一种协作通信的方法和系统、基站及移动终端装置.pdf

1、(10)申请公布号 CN 101989867 A(43)申请公布日 2011.03.23CN101989867A*CN101989867A*(21)申请号 200910157477.X(22)申请日 2009.07.30H04B 7/02(2006.01)H04B 7/04(2006.01)H04B 7/06(2006.01)(71)申请人华为技术有限公司地址 518129 广东省深圳市龙岗区坂田华为基地总部办公楼(72)发明人张弓 龙毅 丰大洋 程勇刘坚能(74)专利代理机构北京中博世达专利商标代理有限公司 11274代理人申健(54) 发明名称一种协作通信的方法和系统、基站及移动终端装置(

2、57) 摘要本发明的实施例公开了一种协作通信的方法和系统、基站及移动终端装置，能够复用开闭环用户，提高系统的频谱利用率。本发明实施例的方法包括：接收用户发送的信道状态信息，该信道状态信息为除去多径信号的信道状态信息获得的所述用户的直视径信号的信道状态信息；获取与所述用户信道正交的闭环用户的信道状态信息；利用所述用户的直视径信号的信道状态信息和所述闭环用户的信道状态信息进行预编码计算；利用所述预编码计算的结果向所述用户发送通信数据。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 10 页 附图 6 页CN 101989867 A 1/2页

3、21.一种协作通信的方法，其特征在于，所述方法包括：接收用户发送的信道状态信息，该信道状态信息为除去多径信号的信道状态信息获得的所述用户的直视径信号的信道状态信息；获取与所述用户信道正交的闭环用户的信道状态信息；利用所述用户的直视径信号的信道状态信息和所述闭环用户的信道状态信息进行预编码计算；利用所述预编码计算的结果向所述用户发送通信数据。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取与所述用户信道正交的闭环用户的信道状态信息包括：将所述用户的信道方向矢量与待选择的闭环用户的信道方向矢量做弦距离计算，根据所述弦距离选择闭环用户。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在获取与所述用户信道正交

4、的闭环用户的信道状态信息之前，所述方法还包括：根据所述用户的莱斯因子，确定混合空分多址的系统工作模式。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在利用所述预编码计算的结果向移动终端装置发送通信数据之前，所述方法还包括：根据所述用户及所述闭环用户的权值进行功率分配。5.一种协作通信的方法，其特征在于，所述方法包括：获取用户的信道状态信息；除去信道状态信息中多径信号的信道状态信息获得所述用户的直视径信号的信道状态信息；向基站发送所述用户的直视径信号的信道状态信息，该用户的直视径信号的信道状态信息用于基站确定协作通信方案；接收基站发送的通信数据。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述除去用户的信

5、道状态信息中多径信号的信道状态信息获取用户的直视径信号的信道状态信息包括：基于滑动窗口算法过滤掉多径信号，得到用户的信道状态信息中直视径部分的平均的信道状态信息。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过信道衰落率确定所述滑动窗口大小。8.一种基站，其特征在于，包括：信道信息接收单元，用于接收用户发送的信道状态信息，该信道状态信息为除去多径信号的信道状态信息获得的所述用户的直视径信号的信道状态信息；闭环信道信息获取单元，用于获取与所述用户信道正交的闭环用户的信道状态信息；预编码单元，用于利用所述用户发送的信道状态信息和所述闭环用户的信道状态信息进行预编码计算；发送单元，用于利用所述预编码计算

6、的结果向所述用户发送通信数据。9.根据权利要求8所述的基站，其特征在于，所述闭环信道信息获取单元包括：闭环用户选择模块，用于将所述用户的信道方向矢量与待选择的闭环用户的信道方向矢量做弦距离计算，根据所述弦距离选择闭环用户进行调度。权 利 要 求 书CN 101989867 A 2/2页310.根据权利要求9所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：模式确定单元，用于根据所述用户的莱斯因子，确定混合空分多址的系统工作模式。11.根据权利要求9所述的基站，其特征在于，所述基站还包括：功率分配单元，用于根据所述用户及所述闭环用户的权值进行功率分配。12.一种移动终端装置，其特征在于，包括：信道信息获取

