專利名稱：一種基于空中接口的CoMP分布式下行多用戶調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種蜂窩通信系統(tǒng)多小區(qū)協(xié)作傳輸?shù)南滦卸嘤脩粽{(diào)度方法，尤 其涉及一種基于空中接口的協(xié)作多點傳輸(Coordinated Multi-Point, CoMP) 分布式下行多用戶調(diào)度方法，屬于移動通信、無線通信領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
隨著通信業(yè)務(wù)的發(fā)展以及人們需求的增長，未來的無線通信系統(tǒng)需要支 持高速率、大容量。目前的蜂窩通信系統(tǒng)存在若干問題，小區(qū)間干擾(OCI) 是其中較為嚴(yán)重的一個。位于小區(qū)邊緣的用戶容易受到相鄰小區(qū)的干擾，于 是小區(qū)邊緣用戶的性能很差，成為制約系統(tǒng)整體性能的瓶頸。
協(xié)作多點傳輸(CoMP)是指將多個小區(qū)通過骨干網(wǎng)鏈接，采用小區(qū)間 的協(xié)作處理來有效抑制或消除OCI的方案。它根據(jù)協(xié)作程度的不同可分為兩 類，包括聯(lián)合處理和波束協(xié)調(diào)。其中，聯(lián)合處理(或稱為相干傳輸)能充分 利用多基站、多用戶和多天線資源，從而極大地提高小區(qū)平均吞吐量和小區(qū) 邊緣用戶吞吐量。但是，聯(lián)合處理的性能潛力需要以理想的數(shù)據(jù)和信道狀態(tài) 信息交換為前提，這對骨干網(wǎng)的傳輸延遲和容量提出了苛刻的要求。
為了能夠進行CoMP的聯(lián)合處理，每個協(xié)作基站需要已知所有用戶的 下行數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)需要同步地達到各個協(xié)作基站。在未來的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 中，下行數(shù)據(jù)是由高級網(wǎng)關(guān)通過Sl接口直接傳輸至各個基站。通過一定的 數(shù)據(jù)同步方法，下行數(shù)據(jù)能夠近似同步地到達各個協(xié)作基站。
除了數(shù)據(jù)共享，聯(lián)合處理還須基站間共享信道狀態(tài)信息(CSIT),用 于聯(lián)合多用戶調(diào)度和預(yù)編碼設(shè)計。通常聯(lián)合處理要求在CoMP系統(tǒng)中存在一 個中心處理器，所有基站將用戶CSIT傳送給中心處理器，中心處理器進行 多用戶調(diào)度和預(yù)編碼，并將結(jié)果傳回各個基站。我們將這種通過中心處理器 實現(xiàn)聯(lián)合處理的方法稱為中心式聯(lián)合處理。
傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)可以充當(dāng)中心處理器。而在未來通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的扁平化演進中，RNC作為物理實體不復(fù)存在，其部分功 能由基站執(zhí)行。基站之間需要通過X2接口進行CSIT共享。但是，X2接口 的時延很大，這一傳輸時延將使得CSIT嚴(yán)重過時，極大地降低CoMP系統(tǒng) 的性能，甚至使CoMP的性能低于不協(xié)作系統(tǒng)。
與以上基于X2接口的CoMP中心式聯(lián)合處理相比，我們提出一種基于 空中接口 ( Over-the-Air Communication, OTAC)、用于多小區(qū)聯(lián)合處理的 分布式多點協(xié)作傳輸方案。

發(fā)明內(nèi)容
1、 目的
本發(fā)明的目的在于提供一種基于空中接口 (OTAC)的CoMP分布式下 行多用戶調(diào)度方法，以減小基站間共享信道信息時的傳輸量和傳輸延時。
2、 技術(shù)方案
