專利名稱：：一種基于最小總誤碼率的多基站協(xié)作線性預(yù)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種基于最小總誤碼率的多基站協(xié)作線性預(yù)編碼方法，屬于無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：在同頻組網(wǎng)的LTE-Advance系統(tǒng)中，相鄰小區(qū)間的干擾限制了小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量和吞吐量。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的頻譜利用率，提高小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量和吞吐量，必須采用相關(guān)技術(shù)有效地降低小區(qū)間的干擾。無線通信領(lǐng)域中的協(xié)作多點(diǎn)(CoordinativeMultiplePoint,以下簡(jiǎn)稱CoMP)傳輸技術(shù)是目前LTE-Advanced具有廣闊前景的技術(shù)，它在盡可能保持系統(tǒng)高頻譜利用率的基礎(chǔ)上，可以有效地避免或降低小區(qū)間干擾。CoMP模型最常用的是基于BBU+RRU的組網(wǎng)模式，類似于傳統(tǒng)上熟知的分布式天線技術(shù)，1個(gè)基站通過射頻光纖(以下簡(jiǎn)稱RoF)連接多個(gè)天線站點(diǎn)，天線站點(diǎn)類似1個(gè)無線遠(yuǎn)端單元(以下簡(jiǎn)稱RRU)，而所有的基帶處理仍集中在基站，形成集中的基帶單元(以下簡(jiǎn)稱BBU)。CoMP作為提高小區(qū)吞吐量尤其是小區(qū)邊緣吞吐量的重要手段，目前技術(shù)主要包含兩類干擾協(xié)調(diào)調(diào)度技術(shù)(CoordinatedScheduling，以下簡(jiǎn)稱CoMP-CS)和信號(hào)聯(lián)合處理技術(shù)(JointProcessing，以下簡(jiǎn)稱CoMP-JP)。其中信號(hào)聯(lián)合處理技術(shù)通過相鄰多點(diǎn)的協(xié)作通信，與協(xié)作小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的用戶共同構(gòu)成虛擬的多輸入多輸出(以下簡(jiǎn)稱ΜΙΜΟ)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使用現(xiàn)有的多用戶MIMO檢測(cè)技術(shù)對(duì)這些協(xié)作的用戶進(jìn)行信號(hào)的聯(lián)合發(fā)送和聯(lián)合接收，從而降低小區(qū)間的干擾，提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量和系統(tǒng)的平均吞吐量。多基站信號(hào)聯(lián)合處理技術(shù)是降低小區(qū)間干擾、提升小區(qū)邊緣吞吐量和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)吞吐量更本質(zhì)更有效的技術(shù)。在下行鏈路中，協(xié)作基站通過多根發(fā)送天線向多個(gè)不同用戶發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流，分集和復(fù)用導(dǎo)致每個(gè)用戶的接收信號(hào)中存在著共信道干擾(以下簡(jiǎn)稱CCI)，大大降低了系統(tǒng)的信道容量。為解決這個(gè)問題，基站往往在已知所有用戶的信道狀態(tài)信息(以下簡(jiǎn)稱CSI)的前提下，通過聯(lián)合預(yù)編碼的設(shè)計(jì)來有效地抑制CCI。聯(lián)合預(yù)編碼是一種可以在不犧牲性能的情況下降低接收端復(fù)雜性的方案，這對(duì)移動(dòng)通信下行鏈路非常適合。該方法有三個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)首先，可以在發(fā)送端提前消除多信道的信道間干擾，提升系統(tǒng)性能；其次，可以避免接收端檢測(cè)帶來的誤碼傳播，降低差錯(cuò)概率；最后，在移動(dòng)通信系統(tǒng)下行鏈路中，可以大大降低移動(dòng)臺(tái)的復(fù)雜度，為用戶和手機(jī)設(shè)備商降低成本。聯(lián)合預(yù)編碼技術(shù)要求發(fā)送端能夠獲得與信道狀態(tài)信息相關(guān)的信息。在時(shí)分雙工(以下簡(jiǎn)稱TDD)系統(tǒng)中可以通過信道互易性在上行鏈路中發(fā)送探測(cè)參考信號(hào)獲取CSI；在頻分雙工(以下簡(jiǎn)稱FDD)系統(tǒng)中，接收端往往通過前綴或者導(dǎo)頻來獲取CSI，為了能讓發(fā)射端也能知道CSI，必須要通過反饋的方式通知發(fā)射端。按照預(yù)編碼矩陣是在接收端得到還是在發(fā)射端得到，預(yù)編碼技術(shù)分為兩大類基于碼本的預(yù)編碼和非碼本的預(yù)編碼。對(duì)聯(lián)合預(yù)編碼的選擇，常用的有迫零、塊對(duì)角化分解、奇異值分解(以下簡(jiǎn)稱SVD)等線性算法，和均勻信道分解、聯(lián)合泄漏信號(hào)抑制、廣義判決反饋均衡、臟紙編碼、波束成形迭代等非線性算法，基于最大化信漏噪比、最大化信干噪比(以下簡(jiǎn)稱SINR)、最大化和速率、最小化均方誤差等準(zhǔn)則，從而降低對(duì)其他用戶的下行干擾。過去在單小區(qū)環(huán)境中，預(yù)編碼已取得很大進(jìn)展。如今，在TD-LTE的應(yīng)用場(chǎng)景中，利用MU-MIMO及多用戶信息論的觀點(diǎn)，通過聯(lián)合預(yù)編碼解決0FDM-MIM0系統(tǒng)在CoMP下行鏈路中小區(qū)間干擾或其它小區(qū)干擾問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)容量的增長(zhǎng)，是一種擴(kuò)展和挑戰(zhàn)。