[发明专利]一种宽带协作多点传输的自适应比特装载和功率分配方法

摘要

本发明涉及一种宽带协作多点传输的自适应比特装载和功率分配方法，属于无线通信技术领域。对无线通信网络中的用户在一定频点的等效多输入多输出信道进行平坦衰落信道处理，得到协作基站对用户的信道，对当前信道矩阵进行块对角-奇异值分解，最后进行自适应比特装载和功率分配。本发明的功率分配方法，针对不同子信道提供多进制正交幅度调制，易于现实运用，且性能接近于无限星座调制；本发明方法基于不同的子信道增益实现比特装载和功率分配最优化，以发送功率最小化分配为目标，从而进一步提升了通信系统的整体传输性能；本发明的自适应调制方法复杂度低，非常适用于宽带多基站协作的CoMP系统。

主权项

1.一种宽带协作多点传输的自适应比特装载和功率分配方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)设无线通信网络中包含B个协作基站和K个用户，每个协作基站带有M_T个发送天线，每个用户带有M_R个接收天线，设无线通信系统有N个频点，对于第k个用户，在一个正交频分复用符号时刻传输含有N个频点的信息块，该信息块经过预编码矩阵变换之后，再经层映射和载波映射，形成正交频分复用符号并加上循环前缀，加上循环前缀的正交频分复用符号通过M_T个发送天线发送至用户；用户接收正交频分复用符号后，去除循环前缀，依次进行离散傅里叶变换和预编码字解码，得到对接收信号的判决变量，由此得到所有协作基站与第k个用户间的宽带信道的等效块对角矩阵其中为第k个用户在第n个频点的等效多输入多输出信道；(2)对上述步骤(1)的第n个频点上的进行平坦衰落信道处理，在此频点上得到协作基站b对第k个用户的当前复基带信道矩阵其中b＝1，2，…，B，k＝1，2，…，K，进而得到所有协作基站对所有用户的信道矩阵H＝{H₁^T，H₂^T，...，H_K^T}^T，其中为所有协作基站对第k个用户的当前信道矩阵，(·)^T为矩阵的转置；(3)对上述第k个用户的当前信道矩阵H_k进行块对角-奇异值分解，具体过程如下：(3-1)对第k个用户进行H_k的块对角分解，得到其中(·)H为矩阵的共轭转置，即不包括H_k的规模为(K-1)M_R×BM_T的扩展信道矩阵，为的左奇异矩阵，为的非零奇异值，和分别为包括的前个右奇异向量和后个右奇异向量的矩阵，rank(.)代表取秩，根据构成的零空间正交基，即i＝1，2，…，K，i≠k，则对于所有协作基站对所有用户的信道，重新建立一个等效矩阵，该矩阵有如下块对角化的形式：diag{·}表示矩阵为对角化矩阵；(3-2)对上述第k个用户的块对角化矩阵进行奇异值分解，得到其中U_k为的左奇异矩阵，λ_k，i为的非零奇异值，和分别为包括前L_k个右奇异向量和后(BM_T-L_k)个右奇异向量的矩阵，根据将第k个用户多数据流多输入多输出信道分解为并行的子信道；(3-3)根据步骤(3-1)和(3-2)的和U_k，得到所有协作基站向第k个用户发送信号的联合预编码矩阵为和解码矩阵为G_k＝U_k^H，经各用户的联合预编码矩阵和解码矩阵处理的所有协作基站与所有用户之间的信道等效为各用户数据流并行子信道；(4)重复步骤(2)和(3)，得到所有频点上的等效K×M_R个并行子信道，并得到第n个频点上第<l，k>个子信道的奇异值为λ_l，k[n]，l＝1，2，…，M_R，k＝1，2，…，K，n＝1，2，…，N，定义每个正交频分复用符号下第k个用户分配的比特数为B_k，k＝1，2，…，K，采用多进制正交幅度调制，调制阶数为M＝2，4，16，64，256，引入为与调制相关的信噪比门限，其中函数SER为给定要求的误比特率；(5)根据上述步骤(4)的结果，进行自适应比特装载和功率分配，具体步骤如下：(5-1)每个子信道进行初始比特装载和功率分配：(5-1-1)计算第n个频点上第<l，k>个子信道初始装载的比特数目其中(5-1-2)将上述初始装载比特数目取整到限定的星座尺寸b_l，k[n]∈{0，1，2，4，6，8}；(5-1-3)计算第n个频点上第<l，k>个子信道分配的初始功率e_l，k(0)[n]＝0；(5-1-4)计算第n个频点下第<l，k>个子信道的分配功率增量，根据星座图尺寸变步长计算子信道功率增量，令GNR_l，k[n]＝SNR_l，k[n]/GAP，当0＜b_l，k[n]≤2时，即对应星座图变化步长为1，则功率增量为当2＜b_l，k[n]≤8时，即对应星座图变化步长为2，则功率增量为(5-2)根据上述步骤(5-1)的初始比特装载和功率分配后，第k个用户在N个频点上一共装载的比特数为k＝1，2，…，K，对B_total，k和B_k的大小进行判断，若B_total，k＝B_k，则初始比特装载和功率分配为最终比特装载和功率分配，若B_total，k≠B_k则进行以下步骤：(5-2-1)若B_total，k＞B_k，则根据上述步骤(5-1-4)中的功率增量，选择功率增量最大的子信道，并设与该信道相对应的装载比特数i为当0＜i≤2时，以步长1对该子信道进行去1比特调节，第k个用户装载的总比特数相应减去1比特，即b_i-1→b_i，B_total，k-1→B_total，k；当2＜i≤8时，以步长2对该子信道进行去2比特调节，第k个用户装载的总比特数相应减去2比特，即b_i-2→b_i，B_total，k-2→B_total，k；(5-2-2)若B_total，k＜B_k，则根据上述步骤(5-1-4)中的功率增量，选择功率增量最小的子信道，并设该信道对应的装载比特数i为其中，当0＜i≤2时，以步长1对该子信道进行增1比特调节，第k个用户装载的总比特数相应增加1比特，即b_i+1→b_i，B_total，k+1→B_total，k；当2＜i≤8时，以步长2对该子信道进行增2比特调节，第k个用户装载的总比特数相应增加2比特，即b_i+2→b_i，B_total，k+2→B_total，k；(5-2-3)重复上述(5-2-1)或(5-2-2)步骤至B_total，k＝B_k，各用户每个频点的各子信道上比特和功率得到自适应分配，得到第n个频点上第<l，k>个子信道的装载比特数目为分配功率为