多小區(qū)多用戶MISO系統(tǒng)中自適應(yīng)有限反饋方案

郭榮新

(華僑大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 福建 廈門 361021)

多小區(qū)多用戶MISO系統(tǒng)中自適應(yīng)有限反饋方案

郭榮新

(華僑大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 福建 廈門 361021)

依據(jù)有限的用戶信道狀態(tài)信息(CSI)下的小區(qū)間干擾消除，提出一種簡單的協(xié)作單小區(qū)傳輸方案.研究使用不同的有限反饋方案所造成的和速率損失,對提出的反饋比特的分配算法給出具體的閉合表達(dá)式，該算法能夠使量化誤差最小.仿真結(jié)果表明:與等比特分配算法相比,提出的自適應(yīng)比特分配算法能獲得更優(yōu)的系能增益. 關(guān)鍵詞： 有限反饋； 和速率； 基站協(xié)作； 小區(qū)； 干擾消除； 隨機(jī)矢量

發(fā)射端基站間協(xié)作利用已知的用戶信道狀態(tài)信息(CSI)管理協(xié)作信道干擾[1-2],用戶通過帶寬有限回程鏈路反饋期望信道信息和干擾信道信息.在下一代蜂窩通信系統(tǒng)中,通過利用容量有限的回程鏈路,或者帶寬有限的反饋信道延遲CSI，基站間協(xié)作策略的成功實(shí)施可用來評估系統(tǒng)獲得的性能增益.協(xié)作多小區(qū)傳輸能夠顯著提升性能增益，但是這需要基站間交換大量信息，包括用戶數(shù)據(jù)和CSI，計(jì)算復(fù)雜高，在實(shí)際系統(tǒng)中很難部署[1].另一方面，協(xié)作單小區(qū)傳輸(協(xié)作波束形成或部分基站間協(xié)作)由于沒有基站間數(shù)據(jù)交換，每個用戶僅需向相鄰小區(qū)反饋瞬時信道狀態(tài)信息或統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息.因此，系統(tǒng)開銷較小、計(jì)算復(fù)雜度更低.由于多普勒效應(yīng)，CSI在整個回程鏈路帶寬中僅占有很少的一部分[3].越來越多的研究集中在有限反饋下多小區(qū)干擾廣播信道[4-10].在單干擾系統(tǒng)中，小區(qū)間干擾消除在和速率性能上可獲得顯著的增益，并且保證回程鏈路的負(fù)載是可控的[6].小區(qū)間干擾消除被用來量化多小區(qū)系統(tǒng)中延遲有限反饋的影響[8]，但是，對于所有的信噪比(RSN)區(qū)域內(nèi)沒有給出明確的統(tǒng)一表達(dá)式.本文提出了一種簡單的協(xié)作單小區(qū)傳輸方案.

圖1 兩小區(qū)多用戶MISO系統(tǒng)模型Fig.1 Two cell multiuser MISO system model

1 系統(tǒng)模型

圖1為兩小區(qū)多用戶MISO(multiple input single output)系統(tǒng)模型.圖1中：兩小區(qū)為多用戶MISO系統(tǒng)，有K個基站，每個基站配備M根天線，對選出的L(L

(1)

(2)

2 有限速率反饋下小區(qū)間干擾消除

(3)

(4)

與已知完全信道狀態(tài)信息不同，小區(qū)間干擾和用戶間干擾在有限反饋系統(tǒng)中不能完全精準(zhǔn)地估計(jì)，因此，用戶(l,i)獲得的和速率為

(5)

信道的方向信息可分解為

(6)

(7)

定義用戶(l,i)的和速率損失為

(8)

(9)

速率損失的上界為

3 自適應(yīng)有限反饋比特分配

(10)

用戶(l,i)和速率損失的最小化問題表達(dá)式為

(11)

目標(biāo)函數(shù)是對數(shù)凸優(yōu)化問題，利用拉格朗日算法可求得最優(yōu)解，式(11)的拉格朗日函數(shù)可表示為

(12)

式(12)的庫恩庫克條件為

(13)

因此，可求得一個次優(yōu)的解，即

(14)

式(14)中:[x]+=max{0,x}.

由式(14)可知:每個鏈路分配的比特依賴于基站天線數(shù)M、小區(qū)數(shù)、用戶間干擾接收功率、總的接收功率；為了獲得更精準(zhǔn)的信道狀態(tài)信息，需要最小化量化誤差導(dǎo)致的性能損失.

為了使速率損失維持在一個常數(shù)范圍內(nèi)，有

(15)

變換后得

(16)

把式(14)帶入到式(16)，有

(17)

依據(jù)修正式(17)，可以得到

(18)

4 仿真結(jié)果與分析

圖2 比特分配 圖3 小區(qū)邊緣和速率性能 Fig.2 Bit allocation Fig.3 Rate performance of cell edge

5 結(jié)束語

利用多小區(qū)多用戶干擾廣播信道的信道狀態(tài)信息，提出一種小區(qū)間干擾消除算法.根據(jù)提出的算法，分析了和速率損失的性能，并根據(jù)最小期望量化誤差推導(dǎo)了比特分配的閉合表達(dá)式.為了維持和速率損失在一個常數(shù)范圍內(nèi)，還給出了每個用戶需要反饋的總比特數(shù)的關(guān)系.仿真結(jié)果顯示：所提算法可以改善小區(qū)邊緣覆蓋，提高系統(tǒng)容量.

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(責(zé)任編輯： 陳志賢 英文審校： 吳逢鐵)

Adaptive Limited Feedback Scheme in Multicell Multiuser MISO Systems

GUO Rongxin

(College of Information Science and Engineering, Huaqiao University, Xiamen 361021, China)

By using the inter-cell interference cancellation based on limited user channel state information (CSI), a simple cooperative single cell transmission scheme is proposed in this paper. The sum-rate loss caused by different limited feedback schemes is investigated. The closed-form expressions of proposed feedback bit allocation scheme is presented, which can minimize the quantization error. Simulation results show that the proposed feedback bits allocation strategy provides significant gain compared with equal bits allocation scheme. Keywords： limited feedback; sum rate； base station cooperation; inter-cell； interference cancellation； random vector

10.11830/ISSN.1000-5013.201701017

2015-01-07

郭榮新(1980-)，男，實(shí)驗(yàn)師，主要從事移動通信的信息處理方面的研究.E-mail:grxeee@hqu.edu.cn.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61201264， 61401165)； 福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015J01262)； 福建省泉州市重點(diǎn)科技專項(xiàng)(2012Z99)； 華僑大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與建設(shè)課題(66661204Y)

TN 911.7

A

1000-5013(2017)01-0091-05