[发明专利]一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法

摘要

本发明涉及一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，包括如下步骤根据网络部署确定用于协作的基站集合；移动台选择信号强度最好的基站驻留，系统消息和业务数据由服务基站提供；对于给定的协作小区簇，每一个基站在同一时刻或同一时频资源块上只调度一个用户；各基站根据其服务用户的信道状态信息和网络的干扰情况，预设其服务用户在迭代过程中需要达到的数据速率或者调制编码方案；各基站和移动台根据网络指定的迭代次数N。本发明提供的联合波束成形和功率控制方法，不需要波束间保持绝对正交，进一步结合功率控制，对于给定的目标速率或目标SINR门限，通过有限的迭代次数实现所需的功率最小，可以获得较好的系统性能。

主权项

一种TDD系统的下行联合波束成形和功率控制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)根据网络部署确定用于协作的基站集合；(2)移动台选择信号强度最好的基站驻留，此基站称为服务基站，系统消息和业务数据由服务基站提供；(3)对于给定的协作小区簇，每一个基站在同一时刻或同一时频资源块上只调度一个用户，并为该用户提供服务；(4)各基站根据其服务用户的信道状态信息和网络的干扰情况，预设其服务用户在迭代过程中需要达到的数据速率或者调制编码方案；各基站和移动台根据网络指定的迭代次数N重复步骤(5)‑(9)；所述数据速率或调制编码方案以及迭代次数通过下行信令通知移动台；每一次迭代过程称为一个训练时隙，编号为1≤n≤N；(5)在每一训练时隙的下行方向，各基站广播训练序列符号，利用上一训练时隙的接收滤波矩阵作为波束成形矩阵预处理待发送数据，并根据移动台上一时隙反馈的功率更新信息计算当前时隙的发射功率；(6)在每一训练时隙的下行方向，各移动台估计下行干扰协方差矩阵，并由所得的协方差矩阵计算下行接收滤波矩阵和上行发射的波束成形矩阵；(7)在每一训练时隙下行方向，各移动台计算每个数据流的SINR，与给定的门限做比较，由此得到基站在下一训练时隙需要调整功率的指令，并将功率更新信息反馈给基站；(8)在每一训练时隙的上行方向，各移动台将其下行接收滤波矩阵作为上行波束成形矩阵，并以固定功率发射每个训练序列和数据；(9)在训练时隙的上行方向，基站估计上行干扰协方差矩阵，并由得到的协方差矩阵求得上行接收滤波矩阵和下一时隙所需的发射波束成形矩阵；所述步骤(1)中，协作基站集的确定应考虑网络部署，即根据网络前期规划，或者根据网络运营过程中的数据统计，针对用户密度、业务类型、QoS需求、基站能够支持的容量，由网络预先定义一个可供选择的集合；所述步骤(2)中，移动台确立其服务小区后，根据服务小区下发的系统消息获得基站协作信息，包括小区编号；所述步骤(4)中，迭代次数N是系统优化的参数，由网络根据信道状态和干扰情况来确定；如果当前用户的信道状态变化缓慢，那么设置迭代次数为一个较大值；否则，设置迭代次数为一个较小的值；所述基站在N次迭代后重新设置预设的需要满足的数据速率或者调制编码方案；所述的数据速率和调制编码方案一一对应，并且与某一SINR门限值相对应；所述SINR门限值在移动台已经预存；所述步骤(5)中，如果该时隙为第一个训练时隙，即训练时隙编号n＝1，那么协作基站k(k＝1，...，K)随机选择一个初始酉波束成形矩阵以及随机选择其初始功率并将该功率均匀分配给每个数据流，即其中K为协作簇内的基站数或当前被调度的用户数，l为数据流编号，满足l＝1，...，dk，dk为支持的数据流个数；所述协作基站k(k＝1，...