太阳城集团

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一种下行信号预处理发送方法及装置.pdf

摘要
申请专利号:

CN201110042322.9

申请日:

2011.02.22

公开号:

太阳城集团CN102647257B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H04L 1/06申请日:20110222|||公开
IPC分类号: H04L1/06; H04L1/00 主分类号: H04L1/06
申请人: 中兴通讯股份有限公司
发明人: 肖华华; 朱登魁; 宁迪浩; 鲁照华
地址: 518057 广东省深圳市南山区高新技术产业园科技南路中兴通讯大厦法务部
优先权:
专利代理机构: 北京康信知识产权代理有限责任公司 11240 代理人: 余刚;梁丽超
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201110042322.9

授权太阳城集团号:

太阳城集团102647257B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.28|||2012.10.10|||2012.08.22

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种下行信号预处理发送方法,该方法包括:发送端i获取它与用户间的信道系数矩阵Hi,其中,是复系数矩阵,NR表示用户的接收天线数目,表示发送端i的发送天线数目;发送端i利用信道系数矩阵Hi获取最优预编码矩阵Wi,其中,是复系数矩阵,di表示发送端i的发送数据流数目,发送端i利用相互协作的发送端中所有已经获取的信道系数矩阵H1,…,Hi、预编码矩阵W1,…,Wi、旋转矩阵U1,…,Ui-1计算该发送端的旋转矩阵Ui,其中,当i=1时,旋转矩阵为U1,是一个单位矩阵;发送端根据预编码矩阵Wi以及旋转矩阵Ui计算最终的预编码矩阵用所述太阳城集团对发送的数据进行预处理,并通过天线端口发送出去。本发明减小了小区边缘的干扰,提高了小区边缘频谱效率、增加了小区的有效覆盖范围。

权利要求书

1.一种下行信号预处理发送方法,其特征在于,包括:(1)、发送端i获取它与用户间的信道系数矩阵Hi,其中, 是复系数矩阵,NR表示用户的接收天线数目, 表示发送端i的发送天线数目;(2)、发送端i利用信道系数矩阵Hi获取最优预编码矩阵Wi,其中, 是复系数矩阵,di表示发送端i的发送数据流数目;(3)、发送端i利用相互协作的发送端中所有已经获取的信道系数矩阵H1,…,Hi、预编码矩阵W1,…,Wi、旋转矩阵U1,…,Ui-1计算该发送端的旋转矩阵Ui,其中,当i=1时,旋转矩阵为U1,是一个单位矩阵;(4)、发送端i根据预编码矩阵Wi以及旋转矩阵Ui计算最终的预编码矩阵 (5)、发送端i用所述 对发送的数据进行预处理,并通过天线端口发送出去。2.根据权利要求1所述的下行信号预处理发送方法,其特征在于,在所述步骤(2)中,所述Wi是从码本集合W中选取的一个矩阵,选取条件是它能使得 最大,其中, 表示矩阵 的行列式,上标H表示矩阵的共轭转置。3.根据权利要求1所述的下行信号预处理发送方法,其特征在于,所述步骤(3)中获取旋转矩阵Ui的步骤为:(3a)、计算分解矩阵 (3b)、对Gi进行QR分解,即Gi=QiRi;(3c)、计算Ui,即Ui=QiDi。 4.根据权利要求3所述的下行信号预处理发送方法,其特征在于,所述Di为对角线上的元素为+1或者-1的对角矩阵,即所述 表示Di第m行n列的元素,rmm为矩阵Ri的第m行m列的元素,(·)H表示矩阵的共轭转置,m,n=1,…,di,di为协作发送端i发送的数据流数目。5.根据权利要求1所述的下行信号预处理发送方法,其特征在于,所述步骤(3)中,当协作发送端数目N=2,且发送的数据流数d=2时,获取旋转矩阵的获取旋转矩阵Ui的方法为:其中, 分别为矩阵 第1行1列元素的实部和虚部, 分别为矩阵 第2行2列元素的实部和虚部,arctan(·)表示反正切函数。6.根据权利要求1所述的下行信号预处理发送方法,其特征在于,所述步骤(3)中,当协作发送端数目N=2,且发送的数据流数d=2时,获取旋转矩阵的获取旋转矩阵Ui的方法为:其中, δ1取值为0或者1,δ2取值为0或者1, 分别为矩阵 第m行n列元素的实部和虚部,m,n=1,2,arctan(·)表示反正切函数。7.根据权利要求6所述的下行信号预处理发送方法,其特征在于,所述 δ1和δ2为使得代价函数f(θ1,θ2)最大的一组值;其中代价函数为: 其中, 分别为矩阵 第m行n列元素的实部和虚部,m,n=1,2。8.根据权利要求1所述的下行信号预处理发送方法,其特征在于,所述发送端i为基站、中继站或者射频拉远装置,所述用户用于接收发送端的数据信号,为无线通信系统中上行链路中的终端设备、手机、笔记本电脑、手持电脑。9.一种下行信号预处理发送装置,其特征在于,包括:信道系数矩阵获取模块,用于获取协作的发送端到用户间的信道系数矩阵;预编码矩阵获取模块,用于获取协作的发送端到用户间的预编码矩阵;旋转矩阵获取模块,用于获取协作的发送端到用户间的旋转矩阵;预编码更新模块,用于更新协作的发送端到用户间的预编码矩阵;数据发送模块,用于将更新的预编码矩阵对发送的数据进行预处理后通过天线端口发送出去。 

