同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法

摘要

本发明提出一种同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，包括以下步骤：分别为每个小区建立基准矢量以得到基准矢量集合；根据基准矢量集合和预设阈值，应用一套候选用户选择标准确定候选用户集合；所述候选用户集合中的每个用户向发射节点发送具有预设大小的反馈信息；向发送出反馈信息的用户应用一套调度策略，以从所述发送出反馈信息的用户中选择当前时刻的调度用户；调度用户向所述发射节点反馈所述信道信息；以及所述发射节点根据反馈的信道信息对调度用户的信道进行重构，并基于所述重构的信道做预编码，以根据所述预编码结果向所述调度用户发送信息。根据本发明的实施例有效地提高同构网络反馈效率、降低系统开销。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种同构网络中基于有限反馈的多点协 作调度协作波束成形、局域LTE-A系统中有限反馈下的多点协作传输的同构网络系统 中基于有限反馈的多点协作传输方法。

背景技术

传统的无线蜂窝网络是一个干扰受限的系统。虽然多入多出(MIMO：Multiple Input  Multiple Output)技术在单小区中可以有效提高系统容量，然而在频率复用的蜂窝环境 中由于存在严重的小区间干扰(ICI：Inter-cell Interference)导致系统性能下降，尤其 是小区边缘的用户由于遭受严重的ICI无法得到良好的服务。另一方面，随着通信技术 的发展，用户业务日益多样化，并且不断提出了新的更高的性能要求。面对各小区单 独处理不能有效解决小区边界干扰导致频谱效率低和不能满足业务需求的现状，第三 代合作伙伴项目(3GPP：the 3rd Generation Partnership Project)等组织提出了多小区 协作CoMP技术。其原理是通过不同小区间的协同传输避免、抑制或消除来自邻小区 的同频干扰(CCI：Co-channel Interference)，从而有效提高整个系统以及边缘用户的 频谱效率。

根据各协作节点的信息共享程度，CoMP可以分为两种传输模式，即：联合处理(JP： Joint Processing)和协作调度/协作波束成形(CS/CB：Coordinated Scheduling/Coordinated  Beamforming)。在JP模式下，用户由多个发射节点(BS：Base Station)共同服务， 通过提高用户接收信号质量来保证性能优势。然而这种方式需要各发射节点之间共享 用户数据(Data)、所有信道状态信息(CSI：Channel State information)，通过动态交 互确定调度决策和发射权重，带来了很大的系统开销以及backhaul的承重负担，实现 复杂度较大。在CS/CB模式下，用户只由主发射节点(Serving-cell)服务，如图1所 示，各发射节点通过协作选择相互间干扰较小的一组用户，通过充分利用空间的分离 性，各节点协调发送信号波束的方向，从而有效地避免或降低小区间干扰，提高系统 性能。这种方式下各节点只需要共享部分CSI和调度信息，降低了系统开销和backhaul 的负担，比JP易于实现。

无论是在JP还是CS/CB模式下，发射端获得的CSI会极大地影响系统性能，。当 发端有完美信道信息时，多节点通过协作可以选择信道质量好且相互间干扰小的一组 用户，并通过迫零(ZF：Zeroforcing)或块对角(BD：Block Diagonalization)等易于 实现的线性预编码技术消除或降低用户间和小区间干扰，从而提高系统性能。然而在 实际的FDD(Frequency Division Duplex)系统中，上行反馈链路是容量受限的，每个 用户只反馈有限的信息，BS只能获得部分信道信息，即：有限反馈系统，其模型如图 2所示，这将导致系统性能的下降。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种提高同构网络反馈效率、降低系统开销的同构 网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法。

为达到上述目的，本发明实施例提出了同构网络系统中有限反馈下的多点协作传 输方法，所述同构网络系统包括多个相同配置的发射结点，其中每个发射节点的信号 覆盖一个小区，每个所述小区包括多个用户，所述方法包括以下步骤：分别为每个小 区建立基准矢量以得到基准矢量集合；根据所述基准矢量集合和预设阈值，应用一套 候选用户选择标准确定候选用户集合，其中，所述预设阈值包括第一阈值θ₀和第二阈 值γ₀，所述一套候选用户选择标准为：