低復(fù)雜度聯(lián)合線性預(yù)編碼簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，非常適合在CoMP系統(tǒng)中使用。目前比較成熟的研究，主要有以下幾種傳統(tǒng)的ZF算法，復(fù)雜度低，但要求基站的發(fā)射天線數(shù)必須大于共信道干擾用戶的接收天線數(shù)之和，并且由于該預(yù)編碼策略未考慮噪聲的影響，因此在系統(tǒng)信噪比較低的情況下，系統(tǒng)的性能較差；采用波束成形法進(jìn)行聯(lián)合線性預(yù)編碼，通過迭代獲得預(yù)編解碼矩陣，能有效提高系統(tǒng)的性能，但是迭代算法具有很高的復(fù)雜度，帶來基站端更大的計(jì)算開銷和處理時(shí)延，實(shí)用性較低；基于碼本設(shè)計(jì)的預(yù)編碼算法同樣具有很低的復(fù)雜度，但是需要用戶進(jìn)行對(duì)應(yīng)碼本的計(jì)算和選擇，同時(shí)其用有限的碼本來描述所有可能的信道情況，將無法避免的人為引入信道表示的誤差，帶來性能的損失。聯(lián)合預(yù)編碼和功率分配的性能主要依賴于基站得到信道狀態(tài)信息的精確度，總結(jié)以上的聯(lián)合預(yù)編碼設(shè)計(jì)，所有這些算法都是假設(shè)CSI信道在發(fā)送端都是完全被知道的。實(shí)際上由于反饋不精確、均衡誤差、時(shí)延、信道估計(jì)誤差等原因，基站的CSI是不精確的，CSI的誤差沒有考慮在發(fā)送端的設(shè)計(jì)中，算法性能會(huì)下降。因此只有在目標(biāo)函數(shù)中考慮信道狀態(tài)誤差，聯(lián)合預(yù)編碼運(yùn)用的潛力才能發(fā)揮出來，系統(tǒng)性能才會(huì)具有魯棒性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種基于最小總誤碼率的多基站協(xié)作線性預(yù)編碼方法，將CoMP系統(tǒng)信號(hào)聯(lián)合處理中的聯(lián)合預(yù)編碼和發(fā)送功率分配兩種技術(shù)相結(jié)合，考慮實(shí)際系統(tǒng)發(fā)送端和各接收端獲得CSI不精確，并且各移動(dòng)臺(tái)CSI的誤差方差也各不相同的情況，將誤差因子引入模塊中，輔助SVD算法設(shè)計(jì)低復(fù)雜度的線性聯(lián)合預(yù)編碼，同時(shí)基于用戶公平性進(jìn)行有效的發(fā)送功率分配，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)誤碼率(以下簡(jiǎn)稱BER)性能，同時(shí)保證系統(tǒng)的整體性能和各用戶之間的公平性。本發(fā)明提出的基于最小總誤碼率的多基站協(xié)作線性預(yù)編碼方法，包括以下步驟(1)無線通信網(wǎng)絡(luò)的J個(gè)協(xié)作基站中的各協(xié)作基站分別獲取本協(xié)作基站至協(xié)作區(qū)域內(nèi)K個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道狀態(tài)信息，進(jìn)行信道估計(jì)，得到所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道的估計(jì)矩陣Ai，其中k為1、2、……K，K為用戶設(shè)備數(shù)；(2)所有協(xié)作基站根據(jù)上述獲取的第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道估計(jì)矩陣床，分別建立誤差矩陣Ek，得到所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的信道矩陣=Hk+Ek，其中&和Ek互不相關(guān)，各自符合獨(dú)立同分布和C7V(0,<)，其中<為用戶設(shè)備k的信道估計(jì)誤差方差，則所有協(xié)作基站對(duì)所有用戶設(shè)備的信道矩陣H=片+五，其中H=[Hl,HT2,...,HTK]T，應(yīng)二鉺，…，甩]rA=[碎，砹,...,4]?！碁榫仃囖D(zhuǎn)置；(3)對(duì)上述第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前估計(jì)信道矩陣仗進(jìn)行奇異值分解，得到Hk=OkK^2Vk",其中《和巧分別為反的左右奇異矩陣，Al/2=diag[\k,lk,...,Xj,k]，Au為仄的奇異值，并且《,入廣/廣的維數(shù)分別為(NkXNk),(NkXNk),(MXNk)，H為矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，則所有協(xié)作基站對(duì)所有用戶設(shè)備的信道矩陣H=Oau2Vh，其中所有協(xié)作基站向各用戶設(shè)備發(fā)送信號(hào)的聯(lián)合預(yù)編碼矩陣為F=[Pi]+和解碼矩陣G=f7"；第k個(gè)用戶設(shè)備從所有協(xié)作基站接收到的信號(hào)為其中，dk為所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備發(fā)送的經(jīng)過預(yù)處理的信號(hào)，dk=FkPkXk,Xk為第k個(gè)用戶設(shè)備所需要的數(shù)據(jù)，F(xiàn)k為第k個(gè)用戶設(shè)備的預(yù)編碼矩陣，Pk為預(yù)設(shè)的對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的功率分配矩陣，nk為噪聲矢量，為一個(gè)獨(dú)立同分布的復(fù)高斯隨機(jī)變量，服從CN(0，ο2)，Gk為第k個(gè)用戶設(shè)備的解碼矩陣，則根據(jù)上述聯(lián)合預(yù)編碼矩陣F=和解碼矩陣G=J"，所有用戶設(shè)備從所有協(xié)作基站接收到的信號(hào)的表達(dá)式為少’，其中，‘和η是同分布的噪聲矢量；(4)第j個(gè)協(xié)作基站根據(jù)上述所有用戶設(shè)備的接收信號(hào)，得到本協(xié)作基站發(fā)送數(shù)據(jù)的總誤碼率為上式中，Nk為每個(gè)用戶設(shè)備的天線數(shù)目，設(shè)個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶的第i個(gè)數(shù)據(jù)流的信干噪比為第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流的信號(hào)功率，、+σ2為第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流的干擾和噪聲部分的功率，調(diào)制采用的星座映射相關(guān)參數(shù)，取值范圍為0<gj,,,!