基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信方法
【專(zhuān)利摘要】基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信方法，涉及通信領(lǐng)域。是為了解決現(xiàn)有蜂窩小區(qū)由于頻率復(fù)用而產(chǎn)生的邊緣用戶小區(qū)間干擾強(qiáng)，小區(qū)邊緣用戶吞吐量低，小區(qū)邊緣覆蓋受限的問(wèn)題。LTE-Advanced系統(tǒng)下行CoMP技術(shù)可以有效地減輕小區(qū)間干擾，并通過(guò)互聯(lián)相鄰的多個(gè)基站和合并多天線信號(hào)以改善小區(qū)邊界覆蓋?；旌蠀f(xié)作方案，對(duì)于小區(qū)邊緣用戶，采用CoMP-JP來(lái)改善小區(qū)邊緣糟糕的通信質(zhì)量；并對(duì)其他用戶采用CoMP-CB方案以減弱小區(qū)間干擾。本發(fā)明適用于基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信場(chǎng)合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體涉及LTE-Advanced(Long Term Evolut1n-Advanced)系統(tǒng)下行CoMP方案的實(shí)現(xiàn)。

【背景技術(shù)】
[0002]為了提高小區(qū)邊緣鏈路質(zhì)量，減少小區(qū)間干擾，傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)提出了許多解決方案，如軟切換、頻率規(guī)劃、智能接收機(jī)設(shè)計(jì)及一些資源分配機(jī)制等。LTE利用小區(qū)間干擾隨機(jī)化、小區(qū)間干擾消除及小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)機(jī)制削弱小區(qū)間干擾。相對(duì)于傳統(tǒng)方案，另外一些可以有效提高小區(qū)平均吞吐量和小區(qū)邊緣吞吐量的技術(shù)，如協(xié)作通信、分布式天線系統(tǒng)、小區(qū)間協(xié)作、網(wǎng)絡(luò)MMO等技術(shù)也相繼被提出，這些技術(shù)的本質(zhì)都是通過(guò)聯(lián)合處理把干擾變成有用信號(hào)。LTE-Advanced引入了分布式MIMO的概念,提出了協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)。協(xié)作多點(diǎn)(CoMP)技術(shù)能夠充分利用分布式多天線信道獨(dú)立的優(yōu)點(diǎn)，或者獲得更高的空間復(fù)用增益，或者發(fā)送分集增益，從而有效提高鏈路吞吐量和可靠性。協(xié)作通信在根本上改變了無(wú)線鏈路的抽象概念，并且為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)提出顯著的潛在優(yōu)勢(shì)。下行CoMP技術(shù)主要集中在傳輸方案、CSI上報(bào)、干擾測(cè)量和參考信號(hào)設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面的研究。
[0003]下行CoMP 傳輸分為 DPS (Dynamic Point Select1n:動(dòng)態(tài)點(diǎn)選擇)、DPB (DynamicPoint Blanking:動(dòng)態(tài)點(diǎn)消除)、JP (Joint Processing:聯(lián)合處理)和 CS/CB (CoordinatedScheduling/Beamforming:協(xié)調(diào)調(diào)度/波束形成)。DPS是指根據(jù)每個(gè)子巾貞的瞬時(shí)信道條件動(dòng)態(tài)選擇TP，選擇鏈接質(zhì)量最好的TP以利用信道隨機(jī)變化。DPB可以與DPS相互協(xié)調(diào)用以獲得更大的增益。通過(guò)DPB，識(shí)別并且動(dòng)態(tài)地削減了協(xié)調(diào)區(qū)域用戶的顯性干擾(即被識(shí)別的TP不傳輸信號(hào))。如果性能改進(jìn)的收益大于損失，TP可以不傳輸信號(hào)QISmuted-TP);否貝U，它應(yīng)該保持積極的數(shù)據(jù)傳輸。JP代表兩個(gè)或兩個(gè)以上的TP在相同的時(shí)頻資源給一個(gè)用戶設(shè)備傳輸信號(hào)。JP分為相干和非相干兩類(lèi)，這取決于是否相干地結(jié)合來(lái)自多個(gè)TP的信號(hào)。相干JP在所有CoMP傳輸體制中提供最佳的性能，這是因?yàn)樗耆硕鄠€(gè)TP向聯(lián)合調(diào)度的用戶發(fā)送信號(hào)的干擾。