本發(fā)明的基本思想是利用空中接口代替X2接口，基站間通過無線鏈 路傳遞CSIT等信息，從而減小接口時延，保證CSIT的實時性；采用分布式 聯(lián)合處理，不需中心處理器，不需要各個基站向中心處理器傳送全部CSIT, 僅需基站間交換部分CSIT,從而減小了 CSIT的傳輸量。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下假設(shè)有iVc個小區(qū)進行CoMP聯(lián)合處理，
小區(qū)基站有M根天線，每小區(qū)包含M/個用戶。本發(fā)明需要基站之間利用空
中接口傳遞信息，圖1中是基于本發(fā)明的時分雙工(TDD)無線通信系統(tǒng)的
傳輸幀結(jié)構(gòu)，其中UL是上行時隙，DL是下行時隙，UDG是保護時間間隔。
與傳統(tǒng)系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)相比，在每幀內(nèi)的上行時隙和下行時隙之間加入 一 個
OTAC時隙用于基站間交互信息。在這一時隙內(nèi)，基站間通過無線鏈路交換
CSIT，實現(xiàn)分布式下行多用戶調(diào)度和預(yù)編碼。OTAC時隙被劃分為多個時間
單元(TU)，每個時間單元可供一個基站向其它基站傳輸一個用戶的信道信 自
一種基于空中接口的CoMP分布式下行多用戶調(diào)度方法，該方法具體步 驟如下
步驟一各個用戶根據(jù)接收到的來自所有基站的導(dǎo)頻信號，估計出它與 Wc個基站間的信道，并通過上行反饋將這些信道信息上報給所在小區(qū)的基站。
步驟二第1個基站根據(jù)本小區(qū)用戶上報的CSIT，在第一個小區(qū)內(nèi)的用 戶中挑出信道條件最好的用戶作為調(diào)度的第一個用戶Ml。基站1利用OTAC
時隙中的一個時間片將^的標(biāo)號及信道信息傳遞給其余iVc-l個基站。
基站2根據(jù)接收到的^的信道信息，按照和數(shù)據(jù)率最大的原則，在小區(qū)
2中挑選一個用戶"2作為調(diào)度的第二個用戶，并利用OTAC時隙中的一個時
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是指選出一個用戶，將該用戶加入已調(diào)度用戶集合后，所有用戶可達到的 總數(shù)據(jù)率最大，且大于未將該用戶加入已調(diào)度用戶集合時的總數(shù)據(jù)率。若依 據(jù)和數(shù)據(jù)率最大原則無法從小區(qū)2的用戶中調(diào)度出用戶，則基站2不須傳遞 用戶CSIT,僅需通知第3個小區(qū)繼續(xù)調(diào)度過程。
按這樣的方法依次在各個小區(qū)內(nèi)調(diào)度用戶，并由各個基站將調(diào)度出用戶 的信道信息通過OTAC時隙的一個時間單元通知其他基站。當(dāng)進行到第iVc個 小區(qū)時，共調(diào)度出^，"2,…， 共夂個用戶，占用OTAC時隙中的尺個時間單 元。
步驟三依據(jù)步驟二中已經(jīng)調(diào)度出來的〖個用戶，按照和數(shù)據(jù)率最大的 原則，繼續(xù)從第1個基站到第iVc個基站在尚未被調(diào)度到的用戶集合中進行用 戶調(diào)度。直至用戶數(shù)目達到M xM,或者從所有的基站中均已無法調(diào)度出用
戶時，停止調(diào)度過程。設(shè)共調(diào)度出M個用戶 占用OTAC時隙中
的M個時間單元。
步驟四由于每調(diào)度出一個用戶，本地基站都會將這個用戶的信道信息
通知給其它基站，所以，調(diào)度過程結(jié)束后，每個基站都已獲得似個被調(diào)度用
戶的信道信息。各個基站利用被調(diào)度用戶的信道信息計算出7Vc個基站所有天
線的預(yù)編碼，并結(jié)合從高級網(wǎng)關(guān)通過Sl接口傳輸過來的所有用戶的下行數(shù)
據(jù)，計算出本基站M個天線上的實際發(fā)射數(shù)據(jù)。于是，Wc個基站便可進行
下行協(xié)作傳輸。 3、優(yōu)點本發(fā)明提供的技術(shù)方案包括但不限于以下各項優(yōu)點