说明书

一种下行信号预处理发送方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域,更具体地,涉及一种下行信号预处理发送方法及
装置。

背景技术

传统的蜂窝型网络拓扑结构,是一个发送端服务多个用户的点对多点传
输模式,对小区边缘的用户来说,这种传输模式存在着较大的小区间同频干
扰。目前解决小区边缘用户小区间同频干扰的方法可以联合多个发送端,发
送端间相互协作,把干扰信号变成有用信号。我们把多个相邻发送端(可以
是基站、中继、射频拉远装置等)与多个用户终端在相同时频资源上进行通
信的问题,称作多点传输技术(如图1所示),它包括协作多点传输(Comp)
技术和分布式预编码技术(Distributed Precode Scheme:DPS),其中协
作多点传输包括协作波束成型(CB)和联合处理技术(JP)。

多点传输技术,虽然其能够获得较为优异的数据传输性能,但是每个参
与协作的基站需要获取每个用户到所有协作基站之间的信道太阳城集团,其太阳城集团的
传输量非常大,这对上行信道以及发送端(基站)之间接口是一个难以完成
的任务,所以在实际中,人们往往退而求其次优的数据传输方式,即每个协
作基站只获取所有用户到自己的信道太阳城集团(即所谓的局部太阳城集团,Local CSI),
然后利用该太阳城集团进行最优的预编码处理,以达到干扰避免和最大化传输的目
的。

在一个分布式的预编码系统中,有N个协作发送端组成的协作集合,
它们同时为K个用户传输数据,那么用户k接收到的数据可以表示为:

Y k = Σ i = 1 N H i , k W i , k s k + Σ i = 1 N Σ j = 1 , j k K H i , j W i , j s j + n k - - - ( 1 ) ]]>

其中表示第i个发送端到第k个用户之间的信道系数矩阵,
表示第i个发送端到第k个用户之间的预编码矩阵,dk表示用户k
对应的数据流数目,其中表示用户k的期望信号,sk表示协作发送
端发送给用户k的数据,表示用户k的噪声,表示用
户k受到的其它用户的干扰,其中,k=1,…,K。

对于这样一个分布式预编码系统而言,其能否获得优秀的接收性能的关
键在于,用户k的期望接收信号项是否能进行相干性合并,即
Hi,kWi,ksk,i=1,…,N,能够同相位叠加,使得的值最大,因为复
数间直接叠加有可能会导致相互抵消,从而使得增益受损,只有具有相同相
位的复数叠加时,才能够真正的获得多发送端协作带来的合并增益,这里,
k=1,…,K。

因而,为了使用户k在接收侧能够对接收信号中的期望信号分量进行相
干合并,多个协作的发送端需要对发射信号进行相位旋转,因而公式(1)
变为

Y k = Σ i = 1 N H i , k W i , k U i , k s k + Σ i = 1 N Σ j = 1 , j k K H i , j W i , j U i , j s j + n k - - - ( 2 ) ]]>

