專利名稱：一種LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法
一種LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法技術領域
本發(fā)明屬于通訊技術領域，涉及一種系統級仿真方法，尤其是一種LTE-A系統 中針對CoMP技術的系統級仿真方法。
背景技術：
眾所周知，在蜂窩系統中，小區(qū)邊緣的信噪比很低，從而導致了小區(qū)邊緣用戶 吞吐量低，小區(qū)邊緣頻譜利用率低等問題。一直以來，如何改善小區(qū)邊緣用戶性能都是 通信研究中的熱點。協作多點(Coordinated Multi-Point, CoMP)技術是第3代合作伙伴 計劃(3"1 Generation Partnership ^Oject，3GPP)在 LTE-Advanced(簡稱 LTE-A)系統中提出的，用于改善小區(qū)邊緣用戶性能，提高小區(qū)邊緣頻譜效率的一項重要技術。它通過共 享多個小區(qū)的信道和數據信息，并經過統一的協調調度和聯合處理，最終達到提高小區(qū) 邊緣用戶性能的目的。目前，各方都在密切關注CoMP技術的相關研究，3GPP的多個成 員組織在CoMP技術方面也形成了很多提案。
CoMP技術是在LTE-A中提出的，LTE_A是LTE的演進，本專利把包含有CoMP技術的LTE系統稱為CoMP系統。性能仿真評估是通信系統研究的重要手段，無 線通信系統評估的方法包含兩種鏈路級評估與系統級評估。鏈路級評估針對的是一條 單一鏈路，是從基站與用戶連接的角度對系統進行研究，主要用于系統物理層或者說是 鏈路層算法研究，如調制編碼方式、物理資源塊結構、MIMO方式等；系統級評估則是 在鏈路級仿真結果的基礎上，對整個系統的性能進行仿真評估，主要用于系統級相關的 算法研究，如資源調度算法、用戶競爭方式等，其評估指標包括小區(qū)的頻譜效率、小區(qū) 邊緣用戶頻譜效率等。本專利主要涉及系統級仿真方法研究。
目前，LTE的系統級仿真研究報道較多，而CoMP系統的系統級仿真研究未見報 道。正如前面所述，CoMP系統是LTE系統基礎上的擴展，因此CoMP系統級仿真可以 在很大程度上參考LTE系統，但確也有很大的不同。
首先，用戶劃分不同。LTE系統不存在用戶的劃分，所有用戶的初始優(yōu)先級都 是相同的，各個用戶都是根據自己的信道狀況，在整個帶寬上，按照一定的算法進行資 源競爭；從這個角度上看，LTE各用戶之間的競爭是公平的。CoMP系統則不同，用戶 分為協作用戶與非協作用戶，協作用戶一般處在小區(qū)邊緣位置，是CoMP技術主要服務 的對象，在資源分配的時候會有一定的傾向性，因而CoMP系統的資源分配就帶有一定 的非公平性。協作用戶與非協作用戶的劃分，加大了 CoMP系統級仿真中資源分配的難 度，與LTE系統級仿真有很大的區(qū)別。
其次，對協作用戶進行服務的小區(qū)不止一個。在LTE系統中，每個用戶的服務 小區(qū)是一定的，且只有一個；也就是說，對每個用戶而言，與其進行數據傳輸的小區(qū)只 有一個。而CoMP系統則有所不同，對于CoMP系統中的協作用戶，除了有服務小區(qū)為 其傳輸數據外，協作小區(qū)也會為其傳輸數據；也就是說，對于協作用戶，在同一時刻， 將會有多個小區(qū)為其傳輸數據。協作小區(qū)的加入使得協作用戶的信道矩陣維數相對于非協作用戶發(fā)生了變化，且協作小區(qū)數目不確定，大大增加了仿真難度。 發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法， 該方法通過對CoMP技術的本質進行分析，抽象出CoMP技術對應的仿真模型，能夠解決 CoMP技術中由于協作小區(qū)不確定等因素帶來的仿真困難。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來解決的
該種LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法，其特征是，包括下述步 驟
1)根據IMT-A系統對四種典型場景的定義，選擇場景；所述四種典型場景為 室內熱點模型、城市微小區(qū)模型、城市宏小區(qū)模型和農村宏模型，將所述城市微小區(qū)模 型、城市宏小區(qū)模型和農村宏模型統稱為室外模型；
2)隨機生成用戶分布及對應的場景信息；
3)利用生成的場景信息，采用WINNER+系統提出的SCME信道模型產生快衰落信息，并結合場景信息中包含的慢衰落信息產生信道；
