CN104113367B - 混合协作多点传输系统中的反馈方法及相关的用户设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了由混合CoMP系统中的用户设备执行的反馈方法及相关的用户设备。所述方法包括：接收来自多个无线收发站的参考信号；基于接收到的参考信号进行信道估计，得到该用户设备与各无线收发站之间的信道的量化后的信道方向信息；将量化后的信道方向信息反馈给各无线收发站；接收来自多个无线收发站的专用正交参考信号或者控制信令；基于接收到的专用正交参考信号或者控制信令进行信道估计，得到来自执行联合发射JT的无线收发站的信号之间的量化后的相位差信息；以及将量化后的相位差信息反馈给无线收发站中的参考无线收发站。本发明还公开了与反馈方法结合使用的由混合CoMP系统中的参考无线收发站执行的通信方法及相关的无线收发站。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信协作多点传输(CoMP)技术领域，具体涉及由混合CoMP系统中的用户设备执行的反馈方法及相关的用户设备，还涉及与反馈方法结合使用的由混合CoMP系统中的参考无线收发站执行的通信方法及相关的无线收发站。
背景技术
协作多点传输(CoMP)是围绕IMT Advanced的目标而提出的通过小区内不同射频接入点(RRU)协作、小区和其他所属中继协作、小区间协作等多种多点协作方式，减少小区边缘干扰、提高小区边缘频谱效率、增加有效覆盖的技术措施。
CoMP技术可以把多个节点视为受控于某个中心节点或超级节点的虚拟设备，其共享数据、信道状态信息，并且同时、同频发射。为了使得多个无线收发站之间共享信道状态信息，往往采用量化反馈技术，通过反馈码本码字序号的方式，使无线收发站获得部分信道状态信息，从而较大程度上减少系统的反馈开销。
在单小区MU-MIMO系统中，传统的量化反馈技术通过反馈量化后的信道方向信息(CDI)和信道质量信息(CQI)，可以获得较好的系统性能。然而，在CoMP系统中沿用传统的量化反馈技术可能导致用户设备在接收多个无线收发站发射的信号时发生信号相消的效果，从而造成系统性能的下降。
发明内容
鉴于在CoMP系统中应用传统量化反馈技术的以上缺陷，本发明的目的在于：提出一种新颖的混合CoMP系统中的用户设备执行的反馈方法及相关的用户设备，克服多点传输所导致的相位模糊问题，使得用户端接收信号相干叠加。
本发明的另一目的在于提出与该新颖的反馈方法结合使用的由混合CoMP系统中的参考无线收发站执行的通信方法及相关的无线收发站。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种由混合CoMP系统中的用户设备执行的反馈方法，包括以下步骤：i)接收来自多个无线收发站的参考信号；ii)基于接收到的参考信号进行信道估计，得到该用户设备与各无线收发站之间的信道的量化后的信道方向信息；iii)将量化后的信道方向信息反馈给各无线收发站；iv)接收来自多个无线收发站的专用正交参考信号或者控制信令，所述专用正交参考信号是采用针对用户设备构造的预编码发射的，所述控制信令向用户设备通知针对用户设备构造的预编码；v)基于接收到的专用正交参考信号或者控制信令进行信道估计，得到来自执行JT的无线收发站的信号之间的量化后的相位差信息；以及vi)将量化后的相位差信息反馈给无线收发站中的参考无线收发站。
通过联合反馈信道方向信息和相位差信息，在无线收发站的协作方式分别为协同调度/协同波束赋形(CS/CB，Coordinated scheduling/beamforming)以及多点联合发射(JT，Joint Transmission)的混合CoMP系统中，无线收发站能够通过预编码相位调整，克服多点传输所导致的相位模糊问题，使得用户端接收信号相干叠加。
优选地，针对用户设备k，以下式为准则，分配用于向每个无线收发站l反馈量化后的信道方向信息的比特数Bl和用于向参考无线收发站反馈量化后的相位差信息的比特数P1：
max SINRk
其中，B表示用户设备k能够用来进行反馈的总反馈比特数。
基于上述分配准则合理分配信道方向信息和相位差信息的反馈开销，可以在减小因相位模糊造成的接收端信号合并相消影响的同时提高反馈比特的利用效率。
优选地，根据本发明的第一方面的方法的步骤ii)进一步包括：计算每个无线收发站l和用户设备k之间的信道信息根据计算归一化的信道方向信息；以及根据将归一化的信道方向信息量化为Bl比特的量化后的信道方向信息其中，表示信道方向信息的码本，其中， 表示N*M的复空间，N和M分别表示用户设备k和无线收发站l的天线数目。