$\Omega :\left(\begin{array}{c}\left|\cos (\angle (h_{l,l_k},v_l))\right|>\cos {\theta }_0\\ \left|{g_{l,l_k}^m}^H{v}_m\right|<{\gamma }_0,(m\ne l)\end{array}\right),(l=1,...,L),$

其中，所述第一阈值θ₀为限定用户的信道方向的门限值，所述第二阈值γ₀为对用 户干扰信道强度的门限值，所述Ω为候选用户选择标准，所述为第l个小 区中第l_k个用户的信道与第l个小区基准矢量v_l的夹角，所述为第m个小 区到第l个小区中第l_k个用户的干扰信道在第m个小区基准矢量v_m上的投影，所述 l和m为小区的ID号；所述候选用户集合中的每个用户向发射节点发送具有预设大小 的反馈信息；向发送出所述反馈信息的用户应用一套调度策略，以从所述发送出所述 反馈信息的用户中选择当前时刻的调度用户；所述调度用户向所述发射节点反馈所述 信道信息；以及所述发射节点根据所述反馈的信道信息对所述调度用户的信道进行重 构，并基于所述重构的信道做预编码，以根据所述预编码结果向所述调度用户发送信 息。根据本发明实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法，利用分 层反馈的方式，有效利用反馈比特提高用户的反馈效率，并基于反馈信息多小区联合 选择调度用户并确定发射波束，即在有限反馈下的协作调度/协作波束成形，从而以系 统吞吐量损失相对较小的情况下降低系统的反馈开销。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明 显和容易理解，其中：

图1为两小区的协作调度/协作波束示意图；

图2为有限反馈系统模型；

图3为本发明实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的分层 反馈系统框图

图4为本发明实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的候选 用户确定示意图；

图5为本发明实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的超球 体均匀量化示意图；

图6为本发明实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的同构 网络场景示意图；

图7为本发明一个实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的 码本设计的流程图；

图8为本发明一个实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的 数据传输的时序图；

图9为运用本发明实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法与 理想情况的性能仿真图；以及

图10为本发明实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传输方法的流程 图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。虽然示出了 特定实施例，但是应理解不意味着将本发明限于这些特定实施例。相反地，本发明包 括在所附的权利要求的精神和范围内的替代、修改和等同。阐明多个具体细节是为了 提供对本文提出的主题的全面理解。但是本领域的普通技术人员应明白，可以不使用 这些具体细节来实施该主题。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、程序、部件 和电路，从而避免不必要地使本实施例的方面模糊。

尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种元件，但是这些元件不应受这 些术语限制。这些术语仅仅用于将一个元件与另一个元件区别开。例如第一排序标准 可以称为第二排序标准，类似地，第二排序标准可以称为第一排序标准，在不脱离本 发明的范围的情况下。第一排序标准和第二排序标准都是排序标准，但是它们不是相 同的排序标准。

本文中本发明的描述中使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，并不意味 着对本发明的限制。如本发明及所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一个” “一种”和“所述”意味着也包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还应理解， 本文所使用的术语“和/或”表示并包含一个或多个的相关联的列出的项目的任何一个 和所有可能组合。还应进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含” 指定陈述的特征、操作、元件和/部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、操作、 元件、部件和/或它们的组的存在或添加。

如本文所使用的，根据上下文，术语“如果”可理解为是指“当”或“在......时” 或“响应于确定”或“根据......的确定”或“响应于检测”，陈述的先决条件是真实 的。类似地，根据上下文，短语“如果确定[陈述的先决条件是真实的]”或“如果[陈 述的先决条件是真实的]”或“当[陈述的先决条件是真实的]”可理解为是指“在确定...... 时”或“响应于确定”或“根据.......的确定”或“在检测......时”或“对应于检测” 陈述的先决条件是真实的。

以下结合附图描述根据本发明实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作 传输方法。

同构网络系统包括多个相同配置的发射结点，其中每个发射节点的信号覆盖一个 小区，每个所述小区包括多个用户。

由于下行传输(发射节点向用户传输信息)的广播特性以及CS/CB用户数据不共 享的特征，每个小区中的用户会受到本小区空分多址用户的用户间干扰以及小区间的 同频干扰。为了易于实现，本发明的方法中的发射节点间通过协作，每个时隙(time slot) 每个小区只服务一个用户。因此小区内没有用户间干扰，而小区间的同频干扰CCI仍 然存在。经上述分析可知，用户的吞吐量不仅与自身信道增益有关还与干扰信道和干 扰小区的调度用户有关。发射节点间只有通过协作调度和联合优化波束权重 (Beamforming weight vector)或预编码矩阵(Precoding matrix)才能提高系统的平均 频谱效率。