(1；(5)根據(jù)上述各協(xié)作基站的每個(gè)協(xié)作基站發(fā)送數(shù)據(jù)的總誤碼率，建立第j個(gè)協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流的功率分配因子P1^t的目標(biāo)函數(shù)上述目標(biāo)函數(shù)中的第二式為設(shè)定的對(duì)第j個(gè)協(xié)作基站發(fā)送信號(hào)時(shí)的功率約束條件，Pj是設(shè)定的第j個(gè)協(xié)作基站的總發(fā)送功率上限，巧二[化，巧,,，...，&,,]，F(xiàn)k,j為第j個(gè)協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶的預(yù)編碼矩陣；利用拉格朗日Lagrangian法和KKT(Karush-Kahn-Tucker)條件求解上述目標(biāo)函數(shù)，得到第j個(gè)協(xié)作基站對(duì)發(fā)送給第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流時(shí)的發(fā)送功率分配因子其中拉格朗曰乘數(shù)義crEj.^tJ+σyj,kj二hkjjj,kj，本發(fā)明提出的基于最小總誤碼率的多基站協(xié)作線性預(yù)編碼方法，其優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明提出的基于最小總誤碼率的多基站協(xié)作線性預(yù)編碼方法，采用輔助SVD算法設(shè)計(jì)線性聯(lián)合預(yù)編碼，與已有的非線性設(shè)計(jì)相比，復(fù)雜度低，占用開銷少，易于實(shí)現(xiàn)，非常適用于多基站協(xié)作的CoMP系統(tǒng)。2、本發(fā)明的預(yù)編碼方法，在協(xié)作基站的信號(hào)聯(lián)合處理中將預(yù)編碼的設(shè)計(jì)和協(xié)作基站對(duì)每個(gè)用戶的功率分配相結(jié)合，以最優(yōu)化系統(tǒng)BER性能為目標(biāo)，使無線通信中的誤碼率降低，提高了通信系統(tǒng)的傳輸性能。3、本發(fā)明的預(yù)編碼方法，通過下行功率分配因子分配每個(gè)用戶的下行功率份額，保證了各用戶設(shè)備以及各協(xié)作基站間功率分配的公平性。4、本發(fā)明的預(yù)編碼方法，考慮了實(shí)際無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中發(fā)送端和各接收端獲得CSI不精確的情況，將誤差因子引入信道估計(jì)中，更加符合實(shí)際通信場(chǎng)景，具有實(shí)用性和對(duì)信道估計(jì)誤差的魯棒性。圖1是本發(fā)明方法涉及的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明方法中各協(xié)作基站與用戶設(shè)備之間的通信關(guān)系示意圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的基于最小總誤碼率的多基站協(xié)作線性預(yù)編碼方法，包括以下步驟(1)無線通信網(wǎng)絡(luò)的J個(gè)協(xié)作基站中的各協(xié)作基站分別獲取本協(xié)作基站至協(xié)作區(qū)域內(nèi)K個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道狀態(tài)信息，進(jìn)行信道估計(jì)，得到所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道的估計(jì)矩陣應(yīng)fc，其中k為1、2、……K，K為用戶設(shè)備數(shù)；(2)所有協(xié)作基站根據(jù)上述獲取的第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道估計(jì)矩陣反，分別建立誤差矩陣Ek，得到所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的信道矩陣Zfi=Hk+Ek，其中坎和Ek互不相關(guān)，各自符合獨(dú)立同分布CW(0,l-<)和CiV(O^l)，其中<為用戶設(shè)備k的信道估計(jì)誤差方差，則所有協(xié)作基站對(duì)所有用戶設(shè)備的信道矩陣//=應(yīng)+五，其中H=[Η,\Ht2,...,Ητκ]τ,Η=[Η[,Ηγ2,...,Ηγκ]τ，五=[<，砹,...,砹]F，T為矩陣轉(zhuǎn)置；(3)對(duì)上述第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前估計(jì)信道矩陣坎進(jìn)行奇異值分解，得到Hk=OkKfVk"，其中《和巧分別為反的左右奇異矩陣，K'=diag^,Xlk,...,Xj^k]’Ai,k為矻的奇異值，并且^,入丨/2,C的維數(shù)分別為(NkXNk),(NkXNk),(MXNk),H為矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，則所有協(xié)作基站對(duì)所有用戶設(shè)備的信道矩陣應(yīng)=UkmV"，其中=J/呢[《,...,K],入[入;/2,入;/2,...,M2],P=Cfeg^",C,.