优选地，根据本发明第一方面的方法的步骤v)进一步包括：根据计算来自执行JT的各无线收发站的信号之间的相位夹角，其中，为参考无线收发站的参考相位；以及根据将相位夹角θk量化为P1比特的量化后的相位差信息其中，表示相位码本，其中，
根据本发明的第二方面，提供了一种由混合协作多点传输系统中的参考无线收发站执行的通信方法，包括：i)参考无线收发站lref接收从用户设备k反馈的量化后的信道方向信息ii)基于接收到的量化后的信道方向信息构造预编码；iii)接收从用户设备k反馈的量化后的相位差信息以及iv)基于接收到的量化后的相位差信息进行预编码相位补偿。
优选地，根据本发明第二方面的方法的步骤ii)进一步包括：根据将接收到的量化后的信道方向信息聚合；根据构造无线收发站l的发射预编码矩阵；以及对进行归一化，并获取归一化后的的第k列，作为参考无线收发站lref的针对用户k的预编码
优选地，在根据本发明第二方面的步骤iv)中，根据进行预编码相位补偿。
根据本发明的第三方面，提供了一种用户设备，包括：信号接收单元，用于接收来自多个无线收发站的参考信号，所述信号接收单元还用于接收来自多个无线收发站的专用正交参考信号或者控制信令，所述专用正交参考信号是采用所构造的针对用户设备的预编码发射的，所述控制信令向用户设备通知所构造的针对用户设备的预编码；信道方向信息估计和量化单元，用于根据接收到的参考信号进行信道估计，得到该用户设备与各无线收发站之间的信道的量化后的信道方向信息；反馈单元，用于将量化后的信道方向信息反馈给各无线收发站；以及相位差信息估计和量化单元，用于根据接收到的专用正交参考信号或者控制信令进行信道估计，得到来自执行JT的无线收发站的信号之间的量化后的相位差信息；其中，所述反馈单元进一步将量化后的相位差信息反馈给无线收发站中的参考无线收发站。
优选地，根据本发明第三方面的用户设备的信道方向信息估计和量化单元包括：信道信息计算部，用于计算每个无线收发站l和用户设备k之间的信道信息归一化信道方向信息计算部，用于根据计算归一化的信道方向信息；以及量化信道方向信息计算部，用于根据将归一化的信道方向信息量化为Bl比特的量化后的信道方向信息其中，表示信道方向信息的码本，其中， 表示N*M的复空间，N和M分别表示用户设备k和无线收发站l的天线数目。
优选地，根据本发明第三方面的用户设备的相位差信息估计和量化单元包括：相位夹角计算部，用于根据计算来自执行JT的各无线收发站的信号之间的相位夹角，其中，为参考无线收发站的参考相位；以及量化相位差信息计算部，用于根据将相位夹角θk量化为P1比特的量化后的相位差信息其中，表示相位码本，其中，
根据本发明的第四方面，提供了一种无线收发站，包括：反馈信息接收单元，用于参考无线收发站lref接收从用户设备k反馈的量化后的信道方向信息所述反馈信息接收单元还接收从用户设备k反馈的量化后的相位差信息预编码单元，用于基于接收到的量化后的信道方向信息、构造预编码；以及预编码相位补偿单元，用于基于接收到的量化后的相位差信息进行预编码相位补偿。
优选地，根据本发明第四方面的无线收发站中的预编码单元包括：信道方向信息聚合部，用于根据将接收到的量化后的信道方向信息聚合；预编码矩阵构造部，用于根据构造无线收发站l的发射预编码矩阵；以及预编码形成部，用于对进行归一化，并获取归一化后的的第k列，作为参考无线收发站lref的针对用户k的预编码
附图说明
通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：
图1是示出了可应用根据本发明的反馈方法的混合CoMP系统的示意图；
图2是示出了根据本发明的由CoMP系统中的用户设备执行的反馈方法的流程图；
图3是示出了根据本发明的由CoMP系统中的参考无线收发站执行的通信方法的流程图；
图4是示出了根据本发明的用户设备的示意结构方框图；以及
图5是示出了根据本发明的无线收发站的示意结构方框图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。
图1示出了可应用根据本发明的反馈方法的混合CoMP系统的示意图。如图所示，小区1、3的覆盖范围落入小区2的覆盖范围内，用户k位于小区1的覆盖范围内因而也位于小区2的覆盖范围内。针对用户k，为小区1、3提供无线覆盖的无线收发站之间的协作方式为CS/CB，而小区1、2的无线收发站之间协作方式为JT。无线收发站的发射天线数为M，用户的接收天线数为N，用户数K，用户的总反馈比特数为B。需要说明的是，为简单明了起见，图1中仅示出了包括三个无线收发站的CoMP系统，本领域技术人员应理解此处公开的本发明的方法和设备适用于包含三个或更多个无线收发站的CoMP系统。