联合调度和优化波束矢量/预编码矩阵要求发射节点端拥有较好的信道状态信息。 在实际的FDD系统中，由于发射节点无法获得完美的信道状态(Perfect CSIT)，会导 致性能损失。因此本发明的实施例针对实际系统着重考虑了如何有效利用有限的反馈 比特，提高系统性能。

参见图10所示，根据本发明实施例的同构网络系统中基于有限反馈的多点协作传 输方法包括如下步骤：

步骤S101，分别为每个小区建立基准矢量以得到基准矢量集合。在本发明的一个 实施例中，基准矢量集合中每个基准矢量为V_l，(l＝1，......L)，其中，所述V_l为第l个小区 的基准矢量，所述L为小区的个数，且多个基准矢量的模均为1。即对每个小区引入一 个模为1的基准矢量(RV：Reference Vector)v_l，{l＝1，...，L}。

步骤S102，根据基准矢量集合和预设阈值，应用一套候选用户选择标准确定候选 用户集合，其中，所述预设阈值包括第一阈值θ₀和第二阈值γ₀，所述一套候选用户选 择标准为：

$\Omega :\left(\begin{array}{c}\left|\cos (\angle (h_{l,l_k},v_l))\right|>\cos {\theta }_0\\ \left|{g_{l,l_k}^m}^H{v}_m\right|<{\gamma }_0,(m\ne l)\end{array}\right),(l=1,...,L),$

其中，所述第一阈值θ₀为限定用户的信道方向的门限值，所述第二阈值γ₀为对用 户干扰信道强度的门限值，所述Ω为候选用户选择标准，所述为第l个小 区中第l_k个用户的信道与第l个小区基准矢量v_l的夹角，所述为第m个小 区到第l个小区中第l_k个用户的干扰信道在第m个小区基准矢量v_m上的投影，所述 l和m为小区的ID号。

具体地，兼顾用户自身信道和干扰信道对SINR的影响通过设定适当的门限值(第 一阈值θ₀和第二阈值γ₀)确定可能的用于调度的候选用户集合(Candidate Set)，在本 发明的一个实施例中，候选集合(候选用户集合)为Γ＝{Γ_l }，(l＝1，...，L)，Γ_l为第l个小 区中的候选用户集合，候选用户集合中的候选用户个数为P＝card(k，k∈Ω)，card为候 选用户集合中元素的个数，所述k为满足条件Ω的用户。

在本发明的一个实施例中，确定候选用户集合需要考虑如下因素，即：一是需要 调度的用户的自身信道和本小区基准矢量的关系。二是用户接收的干扰强度。具体地， 需要调度的用户根据估计的自身信道和干扰信道与、基准矢量做运算，在本地决定是 否需要反馈。其判断是否需要反馈的准则为：用户信道与本小区基准矢量足够接近并 且用户接收的干扰足够小，其中，判断用户信道与本小区基准矢量是否足够接近并且 用户接收的干扰是否足够小是通过设定的第一阈值θ₀和第二阈值γ₀决定的，即受到第 一阈值θ₀和第二阈值γ₀的影响。

步骤S103，候选用户集合中的每个用户向发射节点发送具有预设大小的反馈信息。 在本示例中，候选用户集合中的每个用户向所述发射节点发送的反馈信息的反馈量均 为1-bit。

步骤S104，向发送出所述反馈信息的用户应用一套调度策略，以从所述发送出所 述反馈信息的用户中选择当前时刻的调度用户。具体地，调度策略包括但不限于以下 方式：

A：当P＝0时，在每个所述小区中的所有用户中随机选择调度用户；以及

B：当P＞0时，在候选集合Γ中以最小历史平均速率用户优先的原则选择调度用户。

进一步地，调度策略B的调度公式为：(l＝1，...，L)，其中，为第l个小区中第k个用户在固定时间窗内的历史平均吞吐量。

更进一步地，在该示例中，还可对所述进行更新，其中更新公式为：

${\bar{R}}_k^l(t+1)=\left(\begin{array}{cc}(1-\frac{1}{t_c}){\bar{R}}_k^l\left(t\right)+\frac{1}{t_c}{r}_k^l\left(t\right),& k={k_l}^{*}\\ (1-\frac{1}{t_c}){\bar{R}}_k^l\left(t\right),& k\ne {k_l}^{*}\end{array}\right),$