，K)在第一个训练时隙开始前，通过信令告知其服务移动台初始发射功率和数据流个数dk；如果不是第一训练时隙，即训练时隙编号满足2≤n≤N，那么基站用上一训练时隙计算得到的波束矩阵进行波束成形，并由上一时隙移动台反馈的功率更新信息和上一时隙的发射功率计算其在该时隙的发射功率如果功率更新信息指示增加发射功率，则该时隙所需的发射功率为：否则，在该时隙所需的发射功率为：其中，0＜α＜1，Δ＞1，α和Δ是功率调整参数，需要根据系统的信道情况和干扰情况确定和调整，并且在迭代开始前由基站告知其服务的移动台；所述训练时隙是所述系统的控制时间单位，需要根据网络实际的处理能力以及导频或参考信号的编排方式来确定；所述训练时隙长度可以与LTE的子帧或时隙保持一致，例如5ms或1ms，也可根据具体的导频或参考信号的编排方案确定；所述步骤(6)中，移动台k(k＝1，...，K)根据下行的训练序列估计本地有效信道矩阵并估计干扰协方差矩阵其中为基站k到其服务用户k的信道矩阵，(·)H为共轭转置操作；如果当前时隙为第一训练时隙，即训练时隙编号n＝1，那么所述移动台k(k＝1，...，K)用以下方式估计干扰协方差矩阵：QkD(1)=(yk(1)-pkD(0)dkHk,kDVkD(0)xk)(yk(1)-pkD(0)dkHk,kDVkD(0)xk)H-σk2IRk=(yk(1)-Σl=1dkpk,lD(0)Hk,kDvk,lD(0)xk)(yk(1)-Σl=1dkpk,lD(0)Hk,kDvk,lD(0)xk)H-σk2IRk]]>其中，yk(1)为所述移动台k在第一训练时隙的复基带接收信号向量，为中的第l个列向量，l＝1，...，dk，xk为训练序列数据，为噪声方差，为Rk×Rk的单位矩阵，Rk为移动台k的接收天线数；如果当前时隙不是第一训练时隙，即训练时隙编号2≤n≤N，那么所述移动台k(k＝1，...，K)用以下方式估计干扰协方差矩阵：其中，为Vk(n‑1)中的第dk个列向量；所述移动台k(k＝1，...，K)根据估计得到的干扰协方差矩阵计算用于该训练时隙的接收滤波矩阵为：其中为第l个数据流对应的接收滤波向量，bk，l(A)表示矩阵A的第l个最大的特征值对应的特征向量；所述移动台k利用所得的接收滤波矩阵对接收信号yk(n)进行处理，得到的滤波输出为：y~k(n)=[y~k,1(n),...,y~k,dk(n)]T=(UkD)Hyk(n)=[(uk,1D(n))Hyk(n),...,uk,dkD(n)yk(n)]T]]>其中，为(·)T为转置操作；进一步地，所述步骤(7)中，所述移动台k(k＝1，...，K)计算每一个数据流的接收SINR：其中，所述移动台k根据测得的与给定的门限Γk作比较，如果大于给定的门限Γk，那么取值为1(或0)指示减少发射功率，否则取值为0(或1)指示增加发射功率；然后所述移动台k向其服务基站发送1比特的功率调整信息；所述步骤(8)中，移动台k(k＝1，...，K)将其下行接收滤波矩阵作为上行波束成形矩阵，即并以固定功率发射每个训练序列和数据流；所述步骤(9)中，基站k(k＝1，...，K)根据上行的训练序列估计本地有效信道矩阵并估计干扰协方差矩阵为：其中，为基站k接收到的信号，为移动台k到其服务基站k的上行信道矩阵，为移动台k的上行发射波束矩阵的第l个列向量，为上行导频训练序列或数据，为基站端的噪声方差，为Nk×Nk的单位矩阵，Nk为基站k的发射天线数；所述基站k(k＝1，...，K)利用得到的上行干扰协方差矩阵计算该时隙的上行接收滤波矩阵为：其中为第l个数据流的接收滤波向量；所述基站k(k＝1，...，K)选取该时隙的接收滤波矩阵，作为下一训练时隙的发射滤波矩阵，即