4)設定寬帶信干噪比門限SINRgate，利用生成的場景信息以及信道信息，計算每 個用戶的寬帶信干噪比，將寬帶信干噪比值低于寬帶信干噪比門限的用戶，確定為協作 用戶；
5)為每個協作用戶確定協作方法和協作集，所述協作方法確定為基站內協作， 協作集確定為該協作用戶所屬基站的三個扇區(qū)，將所有小區(qū)劃分為η個協作集，每一個 協作集都包含協作用戶與非協作用戶，所述η為基站數量；
6)將協作集的資源塊分為協作資源塊和非協作資源塊，并確定協作資源塊在整 個頻帶中的位置；
7)采用比例公平調度的方法，將協作集中的所有協作用戶在協作資源塊上進行 調度，未獲得資源塊的協作用戶在本時隙內劃分為非協作用戶，然后將所有非協作用戶 在非協作資源塊上按照比例公平的方法進行調度；
8)資源塊調度完成后，進行虛擬資源塊傳輸，并記錄仿真結果；
9)返回步驟3)，依此循環(huán)并記錄每次的仿真結果，直至仿真結果收斂，結束循 環(huán)；
10)返回步驟2)，依此循環(huán)N次；
11)根據記錄的仿真結果，統計系統頻譜效率與小區(qū)邊緣用戶頻譜效率，完成仿直ο
進一步，上述步驟幻的具體過程為
2.1)按照IMT-A的要求，均勻撒播用戶，室內熱點模型共20個用戶，各室外模 型均為570個用戶；
2.2)在室內熱點模型中，依據用戶的地理位置信息計算出該用戶到兩個基站之 間的大尺度衰落信息；
2.3)在室外模型中，采用Wrap-Amund結構構造系統網絡，獲取每個用戶的有 效基站編號及對應的地理位置信息，并計算該用戶到有效基站之間的大尺度衰落信息；
2.4)依據大尺度衰落信息建立用戶與有效基站之間的通信鏈路；
2. 記錄各基站的位置信息、每個用戶的地理位置信息及有效基站編號、該用 戶到有效基站的距離和寬帶干擾功率信息。
進一步，上述步驟幻的具體過程為
3.1)根據步驟幻生成的場景信息，判斷用戶到有效基站的傳輸為視距傳輸或非 視距傳輸；
3.2)計算移動終端到其有效基站之間的路徑損耗；
3.3)生成每條通信鏈路的大尺度參數，所述大尺度參數包括傳播延時、傳播角 度、K參數和陰影衰落；
3.4)產生每條通信鏈路中包含的每條多徑的時延T ；
3.5)產生每條多徑的功率P ；
3.6)產生每條多徑的到達角度和發(fā)射角度；
3.7)對每條多徑的接收射線和發(fā)送射線進行隨機配對；
3.8)為每條通信鏈路生成信道系數。
進一步，以上所述步驟4)的具體過程為
4.1)設定寬帶信干噪比門限SINRgate = OdB ；
4.2)計算每個用戶在大尺度衰落下的寬帶信干噪比SINRwuteband,依據設定的寬帶 信干噪比門限SINRgate，如果某用戶的SINRwuteband < SINRgate，則該用戶設定為協作用戶。
進一步，以上所述步驟6)的具體過程為
6.1)設定協作用戶所占資源塊在整個帶寬中的比例；
6.2)按比例劃分協作用戶資源塊與非協作用戶資源塊，將整個頻帶前的資源 塊劃分為協作資源塊。
上述步驟6.1)中，所述a = 10 20。
上述步驟7)的具體過程如下
7.1)采用SVD分解的方法，獲取協作用戶的預編碼矩陣，預編碼矩陣為mX 12 維，m為基站對協作用戶發(fā)送的數據流個數；
7.2)采用MMSE的方法計算協作用戶在子載波上的信干噪比SINR，計算公式如 下
權利要求
1.一種LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法，其特征是，包括下述步驟1)根據IMT-A系統對四種典型場景的定義，選擇場景；所述四種典型場景為室內熱 點模型、城市微小區(qū)模型、城市宏小區(qū)模型和農村宏模型，將所述城市微小區(qū)模型、城 市宏小區(qū)模型和農村宏模型統稱為室外模型；2)隨機生成用戶分布及對應的場景信息；3)利用生成的場景信息，采用WINNER+系統提出的SCME信道模型產生快衰落信 息，并結合場景信息中包含的慢衰落信息產生信道；4)設定寬帶信干噪比門限SINRgate，利用生成的場景信息以及信道信息，計算每個 用戶的寬帶信干噪比，將寬帶信干噪比值低于寬帶信干噪比門限的用戶，確定為協作用 戶；5)為每個協作用戶確定協作方法和協作集，所述協作方法確定為基站內協作，協作 集確定為該協作用戶所屬基站的三個扇區(qū)，將所有小區(qū)劃分為η個協作集，每一個協作 集都包含協作用戶與非協作用戶，所述η為基站數量；6)將協作集的資源塊分為協作資源塊和非協作資源塊，并確定協作資源塊在整個頻 帶中的位置；7)采用比例公平調度的方法，將協作集中的所有協作用戶在協作資源塊上進行調 度，未獲得資源塊的協作用戶在本時隙內劃分為非協作用戶，然后將所有非協作用戶在 非協作資源塊上按照比例公平的方法進行調度；8)資源塊調度完成后，進行虛擬資源塊傳輸，并記錄仿真結果；9)返回步驟3)，依此循環(huán)并記錄每次的仿真結果，直至仿真結果收斂，結束循環(huán)；10)返回步驟2)，依此循環(huán)N次；11)根據記錄的仿真結果，統計系統頻譜效率與小區(qū)邊緣用戶頻譜效率，完成仿真。