JP模式需要協(xié)作基站間共享信道信息和數(shù)據(jù)信息，因此也帶來(lái)了額外的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。對(duì)于CS/CB模式，不同TP間的調(diào)度和波束賦形聯(lián)合以減少干擾。協(xié)作調(diào)度決策(即選擇指定你用戶以提供數(shù)據(jù)傳輸)可以有助于減輕強(qiáng)烈干擾的條件。此夕卜，一個(gè)合理的波束賦形權(quán)重選擇可能會(huì)進(jìn)一步減少干擾。理想情況下，調(diào)度和波束賦形選擇應(yīng)共同來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)性能。對(duì)于CS/CB模式，小區(qū)間只需要共享信道信息，需要終端對(duì)多個(gè)小區(qū)的信道進(jìn)行測(cè)量和反饋。
[0004]對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，JP產(chǎn)生的信息交換的回程開(kāi)銷(xiāo)很大，因此JP通常應(yīng)用于intra-eNodeB場(chǎng)景。而對(duì)于CS/CB，同一個(gè)協(xié)作集的每個(gè)小區(qū)需要交換CSI和調(diào)度信息，因此CS/CB受限于以上信息的回程開(kāi)銷(xiāo)。在性能上，JP和CS/CB平均小區(qū)頻譜效率和小區(qū)邊緣頻譜效率上相對(duì)于非CoMP傳輸有顯著增益。CS/CB的平均小區(qū)頻譜效率比JP低，并且JP的小區(qū)邊緣頻譜效率優(yōu)于CS/CB。
[0005]綜上所述，LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP協(xié)作方案應(yīng)有如下特征:
[0006]I)、方案簡(jiǎn)單:復(fù)雜的CoMP協(xié)作方案會(huì)導(dǎo)致較大的處理時(shí)延，大的處理時(shí)延不滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的要求，因此要求LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP協(xié)作方案具有簡(jiǎn)單可行的特點(diǎn)。
[0007]2)、減弱小區(qū)間干擾:LTE系統(tǒng)采用OFDM技術(shù)作為其核心技術(shù)，有效地消除了小區(qū)內(nèi)干擾，很大程度地提高的頻譜效率，但是并沒(méi)有有效抑制小區(qū)間干擾。因此，在LTE-Advanced系統(tǒng)中提出了 CoMP技術(shù)，通過(guò)干擾消除或者信號(hào)合并的方式將干擾信號(hào)轉(zhuǎn)換為有用信號(hào)。
[0008]3)、提高邊緣用戶吞吐量:在LTE系統(tǒng)中，小區(qū)間干擾嚴(yán)重限制了小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，CoMP-JP技術(shù)將干擾信號(hào)轉(zhuǎn)換為有用信號(hào)，消除干擾的同時(shí)增大了接收信號(hào)的強(qiáng)度，有效地提高了小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。
[0009]4)、適應(yīng)性強(qiáng):不同的用戶由于位置和信道狀態(tài)的不同而適合不同的CoMP傳輸模式。處于小區(qū)邊緣的用戶，由于距離服務(wù)基站較遠(yuǎn)而具有信號(hào)衰減大、干擾強(qiáng)等特點(diǎn)，因此適合采用CoMP-JP模式協(xié)作；而處于小區(qū)中心的用戶離基站較近，信號(hào)不會(huì)有很大的衰減，因此適合采用CoMP-CB模式協(xié)作。
[0010]5)、信息交互量合理:對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，CoMP-JP會(huì)產(chǎn)生大量的信息交換，增加系統(tǒng)復(fù)雜性；大量的信息交換也會(huì)產(chǎn)生大的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。因此，需要控制信息交換量，以降低系統(tǒng)復(fù)雜性。
[0011]現(xiàn)有的方案及優(yōu)缺點(diǎn):