其中,Ui,k表示第i个发送端到第k个用户之间的相位旋转矩阵,k=1,…,K,
其它参数含义与表达式(1)中的参数相同。而旋转矩阵的获取,关系到接
收端对协作发送端数据进行相干合并的效果,在很大程度上决定着分布式预
编码的性能,因此本发明旨在提供一种获取旋转矩阵的方法,以解决多点传
输技术中相关合并的问题,进而降低通信系统中同频干扰的问题。

发明内容

本发明提供一种下行信号预处理发送方法及装置,以至少通过解决多
点传输技术中相关合并的问题从而最终解决减少系统传输过程中同频干扰
的问题。

根据本发明的一个方面,提供了一种下行信号预处理发送方法,该方
法包括:

(1)发送端i获取它与用户间的信道系数矩阵Hi,其中,是复
系数矩阵,NR表示用户的接收天线数目,表示发送端i的发送天线
数目;

(2)发送端i利用信道系数矩阵Hi获取最优预编码矩阵Wi,其中,
是复系数矩阵,di表示发送端i的发送数据流数目;

(3)发送端i利用相互协作的发送端中所有已经获取的信道系数矩阵
H1,…,Hi、预编码矩阵W1,…,Wi、旋转矩阵U1,…,Ui-1计算该发送端的旋
转矩阵Ui,其中,当i=1时,旋转矩阵为U1,是一个单位矩阵;

(4)发送端根据预编码矩阵Wi以及旋转矩阵Ui计算最终的预编码矩阵

W i new = W i U i ; ]]>

(5)用所述对发送的数据进行预处理,并通过天线端口发送出去。

根据本发明的另一方面,提供了一种下行信号预处理发送装置,该装
置包括:

信道系数矩阵获取模块,用于获取协作的发送端到用户间的信道系数
矩阵;

预编码矩阵获取模块,用于获取协作的发送端到用户间的预编码矩阵;

旋转矩阵获取模块,位于每个协作的发送端,或者控制协作发送端的
控制器上,用于获取协作的发送端到用户间的旋转矩阵;

预编码更新模块,位于每个协作的发送端,用于更新协作的发送端到
用户间的预编码矩阵;

数据发送模块,它从预编码更新模块得到预编码矩阵,并将这个预编
码矩阵对发送的数据进行预处理后通过天线端口发送出去。

通过以上技术方案,本发明主要是通过获取相位旋转矩阵,能使接收端
对多个发送端发送的信号进行有效的相干合并,从而有效地利用了多点传输
技术,减小了小区边缘的干扰,提高了小区边缘频谱效率、增加了小区的有
效覆盖范围。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一
部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明
的不当限定。在附图中:

图1示出了涉及与本发明技术方案应用场景有关的多点传输技术示意
图;

图2示出了本发明下行信号预处理发送方法的流程图。

图3示出了本发明下行信号预处理的装置示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是,
在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。如
图2所示,本发明技术方案主要包括:

步骤S1、发送端i获取它与用户间的信道系数矩阵Hi,其中,
是复系数矩阵,NR表示用户的接收天线数目,表示发送端i的发送天线
数目;

步骤S2、发送端i利用信道系数矩阵Hi获取最优预编码矩阵Wi,其中,
是复系数矩阵,di表示发送端i的发送数据流数目。

步骤S3、发送端i利用相互协作的发送端中所有已经获取的信道系数矩
阵H1,…,Hi、预编码矩阵W1,…,Wi、旋转矩阵U1,…,Ui-1计算该发送端的旋转矩
阵Ui,其中,当i=1时,旋转矩阵为U1,是一个单位矩阵;

步骤S4、发送端根据预编码矩阵Wi以及旋转矩阵Ui计算最终的预编码
矩阵

步骤S5、用所述对发送的数据进行预处理,并通过天线端口发送
出去。

进一步地,步骤S3中获取旋转矩阵Ui的第一种方法如下,

(a)计算分解矩阵

(b)对Gi进行QR分解,即Gi=QiRi

(c)计算Ui,即Ui=QiDi。

这里,Di为对角线上的元素为+1或者-1的对角矩阵,即


其中,表示Di第m行n列的元素,rmm为矩阵Ri的第m行m列的元素。
≠表示不等于,(·)H表示矩阵的共轭转置,m,n=1,…,di,di为协作发送端i发
送的数据流数目。

