戶的過程為首先，用戶終端 首選酉矩陣中的波束編號(預(yù)編碼矩陣的列數(shù)視為編號)并反饋給基站，用 戶終端使用首選的波束并存在其他波束(與首選波束從屬于同一個酉編碼矩 陣的其他波束)干擾時支持的容量；然后，基站根據(jù)用戶終端反饋的首選波 束，選擇該酉矩陣中對應(yīng)的波束發(fā)送給對應(yīng)的最優(yōu)用戶終端(該用戶終端的 首選波束指向該用戶終端，且與其他具有相同波束指向的用戶終端相比，其 支持容量最大)，并且計(jì)算出發(fā)送該酉矩陣支持的容量。這樣，SDMA接入 系統(tǒng)中的基站就可以選擇具有最大容量的酉矩陣作為發(fā)送矩陣，其波束對應(yīng) 的最優(yōu)用戶終端作為發(fā)送用戶。在該方法中，采用了固定選擇整個酉矩陣最 為發(fā)送矩陣。
從上述方案可以看出，有限反饋SDMA技術(shù)采用基站多天線所能支持 的最大數(shù)目的并行用戶終端同時發(fā)送數(shù)據(jù)。為了達(dá)到發(fā)送最優(yōu)的性能，需要 對各個并行的數(shù)據(jù)流進(jìn)行類似注水的功率分配。但由于有限反々責(zé)SDMA技 術(shù)的基站缺乏足夠的廣播信道信息，現(xiàn)有SDMA接入系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)的方案 大部分假設(shè)各個并行用戶終端進(jìn)行等功率信號發(fā)送，這會引起一定的發(fā)送性 能損失。更進(jìn)一步地，在稀疏SDMA接入系統(tǒng)中，即用戶數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于基 站的多天線數(shù)所能支持的最大數(shù)目時，采用基站多天線所能支持的最大數(shù)目
6的并行用戶同時發(fā)送承載數(shù)據(jù)的預(yù)編碼碼本，會使當(dāng)前接入SDMA接入系 統(tǒng)的多個并行用戶終端之間存在較強(qiáng)的干擾，因此SDMA接入系統(tǒng)的吞吐 量性能提升非常有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種SDMA接入系統(tǒng)提高吞吐量性能的方法，該方
法能夠提高SDMA接入系統(tǒng)的吞吐量。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種SDMA接入系統(tǒng)提高吞吐量性能的系統(tǒng)，該
系統(tǒng)能夠提高SDMA接入系統(tǒng)的吞吐量。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種SDMA接入系統(tǒng)提高吞吐量性能的裝置，該
裝置能夠提高SDMA接入系統(tǒng)的吞吐量。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種空分多址接入SDMA系統(tǒng)提高吞吐量性能的方法，該方法包括 基站接收用戶終端發(fā)送的反饋信息，該信息包括接收用戶終端在預(yù)編碼碼
本中首選波束編號、信道矢量模值相關(guān)信息以及矢量相對于首選波束的相位差
信息；
基站根據(jù)接收的所述反饋信息以及基站多天線之間的空間相關(guān)信息，采用 設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前SDMA系統(tǒng)所支持的和吞吐 量，選擇對應(yīng)最大值的和吞吐量的發(fā)送模式，采用該發(fā)送模式發(fā)送數(shù)據(jù)。
一種SDMA系統(tǒng)提高吞吐量性能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用戶終端和基站，其
中，
所述用戶終端，用于向基站發(fā)送反饋信息，所述反饋信息包括接收用戶終 端在預(yù)編碼碼本中首選波束編號、信道矢量才莫值相關(guān)信息以及信道矢量相對于 首選波束的相位差信息；
所述基站，用于根據(jù)接收的所述反饋信息以及基站多天線之間的空間相關(guān) 信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前SDMA系統(tǒng)所支持 的和吞吐量，選擇對應(yīng)最大值的和吞吐量的發(fā)送模式，采用該發(fā)送模式發(fā)送數(shù)據(jù)。
一種SDMA系統(tǒng)提高吞吐量性能的裝置，該裝置包括反饋信息接收模塊、
反饋信息處理模塊以及選擇數(shù)據(jù)流模塊，
所述反饋信息接收模塊，用于接收用戶終端發(fā)送的反饋信息；
所述反饋信息處理模塊，用于根據(jù)接收的所述反饋信息以及基站多天線之 間的空間相關(guān)信息，釆用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前SDMA 系統(tǒng)所支持的和吞吐量；