[0012]目前，LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP技術(shù)研究主要集中在預(yù)編碼方案研究、協(xié)作模式選擇、用戶調(diào)度、功率分配等幾個(gè)方面的研究。主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:降低小區(qū)間干擾、提升系統(tǒng)的頻譜效率，特別是提高小區(qū)邊緣用戶的頻譜效率。這些研究大多是單獨(dú)針對(duì)CoMP-JP模式或者CoMP-CB模式的，而CoMP-JP模式和CoMP-CB模式分別適合不同類(lèi)型的用戶，因此，系統(tǒng)中只采用一種CoMP模式并不能適應(yīng)于所有用戶的需求。對(duì)所有用戶采用CoMP-CB，則邊緣用戶的性能不能得到很好的改善；對(duì)所有用戶采用CoMP-JP會(huì)產(chǎn)生大量的基站間信息交互，增加系統(tǒng)復(fù)雜性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有LTE-Advanced系統(tǒng)下行CoMP協(xié)作方案的局限性、以及協(xié)作基站間信息交互量過(guò)大的問(wèn)題，從而提供基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信方法。
[0014]基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信方法，在LTE-Advanced系統(tǒng)中，它由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0015]步驟一、參數(shù)設(shè)置:設(shè)置基站間距離、系統(tǒng)傳輸帶寬、基站發(fā)射功率、噪聲功率譜密度、天線偏置角、基站發(fā)射天線數(shù)、終端接收天線數(shù)、每個(gè)小區(qū)的用戶數(shù)和協(xié)作集尺寸的相關(guān)參數(shù)；
[0016]步驟二、網(wǎng)絡(luò)生成:根據(jù)步驟一設(shè)置的參數(shù)生成蜂窩網(wǎng)絡(luò)；將小區(qū)網(wǎng)格化，獲得每個(gè)位置點(diǎn)到基站的距離，并得到每個(gè)位置點(diǎn)的所屬小區(qū)；根據(jù)每個(gè)位置點(diǎn)相對(duì)于所屬基站的三個(gè)扇區(qū)的角度，計(jì)算出該位置點(diǎn)的所屬扇區(qū)；
[0017]生成用戶，并得到用戶的位置信息、所屬小區(qū)、所屬扇區(qū)、直連鏈路的天線增益、用戶與基站之間的大尺度衰落和陰影衰落；
[0018]步驟三、協(xié)作小區(qū)選擇，計(jì)算每個(gè)小區(qū)對(duì)中心小區(qū)的干擾強(qiáng)度，選擇對(duì)中心小區(qū)干擾最強(qiáng)的小區(qū)作為該中心小區(qū)的協(xié)作小區(qū)；
[0019]步驟四、判斷每個(gè)用戶的信噪比與是否小于邊緣用戶判決門(mén)限Y，如果判斷結(jié)果為是，則該用戶為CoMP-JP用戶，并執(zhí)行步驟五；如果判斷結(jié)果為否，則該用戶為CoMP-CB用戶，并執(zhí)行步驟六；
[0020]邊緣用戶判決門(mén)限Y根據(jù)參數(shù)α確定，其中參數(shù)α為小區(qū)內(nèi)CoMP-JP用戶所占的比例；
[0021]步驟五、協(xié)作基站間共享數(shù)據(jù)信息，并執(zhí)行步驟六；
[0022]步驟六、協(xié)作基站之間共享信道信息，并根據(jù)信道信息采用最大化SLNR方法計(jì)算CoMP-JP用戶的預(yù)編碼向量或CoMP-CB用戶的預(yù)編碼向量；對(duì)于CoMP-JP用戶，執(zhí)行步驟七；對(duì)于CoMP-CB用戶，執(zhí)行步驟八；
[0023]步驟七、CoMP-JP用戶對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行信號(hào)合并，采用相干聯(lián)合傳輸，將原本的干擾轉(zhuǎn)換為有用信號(hào)，以及通過(guò)接收端對(duì)信號(hào)的合并，以增強(qiáng)接收信號(hào)的強(qiáng)度；實(shí)現(xiàn)基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信；
[0024]步驟八、根據(jù)步驟六計(jì)算的CoMP-CB用戶的預(yù)編碼向量對(duì)小區(qū)間干擾進(jìn)行抑制，實(shí)現(xiàn)基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信。