7、单元，用于获取用户的信道状态信息；过滤单元，除去信道状态信息中多径信号的信道状态信息获得所述用户的直视径信号的信道状态信息；发送单元，用于向基站发送所述用户的直视径信号的信道状态信息，该用户的直视径信号的信道状态信息用于基站确定协作通信方案；接收单元，用于接收基站发送的通信数据。13.如权利要求12所述的移动终端装置，其特征在于，所述过滤单元基于滑动窗口算法过滤掉多径信号，得到用户的信道状态信息中直视径部分的平均的信道状态信息，其中所述滑动窗口的大小通过信道衰落率确定。14.一种协作通信系统，其特征在于，所述系统包括基站和移动终端装置，所述移动终端装置，用于获取用户的直视径信号的信道状态信息，

8、向基站发送所述用户的直视径信号的信道状态信息用于基站确定协作通信方案，接收基站发送的通信数据；所述基站，用于接收所述移动终端发送的用户的直视径信号的信道状态信息，获取与所述用户的信道正交的闭环用户的信道状态信息，利用所述用户的直视径信号的信道状态信息和所述闭环用户的信道状态信息进行预编码计算，并利用所述预编码计算的结果向所述用户发送通信数据。权 利 要 求 书CN 101989867 A 1/10页4一种协作通信的方法和系统、 基站及移动终端装置技术领域0001 本发明涉及无线通信技术领域，具体而言是涉及一种协作通信的方法和系统、基站及移动终端装置。背景技术0002 移动通信系统支持不同移动方

9、式的用户，包括静止，低速和高速用户。对于低速用户(对应闭环用户)，信道状态信息(Channel State Information，CSI)变化较慢，因此基站侧通过终端反馈CSI做预编码即能使闭环用户获得高质量服务。但对于高速用户(对应开环用户)，由于多普勒频移，CSI变化很快，基站很难获得实时的CSI，因此基站侧无法通过终端反馈CSI使开环用户获得高质量服务。0003 对于开环用户，在实现本发明的过程中，发明人研究发现当前协作通信中至少存在如下问题：1、协作基站的天线数目远多于服务的开环用户天线个数，某时刻基站只服务单个开环用户导致系统效率不高；2、基站很难获得开环用户瞬时的CSI，导致频谱

10、利用率低；3、由于开环的空分多址(Space-Division-Multiple-Access，SDMA)技术不能预处理用户间的干扰，只能设计某种传输结构使得在接收端处理用户间的干扰，这样必然依赖于系统天线的配置，而不能适应接收天线的变化。发明内容0004 本发明实施例提供一种协作通信的方法和系统、基站及移动终端装置，能够复用开闭环用户，提高系统的频谱利用率。0005 为实现上述目的，本发明实施例提供的一种协作通信的方法，包括：0006 接收用户发送的信道状态信息，该信道状态信息为除去多径信号的信道状态信息获得的所述用户的直视径信号的信道状态信息；0007 获取与所述用户信道正交的闭环用户的信

11、道状态信息；0008 利用所述用户的直视径信号的信道状态信息和所述闭环用户的信道状态信息进行预编码计算；0009 利用所述预编码计算的结果向所述用户发送通信数据。0010 本发明实施例提供的另一种协作通信的方法，包括：0011 获取用户的信道状态信息，除去信道状态信息中多径信号的信道状态信息获得所述用户的直视径信号的信道状态信息；向基站发送所述用户的直视径信号的信道状态信息，该用户的直视径信号的信道状态信息用于基站确定协作通信方案；接收基站发送的通信数据。0012 本发明实施例提供的基站，包括：0013 信道信息接收单元，用于接收用户发送的信道状态信息，该信道状态信息为除去多径信号的信道状态信

12、息获得的所述用户的直视径信号的信道状态信息；0014 闭环信道信息获取单元，用于获取与所述户信道正交的闭环用户的信道状态信说 明 书CN 101989867 A 2/10页5息；0015 预编码单元，用于利用所述用户发送的信道状态信息和所述闭环用户的信道状态信息进行预编码计算；0016 发送单元，用于利用所述预编码计算的结果向所述用户发送通信数据。0017 本发明实施例提供的移动终端装置，包括：0018 信道信息获取单元，用于获取用户的信道状态信息；0019 过滤单元，除去信道状态信息中多径信号的信道状态信息获得所述用户的直视径信号的信道状态信息；0020 发送单元，用于向基站发送所述用户的直