·《"]，所有協(xié)作基站向各用戶設(shè)備發(fā)送信號(hào)的聯(lián)合預(yù)編碼矩陣為F=『"]+和解碼矩陣G；第k個(gè)用戶設(shè)備從所有協(xié)作基站接收到的信號(hào)為其中，dk為所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備發(fā)送的經(jīng)過預(yù)處理的信號(hào)，dk=FkPkXk,xk為第k個(gè)用戶設(shè)備所需要的數(shù)據(jù)，F(xiàn)k為第k個(gè)用戶設(shè)備的預(yù)編碼矩陣，Pk為預(yù)設(shè)的對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的功率分配矩陣，nk為噪聲矢量，為一個(gè)獨(dú)立同分布的復(fù)高斯隨機(jī)變量，服從CN(0，σ2)，Gk為第k個(gè)用戶設(shè)備的解碼矩陣，則根據(jù)上述聯(lián)合預(yù)編碼矩陣F=和解碼矩陣G={}〃，所有用戶設(shè)備從所有協(xié)作基站接收到的信號(hào)的表達(dá)式為，其中，是同分布的噪聲矢量；(4)第j個(gè)協(xié)作基站根據(jù)上述所有用戶設(shè)備的接收信號(hào)，得到本協(xié)作基站發(fā)送數(shù)據(jù)的總誤碼率為-上式中，Nk為每個(gè)用戶設(shè)備的天線數(shù)目，設(shè)Nk=L，k=1,2,3……K，為第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶的第i個(gè)數(shù)據(jù)流的信干噪比為第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流的信號(hào)功率，AmP7+σ2為第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流的干擾和噪聲部分的功率，Pj=diag(pJ,1,Pj,2，Pj,κ)，gj,U為調(diào)制采用的星座映射相關(guān)參數(shù)，取值范圍為0gj,,,!(1；(5)根據(jù)上述各協(xié)作基站的每個(gè)協(xié)作基站發(fā)送數(shù)據(jù)的總誤碼率，建立第j個(gè)協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流的功率分配因子P1^t的目標(biāo)函數(shù)\上述目標(biāo)函數(shù)中的第二式為設(shè)定的對(duì)第j個(gè)協(xié)作基站發(fā)送信號(hào)時(shí)的功率約束條件，Pj是設(shè)定的第j個(gè)協(xié)作基站的總發(fā)送功率上限，ζ-[Flj,F2j,...,Fkj],Fk,j為第j個(gè)協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶的預(yù)編碼矩陣；利用拉格朗日Lagrangian法和KKT(Karush-Kahn-Tucker)條件求解上述目標(biāo)函數(shù)，得到第j個(gè)協(xié)作基站對(duì)發(fā)送給第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流時(shí)的發(fā)送功率分配因子GM^n其中拉格朗曰乘數(shù)卩口的第丄列矢量，⑷+為！??！狀㈧。)。以下結(jié)合附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容(1)無線通信網(wǎng)絡(luò)的J個(gè)協(xié)作基站中的各協(xié)作基站分別獲取本協(xié)作基站至協(xié)作區(qū)域內(nèi)K用戶設(shè)備的當(dāng)前信道狀態(tài)信息，進(jìn)行信道估計(jì)，得到所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道的估計(jì)矩陣瓦，其中k為1、2、……K，K為用戶設(shè)備數(shù)。定義Nt為每個(gè)協(xié)作基站發(fā)送天線的數(shù)目；Nk為第k個(gè)用戶設(shè)備的天線數(shù)目；為第j個(gè)基站到第k個(gè)用戶設(shè)備的信道矩陣，其中j為1、2、、」、……JXK為所有協(xié)作基站的發(fā)送總天線數(shù)目，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示?？梢酝ㄟ^協(xié)作區(qū)域中的用戶設(shè)備通過下行信道測(cè)量信道狀態(tài)，并向各協(xié)作基站反饋的方法告知當(dāng)前信道狀態(tài)信息、信干噪比及業(yè)務(wù)屬性等自身相關(guān)的信息；或者可以借助上下行信道的對(duì)稱性由各用戶設(shè)備分別發(fā)送上行解調(diào)或者探測(cè)導(dǎo)頻，各協(xié)作基站通過導(dǎo)頻獲得各個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道狀態(tài)信息，各協(xié)作基站與用戶設(shè)備之間的通信關(guān)系如圖2所(2)所有協(xié)作基站根據(jù)上述獲取的第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道估計(jì)矩陣^^，分別建立誤差信道矩陣Ek，得到協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶的所有信道矩陣民，如圖1中所示。在實(shí)際系統(tǒng)中，由于反饋不精確、均衡誤差、時(shí)延、信道估計(jì)誤差等原因，基站獲取的各用戶設(shè)備的信道狀態(tài)信息是不精確的，需要將誤差考慮其中。Hk,’k,Hlk,".,HNhk]為所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶的所有信道，或?yàn)樯鲜鐾ㄟ^信道估計(jì)得到的當(dāng)前信道的估計(jì)矩陣，Ek為信道不精確估計(jì)引入的誤差矩陣。