图2示出了根据本发明的由混合协作多点传输(CoMP)系统中的用户设备执行的反馈方法。如图2所示，该方法起始于步骤S210，其中，用户设备接收来自多个无线收发站的参考信号。接着，方法前进至步骤S220。
在步骤S220中，用户设备基于接收到的参考信号进行信道估计，得到该用户设备与各无线收发站之间的信道的量化后的信道方向信息。
作为获取量化后的信道方向信息的示例实现，用户设备首先计算每个无线收发站l和用户设备k之间的信道信息然后，根据计算归一化的信道方向信息。最后，根据将归一化的信道方向信息量化为Bl比特的量化后的信道方向信息其中，表示信道方向信息的码本，其中， 表示N*M的复空间，N和M分别表示用户设备k和无线收发站l的天线数目。
接着，在步骤S230中，由用户设备将量化后的信道方向信息反馈给各无线收发站。
然后，在步骤S240中，用户设备接收来自多个无线收发站的专用正交参考信号或者控制信令，其中，所述专用正交参考信号是采用针对用户设备构造的预编码发射的，所述控制信令向用户设备通知针对用户设备构造的预编码。接着，方法前进至步骤S250。
在步骤S250中，用户设备基于接收到的专用正交参考信号或者控制信令进行信道估计，得到来自执行联合发射(JT)的无线收发站的信号之间的量化后的相位差信息。
作为获取量化后的相位差信息的示例实现，用户设备首先根据计算来自执行JT的各无线收发站的信号之间的相位夹角，其中，为参考无线收发站的参考相位，所述参考无线收发站可以被设定为参与执行JT无线收发站中的任一无线收发站。然后，用户设备根据将相位夹角θk量化为P1比特的量化后的相位差信息其中，表示相位码本，其中，由于相位差具有周期性，P1个量化比特适于量化与基本周期中某个角度相对应的任意角度的相位差。
接着，在步骤S260中，用户设备将量化后的相位差信息反馈给无线收发站中的参考无线收发站。
在一个实施例中，除了信道方向信息和相位差信息，用户设备还反馈CQI。
当用户设备的数目K大于无线收发站的发射天线M时，无线收发站优选地对用户设备进行选择。
为了进一步提高反馈资源的利用效率，针对用户设备k，以下式为准则，分配用于向每个无线收发站l反馈量化后的信道方向信息的比特数Bl和用于向参考无线收发站反馈量化后的相位差信息的比特数P1：
max SINRk
其中，B表示用户设备k能够用来进行反馈的总反馈比特数。
以下，以图1示出的包括三个无线收发站的CoMP系统为例，假定小区2的无线收发站为参考无线收发站，说明Bl和P1的具体求解方法。
假设无线收发站对用户数据流的功率P平均分配，则用户k的接收信号可表示为：
式中，sk表示用户k的传输数据，且nk为背景噪声，α∈[0，1]表示大尺度衰落因子，且令：
则用户k端的SINR可以表示为：
由Taesang Yoo的文章“Multi-Antenna Downiink Channels with LimitedFeedback and User Selection”(参见“Selected Areas in Communications，IEEEJournal on Volume25，Issue7，September 2007Page(s)：1478-1491.”)可知：
由Namyoon Lee的文章“Two-cel1 MISOInterfering Broadcast Channel withLimited Feedback：：Adaptive Feedback Strategy and Multiplexing Gains.”(参见“Communications(ICC)，IEEE International Conference on，2011”)可知：
本发明信道建模为相互独立且同分布的复高斯信道，但是不影响本发明在其他信道建模的实现。由随机矩阵理论以及统计理论计算可知：
根据式(3)以及统计理论可得计算其均值得到
通过正交分解，得到
由于|gkwi|2～Beta(1，M-2)，即|gkwi|～Kumaraswamy(2，M-2)，通过计算可获得的上界
同理
其中，根据式(3)至(10)，则式(2)可以化简为：
考虑到量化信道方向信息产生的相位在服从均匀分布，因此当以P1比特对θ均匀量化时，带入到式(11)中得到：