[0025]本發(fā)明是一種應(yīng)用于LTE-Advanced系統(tǒng)的權(quán)衡系統(tǒng)性能和系統(tǒng)復(fù)雜性的下行CoMP混合協(xié)作通信方法。相對(duì)于單模式下行CoMP協(xié)作方案，本發(fā)明的協(xié)作基站間信息交互量得以降低、系統(tǒng)復(fù)雜性大幅度降低、適應(yīng)性得以提高。下行CoMP混合協(xié)作通信即指根據(jù)用戶所在位置和信道狀態(tài)等為用戶選擇適合CoMP協(xié)作模式。對(duì)于小區(qū)邊緣用戶，采用CoMP-JP來(lái)改善小區(qū)邊緣糟糕的通信質(zhì)量；并對(duì)其他用戶采用CoMP-CB方案以減弱小區(qū)間干擾；并尋找合理的CoMP-JP用戶比例，以權(quán)衡系統(tǒng)性能和系統(tǒng)復(fù)雜性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明的基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信方法的流程示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明中協(xié)作集選擇流程示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明中的CoMP-JP模式的場(chǎng)景示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明中的CoMP-CB模式的場(chǎng)景示意圖；
[0030]圖5是具體實(shí)施例中的7小區(qū)蜂窩網(wǎng)絡(luò)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]【具體實(shí)施方式】一、基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信方法,它由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0032]步驟一、參數(shù)設(shè)置:設(shè)置基站間距離、系統(tǒng)傳輸帶寬、基站發(fā)射功率、噪聲功率譜密度、天線偏置角、基站發(fā)射天線數(shù)、終端接收天線數(shù)、每個(gè)小區(qū)的用戶數(shù)和協(xié)作集尺寸和小區(qū)內(nèi)CoMP-JP用戶所占比例α等相關(guān)參數(shù)；
[0033]步驟二、網(wǎng)絡(luò)生成:根據(jù)步驟一的參數(shù)生成蜂窩網(wǎng)絡(luò)；小區(qū)網(wǎng)格化，計(jì)算出每個(gè)位置點(diǎn)到基站的距離，并得到每個(gè)點(diǎn)的所屬小區(qū)；根據(jù)每個(gè)點(diǎn)相對(duì)于所屬基站的三個(gè)扇區(qū)的角度，計(jì)算出該點(diǎn)的所屬扇區(qū)；
[0034]生成用戶:并得到用戶的位置信息、所屬小區(qū)、所屬扇區(qū)、直連鏈路的天線增益、用戶與eNodeB之間的大尺度衰落、陰影衰落等；
[0035]步驟三、協(xié)作小區(qū)選擇，計(jì)算每個(gè)小區(qū)對(duì)中心小區(qū)的干擾強(qiáng)度，選擇對(duì)中心小區(qū)干擾最強(qiáng)的小區(qū)作為其協(xié)作小區(qū)；
[0036]步驟四、確定邊緣用戶判決門(mén)限Y，門(mén)限Y表示用戶SINR的閾值，根據(jù)參數(shù)α確定該門(mén)限，其中參數(shù)α表示小區(qū)內(nèi)CoMP-JP用戶所占的比例；用戶SINR小于Y，判決該用戶為邊緣用戶，否則，判定該用戶為中心用戶；
[0037]步驟五、確定CoMP-JP用戶和CoMP-CB用戶；
[0038]步驟五中根據(jù)用戶的不同特點(diǎn)為用戶選擇適合的傳輸模式；CoMP_JP模式雖然會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)顯著的性能增益，但同時(shí)巨大的信息交互也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性；因此，對(duì)于通信質(zhì)量較差的小區(qū)邊緣用戶采用CoMP-JP傳輸模式，對(duì)于通信質(zhì)量相對(duì)較好的小區(qū)中心用戶采用CoMP-CB傳輸模式以降低信息交互量；以步驟四中的門(mén)限來(lái)判決用戶類(lèi)型，具體為:
[0039]步驟五一、如果用戶的SINR < Y，該用戶被確定為CoMP-JP用戶，并執(zhí)行步驟六；
[0040]步驟五二、如果用戶的SINR≥Y，該用戶被確定為CoMP-CB用戶，并執(zhí)行步驟七；
[0041]步驟六、協(xié)作基站間共享數(shù)據(jù)信息；
[0042]步驟七、協(xié)作基站之間共享信道信息，并根據(jù)信道信息采用最大化SLNR方法計(jì)算預(yù)編碼向量；并且對(duì)于CoMP-JP用戶，執(zhí)行步驟八；對(duì)于CoMP-CB用戶，執(zhí)行步驟九；
[0043]步驟七中分別對(duì)CoMP-JP用戶和CoMP-CB用戶的傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼；用戶采用
CoMP-JP模式傳輸預(yù)編碼方式不同于采用CoMP-CB模式，CoMP-JP模式下協(xié)作集內(nèi)的所有基站均需要對(duì)發(fā)送給協(xié)作用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)編碼；具體為:

