使信道量化误差造成的速率损失最小化的方法与流程

本技术涉及通信，具体涉及公开了使信道量化误差造成的速率损失最小化的方法。

背景技术：

1、mimo通信系统可以采用多个数据流的分集或复用发送以提供更高的数据速率和更好的信号质量。一般来说，mimo多天线系统因为天线位置不同可以分为集中式天线系统(cas)和分布式天线系统(das)。分布式天线系统，作为一种潜在的未来无线通信系统架构，因为可以对抗大尺度衰落，减少发送功率，增加系统容量，所以近年来得到了广泛的关注。张宁波等(张宁波,康桂霞.布式天线系统信道容量分析[j].北京邮电大学学报,2008,30(3):50～53[3-5]])从信息论的角度证明了当发端具有完整的信道信息(csit)时，das与cas相比可以有效得增加系统容量。然而，在实际系统中获取完整的csit是非常困难的。基于有限反馈和随机矢量量化(rvq)的迫零[jindal n.mimo broadcast channels withfinite-rate feedback[j].ieee transactions on information theory 2006,52(11):5045-5060.](zero-forcing)/块对角化(block-diagonalization)预编码技术在下行多天线系统中的性能得到了充分研究。研究结果表明当反馈比特数随着信噪比(snr)线性增加时，系统可获得满复用增益并且有效接近完整csit的性能。文献将有限反馈预编码的技术应用在分布式天线系统中，并且提出了自适应发送天线选择算法，尽管该算法可有效得增加小区内容量，但是仅仅适用于单用户情况并且没有考虑到小区间干扰(ici)。bhagavatula等(bhagavatula r and heath jr r w.adaptive limited feedback forsum-rate maximizing beamforming in cooperative multicell systems[j].ieeetransaction on signal process,2011,59(2):800–811)在基于随机矢量量化(rvq)的基站协同传输系统中，根据小区内用户信号的信干噪比(sinr)为本小区和干扰小区信道分配反馈比特，虽然这些方法可有效得提升系统速率，但是仅仅适用于cas和单流干扰的情况。

2、有鉴于此，现有技术需要使信道量化误差造成的速率损失最小化的方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种使信道量化误差造成的速率损失最小化的方法。本发明的方法基于协同分布式天线系统中的自适应比特分配算法，使用随机矢量量化(rvq)的码本分别量化来自本小区和周围干扰小区的信道状态信息(csi)，用户总反馈开销固定时，采用两步骤的最优化方法得出为本小区和周围小区分配反馈比特数的最优解，从而使信道量化误差造成的速率损失最小化的方法。自适应比特分配算法将用户总反馈比特分为两部分，分别用来量化mui信道和ici信道，并根据相对大尺度衰落的大小分别为这两组信道分配反馈比特。仿真结果表明该算法与平均比特分配算法相比可有效提升用户平均传输速率。

2、一方面，本发明提供了一种使信道量化误差造成的速率损失最小化的方法，该方法包括使用随机矢量量化(rvq)的码本分别量化来自本小区和周围干扰小区的信道状态，以及在用户总反馈开销固定时，采用两步骤的最优化方法得出为本小区和周围小区分配反馈比特数的最优解，从而最小化信道量化误差造成的速率损失。

3、在本发明方法的实施方案中，所述使用随机矢量量化(rvq)的码本分别量化来自本小区和周围干扰小区的信道状态具体包括以下步骤：

4、小区中的k个用户同时选择所有m个rru进行下行数据传输，每个rru和用户都配置单根天线，设一个中心小区周围同时存在n个干扰小区，小区内的用户会同时受到本小区的mui和邻小区的ici两种干扰。假设块衰落信道模型，并且小区间的csit可通过基站间的x2接口交互共享，则第k个用户接收信号表达式为:

5、

6、其中xk为第k个用户的发送数据符号，满足发射功率限制p:p:e(||xk||2)＝p,假设每个rru的发送功率平均分配给每个用户，和分别第k个用户的本地信道和第n(n≤n≤1)个邻小区到用户k的干扰信道，两者服从相同的分布，其中hk可表示为：

7、

8、其中，lk,m为第m个rru到用户k的大尺度衰落,有:其中sk,m为服从对数正态分布的阴影衰落，α和dk,m分别为路径损失因子和第m个rru与用户k间的距离，hk,m是相应的小尺度衰落，服从零均值方差为1，相对独立同分布(i.i.d)的复高斯随机分布。wk为基于有限反馈和rvq码本生成的迫零预编码矢量，满足单一范数限制：

9、在本发明方法的实施方案中，在有限反馈系统中，每个用户共采用btot比特来量化接收信道，其中，bk和bk,n分别用来量化信道矩阵hk和hk,n，满足总反馈比特开销限制：

10、且

11、每个用户通过最小距离准则获取码本索引信息，并将该索引信息反馈给基站：

12、

13、在本发明方法的实施方案中，在用户总反馈开销固定时，考虑到采用有限反馈导致残留干扰的存在,小区内用户k的平均传输速率为：

14、

15、当发端能获取完整的信道信息时，迫零预编码可以完全消除式(1)中的干扰项，此时小区内用户的平均传输速率为：

16、

17、其中，wk是基于完整信道信息生成的迫零预编码矢量。根据式(4)和式(5),可得到有限反馈造成的速率损失的表达式：

18、

19、在本发明方法的实施方案中，所述两步骤的最优化方法具体包括：第一步，设分配给n个邻干扰小区信道的总比特数为满足bi+bk＝btot，考虑到对数函数在定义域内为单调增函数，第一步的最优化目标为：

20、

21、对式(7)应用几何平均-算数平均不等式，得到：

22、

23、

24、当且仅当时，式(8)取得等号，得到最优bk,n，表达式为

25、

26、在本发明方法的实施方案中，所述两步骤的最优化方法具体包括：第二步为对式(10)求关于bk的偏导数，得到的导函数为(11)：

27、

28、bk∈[0，btot]     (10)

29、

30、将式(11)赋值为0,得到bk的最优解:

31、

32、同时，可得到bi的最优解：

33、本发明方法具有如下优点：在多用户协同分布式天线系统中，存在两种干扰：本小区内的多用户干扰(mui)和来自周围小区的小区间干扰(ici)。为了抑制这两种干扰，本发明针对协同分布式天线系统，提出了使信道量化误差造成的速率损失最小化的方法，该方法使用随机矢量量化(rvq)的码本分别量化来自本小区和周围干扰小区的信道状态信息(csi)。在用户总反馈开销固定时，采用两步骤的最优化方法得出为本小区和周围小区分配反馈比特数的最优解。仿真结果表明该算法与平均比特分配算法相比有效提升了用户平均传输速率。