專利名稱：動態分簇減小隱式反饋開銷方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，特別是一種動態分簇減小下行鏈路多點協作隱式 反饋開銷的方法。
背景技術：
在下一代移動通信長期演進(LTE-A)系統中，為了解決無線網絡中多點協作架構 下用戶反饋信息量大且反饋精度不夠精確的問題，采用了各種反饋壓縮機制來減小下行鏈 路多點協作隱式反饋開銷。例如，專利申請“減小下行鏈路多點協作隱式反饋開銷方法”(申 請號201010013573. X)公開的技術方案。該技術方案為了滿足LTE-A的性能指標，尤其是達到LTE-A對小區邊緣用戶的性 能要求，在下行鏈路多點協作聯合傳輸技術下，進行信道狀態信息的反饋。在下行多點協作 聯合接收場景中，要實現服務基站、協作基站和用戶之間協作傳輸，服務基站需要獲得協作 基站的全部信道信息。因此，要求用戶將全部的信道狀態信息反饋給服務基站，并通過服務 基站和協作基站之間的協調，選擇合適的傳輸鏈路。該技術方案采用隱式反饋模式，以避免 顯式反饋模式將全部的信道響應信息反饋給基站，而帶給系統巨大的開銷。在隱式反饋模 式下，用戶將信道響應信息量化為信道質量指示/預編碼矩陣指示符/秩指示(CQI/PMI/ RI)等進行反饋。在信道信息量化成SNR值時，采用了單碼本進行預編碼。在單用戶情況 下，通過隱式反饋就可以完成多點協作中諸如動態小區選擇、協作抑制干擾的主要操作。從反饋的數據形式來看，該技術方案的信道信息反饋方法主要是基于CQI的信道 質量指示反饋方法，如反饋信干噪比SINR，這種反饋方法有較少反饋量，一般用于隨機波束 形成。在下行鏈路多點協作聯合處理模式下，用戶只需反饋到服務基站單條鏈路的信道質 量指示CQI，并且只需反饋單條鏈路的信噪比SNR值，在此基礎上，將相鄰的物理資源塊分 為一個簇，以簇內物理資源塊的統計CQI信息作為該簇的CQI信息反饋回給服務基站，服務 基站根據反饋回的SNR信息與協作基站聯合傳輸為用戶傳輸數據，從而減小反饋量。該技 術方案雖然通過選擇合適的SNR門限值，可在保證系統容量的前提下，大幅度的減小用戶 的反饋開銷，但是該技術方案沒有考慮到每個簇中統計的CQI信息的精度，并且反饋開銷 仍然比較大。
發明內容
本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種動態分簇減小下行鏈路多 點協作隱式反饋開銷的方法。為實現上述目的，本發明的技術方案通過對物理資源塊動態分簇，以簇為單位反 饋信道信息；并且在用戶端預設量化誤差門限值h，保證每個簇的CQI量化誤差小于預設量 化誤差門限值。本發明的具體步驟如下(1)劃分用戶所處的服務小區。
(2)選擇多點協作小區。(3)用戶對導頻信息進行檢測后，用信噪比值表示信道狀態信息。用戶根據接收的 本小區服務基站所發送的導頻信息，檢測下行鏈路傳輸物理資源塊共M(M為大于0的整數)
個。對于第k個物理資源塊，根據信噪比公式SA^(Ar) = 11 QkHkPk ||2 ￡求出一個信噪比值，其
N
中Hk為信道增益，Qk、Pk為傳輸第k個物理資源塊時的預編碼矩陣，E是為每個物理資源塊 選擇的發送功率，N為加性高斯白噪聲。(4)物理資源塊重排。用戶按照信道條件對所有物理資源塊進行重排。(5)對物理資源塊分簇判決。用戶確定分簇時的量化誤差標準量，以標準量化誤差 為判決門限對重排后的物理資源塊進行分簇判決。(6)向基站反饋信道信息。用戶統計分簇數目和每個簇內包含的物理資源塊數目， 以簇為單位將信道信息反饋回給服務基站。(7)服務基站對資源進行調度。服務基站根據用戶反饋回的信噪比信息，向協作小 區基站發起協作請求，協作基站接到請求后，使用和服務基站相同的頻率資源，向用戶發送 相同的數據信息。