其中，为调度用户在t时刻的瞬时速率，k_l^*为第l个小区中的调度用户，t_c为 25时间窗。

步骤S105，调度用户向所述发射节点反馈所述信道信息。调度用户向所述发射节 点反馈所述信道信息，具体而言：信道信息为量化信道矢量

其中，为用户的单位信道，即信道方向，其中，且所述调度用户的单位信 道均匀分布在单位超球的球冠上，C为优化的小码本。更为具体地，

1、根据所述信道方向的均匀分布特性、所述第一阈值θ₀和所述调度用户向所述发 射节点反馈比特数n₁，计算所述整个单位超球的大码本B的大小N，其中，所述大码 本B＝{b₁，b₂...，b_N}，所述b_i为码本B中的码字。

2、所述发射节点和调度用户根据相应的小区的基准矢量和大码本B得到依据所述 球冠的小码本C。

3.根据所述小码本C查找最优码字对所述调度用户的信道方向进行量化。发射节点 发射节点

步骤S106，发射节点根据所述反馈的信道信息对所述调度用户的信道进行重构， 并基于所述重构的信道做预编码，以根据预编码结果向所述调度用户发送信息。具体 地，发射节点根据所述调度用户反馈的所述小码本C的索引在所述小码本C中查找对 应的码字，以根据所述码字重构所述调度用户的信道。

根据上述的实施例，对信道进行重构的思路为：与发端拥有完美信道信息相比， 这种有限反馈会在一定程度上影响系统的性能。为了降低有限反馈导致的性能损失， 码本设计(对应上述步骤S105)成为了改善系统性能的关键。本发明实施例的候选用 户的确定方案(对应上述步骤S102)，基于这样准则(候选用户选择标准)中候选用 户信道h的方向受到限制以及用户自身信道h和干扰信道g间相互独立的特点，可以得 到如下结论：

用户的单位信道矢量均匀分布在单位超球的一个球冠上。这个球冠由该小 区的基准矢量和门限(预设阈值)共同决定。根据这个均匀分布的结论、系统的反馈 比特数n1以及阈值θ₀，通过如下计算得到量化整个超球的码本大小N：

其中，D1和D0分别表示球冠和整个球的表面积。D1的大小与球体维度和阈值θ₀有关，D0与球体维度有关。因此整个超球的大码本大小为：|B|＝N，球冠对应的小码 本大小为大码本记作B＝{b₁，b₂...，b_N}，可以离线生成，并在每个发射节点和 用户间共享。针对各小区的小码本C由大码本B和该小区基准矢量共同确定，即：B中 与该基准内积最大的前个码字构成C。

小区发射节点和调度用户根据本小区基准矢量和大码本B得到小码本C。已选中 的调度用户基于优化的码本C找到最优码字对信道方向量化，并将该码字在C中的索 引(信道信息)反馈给发射节点，发射节点根据反馈的索引在C中找到对应的码字， 从而重构用户信道。

由此，本发明的实施例基于上述的码本设计，充分考虑了被量化信道的分布特征， 并以较大的码本和较小的反馈开销完成了信道方向CDI的量化。

为了对本发明实施例的方法有更清楚的理解，以下以具体例子对本发明所阐述的 方法进行详细解释。

【实施例1】

系统的场景描述：

本实施例涉及多小区、多用户的同构网络系统中有限反馈下的协作调度协作波束 成形方案，同构网络系统如图6所示。整个系统由一个eNB和多个高功率RRH(Remote  Radio Head)构成，这些RRH通过光纤与中心eNB相连接。所谓同构网络这里是指， RRH与中心eNB有相同的发射功率，天线配置及覆盖范围。与传统同构网络的不同在 于，这些RRH只是从中心eNB拉出来的射频头，其只有收发功能而不具备信号处理 能力，也就是说这些RRH收到用户反馈的信息后需要通过光纤链路传给中心eNB，中 心eNB相当于一个中心控制器做出调度决策，再由各发射节点完成数据传输。因此在 整个系统中大的反馈开销(指从用户到各发射结点的上行无线链路的反馈量)同时也 会导致backhaul的承重负担，在实际中不容易实现。因此，本发明的实施例针对实际 的多小区同构网络，提出了新的分层反馈方案(用户反馈信道信息的方法)，有效地 利用有限的反馈比特以减小有限反馈导致的性能损失，完成了用户数据的传输，提升 反馈效率且提升系统通信性能。