【權(quán)利要求】
1.基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信方法，其特征是:在LTE-Advanced系統(tǒng)中，它由以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一、參數(shù)設(shè)置:設(shè)置基站間距離、系統(tǒng)傳輸帶寬、基站發(fā)射功率、噪聲功率譜密度、天線偏置角、基站發(fā)射天線數(shù)、終端接收天線數(shù)、每個(gè)小區(qū)的用戶數(shù)和協(xié)作集尺寸的相關(guān)參數(shù)； 步驟二、網(wǎng)絡(luò)生成:根據(jù)步驟一設(shè)置的參數(shù)生成蜂窩網(wǎng)絡(luò)；將小區(qū)網(wǎng)格化，獲得每個(gè)位置點(diǎn)到基站的距離，并得到每個(gè)位置點(diǎn)的所屬小區(qū)；根據(jù)每個(gè)位置點(diǎn)相對(duì)于所屬基站的三個(gè)扇區(qū)的角度，計(jì)算出該位置點(diǎn)的所屬扇區(qū)； 生成用戶，并得到用戶的位置信息、所屬小區(qū)、所屬扇區(qū)、直連鏈路的天線增益、用戶與基站之間的大尺度衰落和陰影衰落； 步驟三、協(xié)作小區(qū)選擇，計(jì)算每個(gè)小區(qū)對(duì)中心小區(qū)的干擾強(qiáng)度，選擇對(duì)中心小區(qū)干擾最強(qiáng)的小區(qū)作為該中心小區(qū)的協(xié)作小區(qū)； 步驟四、判斷每個(gè)用戶的信噪比與是否小于邊緣用戶判決門(mén)限Y，如果判斷結(jié)果為是，則該用戶為CoMP-JP用戶，并執(zhí)行步驟五；如果判斷結(jié)果為否，則該用戶為CoMP-CB用戶，并執(zhí)行步驟六； 邊緣用戶判決門(mén)限Y根據(jù)參數(shù)α確定，其中參數(shù)α為小區(qū)內(nèi)CoMP-JP用戶所占的比例； 步驟五、協(xié)作基站間共享數(shù)據(jù)信息，并執(zhí)行步驟六； 步驟六、協(xié)作基站之間共享信道信息，并根據(jù)信道信息采用最大化SLNR方法計(jì)算CoMP-JP用戶的預(yù)編碼向量或CoMP-CB用戶的預(yù)編碼向量；對(duì)于CoMP-JP用戶，執(zhí)行步驟七；對(duì)于CoMP-CB用戶，執(zhí)行步驟八； 步驟七、CoMP-JP用戶對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行信號(hào)合并，采用相干聯(lián)合傳輸；實(shí)現(xiàn)基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信； 步驟八、根據(jù)步驟六計(jì)算的CoMP-CB用戶的預(yù)編碼向量對(duì)小區(qū)間干擾進(jìn)行抑制，實(shí)現(xiàn)基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信方法,其特征在于步驟六中所述根據(jù)信道信息采用最大化SLNR方法計(jì)算CoMP-JP用戶的預(yù)編碼向量或CoMP-CB用戶的預(yù)編碼向量是通過(guò)公式:

H 丨 W1.2 w,= arg max -- h,uryrrfXly^丄
‘，ηΗσ + HkhaWha 實(shí)現(xiàn)的；其中，ητ表示發(fā)射天線數(shù)目，ηκ表示接收天線數(shù)目，O2代表加性高斯白噪聲的方差；1表示小區(qū)a的基站為小區(qū)b的用戶kh所發(fā)送的數(shù)據(jù)提供的預(yù)編碼矩陣；用&#表示小區(qū)a的基站到小區(qū)b的用戶kb的信道；H,HIxm ΗΙλΜ...J表示小區(qū)a的基站到小區(qū)b的用戶kb的干擾信道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LTE-Advanced系統(tǒng)的下行CoMP混合協(xié)作通信方法,其特征在于它還包括: 步驟九、計(jì)算每個(gè)CoMP-JP用戶或CoMP-CB用戶的用戶SINR、速率以及系統(tǒng)吞吐量； 步驟十、根據(jù)步驟九的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行性能分析，權(quán)衡系統(tǒng)性能與系統(tǒng)復(fù)雜度，獲得新的α值，并返回執(zhí)行步驟四。
【文檔編號(hào)】H04B7/08GK104135315SQ201410400436
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】李卓明, 劉宇琦, 田純陽(yáng), 王鵬, 沙學(xué)軍, 吳瑋 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)