因此B1、B2、B3及P1分配策略可以表示如下：
由于B1、B2、B3和P1均为正整数，因此通过采用较低复杂度的穷搜算法即可求出B1+B2+B3+P1＝B约束下四者的值。
应理解的是，虽然以上给出了特定情形下Bl和P1的具体求解方法，本领域技术人员根据此处的教导易于推导出其他情形下(例如，CoMP系统中包括更多个无线收发站，或者以小区1的无线收发站作为参考无线收发站)Bl和P1的具体求解方法。
图3示出了与上述根据本发明的反馈方法结合使用的由混合CoMP系统中的参考无线收发站执行的通信方法。如图3所示，该方法起始于步骤S310，其中，参考无线收发站lref接收从用户设备k反馈的量化后的信道方向信息接着，方法前进至步骤S320。
在步骤S320中，参照无线收发站基于接收到的量化后的信道方向信息构造预编码。
作为构造预编码的示例实现，无线收发站首先根据将接收到的量化后的信道方向信息聚合。然后，根据构造无线收发站l的发射预编码矩阵。最后，对进行归一化，并获取归一化后的的第k列，作为参考无线收发站lref的针对用户k的预编码
接着，在步骤S330中，参照无线收发站接收从用户设备k反馈的量化后的相位差信息
随后，在步骤S340中，参照无线收发站基于接收到的量化后的相位差信息进行预编码相位补偿。优选地，在该步骤中，根据进行预编码相位补偿。
为了实现上述反馈方法，本发明还提供了一种用户设备400。如图4所示，根据本发明的用户设备400包括：信号接收单元410，用于接收来自多个无线收发站的参考信号，所述信号接收单元还用于接收来自多个无线收发站的专用正交参考信号或者控制信令，所述专用正交参考信号是采用所构造的针对用户设备的预编码发射的，所述控制信令向用户设备通知所构造的针对用户设备的预编码；信道方向信息估计和量化单元430，用于根据接收到的参考信号进行信道估计，得到该用户设备与各无线收发站之间的信道的量化后的信道方向信息；反馈单元440，用于将量化后的信道方向信息反馈给各无线收发站；以及相位差信息估计和量化单元420，用于根据接收到的专用正交参考信号或者控制信令进行信道估计，得到来自执行JT的无线收发站的信号之间的量化后的相位差信息；其中，所述反馈单元进一步将量化后的相位差信息反馈给无线收发站中的参考无线收发站。
相应地，本发明提供了一种与用户设备400结合使用的无线收发站500。如图5所示，根据本发明的无线收发站500包括：反馈信息接收单元510，用于参考无线收发站lref接收从用户设备k反馈的量化后的信道方向信息所述反馈信息接收单元还接收从用户设备k反馈的量化后的相位差信息预编码单元520，用于基于接收到的量化后的信道方向信息构造预编码；以及预编码相位补偿单元530，用于基于接收到的量化后的相位差信息进行预编码相位补偿。
应当注意的是，在以上的描述中，仅以示例的方式，示出了本发明的技术方案，但并不意味着本发明局限于上述步骤和单元结构。在可能的情形下，可以根据需要对步骤和单元结构进行调整和取舍。因此，某些步骤和单元并非实施本发明的总体发明思想所必需的元素。因此，本发明所必需的技术特征仅受限于能够实现本发明的总体发明思想的最低要求，而不受以上具体实例的限制。
至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。
Claims (5)
1.一种由混合协作多点传输(CoMP)系统中的用户设备执行的反馈方法，包括以下步骤：
i)接收来自多个无线收发站的参考信号；
ii)基于接收到的参考信号进行信道估计，得到该用户设备与各无线收发站之间的信道的量化后的信道方向信息；
iii)将量化后的信道方向信息反馈给各无线收发站；
iv)接收来自多个无线收发站的专用正交参考信号或者控制信令，所述专用正交参考信号是采用针对用户设备构造的预编码发射的，所述控制信令向用户设备通知针对用户设备构造的预编码；
v)基于接收到的专用正交参考信号或者控制信令进行信道估计，得到来自执行联合发射(JT)的无线收发站的信号之间的量化后的相位差信息；以及
vi)将量化后的相位差信息反馈给无线收发站中的参考无线收发站
其中，所述步骤ii)进一步包括：
计算每个无线收发站l和用户设备k之间的信道信息
根据计算归一化的信道方向信息；以及
根据将归一化的信道方向信息量化为Bl比特的量化后的信道方向信息其中，表示信道方向信息的码本，其中， 表示N*M的复空间，N和M分别表示用户设备k和无线收发站l的天线数目，
以及，所述步骤v)进一步包括：