本發明與現有技術相比具有以下優點第一，本發明在信道信息用SNR值表示時，預編碼采用了雙碼本，比起現有技術采 用單碼本進行預編碼的方案，由于可共選擇的碼本更多，與信道更匹配，精度更高，反饋信 息質量將更好。第二，本發明對物理資源塊進行重排后，比起現有技術不進行物理資源塊重排的 方案，由于相鄰的物理資源塊SNR值更加接近，從而使分簇產生的誤差更小，平均CQI值更 加精確，更加接近實際信道估計信息。第三，本發明采用動態分簇，比起現有技術使用固定長度分簇的方案，由于在用戶 端預設量化誤差門限值h，通過門限值比較判決來確定簇內量化誤差小于用戶端預設的量 化誤差門限，從而增加了每個簇的精度，使得降低反饋開銷的同時，保證了反饋CQI信息更 加精確，與壓縮比率相比，對原有系統吞吐量幾乎不產生影響。本發明使用于協作小區數多、通信時間長的熱點區域時，反饋信息質量好，與估算 的實際信道信息接近，能更合理有效的利用頻譜，降低了使用成本。
圖1為本發明的流程圖。圖2為本發明的系統模型圖。圖3為本發明與現有技術比較后的系統反饋量比值圖。
具體實施例方式參照圖1，本發明的具體實施步驟如下步驟1，劃分用戶所處的服務小區。根據服務小區半徑大小或者是基站發送信號強弱，將用戶所處的服務小區劃分為 中心區域和邊緣區域。
圖2描述了根據服務小區半徑大小劃分服務小區的實施例，其中服務小區半徑為 R米，中心區域范圍為0 r米，邊緣區域范圍為r R米。步驟2，選擇多點協作小區。當用戶位于中心 區域時，只有服務基站為用戶提供服務；當用戶位于邊緣區域時，由于存在路徑損耗，在離用戶最近的L個小區中根據鏈 路質量選擇小區為用戶提供服務。圖2描述了用戶位于邊緣區域時的情況，其中HpH1……Hh分別為cQ、C1……Cm 到用戶的信道矩陣。本實施例假設基站發送功率都相等，則用戶接收到的信號為y = QoHoPoS+QiHiPiS+Q^^^......+Ο^ΚΗΡ^β+ηHi (i = 0，1……L-1)為信道增益，發送端天線和接收端天線數目為Nt XNr = 8 X 2， 對Hi奇異值分解得Hi = UidVi，Ui和Vi為酉矩陣，d為Hi的特征矩陣，s為發送信息，η為加 性高斯白噪聲，QiUi = 0，1……L-1)為第i條鏈路上的預編碼矩陣，其大小分別為Ui、Vi 的第一列元素。步驟3，用戶對導頻信息進行檢測后，用信噪比(SNR)值表示信道狀態信息。基站通過波束將擬要發送的導頻信息傳輸給用戶，每個波束僅傳輸一個用戶的導 頻信息。用戶在導頻信息上檢測出M個下行鏈路傳輸物理資源塊，再將每個物理資源塊的 狀態信息通過下列公式計算出信噪比(SNR)值SNR(k) = 11 QkHkPk 11 E (公式 1)
N其中，SNR(k)為第k個物理資源塊上的信噪比值k = 1,2,3, ......，MHk為信道增益Qk、Pk為傳輸第k個物理資源塊時的預編碼矩陣；E為發送功率N為加性高斯白噪聲功率。步驟4，用戶按照信道條件對所有物理資源塊進行重排。用戶將計算出的物理資源塊的信噪比(SNR)值按照從大到小的順序進行排列。步驟5，對重排后物理資源塊分簇判決。5a)確定量化誤差標準量，用戶將在固定長度分簇下測得每個簇包含的物理資源 塊的信噪比(SNR)平均值，確定為量化誤差標準量h，以h為量化誤差判決門限進行分簇判 決。5b)將所有物理資源塊作為一個簇，以h為量化誤差判決門限進行判決。5c)使用步驟3中的(公式1)計算步驟5b)簇內物理資源塊的平均信噪比(SNR) 值作為量化誤差hi，若hi > h，則進行步驟5d)，若hi < h，則進行步驟5e)。5d)將步驟5b)簇內的物理資源塊按照從左至右的順序取Y個(Y為一個整數， 1 < Y <M)，作為一個新簇，將該新簇代入步驟5c)中進行量化誤差的判斷。5e)判斷步驟5b)簇外是否還有剩余物理資源塊。