所述選擇數(shù)據(jù)流模塊，用于選擇對應(yīng)最大值的和吞吐量的發(fā)送模式，采用 該發(fā)送模式發(fā)送數(shù)據(jù)。
從上述方案可以看出，從本發(fā)明實(shí)施例提供的方法、系統(tǒng)及裝置可以看 出，SDMA接入系統(tǒng)的基站根據(jù)用戶終端反饋的首選波束編號、信道矢量模 值相關(guān)信息以及信道矢量相對于首選波束的相位差信息，以及基站多天線之 間的空間相關(guān)信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前 SDMA系統(tǒng)所支持的和吞吐量，選擇最優(yōu)的發(fā)送模式以使SDMA系統(tǒng)能獲 得最大值的和吞吐量；然后根據(jù)所選擇的最優(yōu)發(fā)送模式以及該發(fā)送模式下的 波束數(shù)碼和用戶終端，將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶終端。由于本發(fā)明實(shí)施例不需要用 戶終端反饋CSI，而是采用估計(jì)算法進(jìn)行等效估計(jì)；由于本發(fā)明實(shí)施例不像 現(xiàn)有技術(shù)那樣只根據(jù)用戶終端反饋的首選波束編號進(jìn)行SDMA接入系統(tǒng)所 支持的吞吐量，也不像現(xiàn)有技術(shù)那樣需要釆用固定的矩陣發(fā)送數(shù)據(jù)，而是自 適應(yīng)地選擇矩陣或子矩陣，即根據(jù)估計(jì)得到的最優(yōu)發(fā)送模式選擇并行發(fā)送的 數(shù)據(jù)流數(shù)，因此，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法、系統(tǒng)及裝置可以提高SDMA 接入系統(tǒng)的吞吐量。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的SDMA接入系統(tǒng)提高吞吐量性能的方法流 程圖2為本發(fā)明實(shí)施例所構(gòu)造的SDMA接入系統(tǒng)模型示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的SDMA接入系統(tǒng)提高吞吐量性能的系統(tǒng)示 意圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的SDMA接入系統(tǒng)提高吞吐量性能的裝置示 意圖5為本發(fā)明實(shí)施例等效信道估計(jì)的歸一化均方誤差隨相鄰發(fā)射天線 之間的相關(guān)系數(shù)p的變化趨勢示意圖6為本發(fā)明實(shí)施例在信噪比為10dB,相關(guān)系數(shù)^為0.8時SDMA接 入系統(tǒng)的吞吐量性能示意圖7為本發(fā)明實(shí)施例在信噪比為10dB,相關(guān)系數(shù)p為0.6時SDMA接 入系統(tǒng)的吞吐量性能示意圖8為本發(fā)明實(shí)施例在信噪比為10dB，相關(guān)系數(shù)^為0.4時SDMA接 入系統(tǒng)的吞吐量性能示意圖9為本發(fā)明實(shí)施例在相關(guān)系數(shù)p為0.4且用戶數(shù)為20時SDMA接入 系統(tǒng)的吞吐量隨信噪比增長的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下舉具體實(shí)施 例并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
為了有效補(bǔ)償有限反饋SDMA接入系統(tǒng)的性能損失，本發(fā)明實(shí)施例的 基站根據(jù)用戶終端反饋的矩陣首選波束編號、信道矢量模值相關(guān)信息以及信 道矢量相對于首選波束的相位差信息，在聯(lián)合設(shè)計(jì)預(yù)編碼與用戶調(diào)度的同時 對并行發(fā)送數(shù)據(jù)流的數(shù)目(即調(diào)整矩陣的寬度)也進(jìn)行自適應(yīng)地選擇。在 SDMA接入系統(tǒng)中，通過自適應(yīng)地選4奪并行數(shù)據(jù)流的數(shù)目，即一失自適應(yīng)(Rank Adaptation)技術(shù)，能顯著提高系統(tǒng)的吞吐量性能， 一定程度上能逼近最優(yōu) 功率注水的性能。
具體地，本發(fā)明實(shí)施例基于預(yù)先定義好的預(yù)編碼碼本，用戶終端反饋的 信息為首選波束編號、信道矢量模值相關(guān)信息以及信道矢量相對于首選波束的相位差信息。基站基于這些反饋信息以及基站多天線之間的空間相關(guān)信