和Ek是互不相關(guān)的，假設(shè)它們的項(xiàng)各自符合獨(dú)立同分布和CW(0,4)，其中<為用戶設(shè)備k的信道估計(jì)誤差方差。所有協(xié)作基站對(duì)所有用戶設(shè)備的信道矩陣為//=應(yīng)+五，其中孖=[//「，對(duì)，■，應(yīng)=[苽，鉺甩r』，硿，…，拉；T，t為矩陣轉(zhuǎn)置。(3)對(duì)上述第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前估計(jì)信道矩陣床進(jìn)行奇異值分解，得到Hk=ukkyl2KH，其中^和R得分別為良的左右奇異矩陣，K2=…,’入u為反的奇異值，并且^，入；/2,的維數(shù)分別為(NkXNk)，(NkXNk)，(MXNk)，H為矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。所有協(xié)作基站對(duì)所有用戶設(shè)備的信道矩陣為應(yīng)^UkulVH,其中Gsc^g^，^,...,^]^"2^^^^^;'2,；^2,...,^2]，)^...#]。所有協(xié)作基站向各用戶設(shè)備發(fā)送信號(hào)的聯(lián)合預(yù)編碼矩陣為廠=滬"]+和解碼矩陣G。采用通過對(duì)信道矩陣的SVD分解獲取預(yù)編碼矩陣和解碼矩陣，線性處理易于實(shí)現(xiàn)，并且消除了多輸入多輸出信道的相關(guān)性，使下行數(shù)據(jù)流能適應(yīng)下行的信道環(huán)境，改善下行聯(lián)合傳輸用戶的性能增碰。dk=FkPkxk為所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備發(fā)送的經(jīng)過預(yù)處理的信號(hào)，其中，xk為第k個(gè)用戶設(shè)備所需要的數(shù)據(jù)，維數(shù)(NkXl)；Fk為第k個(gè)用戶設(shè)備的預(yù)編碼矩陣，維數(shù)(MXNk)；Pk為預(yù)設(shè)的對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的功率分配矩陣。第k個(gè)用戶設(shè)備實(shí)際接收到的信號(hào)為，其中為噪聲矢量，可由上行的導(dǎo)頻信號(hào)、噪聲功率等因素得到噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，假定為獨(dú)立同分布的復(fù)高斯隨機(jī)變量，服從CN(0，o2)。對(duì)于協(xié)作區(qū)域的所有用戶設(shè)備實(shí)際接收到的信號(hào)，有9y=Hd+n,其中，《=2r,...f。將上述對(duì)片進(jìn)行SVD分解后結(jié)果帶入y表達(dá)式，可得y=Hd+n=&入“甲,FPx++其中P=diag(piaplj2'，Pi,k，P2,i，P2,2'，P2,k，Pj,i，Pj,2'，Pj,k)°經(jīng)過解碼后，該協(xié)作區(qū)域的所有用戶設(shè)備實(shí)際得到的信號(hào)為少‘二G(Hd+)=GQOWFPx+Ed+n)。將求得的聯(lián)合預(yù)編碼矩陣F=[J"]+和解碼矩陣G帶入得到y(tǒng)=0Hx0kmPx+EFd+n)=I\}nPx+OHEFd+n’’其中，P二diag(ph、，p、2,....’p、K,p2、，p22’“"，p2K’pNh”pNh’2，".”pNhK)’n'禾Pn是同分布的噪聲矢量。(4)每個(gè)協(xié)作基站根據(jù)上述所有用戶設(shè)備的接收信號(hào)，其有用信號(hào)部分為人,干擾和噪聲部分為J"五,得出第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流的信號(hào)功率為又，干擾和噪聲部分的功率為，得到第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶的第1個(gè)數(shù)據(jù)流的信干噪比為w&m-Aj'kjPj'k\j個(gè)基站發(fā)送數(shù)據(jù)的總誤碼率的表達(dá)式為為了繞開計(jì)算繁瑣的Pb,j(SINRj,k,，運(yùn)用非常近似誤碼^k=]i=\^k率的表達(dá)式x是和調(diào)制采用的星座映射相關(guān)的參數(shù)，取值范圍為0<gj,,,!(1。為了推導(dǎo)更簡(jiǎn)便，假設(shè)每個(gè)用戶設(shè)備的天線數(shù)目均為Nk=L，k為1，2，3……K。將上述帶入進(jìn)一步得到第j個(gè)基站發(fā)送數(shù)據(jù)的總誤碼率的表達(dá)式為(5)各協(xié)作基站的每個(gè)基站根據(jù)上述發(fā)送數(shù)據(jù)的總誤碼率建立各自的目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)考慮現(xiàn)實(shí)中每個(gè)基站的發(fā)送功率約束。第j個(gè)基站的發(fā)送信號(hào)為，其中Pj=diag(pM，Pp，....，Py)，設(shè)信號(hào)的平均功率為單位功率，建立第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流的功率分配因子的目標(biāo)函數(shù)其中，Pj是第j個(gè)基站的總發(fā)送功率上限，巧,Fk,j表示第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶的預(yù)編碼矩陣。。對(duì)該優(yōu)化問題進(jìn)行求解，利用Lagrangian法將表達(dá)式轉(zhuǎn)化為其中入是Lagrangian乘數(shù)。這是凸函數(shù)問題，利用相關(guān)KKTO^rush-Kahn-Tucker)計(jì)算得到功率分配因子的表求得的功率分配因子第j個(gè)基站對(duì)發(fā)送給第k個(gè)用戶設(shè)備的第l個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行相應(yīng)的發(fā)送功率分配。