这个同构网络由L个小区构成，每个小区均匀随机分布有K个单天线用户。这L个 小区构成一个协作集合(CS：Coordinated Set)，相互之间共享CSI，动态交互做出调 度决策完成数据传输。eNB和RRH均配置有N_T根天线，且有相同的发射功率P_t。各 小区通过协作每个时隙(time slot)只调度一个用户。因此小区内没有用户间干扰，小 区间的同频干扰CCI仍然存在。此时第个l小区中第l_k个用户的接收信号如下：

$y_{{l,l}_k}={h_{l{,l}_k}}^H{x}_l+\underset{m\ne l}{\Sigma }{g_{{l,l}_k}^m}^H{x}_m+n_l$

$={h_{{l,l}_k}}^H{w}_{l_k}^l{s}_{l_k}^l+\underset{m\ne l}{\Sigma }{g_{{l,l}_k}^m}^H{w}_{m_k}^m{s}_{m_k}^m+n_l$l＝{1，...，L}(2)

其中，表示第l个小区到本小区第l_k个用户的信道增益，表示 第m个小区到第l个小区中第l_k个用户的干扰信道增益。和分别表示第l个小区中 调度用户的波束权重矢量和原始数据，权重是第l个发射 节点的发射信号。n_l～C_N(0，σ²)是调度用户接收的加性高斯白噪声。

根据CS/CB的用户数据不共享的特征，第l_k个用户的数据只由其Serving-cell 提供，所以在(2)式中，右边第一项是用户l_k的期望信号，第二项是来自其他小区的同 频干扰。该用户的接收信干噪比(SINR：Signal-to-interference-plus-noise ratio)如下：

${\mathrm{SINR}}_{l_k}^l=\frac{P_t{\left|{h_{{l,l}_k}}^H{w}_{l_k}^l\right|}^2}{1+P_t\underset{m\ne l}{\Sigma }{\left|{g_{{l,l}_k}^m}^H{w}_{m_k}^m\right|}^2}---\left(3\right)$

以下对本发明实施例的分层反馈方法(用户反馈信道信息的方法，对应上述步骤 S105)做进一步解释，在本实施例中分层反馈方法的具体实现过程，其系统框图如图3 所示。

为了降低多个小区间协作的复杂度和系统的反馈量，首先在每个小区引入一个随 机产生的模为1的基准矢量v_l，{l＝1，...，L}，下标l表示小区号。通过设定适当的门限值 (预设阈值)，利用准则Ω确定可能的调度用户集合Γ＝{Γ_l }，(l＝1，...，L)。因此在第一 步反馈阶段只有集合Γ中的用户反馈1-bit以通知发射节点需要被调度，此时，其他用 户不对发射节点反馈信息。确定候选用户的Ω准则如下：

$\Omega :\left(\begin{array}{c}\left|\cos (\angle (h_{l,l_k},v_l))\right|>\cos {\theta }_0\\ \left|{g_{l,l_k}^m}^H{v}_m\right|<{\gamma }_0,(m\ne l)\end{array}\right),(l=1,...,L)---\left(4\right)$

式4表示用户自身信道与本小区基准矢量最够接近并且来自其他小区的干扰信道 在干扰小区基准上的投影足够小的用户才是可能被调度的候选用户。候选集合的空间 示意如图4所示。确定候选用户的方法近似的实现了干扰规避，有效抑制了小区间干 扰。同时使针对用户信道的码本设计相对简单化。

门限θ₀(第一阈值)和γ₀(第二阈值)分别限制了用户信道的方向和近似的干扰 强度。通过设置上述两个门限，大大减小了反馈的范围。虽然只有部分用户反馈信息 成为了可能的调度用户，使得用户选择的范围变小，降低了多用户分集增益，实际上， 在多用户系统中只有具有良好瞬时信道状态的用户才有机会被调度，那些静默(没有 向发射节点反馈信息的用户)的用户不满足Ω的要求，说明没有良好的SINR，因此即 便所有用户都参与反馈，这些用户被调度的可能性仍然很小，因此设置门限缩小反馈 范围并不会使系统的多用户分集的性能受到大的影响。。并且满足Ω的候选用户只反 馈1-bit给服务发射节点，极大的降低了系统的反馈量同时充分利用了选择多用户分集 (SMUD)保证了系统的性能。调节门限参数θ₀和γ₀，一方面可以限制候选集合的大 小，控制系统的反馈量，另一方面可以间接保证系统的性能。