息，按照設(shè)定的估計(jì)算法估計(jì)出不同發(fā)送模式下的SDMA接入系統(tǒng)所支持 的和吞吐量，擇優(yōu)選擇最優(yōu)的發(fā)送模式以使SDMA系統(tǒng)能獲得最大值的和 吞吐量，從而自適應(yīng)地選擇最優(yōu)的發(fā)送模式以及該發(fā)送模式下的波束數(shù)目和 用戶終端，將數(shù)量流并行發(fā)送給用戶終端。
在本發(fā)明實(shí)施例中，預(yù)編碼碼本為一個酉矩陣或多個酉矩陣，所述酉矩 陣中各列表示所述波束。當(dāng)前，也可以采用其他的矩陣作為預(yù)編碼碼本。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的SDMA接入系統(tǒng)提高吞吐量性能的方法流 程圖，其具體步驟為
步驟IOI、基站接收用戶終端在預(yù)編碼碼本中首選波束編號、信道矢量 模值相關(guān)信息和信道矢量相對于首選波束的相位差信息。
在該步驟之前，需要在SDMA接入系統(tǒng)構(gòu)造一個模型，即基站構(gòu)造對 應(yīng)多個用戶終端的承載數(shù)據(jù)的矩陣，向多個用戶終端等功率的發(fā)送數(shù)據(jù)。這 個矩陣可以為隨機(jī)酉矩陣，這里稱之為預(yù)編碼碼本。
在該步驟中，用戶終端利用信道估計(jì)，得到所建立矩陣中的首選波束編 號、信道矢量模值相關(guān)信息和信道矢量相對于首選波束的相位差信息。
在該步驟中，用戶終端為多個。
步驟102、基站根據(jù)在步驟101中用戶終端反饋信息以及基站多天線之 間的空間相關(guān)信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前 SDMA接入系統(tǒng)所支持的和吞吐量，擇優(yōu)選取最優(yōu)的發(fā)送模式使SDMA系 統(tǒng)能獲得最大值的和吞吐量。
在估計(jì)時，采用的估計(jì)算法可以為最大似然估計(jì)算法，也就是根據(jù)步驟 101中用戶終端反饋信息以及基站多天線之間的空間相關(guān)信息，估計(jì)用戶終 端的CSI或其等效信道。
步驟103、基站根據(jù)所選擇最大值的和吞吐量確定對應(yīng)的發(fā)送模式以及 該發(fā)送模式下的波束數(shù)目和用戶終端，將數(shù)據(jù)流承載在所述確定的波束中發(fā) 送給用戶終端。在實(shí)施例中，所支持的發(fā)送數(shù)據(jù)流之間為了避免干擾，發(fā)送數(shù)據(jù)流對應(yīng)
的波束之間正交歸一。
以下舉 一 個具體實(shí)施例說明本發(fā)明實(shí)施例提供的方法。
假設(shè)SDMA接入系統(tǒng)為一個多用戶多天線通信系統(tǒng)，SDMA接入系統(tǒng)
中的基站同時服務(wù)于"個用戶終端。假設(shè)基站配置M'根發(fā)射天線，每個用戶 終端配置單根天線。為了充分利用基站多天線的空間資源，如圖2所示，圖 2為本發(fā)明實(shí)施例所構(gòu)造的SDMA接入系統(tǒng)模型示意圖，基站同時選擇^個 用戶終端并行發(fā)送數(shù)據(jù)，x可以根據(jù)基站從用戶終端接收到的廣播信道信息 自適應(yīng)地選取，并滿足^^^'，即x不能大于基站多天線所能支持的最大并 行數(shù)據(jù)流數(shù)。假設(shè)被選中的《個用戶終端的發(fā)送信號矢量為8 = ^"'"&]\并
滿足可l""^，"1，…7。第k個用戶終端以波束矢量^進(jìn)行發(fā)送，則基站總
的發(fā)射信號可以表示為公式(1):
_ k
s 公式(1)
其中A表示發(fā)送信號功率，這里假設(shè)各個用戶終端以等功率發(fā)送信號。
在該實(shí)施例的SDMA接入系統(tǒng)中，每個用戶終端的波束矢量^皆選自預(yù)編 碼碼本中預(yù)編碼矩陣的某一列，這里將約束^正交歸一，即約束SDMA接 入系統(tǒng)的預(yù)編碼為酉預(yù)編碼范疇。第k個用戶終端的等效基帶接收信號可以 表示為公式(2):
^=AIXwA+v/t 、… 、
公式(2)
其中^表示平均功率歸一化的第k個用戶終端的瞬時信道矢量，
h^D々1，且假設(shè)服從平坦衰落；^表示高斯白噪聲，其單邊功率語密度為W。。
K個用戶終端接收到公式(2)的信號后，進(jìn)行反饋，將反饋信息發(fā)送
給基站，基站收集所有用戶終端的反饋信息，根據(jù)設(shè)置的估計(jì)算法得到當(dāng)前
SDMA接入系統(tǒng)在各個模式下所支持的和吞吐量，從中選擇最大值的和吞吐
量和確定該最大值的和吞吐量對應(yīng)的發(fā)送模式，采用該發(fā)送模式發(fā)送數(shù)據(jù)。
ii在該實(shí)施例中，接收到公式(2)信號的用戶終端除了反饋?zhàn)顑?yōu)波束矢量對
應(yīng)的編號外，還需要反饋信道矢量的模值以及信道矢量相對最優(yōu)波束的相位 差，以供基站進(jìn)行統(tǒng)籌調(diào)度。