13、视径信号的信道状态信息，该用户的直视径信号的信道状态信息用于基站确定协作通信方案；0021 接收单元，用于接收基站发送的通信数据。0022 本发明实施例提供的协作通信系统，包括基站和移动终端装置，0023 所述移动终端装置，用于获取用户的直视径信号的信道状态信息，向基站发送所述用户的直视径信号的信道状态信息用于基站确定协作通信方案，接收基站发送的通信数据；0024 所述基站，用于接收所述移动终端发送的所述用户的直视径信号的信道状态信息，获取与所述用户的信道正交的闭环用户的信道状态信息，利用所述用户的直视径信号的信道状态信息和所述闭环用户的信道状态信息进行预编码计算，并利用所述预编码计算的结果向

14、所述用户发送通信数据。0025 由上述本发明实施例提供的技术方案可知，通过获取用户的直视径部分的信道状态信息和与所述用户信道正交的闭环用户的信道状态信息，能够在下行传输中开闭环用户一起调度，有效地提高多用户分集，提高系统的总容量；并且通过对所述用户及所述闭环用户分别进行预编码，能够预处理用户间干扰，使得协作基站能够适应不同用户接收天线的变化，提高了系统的频谱利用率。附图说明0026 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。0027 图1为本发明实施例提供的一种协作通信的方法流程图；0028 图2为本发明实施例提供的一种利用用户的莱斯因子确定混合SDM

15、A系统工作模式的算法流程图；0029 图3为图2在三个协作基站下为用户选择工作模式的样例；0030 图4为本发明实施例提供的2个协作基站混合调度1个开环用户和2个闭环用户的应用场景；0031 图5为图4应用场景只有1个闭环用户可供选择时的系统总容量仿真结果；0032 图6为图4应用场景有多个闭环用户可供选择时的系统总容量仿真结果；0033 图7为本发明实施例提供的另一种协作通信的方法流程图；0034 图8为本发明实施例提供的一种协作通信的系统的组成图；0035 图9为本发明实施例提供的一种下行传输混合SDMA架构图；说 明 书CN 101989867 A 3/10页60036 图10为本发明实

16、施例提供的一种基站的功能结构图；0037 图11为本发明实施例提供的一种移动终端装置的功能结构图。具体实施方式0038 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。0039 实施例一0040 参见图1，本发明实施例提供的一种协作通信的方法，包括：0041 步骤11，接收用户发送的信道状态信息，该信道状态信息为除去多径信号的信道状态信息获得的所述用户的直视径信号的信道状态信息。0042 可以理解的是，本实施例的用户可以认为是一个特别的开环用户，在特定的情况下可以反馈一定的信道状态信息。在本实施例中我们可以理解为对传统一般意义的开环用户的操作，可以让其反馈一些信

17、道状态信息。0043 对于开环用户，假设第n个基站和第m个开环用户的下行信道矩阵为莱斯信道，用Gm，n来表示，其表达式可表示为：0044 0045 其中是莱斯信道的直视径(Line of Sight，LOS)部分，是莱斯信道的瑞利信道部分，Km，n是莱斯因子，即直视径部分与瑞利部分的功率比，m，n是路损，是基站与移动终端之间距离的函数。0046 对第m个开环用户的聚合信道矩阵表示为：0047 GmGm，1Gm，2Gm，N，0048 由于开环用户的LOS部分的信道状态信息CSI变化较慢，本实施例提供了一种基于滑动窗口来估计开环用户的信道状态信息：0049 初始条件：对于n1，2，.，N，0050