步骤S3在协作发送端数目N=2,且发送的数据流数d=2时,获取旋转
矩阵的第二种方法如下,

U 1 = 1 0 0 1 , U 2 = e - j θ 11 0 0 e - j θ 22 , ]]>

其中,分别为矩阵第1行1列
元素的实部和虚部。分别为矩阵第2行2列元素的实部和
虚部。arctan(·)表示反正切函数。

步骤S3在协作发送端数目N=2,且发送的数据流数d=2时,获取旋转
矩阵的第三种方法如下,

U 1 = 1 0 0 1 , U 2 = e j θ 1 - e j θ 2 e j θ 2 e - j θ 1 , ]]>

其中,δ1取值为0或者1;
δ2取值为0或者1;分别为矩阵第m行n列元素的实部和
虚部,m,n=1,2。arctan(·)表示反正切函数。

进一步地,δ1和δ2的值用如下方法确定。

将δ1=0,δ2=0或者δ1=1,δ2=0或者δ1=0,δ2=1或者δ1=1,δ2=1四种情况下的
θ1,θ2值,代入下式并使得下式取值最大的一组值。

f ( θ 1 , θ 2 ) = ( g 11 r + g 22 r ) cos ( θ 1 ) + ( - g 11 i + g 22 i ) sin ( θ 1 ) + ( g 12 r - g 21 r ) cos ( θ 2 ) - ( g 12 i + g 21 i ) sin ( θ 2 ) ]]>

其中,分别为矩阵第m行n列元素的实部和虚部,m,n=1,2。

实施例1

在一个分布式的预编码系统中,有N个协作的基站,它们同时为K个用
户传输数据,且传输的数据流个数为dk。对于每个用户k,k=1,…,K,每个
协作的基站i,i=1,…,N分别进行如下操作,以获得其服务的用户k对应的分
布式预编码矩阵,并用预编码矩阵对发送数据进行预处理后发送出去。

(1)发送端i获取它与用户间的信道系数矩阵Hi,其中是复系
数矩阵,NR表示用户的接收天线数目,表示发送端i的发送天线数
目。

(2)发送端i利用信道系数矩阵Hi获取最优预编码矩阵Wi,其中,
是复系数矩阵,NR表示用户的接收天线数目,di表示发
送端i的发送数据流数目。

Wi可以是从码本集合W中选择取的一个矩阵,它能使得
最大。其中,表示矩阵的行列式,上标H表示矩阵
的共轭转置。

(3)如果i=1,基站i计算旋转矩阵为U1,U1是一个dk×dk的单位矩阵;否则,
发送端利用相互协作的发送端中所有已经获取的信道太阳城集团H1,…,Hi、预编码
矩阵W1,…,Wi、旋转矩阵U1,…,Ui-1计算该发送端的旋转矩阵Ui。其计算步骤
如下

(3.1)计算分解矩阵,

(3.2)对Gi进行QR分解,即Gi=QiRi

(3.3)计算Ui,即Ui=QiDi。

这里,Di为对角线上的元素为+1或者-1的对角矩阵,即


其中,表示Di第m行n列的元素,rmm为矩阵Ri的第m行m列的元素。
≠表示不等于,(·)H表示矩阵的共轭转置。

(4)发送端根据预编码矩阵Wi以及旋转矩阵Ui计算最终的预编码矩阵

W i new = W i U i . ]]>

(5)用对发送数据进行预处理,并通过天线端口发送出去

实施例2

在一个分布式的预编码系统中,有2个协作的基站,它们同时为K个用
户传输数据,且传输的数据流个数dk=2。对于每个用户k,k=1,…,K,每
个协作的基站i,i=1,2分别进行如下操作,以获得其服务的用户k对应的分
布式预编码矩阵,并用预编码矩阵对发送数据进行预处理后发送出去。