假設(shè)預(yù)編碼碼本為7 = {F『，F(xiàn)w},其碼字E是階數(shù)為M(的酉陣，即 F'F,=I\令F,[f/"，…，^],酉陣中的各列《"視為用戶終端的發(fā)送波束矢量。 用戶終端k根據(jù)估計(jì)的信道狀態(tài)信息^，首先按公式(3)從預(yù)編碼碼本中
選擇最優(yōu)的發(fā)送波束矢量^:
qt =argmax|h:ff |
并把&在預(yù)編碼碼本中的編號&通過低速反饋信道反饋給基站，由于預(yù) 編碼碼本中發(fā)送波束矢量的總數(shù)為wm ,因此反饋a需要占用i。g2(w》個信息 比特。
在該實(shí)施例中，除了讓用戶終端k選才奪與其信道條件最匹配的發(fā)送波束
外，還需要充分抑制并行發(fā)送用戶終端之間的相互干擾，以及充分利用多發(fā)
送用戶分集。為此，用戶終端k還需要反饋其信道的模值A(chǔ)HIhJ,以及其信 道矢量相對于最優(yōu)波束的相位差c。s(《)，其定義為公式(4):
由于在該實(shí)施例中，用戶終端反饋其信道的矢量，需要增加幾個比特的 反饋信息，該反饋信息也可以通過低速反饋信道反饋給基站，
預(yù)編碼碼本7^F"…，1^,現(xiàn)有技術(shù)的有限反饋SDMA技術(shù)在優(yōu)化設(shè)計(jì) 時一般約定基站同時以M<個波束并行發(fā)送數(shù)據(jù)，即以預(yù)編碼碼本中某個酉陣 為發(fā)送矩陣，除非其中的某些波束不能找到匹配用戶終端，而本發(fā)明實(shí)施例 提供的方法約定并行發(fā)送波束的個數(shù)可以在1和碼之間進(jìn)行自由選擇，最終 發(fā)送數(shù)據(jù)流個數(shù)以最大化和吞吐量為準(zhǔn)則。同時約束并行發(fā)送波束之間是正
交歸一，使用符號^，…，w"表示所有的并行發(fā)送數(shù)據(jù)流，其個數(shù)^滿足 "K《M,，并行發(fā)送數(shù)據(jù)流構(gòu)成的發(fā)送矩陣W^^…^]必為預(yù)編碼碼本中某
公式(3 )
公式(4)一個碼字或?yàn)榘矺個列的子矩陣，不同的w分別對應(yīng)不同的發(fā)送模式，
分別記為w")上標(biāo)表示發(fā)送模式的編號。預(yù)編碼碼本的尺度〃以
及發(fā)射天線數(shù)^，最多可以有 臺種不同的發(fā)送模式。對于某一種發(fā)
送模式W")""，…，Mp,若其中某一個并行發(fā)送數(shù)據(jù)流是某些用戶終端的首選 波束，則根據(jù)該用戶終端反饋的CSI，可以計(jì)算該模式下支持的最大和吞吐 量，即公式(5)
w 公式(5 )
其中^f"f表示該模式下第j個發(fā)送波束支持的最大信干噪比，表示如
公式(6 ):
.(0,，w;012 、, aW(《) 、
ffW匿乂、 , = (--^-) = -^-5-)
w 公式(6)
其中s^表示用戶終端k的發(fā)射信噪比，即^^A/w。。由于該實(shí)施例提 供的方法中基站不能獲得用戶終端CSI，因此并不能精確計(jì)算公式(6)式
中的附i";f值，只能利用有限的反饋信息對其進(jìn)行最大似然估計(jì)。觀察公式
(6)式可以發(fā)現(xiàn)，對于預(yù)編碼碼本中用戶終端k指向的碼字F"(即a對應(yīng) 的該用戶最優(yōu)波束q"人屬于F"的某一列)，若能估計(jì)出等效信道矢量
&"=F 、，則能得到扁'"。(')的估計(jì)值，因?yàn)閔W必為乙中的某個元素。不失
一般性，在該實(shí)施例中置換碼字F"的波束(列向量)位置，以使^位于矩陣
的第一列，置換后矩陣用F表示，則置換后的等效信道表示為h":FT、。
為了估計(jì)等效信道矢量h"，該實(shí)施例將充分利用信道的統(tǒng)計(jì)相關(guān)特性， 其定義公式(7):
R廣舉^] 公式(7)
^表征了基站多個天線之間的空間相關(guān)性，它的取值和天線間距、周圍
13散射體分布和出射角等因素相關(guān)。當(dāng)基站的各天線之間不存在空間相關(guān)性
時，有K^1^。但在實(shí)際SDMA接入系統(tǒng)中，由于基站往往缺乏散射體而使 多個天線之間存在一定的相關(guān)性。相比瞬時信道、隨時間的變化，^變化緩
慢，因此基站可以通過反饋或者利用上行數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)的方法獲得該統(tǒng)計(jì)信 白
假設(shè)信道h*服從零均值復(fù)高斯分布，則h"也服從零均值復(fù)高斯分布，
其二階統(tǒng)計(jì)相關(guān)性為公式(8):
R"4[h"《》F、F 公式(8)
因此h"的概率密度分布函數(shù)可以表示為公式(9):
公式(9 )
由部分反饋信息可知、還滿足如下約束條件h》"=hf 、 = A2 ; 、^q〖h^Ac。s的)，這里^表示、的第一個元素。則h"的最大似然估計(jì)可以
表示為如下的約束優(yōu)化公式(10):
、e =argmaX(/(hM》