(1) 各基站間利用空中接口傳遞CSIT，克服了原有X2接口延時過大、 導(dǎo)致CSIT過時的問題。
(2) 調(diào)度過程由各個基站分布式完成，不需要中心處理器。
(3) 分布式調(diào)度只需基站間傳遞被調(diào)度到用戶的CSIT,與傳統(tǒng)方法中傳 遞所有用戶的CSIT相比，大大減小了調(diào)度過程需要基站之間傳遞 的信息量。
(四)


圖1為本發(fā)明所采用的無線傳輸幀結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為3個小區(qū)協(xié)作下行傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明所提出的方法，即基于空中接口的CoMP分布式下行多 用戶調(diào)度方法的流程示意圖。
圖中符號說明如下圖1中的Frame為無線幀；UL表示上行時隙；DL 表示下行時隙；UDG表示上下行保護時間間隔;OTAC表示空中接口 ； TU表 示OTAC中的時間單元；圖2中的1、 2、 3表示小區(qū)標(biāo)號。
(五)
具體實施例方式
本發(fā)明給出了一種基于空中接口的CoMP分布式下行多用戶調(diào)度方法，
其具體實施例子如下
如圖2所示，有3個小區(qū)，每個小區(qū)內(nèi)的基站有兩根天線，每個小區(qū)內(nèi) 有4個用戶。按照本發(fā)明的要求，為實現(xiàn)下行CoMP傳輸，須進行以下步驟。
步驟一，第z'個小區(qū)內(nèi)的第/個用戶2^(Z = 1,2/ = 1,2,3,4)接收來自各個
基站的導(dǎo)頻信號，估計出它與3個基站間的無線信道/^,《，/^，并將這些信
道信息上行反饋給基站/。
步驟二，基站1從小區(qū)1內(nèi)的四個用戶Mn,l^，氣3,2^中選擇信道條件最
好的用戶，即選出|/^.|2+|/^.|2+|/^.|2最大的用戶作為調(diào)度的第一個用戶。在 本實例中，選出氣2作為調(diào)度的第一個用戶。基站1將"L2的信道《2,《,/^通過無線幀內(nèi)OTAC時隙的一個時間單元傳遞給基站2和基站3。
基站2根據(jù)接收到的w12的信道信息，基于和數(shù)據(jù)率最大原則，從
中調(diào)度用戶。本實例中，發(fā)現(xiàn)小區(qū)2內(nèi)的四個用戶均不滿足和
數(shù)據(jù)率最大準(zhǔn)則，于是基站2無需傳遞CSIT。
基站3根據(jù)氣2的信道信息，基于和數(shù)據(jù)率最大原則，從％,"3,2,"3，3，"3,4
中調(diào)度用戶。本實例中，基站3選出m3^ ,并將其信道信息《,，《2,《3通過OTAC 時隙內(nèi)的一個時間單元傳遞給基站1和基站2。
步驟三，繼續(xù)第二輪的分布式用戶調(diào)度?；?根據(jù)1/12,"31的信道信息，
基于和數(shù)據(jù)率最大原則，選出"14,并將其信道信息通過傳遞給基站2和基
站3;基站2根據(jù)w12,w31，w14的信道信息，基于和數(shù)據(jù)率最大原則，選出w2,3,
并將其信道信息通過傳遞給基站1和基站3;基站3根據(jù)"12,"31,"14,"23的信
道信息，基于和數(shù)據(jù)率最大原則，選出"3,2,并將其信道信息通過傳遞給基 站2和基站3。
在進行第三輪分布式用戶調(diào)度時發(fā)現(xiàn)，基于和數(shù)據(jù)率最大原則，無法從 基站1、基站2、基站3中選出用戶。于是調(diào)度過程結(jié)束。共選出
"1,2,"3,1,"1,4,"2,3，"3，2五個用戶。
步驟四，3個基站都已經(jīng)獲知1/12，"31,"14,"23,"32的信道信息，均可以依
據(jù)這些信道信息計算出3個基站里總計6根天線的迫零預(yù)編碼矩陣。此外， 3個基站已經(jīng)從高級網(wǎng)關(guān)獲得了所有用戶的下行數(shù)據(jù)信息，于是可以計算出
每個基站的每根天線上的發(fā)射數(shù)據(jù)，進行下行CoMP傳輸。