各小区的发射节点收到用户反馈的1-bit信息后，做出如(5)式的调度决策。令 P＝card{k，k∈Ω}表示整个系统中满足候选条件Ω的用户个数。

调度原则A：

P＝0表示系统中没有用户满足Ω的限制，即Γ＝Φ，此时每个小区在所有用户中随 机选择调度用户，以减少资源浪费。

调度原则B：

当P＞0时，在候选集合Γ中按照最小历史平均速率用户优先的原则选择调度用户， 以保证系统性能的同时兼顾用户间的公平性。

下面对P＞0时的调度策略B进行说明：

本调度策略是比例公平(PF：Proportional fair)调度策略的变体。由于第一步反馈 中没有具体的用户信道质量信息，因此无法获得用户的瞬时信道状态，因此传统的PF 变形为：

${k_l}^{*}=\arg \underset{k\in {\Gamma }_l}{\max }\frac{1}{{\bar{R}}_k^l\left(t\right)},(l=1,...,L)---\left(6\right)$

即，第l个小区的调度器将第t个时隙分配给用户k_l^*进行调度。其中，是第l个 小区第k个用户的在时间窗t_c内的历史平均吞吐量。Γ_l表示第l个小区的候选用户集合。 按照如下方式更新：

${\bar{R}}_k^l(t+1)=\left(\begin{array}{cc}(1-\frac{1}{t_c}){\bar{R}}_k^l\left(t\right)+\frac{1}{t_c}{r}_k^l\left(t\right),& k={k_l}^{*}\\ (1-\frac{1}{t_c}){\bar{R}}_k^l\left(t\right),& k\ne {k_l}^{*}\end{array}\right)---\left(7\right)$

其中是调度用户在t时刻的瞬时速率。

按照上述调度策略，在每个时隙确定了系统的调度用户集合S_t＝{k_l^*，l＝1，...，L}，k_l^*是第l个小区的调度用户。发射节点确定调度集合S_t后，激活这些将要调度的用户通知 其反馈量化信道。因此，在第二步反馈中集合S_t中的用户在各自的码本C中根据(8)选 择最优的量化码字，并将其最优码字的索引通过有限反馈的信道发送给发射节点。

$\hat{h}=Q\left(\tilde{h}\right)=\arg \underset{c_i\in C}{\max }\left|{\tilde{h}}^H{c}_i\right|---\left(8\right)$

发射节点收到反馈的索引后在码本中找到对应的码字并重构用户信道。然后，发 射节点基于重构的信道做波束完成数据传输。

本发明在候选用户的确定过程中对各小区引入了基准矢量，并通过设置门限限制 了两个方面：其一是用户信道需要与本小区基准很接近，其二要求近似的干扰强度足 够小。由于用户信道h和干扰信道g的独立性，使得干扰信道g的分布不影响用户信道 h的分布。由此得到归一化的用户信道在单位超球的一个球冠上服从均匀分 布，这个球冠由小区的基准向量v和门限共同决定。基于均匀分布的特性，本发明中根 据有限的反馈比特数和球冠的大小确定量化整个超球体的码本大小N，并通过模拟N 个电子在N_T维单位超球面上的相互排斥过程，最终得到N_T维单位超球均匀量化的码本 B。

对超球体的均匀量化示意如图5所示。其原理如下：

根据物理学中等量、同性电荷相互排斥的原理生成码本。此时的优化目标是将N个 电子尽可能均匀的分布在N_T维的单位超球面上，即最小化系统的库伦势，使这N个电 子在单位球上达到平衡状态，此时平衡状态下每个电子的坐标即我们所求的码字。