統計步驟5b)簇內的物理資源 塊數目Z個(Z為整數，1 ^ Z ^ Μ),如果沒有剩余物理資源塊，則進行步驟5f)。如果有剩余物理資源塊，將步驟5b)簇內的物理資源塊數目增加一個，得到(Z+1)個物理資源塊，作 為一個新簇，使用步驟3中的(公式1)計算獲得新簇的量化誤差h2，當h2>h時，將步驟 5b)的物理資源塊作為一個簇，分簇結束。當h2 < h時，統計剩余物理資源塊數目W個(W 為整數，1 < WSM)后，將步驟5b)簇內的Z個物理資源塊與向右 延長β個物理資源塊(β 為一個整數，1 < β <W)相加，得到(Ζ+β)個物理資源塊，作為一個新簇，將該新簇代入步 驟5c)中進行量化誤差的判斷。5f)判斷M-Z是否為0。若不為0，將M與Z個物理資源塊相減后，得到的物理資源 塊作為新的總物理資源塊，將該新的總物理資源塊替代步驟5b)中的所有物理資源塊后， 進行步驟5b)；若為0，則分簇結束。步驟6，向基站反饋信道信息。用戶統計總共分簇的數目及每個簇內包含的物理資源塊，以簇為單位將信道信息 反饋回給發送端基站。步驟7，服務基站對資源進行調度。服務基站根據用戶反饋回的信噪比信息，向協作小區基站發起協作請求，協作基 站接到請求后，使用和服務基站相同的頻率資源，向用戶發送相同的數據信息。本發明的實施效果可通過以下仿真做進一步說明仿真條件本發明的仿真中首先要構建一個下行鏈路多點協作模型。該協作模型包括一個服 務基站和兩個協作基站，在考慮用戶處于邊緣區域時的系統容量和反饋量大小時，仿真參 數選取如表1所示
"^lΓ1
發送天線數目8
接收天線數目2
小區數目3
物理資源塊總數目48
帶寬IOMHz
碼本數目4
每個物理資源塊上發送功率50^
噪聲功率75mw
每個小區用戶數目20
"Hl瑞利信道
權利要求
動態分簇減小隱式反饋開銷方法，包括如下步驟(1)劃分用戶所處的服務小區；(2)選擇多點協作小區；(3)用戶對導頻信息進行檢測后，用信噪比(SNR)值表示信道狀態信息，用戶根據接收的本小區服務基站所發送的導頻信息，檢測下行鏈路傳輸物理資源塊共M個，再將每個物理資源塊的狀態信息通過下列公式計算出信噪比(SNR)值 <mrow><mi>SNR</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msup> <mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mi>Q</mi> <mi>k</mi></msub><msub> <mi>H</mi> <mi>k</mi></msub><msub> <mi>P</mi> <mi>k</mi></msub><mo>|</mo><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mi>E</mi> </mrow> <mi>N</mi></mfrac> </mrow>其中，SNR(k)為第k個物理資源塊上的信噪比值k＝1，2，3，……，MHk為信道增益Qk、Pk為傳輸第k個物理資源塊時的預編碼矩陣E為發送功率N為加性高斯白噪聲；(4)用戶按照信道條件對所有物理資源塊進行重排；(5)對重排后物理資源塊分簇判決，用戶預先設定分簇時的量化誤差標準量，以標準量化誤差為判決門限對重排后的物理資源塊進行分簇判決；(6)向基站反饋信道信息，用戶統計分簇數目和每個簇內包含的物理資源塊數目，以簇為單位將信道信息反饋回給服務基站；(7)服務基站對資源進行調度，服務基站根據用戶反饋回的信噪比信息，向協作小區基站發起協作請求，協作基站接到請求后，使用和服務基站相同的頻率資源，向用戶發送相同的數據信息。
2.根據權利要求1所述的動態分簇減小隱式反饋開銷方法，其特征在于所述步驟(1) 的劃分服務小區是根據服務小區半徑大小，將用戶所處服務小區劃分為中心區域和邊緣區 域，設定用戶所處的服務小區半徑為R米，以基站為中心將O r半徑范圍劃分為中心區 域，r R半徑范圍劃分為邊緣區域，R > r。
