多小区多用户MISO系统中自适应有限反馈方案

郭荣新

(华侨大学 信息科学与工程学院， 福建 厦门 361021)

多小区多用户MISO系统中自适应有限反馈方案

郭荣新

(华侨大学 信息科学与工程学院， 福建 厦门 361021)

依据有限的用户信道状态信息(CSI)下的小区间干扰消除，提出一种简单的协作单小区传输方案.研究使用不同的有限反馈方案所造成的和速率损失,对提出的反馈比特的分配算法给出具体的闭合表达式，该算法能够使量化误差最小.仿真结果表明:与等比特分配算法相比,提出的自适应比特分配算法能获得更优的系能增益. 关键词： 有限反馈； 和速率； 基站协作； 小区； 干扰消除； 随机矢量

发射端基站间协作利用已知的用户信道状态信息(CSI)管理协作信道干扰[1-2],用户通过带宽有限回程链路反馈期望信道信息和干扰信道信息.在下一代蜂窝通信系统中,通过利用容量有限的回程链路,或者带宽有限的反馈信道延迟CSI，基站间协作策略的成功实施可用来评估系统获得的性能增益.协作多小区传输能够显著提升性能增益，但是这需要基站间交换大量信息，包括用户数据和CSI，计算复杂高，在实际系统中很难部署[1].另一方面，协作单小区传输(协作波束形成或部分基站间协作)由于没有基站间数据交换，每个用户仅需向相邻小区反馈瞬时信道状态信息或统计信道状态信息.因此，系统开销较小、计算复杂度更低.由于多普勒效应，CSI在整个回程链路带宽中仅占有很少的一部分[3].越来越多的研究集中在有限反馈下多小区干扰广播信道[4-10].在单干扰系统中，小区间干扰消除在和速率性能上可获得显著的增益，并且保证回程链路的负载是可控的[6].小区间干扰消除被用来量化多小区系统中延迟有限反馈的影响[8]，但是，对于所有的信噪比(RSN)区域内没有给出明确的统一表达式.本文提出了一种简单的协作单小区传输方案.

图1 两小区多用户MISO系统模型Fig.1 Two cell multiuser MISO system model

1 系统模型

图1为两小区多用户MISO(multiple input single output)系统模型.图1中：两小区为多用户MISO系统，有K个基站，每个基站配备M根天线，对选出的L(L

(1)

(2)

2 有限速率反馈下小区间干扰消除

(3)

(4)

与已知完全信道状态信息不同，小区间干扰和用户间干扰在有限反馈系统中不能完全精准地估计，因此，用户(l,i)获得的和速率为

(5)

信道的方向信息可分解为

(6)

(7)

定义用户(l,i)的和速率损失为

(8)

(9)

速率损失的上界为

3 自适应有限反馈比特分配

(10)

用户(l,i)和速率损失的最小化问题表达式为

(11)

目标函数是对数凸优化问题，利用拉格朗日算法可求得最优解，式(11)的拉格朗日函数可表示为

(12)

式(12)的库恩库克条件为

(13)

因此，可求得一个次优的解，即

(14)

式(14)中:[x]+=max{0,x}.

由式(14)可知:每个链路分配的比特依赖于基站天线数M、小区数、用户间干扰接收功率、总的接收功率；为了获得更精准的信道状态信息，需要最小化量化误差导致的性能损失.

为了使速率损失维持在一个常数范围内，有

(15)

变换后得

(16)

把式(14)带入到式(16)，有

(17)

依据修正式(17)，可以得到

(18)

4 仿真结果与分析

图2 比特分配 图3 小区边缘和速率性能 Fig.2 Bit allocation Fig.3 Rate performance of cell edge

5 结束语

利用多小区多用户干扰广播信道的信道状态信息，提出一种小区间干扰消除算法.根据提出的算法，分析了和速率损失的性能，并根据最小期望量化误差推导了比特分配的闭合表达式.为了维持和速率损失在一个常数范围内，还给出了每个用户需要反馈的总比特数的关系.仿真结果显示：所提算法可以改善小区边缘覆盖，提高系统容量.

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(责任编辑： 陈志贤 英文审校： 吴逢铁)

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

郭荣新(1980-)，男，实验师，主要从事移动通信的信息处理方面的研究.E-mail:grxeee@hqu.edu.cn.

国家自然科学基金资助项目(61201264， 61401165)； 福建省自然科学基金资助项目(2015J01262)； 福建省泉州市重点科技专项(2012Z99)； 华侨大学实验教学改革与建设课题(66661204Y)

TN 911.7

A

1000-5013(2017)01-0091-05