多点协作传输中的联合传输方法

多点协作传输中的联合传输方法

Joint Transmission Method for Coordinated Multi-Point Transmission and Reception

孙云锋/SUN Yunfeng

姜静/JIANG Jin 胡留军/HU Liujun

(中兴通讯股份有限公司产品市场体系，广东

深圳518004)

(Products and Marketing System of ZTE Corporation ,Shenzhen 518004,China )

基金项目：国家科技重大专项课题

(2009ZX03003)

随

着LTE-A 需求的提出，人们对小区平均频谱效率和小区边缘频

谱效率越来越重视，相比较而言，小区边缘的频谱效率最受人们关注，这主要是因为LTE-A 系统的上下行都是以正交频分复用(OFDM)为基本多址复用方式的频分系统，与传统的以CDM A 为基本多址复用方式的无线通信系统不同，LTE-A 系统没有处理增益，小区内部因为完全频分正交，所

以几乎没有干扰问题，但在小区边缘处的干扰处理相对棘手。

多点协作传输技术是利用多个小区的发射天线协作传输来实现小区边缘处无线链路的较高容量和可靠传输，可以有效解决小区边缘干扰问题。多节点协作联合传输的方式主要可以分为两类：信号相关的传输方式和信号非相关的传输方式。相关的传输方式是指要求各个节点传输的信号在接收方具有一定的相关特性，从而使得各信号能够获得较大的合并增益；非相关的传输则不需要考虑

信号在接收方的相关特性，其主要获得的是分集增益。

本文结合上述两类方式，分别提出了基于非相关的多点联合传输方式和基于相关的多点联合传输方式。

1多点协作传输系统

多点传输系统，主要是基于解决小区边缘干扰问题而提出的，其基本原理是对边缘用户干扰较强的多个小区通过联合调度降低对小区边缘用户的干扰，或者联合传输的方式，进一步地提高小区边缘用户的接收功率，从而改善小区边缘用户的感受。其基本原理示意图如图1所示。位

于小区边缘的用户1(UE1)同时被多个小区1、小区2以及小区3服务。从而

消除其他小区对边缘用户的干扰，同时可以通过联合传输提高小区边缘用户的信号质量。

2多节点联合传输的方法

多节点联合传输是通过对用户干扰严重的小区之间联合调度或者联合传输解决干扰问题。

多节点联合传输方法主要可以分为两类，非相关联合传输和相关联合传输。

本文分别对给出的非相关联合传输和协作联合传输的方法进行介绍。

2.1基于非相关的多点联合传输方法

在单小区的传输中，常用的非相关传输的方式主要是开环传输方案，其中文献[1-3]给出了基于空时/频编码的传输分集方案，而文献[4-6]则给出了基于循环时延的传输分集方案。多点协作传输系统中，最简单的采用类似于组播和广播业务(M BM S)中的传输方式，即各个节点发送相同的信号，通过空间进行合并，但是在实际应用场景中，由于空间信道的随机特性，无法保证信号的有效合并。Alamouti 提出的空时频编码的方案可以在2个发射天线时获得最大的分集增益，而波束赋形技术，可以使发射信号的功率集中在一定角度范围的方向上，从而使接收方获得更大接收功率。空时频分组编码后得到的多路数据在接收方是通过接收算法获得合并增益的，因此可以考虑将空时频分组编码后的多路数据分别映射到不同的节点上进行传输。

假设待发送的数据序列为[s 1,s 2,…,s n ]，首先进行空时分组码/空频块编码(STBC/SFBC)编码，经过分集处理

后的数据表示为分别将S 1和S 2映射到不同的节点上，假设进行多点协作传输的各个节点的发射天线数目为Nt i ，其中i 表示第i 个发射节点。为了将一路数据S k 映射到Nt i 个天线上，设置波束赋形权值