3.根據權利要求1所述的動態分簇減小隱式反饋開銷方法，其特征在于所述步驟(1) 的劃分小區是根據基站發送信號強弱，將用戶所處服務小區劃分為中心區域和邊緣區域， 設定用戶所處的服務小區信號強度大于α劃分為中心區域，信號強度小于α劃分為邊緣 區域。
4.根據權利要求1所述的動態分簇減小隱式反饋開銷方法，其特征在于所述步驟(2) 的選擇多點協作小區的原則是，中心區域的用戶，由本小區服務基站為其提供服務；邊緣區 域的用戶，由本小區服務基站和協作小區服務基站共同為其提供服務。
5.根據權利要求1所述的動態分簇減小隱式反饋開銷方法，其特征在于所述步驟(3) 的用戶接收本小區服務基站所發送的導頻信息是，基站通過波束將擬要發送的導頻信息傳 輸給用戶，每個波束僅傳輸一個用戶的導頻信息。
6.根據權利要求1所述的動態分簇減小隱式反饋開銷方法，其特征在于所述步驟(4) 的用戶按照信道條件對所有物理資源塊進行重排，是指按照用戶端計算的信噪比(SNR)值 從大到小按順序進行排列。
7.根據權利要求1所述的動態分簇減小隱式反饋開銷方法，其特征在于所述步驟(5) 的用戶對重排后的物理資源塊進行分簇判決步驟如下5a)確定量化誤差標準量，用戶將在固定長度分簇下測得每個簇包含的物理資源塊的 信噪比(SNR)平均值，確定為量化誤差標準量h，以h為量化誤差判決門限進行分簇判決； 5b)將所有物理資源塊作為一個簇，以h為量化誤差判決門限進行判決； 5c)使用步驟(3)中的公式計算步驟5b)簇內物理資源塊的平均信噪比(SNR)值作為 量化誤差hl，若hi >h，則進行步驟5d)，若hi <h，則進行步驟5e)；5d)將步驟5b)簇內的物理資源塊按從左至右的順序取出Y個(Y為一個整數，1 < Y < M)，獲得一個新簇，將該新簇代入步驟5c)中進行量化誤差的判斷；5e)判斷步驟5b)簇外是否還有剩余物理資源塊，統計步驟5b)簇內的物理資源塊數 目Z個(Z為整數，1彡Z彡M)，如果沒有剩余物理資源塊，則進行步驟5f)；如果有剩余物 理資源塊，將步驟5b)簇內的物理資源塊數目增加一個，得到(Z+1)個物理資源塊，作為一 個新簇，使用步驟(3)中的公式計算獲得新簇的量化誤差h2，當h2>h時，將步驟5b)的 物理資源塊作為一個簇，分簇結束；當h2 < h時，統計剩余物理資源塊數目W個(W為整數， WSM)后，將步驟5b)簇內的Z個物理資源塊與向右延長β個物理資源塊(β為一個 整數，1 < β < W)相加，得到(Ζ+β)個物理資源塊，作為一個新簇，將該新簇代入步驟5c) 中進行量化誤差的判斷；5f)判斷M-Z是否為0，若不為0，將M與Z個物理資源塊相減后，得到的物理資源塊作 為新的總物理資源塊，將該新的總物理資源塊替代步驟5b)中的所有物理資源塊后，進行 步驟5b)，若為0，則分簇結束。
全文摘要
一種無線通信技術領域的動態分簇減少隱式反饋開銷方法，其步驟包括(1)劃分用戶所處的服務小區；(2)選擇多點協作小區；(3)用戶對導頻信息進行檢測后，用信噪比值表示信道狀態信息；(4)用戶按照信道條件對物理資源塊進行重排；(5)對重排后物理資源塊分簇判決；(6)以簇為反饋單位，向基站反饋信道信息；(7)服務基站根據反饋的信道信息對資源進行調度。本發明通過雙碼本預編碼和動態分簇，在不影響系統容量的前提下，可減小用戶反饋開銷，廣泛地適用于復雜的網絡系統和用戶業務量大的場合。
文檔編號H04L1/06GK101951686SQ20101050513
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者呂瀟瀟, 呂磊, 楊清海 申請人:西安電子科技大學