18、 对第m个开环用户，m1，2，.，M，在每T个信道时刻，收集了T个信道系数后，第m个开环用户计算的更新后的信道估计值为：0051 其中，表示这T信道内的第t个信道系数。0052 也即是说，基于滑动窗口算法过滤掉开环用户信道状态信息变化快的非直视径部分，得到信道状态信息变化慢的直视径部分的平均的信道状态信息。其中，T为滑动窗口大小，T的选择应参考信道衰落率。0053 步骤12，获取与所述用户信道正交的闭环用户的信道状态信息。0054 此处选择闭环用户的原则为尽可能的减少对所述用户的干扰。与闭环用户信道正说 明 书CN 101989867 A 4/10页7交的用户受该闭环用户的影响最小，当然接近正

19、交的情况干扰也较小，在干扰可接受的范围内同样可以选择接近正交的闭环用户。将开环用户的信道方向矢量与侯选的闭环用户信道方向矢量做弦距离计算，根据弦距离对闭环用户进行调度。0055 对于闭环用户，假设第n个基站和第k个闭环用户的下行信道矩阵为瑞利信道，用其表达式可表示为：0056 0057 其中k，n是路损，是基站与移动终端之间距离的函数。0058 对第k个闭环用户的聚合信道矩阵表示为：0059 HkHk，1Hk，2Hk，N，0060 由于闭环用户的信道状态信息CSI变化较慢，对聚合信道系数奇异值分解(Singular Value Decompostion，SVD)得到：0061 其中，表示共轭转

20、置。0062 基于移动终端与基站互知的码本反馈预编码索引：0063 0064 其中，Jk为最准确量化用户k信道系数的码本索引，表示两者的弦距离。在基站侧根据移动终端反馈回来的码本索引，从码本中找出Jk对应索引的码本。0065 基于与开环用户的信道正交来选择闭环用户，其具体算法如下：0066 m个开环用户的聚合信道系数均值为：0067 对聚合信道系数均值SVD分解得：0068 将该开环用户的信道方向矢量与侯选的闭环用户信道方向矢量做弦距离计算，选择使得所述弦距离最大或接近最大的闭环用户进行调度。0069 该算法具体如下：0070 初始化：j0；选择用户索引为s1，2，K；输出用户索引，设置o，W

21、hile(jKcl)，do：0071 (1)jj+1；0072 0073 (3)Set ooUKj；0074 同时所述选择的闭环用户的个数满足：(开环用户的个数+选择的闭环用户的个数)接收天线的个数N倍的单个基站发射天线的个数，协作基站的个数为正整数。也即是说，开环用户总天线数(开环用户个数乘以每个开环用户的天线个数)加上闭环用户总天线数(闭环用户个数乘以闭环用户的天线个数)要小于协作基站总天线个数。说 明 书CN 101989867 A 5/10页80075 步骤13，利用所述用户的直视径信号的信道状态信息和所述闭环用户的信道状态信息进行预编码计算。0076 可以采用基于块对角化(Block

22、 Diagonal，BD)线性预编码算法对开闭环用户分别进行预编码。开环用户的预编码算法如下：0077 对开环用户信道做SVD分解：0078 其中是信道系数的非零空间。0079 假设系统同时支持Kcl个闭环用户，量化的信道系数为Q1，Q2，.，0080 开环用户m的干扰信道为：0081 0082 对所述干扰信道做SVD分解：0083 0084 对该开环用户进行BD运算后等价的信道为：0085 对等价信道做SVD分解：0086 得到该开环用户的预编码为：0087 同理，获得闭环用户的预编码的计算过程如下：0088 0089 0090 0091 0092 这样，利用该开环用户和所述闭环用户的混合信

23、道状态信息，使用基于BD算法的预编码方案，能够预处理用户间干扰。0093 步骤14，利用所述预编码计算的结果向所述用户发送通信数据。0094 本发明实施例提供的协作通信的方法，通过获取用户的直视径部分的信道状态信息和与所述用户信道正交的闭环用户的信道状态信息，能够在下行传输中开闭环用户一起说 明 书CN 101989867 A 6/10页9调度，有效地提高多用户分集，提高系统的总容量；并且通过对所述用户及所述闭环用户分别进行预编码，能够预处理用户间干扰，使得协作基站能够适应不同用户接收天线的变化，提高了系统的频谱利用率。0095 为了保证混合SDMA系统的性能，在获取与所述用户信道正交的闭环用