根据计算来自执行JT的各无线收发站的信号之间的相位夹角，其中，为执行JT的无线收发站l的相位，为参考无线收发站的参考相位；以及
根据将相位夹角θk量化为P1比特的量化后的相位差信息其中，表示相位码本，其中，
2.根据权利要求1所述的方法，其中，针对用户设备k，以下式为准则，分配用于向每个无线收发站l反馈量化后的信道方向信息的比特数Bl和用于向参考无线收发站反馈量化后的相位差信息的比特数P1：
max SINRk
<mfenced open = "" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mo>.</mo>
<mi>t</mi>
<mo>.</mo>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<munder>
<mo>&Sigma;</mo>
<mi>l</mi>
</munder>
<msub>
<mi>B</mi>
<mi>l</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>P</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mi>B</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
其中，B表示用户设备k能够用来进行反馈的总反馈比特数。
3.一种由混合协作多点传输系统中的参考无线收发站执行的通信方法，包括：
i)参考无线收发站lref接收从用户设备k反馈的量化后的信道方向信息
ii)基于接收到的量化后的信道方向信息构造预编码；
iii)接收从用户设备k反馈的量化后的相位差信息以及
iv)基于接收到的量化后的相位差信息进行预编码相位补偿，
其中，所述步骤ii)进一步包括：
根据将接收到的量化后的信道方向信息聚合；
根据构造无线收发站l的发射预编码矩阵；以及
对进行归一化，并获取归一化后的的第k列，作为参考无线收发站lref的针对用户k的预编码
其中，在所述步骤iv)中，根据进行预编码相位补偿。
4.一种用户设备，包括：
信号接收单元，用于接收来自多个无线收发站的参考信号，所述信号接收单元还用于接收来自多个无线收发站的专用正交参考信号或者控制信令，所述专用正交参考信号是采用所构造的针对用户设备的预编码发射的，所述控制信令向用户设备通知所构造的针对用户设备的预编码；
信道方向信息估计和量化单元，用于根据接收到的参考信号进行信道估计，得到该用户设备与各无线收发站之间的信道的量化后的信道方向信息；
反馈单元，用于将量化后的信道方向信息反馈给各无线收发站；以及
相位差信息估计和量化单元，用于根据接收到的专用正交参考信号或者控制信令进行信道估计，得到来自执行JT的无线收发站的信号之间的量化后的相位差信息；
其中，所述反馈单元进一步将量化后的相位差信息反馈给无线收发站中的参考无线收发站，
其中，所述信道方向信息估计和量化单元包括：
信道信息计算部，用于计算每个无线收发站l和用户设备k之间的信道信息
归一化信道方向信息计算部，用于根据计算归一化的信道方向信息；以及
量化信道方向信息计算部，用于根据将归一化的信道方向信息量化为Bl比特的量化后的信道方向信息其中，表示信道方向信息的码本，其中， 表示N*M的复空间，N和M分别表示用户设备k和无线收发站l的天线数目，
其中，所述相位差信息估计和量化单元包括：
相位夹角计算部，用于根据计算来自执行JT的各无线收发站的信号之间的相位夹角，其中，为执行JT的无线收发站l的相位，为参考无线收发站的参考相位；以及
量化相位差信息计算部，用于根据将相位夹角θk量化为P1比特的量化后的相位差信息其中，表示相位码本，其中，
5.一种无线收发站，包括：
反馈信息接收单元，用于参考无线收发站lref接收从用户设备k反馈的量化后的信道方向信息所述反馈信息接收单元还接收从用户设备k反馈的量化后的相位差信息
预编码单元，用于基于接收到的量化后的信道方向信息构造预编码；以及
预编码相位补偿单元，用于基于接收到的量化后的相位差信息进行预编码相位补偿，
其中，所述预编码单元包括：
信道方向信息聚合部，用于根据将接收到的量化后的信道方向信息聚合；
预编码矩阵构造部，用于根据构造无线收发站l的发射预编码矩阵；以及
预编码形成部，用于对进行归一化，并获取归一化后的的第k列，作为参考无线收发站lref的针对用户k的预编码
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