(1)发送端i获取它与用户间的信道系数矩阵Hi,其中是复系
数矩阵,NR表示用户的接收天线数目,表示发送端i的发送天线数
目。

(2)发送端i利用信道系数矩阵Hi获取最优预编码矩阵Wi,其中,
是复系数矩阵,NR表示用户的接收天线数目,di表示发
送端i的发送数据流数目。

Wi可以是从码本集合W中选择取的一个矩阵,它能使得
最大。其中,表示矩阵的行列式,上标H表示矩阵
的共轭转置。

(3)如果i=1,计算旋转矩阵为单位矩阵否则旋转矩阵为

U 2 = e - j θ 11 0 0 e - j θ 22 , ]]>

其中,分别为矩阵第1行1
列元素的实部和虚部。分别为矩阵第2行2列元素的实部
和虚部。arctan(·)表示反正切函数。

(4)发送端根据预编码矩阵Wi以及旋转矩阵Ui计算最终的预编码矩阵

(5)用对发送数据进行预处理,并通过天线端口发送出去。

实施例3

在一个分布式的预编码系统中,有2个协作的基站,它们同时为K个用
户传输数据,且传输的数据流个数dk=2。对于每个用户k,k=1,…,K,每
个协作的基站i,i=1,2分别进行如下操作,以获得其服务的用户k对应的分
布式预编码矩阵,并用预编码矩阵对发送数据进行预处理后发送出去。

(1)发送端i获取它与用户间的信道系数矩阵Hi,其中是复系
数矩阵,NR表示用户的接收天线数目,表示发送端i的发送天线数
目。

(2)发送端i利用信道系数矩阵Hi获取最优预编码矩阵Wi,其中,
是复系数矩阵,NR表示用户的接收天线数目,di表示发
送端i的发送数据流数目。

Wi可以是从码本集合W中选择取的一个矩阵,它能使得
最大。其中,表示矩阵的行列式,上标H表示矩阵
的共轭转置。

(3)如果i=1,计算旋转矩阵为单位矩阵否则旋转矩阵为

U 2 = e j θ 1 - e j θ 2 e j θ 2 e - j θ 1 , ]]>

其中,δ1取值为0或者1;
δ2取值为0或者1。δ1和δ2的值用如下方法确定:将δ1=0,δ2=0或者δ1=1,δ2=0
或者δ1=0,δ2=1或者δ1=1,δ2=1四种情况下的θ1,θ2值,代入下式并使得其取值
最大的一组值,

f ( θ 1 , θ 2 ) = ( g 11 r + g 22 r ) cos ( θ 1 ) + ( - g 11 i + g 22 i ) sin ( θ 1 ) + ( g 12 r - g 21 r ) cos ( θ 2 ) - ( g 12 i + g 21 i ) sin ( θ 2 ) ]]>

分别为矩阵第m行n列元素的实部和虚部,m,n=1,2。
arctan(·)表示反正切函数。

(4)发送端根据预编码矩阵Wi以及旋转矩阵Ui计算最终的预编码矩阵

(5)用对发送数据进行预处理,并通过天线端口发送出去

需要特别说明的是,该方法除在实施例中详细描述的部分,其它皆为
本发明技术领域普通技术人员不经创造性劳动即可获知或者熟悉的现有技
术。

如图3所示,本发明提供的下行信号预处理发送装置包括以下模块:

信道系数矩阵获取模块1’,位于每个协作的发送端,用于获取协作的
发送端到用户间的信道系数矩阵;

预编码矩阵获取模块2’,位于每个协作的发送端,用于获取协作的发
送端到用户间的预编码矩阵;

旋转矩阵获取模块3’,位于每个协作的发送端,或者控制协作发送端
的控制器上,用于获取协作的发送端到用户间的旋转矩阵;

预编码更新模块4’,位于每个协作的发送端,用于更新协作的发送端
到用户间的预编码矩阵;

数据发送模块5’,它从预编码更新模块得到预编码矩阵,并将这个预
编码矩阵对发送的数据进行预处理后通过天线端口发送出去。

本发明中的发送端可以是无线通信系统中下行链路中的基站、中继站、
射频拉远设备等控制设备。类似地,用户是用于接收发送端的数据信号,用
户可以是无线通信系统中上行链路中的终端设备,如手机、笔记本电脑、手
持电脑等。而本发明中的方法和装置可应用于LTE和WIMAX等无线通信系
统。

显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤
可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分
布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的
程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,
并且在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤,或
者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制
作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软
件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域
的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则
之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围
之内。

关 键 词:
一种 下行 信号 预处理 发送 方法 装置
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