基于PMI反饋的聯(lián)合處理

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基于PMI反饋的聯(lián)合處理

栗 磊,張耀軍

（信陽(yáng)農(nóng)林學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系，河南信陽(yáng),464000)

摘要：為了提高LTE-Adwanced系統(tǒng)邊緣用戶的吞吐量和性能，本文在協(xié)作多點(diǎn)傳輸?shù)幕A(chǔ)上提出了兩種聯(lián)合處理的算法，這兩種算法分別采用全局預(yù)編碼和間接預(yù)編碼的方式，把來(lái)自不同小區(qū)的干擾信號(hào)聯(lián)合處理使其成為有用信號(hào)，仿真結(jié)果表明兩種算法都能很好的提高邊緣用戶的性能。

關(guān)鍵詞：多點(diǎn)協(xié)作傳輸；聯(lián)合處理；預(yù)編碼；反饋

1　概述

近年來(lái)，隨著無(wú)線通信的發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)占用的帶寬、傳輸速率和頻譜效率的要求越來(lái)越高，而邊緣用戶的頻譜效率也被大家所重視，因此多點(diǎn)協(xié)作傳輸技術(shù)（CoMP）被提出以應(yīng)對(duì)這種問(wèn)題。這項(xiàng)技術(shù)在3GPPRANI#54次會(huì)議中被納入到LTE—A的關(guān)鍵技術(shù)框架中，其目的是在多個(gè)基站中引入?yún)f(xié)作，在協(xié)作基站中可以共享如數(shù)據(jù)信息，信道狀態(tài)信息和調(diào)制信息等，對(duì)小區(qū)間的干擾有效的抑制。

圖一　聯(lián)合傳輸?shù)南到y(tǒng)模型

最近關(guān)于CoMP有著大量的研究。根據(jù)數(shù)據(jù)信息是否在CoMP協(xié)作基站間共享，可將CoMP技術(shù)分為兩大類:協(xié)作調(diào)度/波束賦形CS/CB)和聯(lián)合處理 (JP) ，其中CS/CB 技術(shù)中，協(xié)作簇內(nèi)的多個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)彼此共享信道信息，通過(guò)相互間的協(xié)作聯(lián)合對(duì)用戶進(jìn)行調(diào)度決策和波束賦形，盡可能地避免小區(qū)邊緣用戶使用的資源在時(shí)頻資源上產(chǎn)生沖突。JP也稱為“干擾利用”，要求協(xié)作節(jié)點(diǎn)之間共享UE的數(shù)據(jù)信息。協(xié)作的多個(gè)基站為用戶服務(wù)，通過(guò)聯(lián)合處理來(lái)消除用戶間的干擾，提高小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量和吞吐量。文章中我們主要針對(duì)下行傳輸?shù)穆?lián)合處理。

2　系統(tǒng)模型

CoMP系統(tǒng)中，聯(lián)合處理又可以分為單用戶的聯(lián)合處理和多用戶的聯(lián)合處理。單用戶的聯(lián)合處理(SU-MIMO)即多個(gè)小區(qū)在同一時(shí)間、同一頻率為一個(gè)用戶服務(wù)，多用戶聯(lián)合處理（MU-MIMO）即多個(gè)小區(qū)在某一時(shí)刻，同時(shí)為兩個(gè)或更多用戶服務(wù)。下面我們主要討論的是單用戶的聯(lián)合處理，如圖1所示，

在式(2.1)中，我們看到聯(lián)合處理得以高效的實(shí)現(xiàn)，發(fā)送端需要得到預(yù)編碼矩陣。在CoMP-JP中，預(yù)編碼方法有基于信道矩陣的預(yù)編碼方法、基于空間相關(guān)矩陣的預(yù)編碼方法、基于碼本的預(yù)編碼方法等，在本文中，我們主要采用基于碼本的預(yù)編碼方法。碼本選擇的步驟分為以下三步：首先，在發(fā)射端存好不同天線數(shù)目的碼本集；其次，根據(jù)信道估計(jì)算法估計(jì)協(xié)作信道狀態(tài)信息CSI，并根據(jù)估計(jì)出的CSI按照最大SINR準(zhǔn)則計(jì)算出最優(yōu)碼本的碼本序號(hào)PMI，反饋到協(xié)作基站eNodeB端；最后協(xié)作基站eNodeB端以用戶反饋的PMI做參考從碼本集中選擇相應(yīng)的預(yù)編碼矩陣，根據(jù)得到的預(yù)編碼矩陣做預(yù)編碼操作。其中SINR準(zhǔn)則相應(yīng)的計(jì)算公式為：