>-v-/
、、^R:W, W表示矩陣^R:'屯'的特征根。觀察公式(13)
可以發(fā)現(xiàn)，該公式是一個分區(qū)間凸函數(shù)，假設(shè)^表示矩陣^R:'^的最小特征
根，則公式(13)的最小根必屬于區(qū)間[-°°，A)，用數(shù)值求解法很容易得到拉
格朗日乘子《
利用等效信道的估計(jì)值^。利用公式(5)和公式(6)可以計(jì)算基于預(yù)編
碼碼本所有的可能發(fā)送模式支持的和吞吐量，基站選擇具有最大值和吞吐量
的發(fā)送模式進(jìn)行并行數(shù)據(jù)流的發(fā)送，即公式(14)
W(。) =argmax(《(W(')))
公式(14 )
被調(diào)度的《。個用戶終端的標(biāo)號可分別表示為公式(15):
& = arg腿~~—s2④-),/ = 1"."&
\_y j a。
=f)。) Z I eW(h:w;。))卩+1/,
公式(15 )
其中M(h〖w鬥表示通過等效信道估計(jì)獲得的的估計(jì)值，其值可以由
、計(jì)算獲得，被調(diào)度用戶終端所首選的發(fā)送波束編號對應(yīng)w(a)中的各列。
但是，觀察上述估計(jì)算法的計(jì)算步驟，其復(fù)雜度除了確定和求解公式
(13)外主要來自公式(12)中的矩陣求逆。由于相關(guān)矩陣^隨時間緩慢變
化，因此對其的求逆運(yùn)算只需隔一段時間更新即可。在已知R:'的基礎(chǔ)上，
公式(13)中參數(shù)K)通過矩陣乘法可由^R":式?jīng)Q定，而參數(shù)"}則需要對 矩陣AU^R，'進(jìn)行特征分解，通常需要WM,-1)3)的計(jì)算復(fù)雜度。在實(shí)際上，
一旦完成對A的特征分解后，則可由下面的方式通過簡單的乘法得到公式 (12)中的矩陣(B = (A-印)求逆運(yùn)算，從而簡化計(jì)算復(fù)雜度。A的特征分 解表示成如下形式
A = u^^u 公式(16)
15其中，= 《"， ，&,—')。則有公式(17):
B = U,(KI)U-
B_1=UAU 公式(17)
Dc =(iz'ag(~^~-^-)
其中， A -《 -《
這樣，基站就可以根據(jù)用戶終端反饋的首選波束編號、信道矢量模值相 關(guān)信息以及信道矢量相對于首選波束的相位差信息，以及基站多天線之間的
空間相關(guān)信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法得到支持當(dāng)前SDMA系統(tǒng)中的最大值 和吞吐量的發(fā)送模式，以及該模塊支持的發(fā)送數(shù)據(jù)流數(shù)，構(gòu)造具有所支持的 發(fā)送數(shù)據(jù)流數(shù)的該發(fā)送模式，發(fā)送數(shù)據(jù)流給對應(yīng)的用戶終端。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種SDMA接入系統(tǒng)提高吞吐量性能性能的系統(tǒng) 示意圖，如圖3所示，包括基站和用戶終端，其中，
所述用戶終端，用于向基站反饋在預(yù)編碼碼本中的首選波束編號、信道 矢量模值相關(guān)信息以及信道矢量相對于首選波束的相關(guān)信息；
所述基站，用于根據(jù)用戶終端反饋的首選波束編號、信道矢量模值相關(guān) 信息以及信道矢量相對于首選波束的相位差信息，以及基站多天線之間的空 間相關(guān)信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前SDMA 系統(tǒng)所支持的和吞吐量，選擇最優(yōu)的發(fā)送模式以使SDMA系統(tǒng)能獲得最大 值的和吞吐量；然后根據(jù)所選擇的最優(yōu)發(fā)送模式以及該發(fā)送模式下的波束數(shù) 碼和用戶終端，將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶終端。
在該實(shí)施例中，用戶終端包括反饋模塊，用于向基站反饋在預(yù)編碼碼本 中的首選波束編號、信道矢量模值相關(guān)信息以及信道矢量相對于首選波束的 相關(guān)信息。
在該實(shí)施例中，基站包括反饋信息接收模塊，反饋信息處理模塊以及選 擇數(shù)據(jù)流數(shù)模塊，其中，
反饋信息接收模塊，用于接收用戶終端反饋的首選波束編號、信道矢量 模值相關(guān)信息以及信道矢量相對于首選波束的相位差信息；反饋信息處理模塊，用于根據(jù)用戶終端反饋的首選波束編號、信道矢量 模值相關(guān)信息以及信道矢量相對于首選波束的相位差信息，以及基站多天線 之間的空間相關(guān)信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前
SDMA系統(tǒng)所支持的和吞吐量，選擇最優(yōu)的發(fā)送模式以使SDMA系統(tǒng)能獲 得最大值的和吞吐量；