24、户的信道状态信息之前，所述方法还包括：0096 根据所述用户的莱斯因子，确定混合空分多址的系统工作模式。0097 该过程可参见附图2所示，在某用户调度时，协作基站中的每个待服务基站分别计算出所述用户的莱斯因子；遍历所述待服务基站比较所述计算出的莱斯因子与预先设定阈值的大小；只要存在一个所述计算出的莱斯因子大于预先设定的阀值，则将工作模式切换为混合SDMA的系统工作模式，同时将所述计算出的莱斯因子大于预先设定阈值的待服务基站确定为提供服务的基站。只有所述计算出的莱斯因子都小于预先设定的阀值，才选择现有的开环SDMA的系统工作模式。附图3是在三个协作基站下为用户选择工作模式的样例。0098 例如，

25、参见图4，在2个协作基站(基站1和基站2)混合调度1个开环用户和N个闭环用户的应用场景下，图5为在发送功率为43dB，只有1个闭环用户可供选择时的系统总容量的仿真结果，图6为在发送功率为43dB，有10闭环用户可供选择时的系统总容量的仿真结果，由图5和图6的仿真结果可知，即使只有一个闭环用户可供选择，复用开闭环用户的系统总容量(单位信道的可用比特数)比只服务一个开环用户提高了许多，而且，可供选择的闭环用户数目越多，系统总容量提高的越多。0099 进一步地，在利用所述用户的直视径信号的信道状态信息和所述闭环用户的信道状态信息进行预编码计算之后，所述方法还包括：0100 根据所述用户及所述闭环用户

26、的权值进行功率分配。0101 在每根天线功率受限下(比基站总功率受限更常见)，为了保证权值后的系统容量最大化，同时保证用户的性能，本发明实施例提出的优化功率分配方案如下：0102 假设有M个开环用户和Kcl个闭环用户，共G个用户GM+Kcl，令F1，F1，.，FG、P1，P1，.，PG分别为这G个用户的预编码和分配的功率。当协作基站给每个移动终端传输L个相互独立的数据流，功率分配算法如下：0103 0104 0105 0106 其中g为分配给G用户的权值，为Fg的第(g，l)的元素，Pmax为每个天线的限制功率。(*)表示功率分配用凸优化来解决。0107 这样，M个开环和K个闭环用户的下行基带

27、信号分别为：0108 说 明 书CN 101989867 A 7/10页100109 0110 其中，0111 分别表示第m个开环用户和第k个闭环用户的接收信号；0112 分别表示第m个开环用户和第k个闭环用户的预编码；0113 分别表示第m个开环用户和第k个闭环用户的功率分配矩阵；0114 分别表示对第m个开环用户和第k个闭环用户带来干扰信号的开闭环用户信号，表示高斯白噪声。0115 采用本实施例提供的基于用户的权值进行功率分配的算法，能够均衡用户服务质量和公平性，保证有不同路损和莱斯因子的用户的性能和系统容量。0116 实施例二0117 参见图7，本发明实施例提供的另一种协作通信的方法，包

28、括：0118 步骤71，获取用户的信道状态信息。0119 可以理解的是，本实施例的用户可以认为是一个特别的开环用户，在特定的情况下可以反馈一定的信道状态信息。0120 对于开环用户，假设第n个基站和第m个开环用户的下行信道矩阵为莱斯信道，用Gm，n来表示，其表达式可表示为：0121 0122 其中是莱斯信道的直视径(Line of Sight，LOS)部分，是莱斯信道的瑞利信道部分，Km，n是莱斯因子，即直视径部分与瑞利部分的功率比，m，n是路损，是基站与移动终端之间距离的函数。0123 对第m个开环用户的聚合信道矩阵表示为：0124 GmGm，1Gm，2Gm，N，0125 步骤72，除去信道状态信息中多径信号的信道状态信息获得所述用户的直视径信号的信道状态信息。0126 由于开环用户的LOS部分的信道状态信息CSI变化较慢，本实施例提供了一种基于滑动窗口来估计开环用户的信道状态信息：0127 初始条件：对于n1，2，.，N，0128 对第m个开环用户，m1，2，.，M，在每T个信道时刻，收集了T个信道系数后，第m个开环用户计算的更新后的信道估计值为：说 明 书