權(quán)利要求一種基于最小總誤碼率的多基站協(xié)作線性預(yù)編碼方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)無線通信網(wǎng)絡(luò)的J個(gè)協(xié)作基站中的各協(xié)作基站分別獲取本協(xié)作基站至協(xié)作區(qū)域內(nèi)K個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道狀態(tài)信息，進(jìn)行信道估計(jì)，得到所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道的估計(jì)矩陣其中k為1、2、……K，K為用戶設(shè)備數(shù)；(2)所有協(xié)作基站根據(jù)上述獲取的第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前信道估計(jì)矩陣分別建立誤差矩陣Ek，得到所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的信道矩陣其中和Ek互不相關(guān)，各自符合獨(dú)立同分布和其中為用戶設(shè)備k的信道估計(jì)誤差方差，則所有協(xié)作基站對(duì)所有用戶設(shè)備的信道矩陣其中T為矩陣轉(zhuǎn)置；(3)對(duì)上述第k個(gè)用戶設(shè)備的當(dāng)前估計(jì)信道矩陣進(jìn)行奇異值分解，得到其中和分別為的左右奇異矩陣，λi，k為的奇異值，并且的維數(shù)分別為(Nk×Nk)，(Nk×Nk)，(M×Nk)，H為矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，則所有協(xié)作基站對(duì)所有用戶設(shè)備的信道矩陣其中所有協(xié)作基站向各用戶設(shè)備發(fā)送信號(hào)的聯(lián)合預(yù)編碼矩陣為和解碼矩陣第k個(gè)用戶設(shè)備從所有協(xié)作基站接收到的信號(hào)為<mrow><msub><mi>y</mi><mi>k</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>G</mi><mi>k</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>H</mi><mi>k</mi></msub><mi>d</mi><mo>+</mo><msub><mi>n</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>G</mi><mi>k</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>H</mi><mi>k</mi></msub><msub><mi>d</mi><mi>k</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>H</mi><mi>k</mi></msub><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>≠</mo><mi>k</mi></mrow><mi>K</mi></munderover><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>n</mi><mi>k</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>其中，dk為所有協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備發(fā)送的經(jīng)過預(yù)處理的信號(hào)，dk＝FkPkxk，xk為第k個(gè)用戶設(shè)備所需要的數(shù)據(jù)，F(xiàn)k為第k個(gè)用戶設(shè)備的預(yù)編碼矩陣，Pk為預(yù)設(shè)的對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的功率分配矩陣，nk為噪聲矢量，為一個(gè)獨(dú)立同分布的復(fù)高斯隨機(jī)變量，服從CN(0，σ2)，Gk為第k個(gè)用戶設(shè)備的解碼矩陣，則根據(jù)上述聯(lián)合預(yù)編碼矩陣和解碼矩陣所有用戶設(shè)備從所有協(xié)作基站接收到的信號(hào)的表達(dá)式為<mrow><msup><mi>y</mi><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mi>G</mi><mrow><mo>(</mo><mi>Hd</mi><mo>+</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mover><mi>U</mi><mo>~</mo></mover><mi>H</mi></msup><mo>×</mo><mrow><mo>(</mo><mover><mi>U</mi><mo>~</mo></mover><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mi>Px</mi><mo>+</mo><mi>EFd</mi><mo>+</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mover><mi>Λ</mi><mo>~</mo></mover><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mi>Px</mi><mo>+</mo><msup><mover><mi>U</mi><mo>~</mo></mover><mi>H</mi></msup><mi>EFd</mi><mo>+</mo><msup><mi>n</mi><mo>′</mo></msup><mo>,</mo></mrow>其中，<mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