選擇數(shù)據(jù)流模塊，用于根據(jù)所選擇的最優(yōu)發(fā)送模式以及該發(fā)送模式下的 波束數(shù)目和用戶終端，將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶終端。
在該實(shí)施例中，選擇數(shù)據(jù)流模塊還包括模式選擇模塊以及模式下數(shù)據(jù)流 模塊，其中，模式選擇模塊，用于確定當(dāng)前SDMA接入系統(tǒng)所支持最大值 的和吞吐量對應(yīng)的發(fā)送模式；模式下數(shù)據(jù)流模塊，用于在對應(yīng)的發(fā)送模式下 確定波束數(shù)目和用戶終端，將數(shù)據(jù)承載在確定的波束上發(fā)送給用戶終端。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種SDMA接入系統(tǒng)提高吞吐量性能的裝置示意 圖，如圖4所示，包括反饋信息接收模塊，反饋信息處理模塊以及選擇數(shù) 據(jù)流數(shù)模塊，其中，
反饋信息接收模塊，用于接收用戶終端反饋的首選波束編號、信道矢量 模值相關(guān)信息以及信道矢量相對于首選波束的相位差信息；
反饋信息處理模塊，用于根據(jù)用戶終端反饋的首選波束編號、信道矢量 模值相關(guān)信息以及信道矢量相對于首選波束的相位差信息，以及基站多天線 之間的空間相關(guān)信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前 SDMA系統(tǒng)所支持的和吞吐量，選擇最優(yōu)的發(fā)送模式以使SDMA系統(tǒng)能獲 得最大值的和吞吐量；
選擇數(shù)據(jù)流模塊，用于根據(jù)所選擇的最優(yōu)發(fā)送模式以及該發(fā)送模式下的
波束數(shù)目和用戶終端，將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶終端。
在該實(shí)施例中，選擇數(shù)據(jù)流模塊還包括模式選擇模塊以及模式下數(shù)據(jù)流 模塊，其中，模式選擇模塊，用于確定當(dāng)前SDMA接入系統(tǒng)所支持最大值 的和吞吐量對應(yīng)的發(fā)送模式；模式下數(shù)據(jù)流模塊，用于在對應(yīng)的發(fā)送模式下 確定波束數(shù)目和用戶終端，將數(shù)據(jù)承載在確定的波束上發(fā)送給用戶終端。本發(fā)明實(shí)施例提供的方法、系統(tǒng)及裝置能夠提高SDMA接入系統(tǒng)的吞 吐量性能，以下以仿真結(jié)果來演示。
假設(shè)SDMA接入系統(tǒng)的信道為平坦衰落信道，并在一個用戶終端調(diào)度 周期內(nèi)保持不變，而在不同的調(diào)度周期之間信道獨(dú)立變化?；九渲?根天 線，而所有用戶終端都配置單根天線，信道具有相同的平均功率?；径嗵?線之間的空間相關(guān)性矩陣&簡單表示為如公式(18):
1戶… / 1
(P )
公式(18)
仿真中編碼碼本采用了 IEEE802.20協(xié)議中的SDMA碼本。 基站利用有限反饋信息估計(jì)等效信道矩陣時需要利用基站在信道發(fā)送 端的空間相關(guān)矩陣R* ，因此在本發(fā)明實(shí)施例中考察R*對信道估計(jì)性能的影 響，圖5為本發(fā)明實(shí)施例等效信道估計(jì)的歸一化均方誤差隨相鄰發(fā)射天線之 間的相關(guān)系數(shù)^的變化趨勢示意圖。歸一化均方誤差(NMSE, Normalized Mean Square Error)定義為公式(19):
n J、H、 l)2， "脂eU —2-^—J
!hJ 公式(19)
由圖5所示，歸一化均方誤差隨著P的增加準(zhǔn)線性地下降，說明信道估 計(jì)性能與發(fā)射天線之間的空間相關(guān)性密切相關(guān)，相關(guān)性越強(qiáng)，估計(jì)性能越優(yōu)。
圖6-9給出了基于公式(18)的空間相關(guān)性矩陣^以及基于公式(19) 的相關(guān)系數(shù)^在不同信道環(huán)境下自適應(yīng)SDMA接入系統(tǒng)的吞吐量性能示意 圖，其中，圖6為本發(fā)明實(shí)施例在信噪比為10dB,相關(guān)系數(shù)P為0.8時SDMA 接入系統(tǒng)的吞吐量性能示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例在信噪比為10dB，相 關(guān)系數(shù)^為0.6時SDMA接入系統(tǒng)的吞吐量性能示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施 例在信噪比為10dB,相關(guān)系數(shù)P為0.4時SDMA接入系統(tǒng)的吞吐量性能示 意圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例在相關(guān)系數(shù)P為0.4且用戶數(shù)為20時SDMA接 入系統(tǒng)的吞吐量隨信噪比增長的示意圖。