實踐證明，本方法在移動通信、無線通信領(lǐng)域里具有廣泛的實用價值和 應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種基于空中接口的CoMP分布式下行多用戶調(diào)度方法，其特征在于在無線幀的上行時隙和下行時隙之間加入一個OTAC時隙用于基站間交互信息；在這一時隙內(nèi)，基站間通過無線鏈路交換信道狀態(tài)信息，實現(xiàn)分布式下行多用戶調(diào)度和預(yù)編碼；OTAC時隙被劃分為多個時間單元，每個時間單元可供一個基站向其它基站傳輸一個用戶的信道信息；該方法具體步驟如下步驟一各個用戶根據(jù)接收到的來自所有基站的導(dǎo)頻信號，估計出它與Nc個基站間的信道，并通過上行反饋將這些信道信息上報給其所在的小區(qū)基站；步驟二第1個基站根據(jù)本小區(qū)用戶上報的信道狀態(tài)信息，在第一個小區(qū)內(nèi)的用戶中挑出信道條件最好的用戶作為調(diào)度的第一個用戶u1；基站1利用OTAC時隙中的一個時間片將u1的標(biāo)號及信道信息傳遞給其余Nc-1個基站；基站2根據(jù)接收到的u1的信道信息，按照和數(shù)據(jù)率最大的原則，在小區(qū)2中挑選一個用戶u2作為調(diào)度的第二個用戶，并利用OTAC時隙中的一個時間單元將u2的標(biāo)號及信道信息傳遞給其余Nc-1個基站；和數(shù)據(jù)率最大原則是指選出一個用戶，將該用戶加入已調(diào)度用戶集合后，所有用戶可達到的總數(shù)據(jù)率最大，且大于未將該用戶加入已調(diào)度用戶集合時的總數(shù)據(jù)率；若依據(jù)和數(shù)據(jù)率最大原則無法從小區(qū)2的用戶中調(diào)度出用戶，則基站2不須傳遞用戶信道狀態(tài)信息，僅需通知第3個小區(qū)繼續(xù)調(diào)度過程；按這樣的方法依次在各個小區(qū)內(nèi)調(diào)度用戶，并由各個基站將調(diào)度出用戶的信道信息通過OTAC時隙的一個時間單元通知其他基站；當(dāng)進行到第Nc個小區(qū)時，共調(diào)度出u1，u2，…，uK共K個用戶，占用OTAC時隙中的K個時間單元；步驟三依據(jù)步驟二中已經(jīng)調(diào)度出來的K個用戶，按照和數(shù)據(jù)率最大的原則，繼續(xù)從第1個基站到第Nc個基站在尚未被調(diào)度到的用戶集合中進行用戶調(diào)度；直至用戶數(shù)目達到Nc×Nt，或者從所有的基站中均已無法調(diào)度出用戶時，停止調(diào)度過程；設(shè)共調(diào)度出M個用戶u1，u2，…，uM，占用OTAC時隙中的M個時間單元；步驟四由于每調(diào)度出一個用戶，本地基站都會將這個用戶的信道信息通知給其它基站，所以，調(diào)度過程結(jié)束后，每個基站都已獲得M個被調(diào)度用戶的信道信息；各個基站利用被調(diào)度用戶的信道信息計算出Nc個基站所有天線的預(yù)編碼，并結(jié)合從高級網(wǎng)關(guān)通過S1接口傳輸過來的所有用戶的下行數(shù)據(jù)，計算出本基站Nt個天線上的實際發(fā)射數(shù)據(jù)；于是，Nc個基站便可進行下行協(xié)作傳輸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于空中接口的CoMP分布式下行多用戶調(diào)度方法，屬于無線通信、移動通信領(lǐng)域。該方法在無線幀結(jié)構(gòu)中加入空中接口即OTAC時隙用于基站間交互信息，OTAC時隙劃分為多個時間單元，每個時間單元可供一個基站向其它基站傳輸一個用戶的信道信息；基站間通過無線鏈路交換用戶的信道狀態(tài)信息，實現(xiàn)分布式下行多用戶調(diào)度和預(yù)編碼，而無需中心處理器。本發(fā)明大大減小了CoMP下行多用戶調(diào)度時基站間的交互信息傳輸量和傳輸延時。
文檔編號H04W28/16GK101621835SQ200910089628
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者千 張, 楊晨陽, 韓圣千 申請人:北京航空航天大學(xué)