[发明专利]一种骨干网容量受限时的多基站协作传输方法

摘要

本发明公开了一种异构网中骨干网容量受限的多基站下行协作传输方法，包括步骤1计算等效信道、CoMP‑JP模式、CoMP‑CB模式基于P‑ZFBF的归一化等效预编码；步骤2构造混合协作预编码；将CoMP‑JP、CoMP‑CB模式进行复数加权组合，得到基站0和基站1对用户k的混合预编码向量；步骤3根据用户0和用户1的数据率加权系数α0和α1，骨干网容量Cbh，基站0和基站1的最大发射功率和计算在满足骨干网有限容量、基站端最大发射功率的条件下，最大的加权和数据率α0R0+α1R1以及对应的协作传输方法；步骤4根据步骤3的结果计算最优加权和数据率；本发明自适应地选择加权和数据率最大的协作模式，从而达到最优的性能。

主权项

一种异构网中骨干网容量受限的多基站下行协作传输方法，面向多小区异构网系统，即1个宏基站和B个微基站，宏基站和微基站端分别有M和N根天线，设基站0代表宏基站，基站b代表微基站，其中b＝1,…,B；小区内用户使用正交接入方案，即每个基站在一个时频资源上只调度一个用户；微小区之间不存在干扰，微用户只受宏基站干扰，宏用户只受相邻最近的微基站干扰，假设该微基站为基站1；宏小区和微小区组成一个协作簇；传输方法包括以下几个步骤：步骤1：计算等效信道、CoMP‑JP模式、CoMP‑CB模式基于P‑ZFBF的归一化等效预编码；1.计算等效信道基站0、基站1到宏小区用户(用户0)和第1个微小区用户(用户1)的等效信道为：hk0＝Q·gk0,hk1＝gk1,(k＝0,1)其中：和分别表示宏基站0和微基站1到用户k的下行信道向量，表示复数域，表示宏基站到所有对宏用户无干扰的微用户k的信道矩阵的正交投影，k＝2,…,B，其中I表示单位矩阵，是宏基站0到微用户k(k＝2,…,B)的下行信道矩阵，(·)H表示矩阵的共轭转置；2. CoMP‑JP模式下的P‑ZFBF归一化等效预编码其中：H＝[h0,h1]H表示基站0和基站1到用户0和用户1的全局等效信道矩阵，表示基站0和基站1到用户k的全局等效信道向量，k＝0,1，(·)T表示矩阵的转置，Ujp表示基于P‑ZFBF的CoMP‑JP等效预编码矩阵，满足HUjp＝I2×2，即用户间无干扰，表示基站0和基站1到用户k的基于P‑ZFBF的CoMP‑JP等效全局预编码向量，k＝0,1；对基于P‑ZFBF的CoMP‑JP等效预编码矩阵进行列归一化：其中：k＝0,1，表示CoMP‑JP模式下，基站0和基站1对用户k的归一化等效全局预编码向量，表示CoMP‑JP模式下，基站b对用户k的等效预编码向量，||·||表示矩阵的Frobenius范数；3.CoMP‑CB模式下的P‑ZFBF归一化等效预编码其中：b＝0,1，Hb＝[h0b,h1b]H表示基站b到用户0和用户1的等效信道矩阵，表示基站b基于P‑ZFBF的CoMP‑CB等效预编码矩阵，满足即用户间无干扰，表示基站b到用户k的基于P‑ZFBF的CoMP‑CB等效预编码向量，k＝0,1；对基于P‑ZFBF的CoMP‑CB等效预编码矩阵进行列归一化：其中：表示CoMP‑CB模式下，基站b对用户k的归一化等效预编码向量，k＝0,1，b＝0,1；步骤2：构造混合协作预编码；将CoMP‑JP、CoMP‑CB模式进行复数加权组合，得到基站0和基站1对用户k的混合预编码向量：其中：和在步骤1中已经得到，分别为：表示CoMP‑JP模式下，基站0和基站1对用户k基于P‑ZFBF的归一化等效预编码向量；表示CoMP‑CB模式下，基站0对用户k基于P‑ZFBF的归一化等效预编码向量；表示CoMP‑CB模式下，基站1对用户k基于P‑ZFBF的归一化等效预编码向量；和分别表示：表示CoMP‑JP模式下，基站0和基站1对用户k的预编码向量的复数加权系数；表示CoMP‑CB模式下，基站0对用户k的预编码向量的复数加权系数；表示CoMP‑CB模式下，基站1对用户k的预编码向量的复数加权系数；表示基站b对用户k的混合预编 