圖三　全局預(yù)編碼的聯(lián)合處理

3　算法描述

本文中，我們主要根據(jù)小區(qū)聯(lián)合預(yù)編碼方式的不同，來(lái)研究所帶來(lái)的邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量，算法一為全局預(yù)編碼方式，該方式把協(xié)同小區(qū)作為一個(gè)整體。如圖三所示，我們假設(shè)聯(lián)合小區(qū)數(shù)為2，服務(wù)小區(qū)的信道矩陣H1和協(xié)作小區(qū)的信道矩陣H2，在發(fā)射數(shù)據(jù)之前不做處理直接合并為一個(gè)大矩陣即H=[H1H2]，它的維度就是各個(gè)信道維度之和。對(duì)這個(gè)大矩陣H采用理想的信道估計(jì)方法，運(yùn)用上文提到碼本反饋的方法得到W，則鏈路下行的接收信號(hào)可以表示為

Y=[H1H2]*W*X+N。顯然，從用戶端來(lái)看，等效于將兩個(gè)協(xié)同傳輸?shù)男^(qū)等效為1個(gè)有兩倍發(fā)射天線數(shù)目的大基站。

算法二如圖四所示，仍然假設(shè)協(xié)作小區(qū)數(shù)為2，基站獲知反饋的信息后，根據(jù)獨(dú)立的信道H1和H2分別得到自己的和，然后對(duì)根據(jù)預(yù)編碼向量加權(quán)后的單小區(qū)等效信道進(jìn)行合并，接收端的信號(hào)為，即將每個(gè)小區(qū)的基站看成是一根虛擬天線，這樣N個(gè)小區(qū)協(xié)同就可以看成是有N根虛擬天線的基站。

表格一　參數(shù)設(shè)置

4　結(jié)論

圖四　間接預(yù)編碼的聯(lián)合處理

通過(guò)以上仿真參數(shù)，在鏈路級(jí)仿真中，得到下列結(jié)果

從圖五和圖六中我們可以看到，全局預(yù)編碼性能明顯的好于局部預(yù)編碼，在誤碼率上可以得到較好的提升，相對(duì)吞吐量也有顯著的提高，當(dāng)然這兩種算法有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，算法一既考慮了每個(gè)協(xié)同小區(qū)發(fā)送的能量最大化，也通過(guò)預(yù)編碼處理消除了整體信道矩陣不同層之間的干擾，缺點(diǎn)是需要設(shè)計(jì)發(fā)射天線數(shù)較多的大碼本，無(wú)形中使得移動(dòng)終端和基站間的交互信息較多。算法二不用設(shè)計(jì)更大的碼本，不過(guò)在非理想的信道估計(jì)下，估計(jì)的信道就復(fù)雜一些。同時(shí)需要考慮協(xié)作基站同步的問(wèn)題。所以在選擇何種算法時(shí)要根據(jù)要求的性能指標(biāo)來(lái)決定。

圖六　不同現(xiàn)在比小的相對(duì)吞吐量

圖五　不同信噪比小的誤碼率

參考文獻(xiàn)

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栗磊、1980年生、男、河南信陽(yáng)人、本科、實(shí)驗(yàn)師、 研究方向（計(jì)算機(jī)應(yīng)用）.

張耀軍、1979年生、男、河南信陽(yáng)人、碩士、講師、研究方向（計(jì)算機(jī)應(yīng)用）.

Research of joint processing with feedback of PMI

Li Lei,Zhang Yaojun

（Computer Science Department ,Xinyang College of Agriculture and Forestry,Xinyang,464000）

Abstract：In order to improve throughput and system performance at the cell edge user of the LTE-A systerms ,two joint precoding algorithms was proposed for coordinated multi-point(CoMP)transmission systems based on the existing methods,the first algorithm was used to global precoding,and the second algorithm was used to Indirect precoding,this joint processing make interference signals in different cells to become useful signal,simulation results has shown that the two algorithms can be very good to improve the performance of the cell edge user.

Keywords：CoMP transmission;joint processing;pre-coding;feedback

作者簡(jiǎn)介