><mi>diag</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>p</mi><mn>1,1</mn></msub><mo>,</mo><msub><mi>p</mi><mn>1,2</mn></msub><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><msub><mi>p</mi><mrow><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>K</mi></mrow></msub><mo>,</mo><msub><mi>p</mi><mn>2,1</mn></msub><mo>,</mo><msub><mi>p</mi><mn>2,2</mn></msub><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><msub><mi>p</mi><mrow><mn>2</mn><mo>,</mo><mi>K</mi></mrow></msub><mo>,</mo><msub><mi>p</mi><mrow><msub><mi>N</mi><mi>b</mi></msub><mo>,</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>,</mo><msub><mi>p</mi><mrow><msub><mi>N</mi><mi>b</mi></msub><mo>,</mo><mn>2</mn></mrow></msub><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><msub><mi>p</mi><mrow><msub><mi>N</mi><mi>b</mi></msub><mo>,</mo><mi>K</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>n′和n是同分布的噪聲矢量；(4)第j個(gè)協(xié)作基站根據(jù)上述所有用戶設(shè)備的接收信號(hào)，得到本協(xié)作基站發(fā)送數(shù)據(jù)的總誤碼率為<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>b</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>5</mn><mi>KL</mi></mrow></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>K</mi></munderover><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>l</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>L</mi></munderover><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mrow><mo>-</mo><mi>g</mi></mrow><mrow><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>l</mi></mrow></msub><msub><mi>SINR</mi><mrow><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>l</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow>上式中，Nk為每個(gè)用戶設(shè)備的天線數(shù)目，設(shè)Nk＝L，k＝1，2，3……K，為第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶的第1個(gè)數(shù)據(jù)流的信干噪比，為第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第l個(gè)數(shù)據(jù)流的信號(hào)功率，為第j個(gè)基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第l個(gè)數(shù)據(jù)流的干擾和噪聲部分的功率，Pj＝diag(pj，1，pj，2，....，pj，k)，gj，k，l為調(diào)制采用的星座映射相關(guān)參數(shù)，取值范圍為0＜gj，k，l≤1；(5)根據(jù)上述各協(xié)作基站的每個(gè)協(xié)作基站發(fā)送數(shù)據(jù)的總誤碼率，建立第j個(gè)協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶設(shè)備的第l個(gè)數(shù)據(jù)流的功率分配因子pl，j，k的目標(biāo)函數(shù)<mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><munder><mi>min</mi><msub><mi>P</mi><mrow><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>l</mi></mrow></msub></munder></mtd><mtd><msub><mi>P</mi><mrow><mi>b</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>5</mn><mi>KL</mi></mrow></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>K</mi></munderover><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>l</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>L</mi></munderover><mi>exp</mi><mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><msub><mi>g</mi><mrow><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>l</mi></mrow></msub><msub><mi>SINR</mi><mrow><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>,</mo><mi>l</mi></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>s</mi><mo>.