码向量，b＝0,1，表示基站0和基站1对用户k的全局混合预编码向量；步骤3：根据用户0和用户1的数据率加权系数α0和α1，骨干网容量Cbh，基站0和基站1的最大发射功率和计算在满足骨干网有限容量、基站端最大发射功率的条件下，最大的加权和数据率α0R0+α1R1以及对应的协作传输方法；计算混合预编码时用户0和用户1端的数据率为：其中：σ2是用户接收端加性高斯白噪声的方差，和的计算方法在步骤1中给出，log2(·)表示以2为底的对数函数，k＝0,1，|·|表示取绝对值；计算基站0和基站1的发射功率Pt,0和Pt,1为：其中：表示将表达式的值从k＝0到1进行求和；计算基站b以CoMP‑CB模式并满功率发射服务用户k时的数据率为：计算用户1的数据率为0的条件下，在满足骨干网有限容量Cbh和基站端最大发射功率约束时，用户0的最大数据率其中min(·,·)表示取最小值的函数，表示用户1的数据率为0的条件下，满足基站端最大发射功率约束时用户0的最大数据率，是以下优化问题的最优解： max R0根据计算得到对应的最优加权系数为：和定义以下函数： f1(R0)＝α0R0+α1(Cbh‑R0)其中：表示任意给定用户0的数据率R0时，用户1的最大数据率；按照以下步骤依次计算，寻找使加权和数据率最优的协作传输方法；1、计算(1.1)如果α0≥α1，则用户0同时被基站0和基站1服务，<1>如果R0＝Cbh，则R1＝0，即用户1不被服务，<2>如果则即用户1被两个基站服务，且由数据率的公式反推得到加权系数和(1.2)如果α0＜α1，则用户0不被服务，用户1同时被两个基站服务，即R0＝0，R1＝Cbh，由数据率的公式反推得到加权系数和(1.3)根据(1.1)和(1.2)，计算得到：并可以由(1.1)和(1.2)中的计算得到对应的使f1(R0)最大的各项加权系数；2、计算用户0和用户1均同时被两个基站服务，在R0的取值范围内，使用一维搜索算法，具体为黄金分割法，寻找的最大值，其中表示给定用户0的数据率R0时用户1的最大数据率，是以下优化问题的最优解：其中：Im{·}表示复数的虚部，求解该优化问题可以得到对应的最优加权系数；黄金分割法的具体步骤如下：<1>初始搜索区间为[a,b]，其中a＝0，令r1＝0.382b,r2＝0.618b，计算f2(r1)和f2(r2)，进行步骤<2>；<2>如果f2(r1)＜f2(r2)，保持变量a不变，令b＝r2；否则，如果f2(r1)≥f2(r2)，保证变量b不变，令a＝r1；在更新后的区间中插入两点r1＝a+0.382(b‑a),r2＝a+0.618(b‑a)，并重新计算f2(r1)和f2(r2)，进行步骤<3>；<3>如果|a‑b|≥ε，其中ε为搜索精度，则重复步骤<2>，否则进行步骤<4>；<4>计算用户0和用户1的最优数据率且最大加权和数据率为：并可以得到对应的各项最优加权系数；3、计算(3.1)用户0和用户1分别被基站1和基站0以CoMP‑CB模式服务，此时判断和与Cbh的大小关系，计算对应的<1>如果则<2>如果则<3>如果则<4>如果则计算得到在该模式下的加权和数据率为：(3.2)用户0被基站0和基站1服务，用户1不被服务，即R1＝0，此时其中和在前面已介绍，此时加权和数据率为：(3.3)比较(3.1)和(3.2)中最终得到的加权和数据率，计算如下：其中：max(·,·)表示表最大值的函数，根据(3.1)和(3.2)中得到对应的最优加权因子；4、计算(4.1)用户0和用户1分别被基站0和基站1以CoMP‑CB模式服务，此时判断和与Cbh的大小关系，计算对应的<1>如果则<2>如果则<3>如果则<4>如果则可以计算得到在该模式下的加权和数据率为：(4.2)用户0被基站0和基站1服务，用户1不被服务，即R1＝0，此时此时加权和数据率为：(4.3)比较(4.1)和(4.2)中最终得到的加权和数据率，计算如下：并根据(4.1)和(4.2)得到对应的最优加权因子；步骤4：根据步骤3的结果计算最优加权和数据率为：并得到对应的最优加权系数和计算得到最优的混合预编码为：根据最优加权系数的取值，得到以下几种骨干网数据共享方式和服务模式：1.如果表示用户k由基站0和1以CoMP‑JP模式协作传输，那么对任意的取值，均要求用户k的全部数据在基站0和基站1之间共享；2.如果表示用户k同时被基站0和基站1以CoMP‑CB模式协作传输，要求用户k的全部数据在基站0和基站1之间共享；3.如果表示用户k被基站0以CoMP‑CB模式服务，不被基站1服务，用户k的全部数据只与基站0共享；4.如果表示用户k被基站1以CoMP‑CB模式服务，不被基站0服务，用户k的全部数据只与基站1共享。