图7示出了码本设计的流程图，该算法的具体步骤如下：

步骤S701：设置最大迭代次数Nmax。

步骤S702：将N个等电荷电子分布到N_T维单位超球面上，根据式9计算系统的库 伦势。

步骤S703：固定一个电子，根据式10计算每个电子所受的库伦力。

步骤S704：计算各电子在库仑力的作用下下一时刻的位置。

步骤S705：重新计算系统库伦势，迭代次数加1。

步骤S706：如果库伦势E下降则更新个电子的位置，否则调整步长返回步骤S704。

步骤S707：若系统迭代次数小于Nmax，返回步骤S703，否则迭代终止。

其中，式(9)和式(10)如下：

$E=\underset{i=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}\underset{j=i+1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{1}{|x_i-x_j|}---\left(9\right)$

$F_i=\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N-1}{\Sigma }}\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{x_i-x_j}{{|x_i-x_j|}^3}---\left(10\right)$

其中，E为库伦势，x_i为第i个电子的坐标，x_j为第j个电子的坐标，F_i为第i个电 子所受的库仑力。

由此，最终达到平衡状态时各电子的位置矢量就是码本B中的各码字矢量。

通过上述方法得到的码本B是各小区和用户共知的，其大小根据式1得知|B|＝N。 球冠对应的小码本大小为各小区生成基准矢量后基于大码本B求得针对球冠 部分的小码本C。即：B中与该基准内积最大的前个码字构成C。

在本发明的一个实施例中，本发明所述的方法的具体实现流程如下：

设置门限θ₀和γ₀。

根据系统要求的反馈比特数和θ₀按照(1)式确定大码本的大小N。

按照图7的流程设计大小为N的码本B。

每个小区生成各自的基准矢量v_l，{1＝1，...，L}。

发射节点下行广播v_l，{l＝1，...，L}，并在两侧生成每个小区各自的小码本C。

用户侧计算：

$\left(\begin{array}{c}\theta =\angle (h_{{l,l}_k},v_l)\\ \gamma =\left|{g_{{l,l}_k}^m}^H{v}_m\right|\end{array}\right),$并将满足Ω条件的用户加入候选用户集Γ。

在Γ中的用户反馈1-bit给服务发射节点，完成第一步反馈。

各发射节点根据(5)式的调度策略确定调度用户的集合S_t。

S_t中的用户基于各自小区的小码本C按照(8)选择最优码字，并反馈该码字的索引， 完成第二步反馈。

发射节点(发射端)根据接收的反馈信息重构用户信道，基于此做波束成形，完 成数据传输。如图8所示，为根据本发明一个实施例的数据传输的时序图。

根据上述的实施例，其仿真结果如下：

为了验证提出的有限反馈协作调度协作波束成形算法的性能，以系统平均频谱效 率为衡量指标，进行了计算机仿真验证。仿真中考虑了3个小区组成的同构网络。部 分仿真参数如下表所示：

  场景布局   3个小区协作的同构网络   站间距离   500m   各节点发射天线数   4   用户天线数   1   用户数   均匀分布10个用户/小区   信道量化   2比特或4比特   噪声谱密度   -174dbm/HZ   业务模型   满负载

表1

如图9所示，为有限反馈下本发明的方法与理想情况的系统容量V.S.发射节点发 射功率的仿真图形。由图9可知，无论是理想情况下还是有限反馈下，系统和容量均 随发射节点发射功率的增大而增大。由于在高发射功率时系统是干扰受限的，因此在 高功率区域容量随功率的上升的趋势相比低功率区域平缓。在理想情况时系统的容量 性能最好，由于发射节点利用完美的信道信息协同调度并通过空间波束进一步消除了 小区间干扰，因此获得了最好的性能，这与理论结果一致。图中也可以看到有限反馈 导致的系统性能下降，并且性能损失程度与反馈量有关。当系统4比特反馈时的性能 好于2比特反馈。虽然有限反馈导致了性能下降，但本发明中实施例的方法导致的性 能损失程度并不大，基本上可以获得理想情况下的大部分性能增益。另一方面该算法 显著地降低了系统的反馈量和实现复杂度，同时也兼顾了用户间的公平性。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括 一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段 或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或 讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能， 这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用 于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中， 以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可 以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执 行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，″计算机可读介质″可以是任何可以包含、 存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系 统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包 括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)， 随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM 或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机 可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通 过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行 处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上 述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行 的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本 领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑 功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可 编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤 是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储 介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以 是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成 的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成 的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储 在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、 “具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、 结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上 述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结 构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、 替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。