2.根據權利要求1所述的LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法，其特征 在于，所述步驟2)的具體過程為2.1)按照IMT-A的要求，均勻撒播用戶，室內熱點模型共20個用戶，各室外模型均 為570個用戶；2.2)在室內熱點模型中，依據用戶的地理位置信息計算出該用戶到兩個基站之間的 大尺度衰落信息；2.3)在室外模型中，采用Wrap-Amund結構構造系統網絡，獲取每個用戶的有效基 站編號及對應的地理位置信息，并計算該用戶到有效基站之間的大尺度衰落信息；2.4)依據大尺度衰落信息建立用戶與有效基站之間的通信鏈路；2.5)記錄各基站的位置信息、每個用戶的地理位置信息及有效基站編號、該用戶到 有效基站的距離和寬帶干擾功率信息。
3.根據權利要求1或2所述的LTE-A系統中CoMP技術系統級仿真方法，其特征在 于，步驟3)的具體過程為3.1)根據步驟2)生成的場景信息，判斷用戶到有效基站的傳輸為視距傳輸或非視距 傳輸；3.2)計算移動終端到其有效基站之間的路徑損耗；·3.3)生成每條通信鏈路的大尺度參數，所述大尺度參數包括傳播延時、傳播角度、K 參數和陰影衰落；·3.4)產生每條通信鏈路中包含的每條多徑的時延T；·3.5)產生每條多徑的功率P;·3.6)產生每條多徑的到達角度和發(fā)射角度；·3.7)對每條多徑的接收射線和發(fā)送射線進行隨機配對；·3.8)為每條通信鏈路生成信道系數。
4.根據權利要求1所述的LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法，其特征 在于，所述步驟4)的具體過程為4.1)設定寬帶信干噪比門限SINRgate= OdB ；4.2)計算每個用戶在大尺度衰落下的寬帶信干噪比SINRwideband,依據設定的寬帶信干 噪比門限SINRgate，如果某用戶的SINRwuteband < SINRgate，則該用戶設定為協作用戶。
5.根據權利要求1所述的LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法，其特征 在于，所述步驟6)的具體過程為
6.1)設定協作用戶所占資源塊在整個帶寬中的比例；6.2)按比例劃分協作用戶資源塊與非協作用戶資源塊，將整個頻帶前的資源塊劃 分為協作資源塊。6.根據權利要求5所述的LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法，其特征 在于，所述a = 10 20。
7.根據權利要求1所述的LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法，其特征 在于所述步驟7)的具體過程如下·7.1)采用SVD分解的方法，獲取協作用戶的預編碼矩陣，預編碼矩陣為mX12維， m為基站對協作用戶發(fā)送的數據流個數；·7.2)采用MMSE的方法計算協作用戶在子載波上的信干噪比SINR，計算公式如下
8.根據權利要求1所述的LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法，其特征 在于所述步驟11)中在統計小區(qū)邊緣用戶頻譜效率時，取頻譜效率前5%用戶為小區(qū)邊 緣用戶。全文摘要
本發(fā)明公開了一種LTE-A系統中針對CoMP技術的系統級仿真方法首先根據IMT-A要求生成需要的仿真場景信息，并由場景信息得到對應的信道矩陣；然后加入CoMP算法模塊，進行協作用戶劃分以及資源塊分配，并根據資源調度的結果進行虛擬資源塊傳輸；最后記錄仿真結果，并進行性能評估。本發(fā)明中，采用門限的方式區(qū)分協作用戶與非協作用戶，采用比例公平調度算法進行資源塊調度。采用本發(fā)明方法，可以簡化CoMP系統模型，解決了CoMP技術中由于協作小區(qū)不確定等因素帶來的仿真困難。
文檔編號H04W72/12GK102026259SQ20101057481
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權日2010年12月6日
發(fā)明者唐小勇, 杜威, 楊金龍, 羅新民, 趙豐, 鄧建國, 錢鵬 申請人:西安交通大學