B i ，并用B i 对数据S k 进行处理，其中B i 为Nt i ×1的矩阵。则节点i 发出的信号经过空间信道后，在UE 测得的表示形式为：

y i =H i 誗B i 誗S k +n i (1)式中，H i 为节点i 与目标用户之间形成的信道，假设目标用户的接收天线数目为H r ，

则H i 为H r ×Nt i 的矩阵。为了分析简单，我们以2个节点进行联合传输为例说明接收方信号表示形式。

假设节点1发送经过SFBC 编码后的第一路数据，节点2发送经过SFBC 编码后的第二路数据。则UE 侧接收到的来自两个节点的信号分别为：

y 1=H 1誗B 1誗S 1+n 1，y 2=H 2誗B 2誗S 2+n 2

其中H i 誗B i 为N r ×1的矩阵，表示为H ei 。则接收方在两个相邻载波的接收信号为：

由公式(2)可以看出，

此时UE 侧可以利用H ei 直接按照Alamouti 的检测方法进行检测。而H ei 为多个发射天线与接收天线之间信道通过B i 处理得到的相关合并信道，因此可以获得较大的功率增益，同时由于两个节点之间处于不同的物理位置，可以获得更大的分集增益。

当参与协作的节点数目较多时，可以在上述方法的基础上，对节点进行分组，即将协作节点分为两组，同一组内传输相同的一路经过SFBC 编码的数据。或者为了获得更大的分集增益，对数据[s 1,s 2,…,s n ]进行SFBC+FSTD 的编码，即将

映射为多路数据。并分配到不同的节点传输，例如4个节点进行联合协作传输时，可以进行如下映射：

并将每路数据分别在不同的节点通过波束赋形权值映射到对应节点的多个天线上传输。

2.2基于相关的多点联合传输方法

预编码技术是指为了简化接收机的检测算法，发射机事先根据信道信息进行一定的预处理。预编码技术分为线性预编码和非线性预编码技术[7-11]。常用的线性预编码技术包括基于信道奇异值分解(SVD)的预编码、基于迫零算法的预编码、基于M M SE 算法的预编码等，而非线性预编码中常用的是汤姆林森-哈拉希玛预编码(THP)或脏纸预编码。在当前标准协议的研究讨论过程中，对于预编码技术主要考虑的是基于线性处理的预编码。

本文提出的多点联合传输中的预编码处理方式是将预编码技术与波束赋形技术结合用于多点协作传输。该方案的基本思想是，不同的参与协作传输的节点分别传输经过预编码后得到的一路数据，并将该路数据进行波束赋形之后发送出去。原理框图结构如图2所示。

假设预编码的可用层数目为L ，在某载波上待发送的数据为[s 1,s 2,…,

s L ]T ，预编码矩阵为W 为P ×L 维预编码矩阵，其中P 为发送端口(或协作节点)的个数；，

为某个发送端口进行波束赋形所用的波束矢量，其中[.]T 表示对矩阵的转置。

在这种方法中，假设协作节点的个数为P ，

首先，对应每个节点p ，可以根据其对应的信道H p 获得波束赋形矢量B p ，也可以通过信道互益性或DOA 估计方法获取。经过波束赋形后的等效信道为H e p =H p ·B p ，

其中H p 为N r ×N 的矩阵，则H e p 为N r ×1的信道

矩阵，于是所有节点的等效信道构成

N r ×P 的信道矩阵H e 。进一步地，根据

=，S 1S 2s 1-s 2*…s n -1-s n

*

s 2s 1*…s n -s n *-1r 1=H e 1s 1+n 1+H e 2s 2+n 2=H e 1s 1+H e 2s 2+n

r 2=-H e 1s 2*+n 1+H e 2s 1*+n 2=-H e 1s 2*+H e 2s 1*+n

(2)

=

S 1S 2

s 1-s 2*…s n -1-s n *

s 2s 1*…s n -s n *

-1

=

S 1S 2

s 1-s 2*

…s n -1-s

n

*s 2s 1*…s n -s

n *-1

→S 1S 2

S 3

S 4=s 1-s 2*o o …

s 2s 1*

o o …o o s 3s 4*…

o o s 4s 3*…

B p =[b 1,b 2,…,b ]T N t p

t p