在圖6-圖9中，用實(shí)心菱形標(biāo)注的曲線為理想的最優(yōu)SDMA接入系統(tǒng)的吞吐量，空心圓形標(biāo)注的曲線為才艮 據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的方法得到的SDMA接入系統(tǒng)的最大和吞吐量；空心 三角形為現(xiàn)有技術(shù)基于預(yù)編碼碼本的SDMA接入系統(tǒng)的吞吐量。
在圖6 圖9中，作為比較，同時給出了只考慮現(xiàn)有的4波束發(fā)送模式 的自適應(yīng)SDMA (即IEEE802.20中的MISO-SDMA方案)的性能(圖中空 心三角形表示)，以及假設(shè)不存在等效信道估計(jì)誤差的理想自適應(yīng)SDMA 的性能(圖中實(shí)心菱形表示)?？梢钥闯觯谙∈杈W(wǎng)絡(luò)中，本發(fā)明實(shí)施例提 出的自適應(yīng)SDMA方案在吞吐量性能上明顯優(yōu)于IEEE802.20 MISO-SDMA 方案，發(fā)射天線間相關(guān)性越強(qiáng)，性能優(yōu)勢則越明顯，也越接近理想自適應(yīng) SDMA的性能。隨著用戶數(shù)的增加，該實(shí)施例提出的自適應(yīng)SDMA相比 IEEE802.20 MISO-SDMA的性能優(yōu)勢逐漸減弱，在低相關(guān)性時甚至表現(xiàn)出性 能劣勢。這是由于在IEEE802.20 MISO-SDMA中，隨著用戶的增多被調(diào)度 的并行用戶之間的干擾逐漸減少，而在低相關(guān)性時，本發(fā)明實(shí)施例提供的方 案中的等效信道估計(jì)誤差相對較大，此漲彼消。可以從圖9看出，本發(fā)明實(shí) 施例提供的方案由于能有效控制并行用戶之間的相互干擾，因此能避免性能 平臺的出現(xiàn)。
從本發(fā)明實(shí)施例提供的方法、系統(tǒng)及裝置可以看出，本發(fā)明實(shí)施例不僅 能有效結(jié)合MIMO傳輸技術(shù)和多用戶終端調(diào)度技術(shù)，而且能自適應(yīng)地選擇 最優(yōu)數(shù)目的并行發(fā)送數(shù)據(jù)流(可以稱為波束)。本發(fā)明實(shí)施例使用預(yù)編碼碼 本減少用戶終端的反饋量，用戶終端除了反饋在預(yù)編碼碼本中的最優(yōu)波束編 號、信道矢量模值相關(guān)信息外，還需同時反饋信道矢量相對于首選波束的相 位差信息，以使基站能通過約束最大似然估計(jì)的方式，在調(diào)度信道條件好的 用戶終端的同時自適應(yīng)地選擇最優(yōu)的并行用戶發(fā)送模式以及在該發(fā)送模式 下并行發(fā)送的數(shù)據(jù)流。本發(fā)明實(shí)施例充分利用了多天線信道的統(tǒng)計(jì)信息以提 高似然估計(jì)的精度。仿真結(jié)果表明在SDMA接入系統(tǒng)的稀疏網(wǎng)絡(luò)中本發(fā) 明實(shí)施例相比現(xiàn)有的SDMA方案有明顯的性能優(yōu)勢。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種空分多址接入SDMA系統(tǒng)提高吞吐量性能的方法，其特征在于，該方法包括基站接收用戶終端發(fā)送的反饋信息，該信息包括接收用戶終端在預(yù)編碼碼本中首選波束編號、信道矢量模值相關(guān)信息以及矢量相對于首選波束的相位差信息；基站根據(jù)接收的所述反饋信息以及基站多天線之間的空間相關(guān)信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前SDMA系統(tǒng)所支持的和吞吐量，選擇對應(yīng)最大值的和吞吐量的發(fā)送模式，采用該發(fā)送模式發(fā)送數(shù)據(jù)。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述采用該發(fā)送;^莫式發(fā)送數(shù)據(jù) 之前，還包括確定該發(fā)送模式下的波束數(shù)目和用戶終端；所述采用該發(fā)送模式發(fā)送數(shù)據(jù)為將lt據(jù)承載在所確定波束數(shù)目的波束上， 發(fā)送給用戶終端。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述預(yù)編碼碼本為一個酉矩陣 或多個酉矩陣，所述酉矩陣中各列表示所述波束。