</mo><mi>t</mi><mo>.</mo></mtd><mtd><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><msub><mi>KN</mi><mi>k</mi></msub></munderover><msubsup><mi>p</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><msubsup><mover><mi>F</mi><mo>‾</mo></mover><mi>j</mi><mi>H</mi></msubsup><msub><mover><mi>F</mi><mo>‾</mo></mover><mi>j</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>≤</mo><msub><mi>P</mi><mi>j</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced>上述目標(biāo)函數(shù)中的第二式為設(shè)定的對(duì)第j個(gè)協(xié)作基站發(fā)送信號(hào)時(shí)的功率約束條件，Pj是設(shè)定的第j個(gè)協(xié)作基站的總發(fā)送功率上限，F(xiàn)k，j為第j個(gè)協(xié)作基站對(duì)第k個(gè)用戶的預(yù)編碼矩陣；利用拉格朗日法和KKT條件求解上述目標(biāo)函數(shù)，得到第j個(gè)協(xié)作基站對(duì)發(fā)送給第k個(gè)用戶設(shè)備的第1個(gè)數(shù)據(jù)流時(shí)的發(fā)送功率分配因子其中拉格朗日乘數(shù)為Fj，k的第1列矢量，(α)+為max(a，0)。FSA00000141410000011.tif,FSA00000141410000012.tif,FSA00000141410000013.tif,FSA00000141410000014.tif,FSA00000141410000015.tif,FSA00000141410000016.tif,FSA00000141410000017.tif,FSA00000141410000018.tif,FSA00000141410000019.tif,FSA000001414100000110.tif,FSA000001414100000111.tif,FSA000001414100000112.tif,FSA000001414100000113.tif,FSA000001414100000114.tif,FSA000001414100000115.tif,FSA000001414100000116.tif,FSA000001414100000117.tif,FSA000001414100000118.tif,FSA000001414100000119.tif,FSA000001414100000120.tif,FSA000001414100000121.tif,FSA000001414100000122.tif,FSA000001414100000123.tif,FSA000001414100000124.tif,FSA000001414100000125.tif,FSA000001414100000127.tif,FSA000001414100000128.tif,FSA00000141410000023.tif,FSA00000141410000024.tif,FSA00000141410000025.tif,FSA00000141410000027.tif,FSA00000141410000028.tif,FSA00000141410000029.tif,FSA000001414100000210.tif,FSA000001414100000211.tif全文摘要本發(fā)明涉及一種基于最小總誤碼率的多基站協(xié)作線性預(yù)編碼方法，屬于無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
。首先，各協(xié)作基站獲取至用戶設(shè)備的當(dāng)前信道狀態(tài)信息得到當(dāng)前信道估計(jì)矩陣；各協(xié)作基站引入信道估計(jì)誤差得到對(duì)每個(gè)用戶的設(shè)備信道矩陣；各協(xié)作基站計(jì)算每個(gè)用戶設(shè)備對(duì)應(yīng)的聯(lián)合預(yù)編碼矩陣和解碼矩陣；最后，各協(xié)作基站以發(fā)送數(shù)據(jù)流的總誤碼率為目標(biāo)函數(shù)、以每個(gè)基站的發(fā)送功率為約束條件，求得每個(gè)基站對(duì)各用戶設(shè)備的下行功率分配因子。本發(fā)明方法將預(yù)編碼和發(fā)送功率分配相結(jié)合，考慮了實(shí)際系統(tǒng)中獲取信道狀態(tài)信息不精確性，其中的預(yù)編碼技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)，所用下行功率分配兼顧用戶公平性，提高了系統(tǒng)BER性能，適合于多基站協(xié)作的場(chǎng)景。文檔編號(hào)H04L1/00GK101867462SQ20101018585公開日2010年10月20日申請(qǐng)日期2010年5月21日優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日發(fā)明者吳佳,張長(zhǎng),徐翼,曾捷,粟欣,高暉申請(qǐng)人:清華大學(xué)