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述估計(jì)出各個發(fā)送模式下的 當(dāng)前SDMA系統(tǒng)所支持的和吞吐量的過程為在各個發(fā)送模式下，計(jì)算得到在發(fā)送模式下支持的和吞吐量力 ，其中，K為用戶終端數(shù)目，j為用戶終端所選波束編號，，"。 表示該發(fā)送模式下第j個發(fā)送波束支持的最大信干噪比；該發(fā)送模式下第j個發(fā)送波束支持的最大信千噪比為—')=ffi ("〖《)卩)= (,心,)tih〖《)卩+W。,'""藝| )|2+1/碼'w,'" ，其中別^表示用戶終端k的發(fā)射信噪比。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在計(jì)算，"。時才艮據(jù)所述反々貴 信息估計(jì)所有用戶終端的信道矢量或等效信道，所述設(shè)定的估計(jì)算法為最大似 然估計(jì)算法，包括采用等效信道、=F h*的估計(jì)值、作為計(jì)算所述"^"0時需要的信息，其中，F(xiàn)"為預(yù)編碼碼本中的酉矩陣，、為用戶k的信道矢量；b=-AC0S(《)(orR>'-'鱸R"; ,其中，^為基站多天線之間的空間相關(guān)信息，根據(jù)天線間距、周圍散射體分布和出射角進(jìn)行取值，①表示F的第2到第^列組成的子矩陣，拉格朗日乘子《滿足如下的方程 y h卩 21-cos2(《)其中h… —/=。、:、；， "}表示矩陣必1，'的特征根。
6、 一種SDMA系統(tǒng)提高吞吐量性能的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括用 戶終端和基站，其中，所述用戶終端，用于向基站發(fā)送反饋信息，所述反饋信息包括接收用戶終 端在預(yù)編碼碼本中首選波束編號、信道矢量才莫值相關(guān)信息以及信道矢量相對于 首選波束的相位差信息；所述基站，用于根據(jù)接收的所述反饋信息以及基站多天線之間的空間相關(guān) 信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前SDMA系統(tǒng)所支持 的和吞吐量，選擇對應(yīng)最大值的和吞吐量的發(fā)送模式，采用該發(fā)送模式發(fā)送數(shù) 據(jù)。
7、 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基站包括反饋信息接收才莫 塊、反饋信息處理模塊以及選擇數(shù)據(jù)流模塊，所述反饋信息接收模塊，用于接收用戶終端發(fā)送的反饋信息； 所述反饋信息處理模塊，用于根據(jù)接收的所述反饋信息以及基站多天線之 間的空間相關(guān)信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前SDMA系統(tǒng)所支持的和吞吐量；所述選擇數(shù)據(jù)流模塊，用于選擇對應(yīng)最大值的和吞吐量的發(fā)送模式，采用 該發(fā)送模式發(fā)送數(shù)據(jù)。
8、 一種SDMA系統(tǒng)提高吞吐量性能的裝置，其特征在于，該裝置包括反饋信息接收模塊、反饋信息處理模塊以及選擇數(shù)據(jù)流模塊，所述反饋信息接收模塊，用于接收用戶終端發(fā)送的反饋信息； 所述反饋信息處理模塊，用于根據(jù)接收的所述反饋信息以及基站多天線之間的空間相關(guān)信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前SDMA系統(tǒng)所支持的和吞吐量；所述選擇數(shù)據(jù)流模塊，用于選擇對應(yīng)最大值的和吞吐量的發(fā)送模式，采用該發(fā)送一莫式發(fā)送數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空分多址接入SDMA系統(tǒng)提高吞吐量性能的方法、系統(tǒng)及裝置，其中，該方法包括基站接收用戶終端發(fā)送的反饋信息，該信息包括接收用戶終端在預(yù)編碼碼本中首選波束編號、信道矢量模值相關(guān)信息以及矢量相對于首選波束的相位差信息；基站根據(jù)接收的所述反饋信息以及基站多天線之間的空間相關(guān)信息，采用設(shè)定的估計(jì)算法，估計(jì)出各個發(fā)送模式下的當(dāng)前SDMA系統(tǒng)所支持的和吞吐量，選擇對應(yīng)最大值的和吞吐量的發(fā)送模式，采用該發(fā)送模式發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法、系統(tǒng)及裝置可以提高SDMA接入系統(tǒng)的發(fā)送性能。
文檔編號H04L25/03GK101459635SQ20071030211
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者杜穎鋼, 楊綠溪, 羅元釬, 黃永明 申請人:華為技術(shù)有限公司