專利名稱：面向多點(diǎn)-多用戶協(xié)作傳輸?shù)那袚Q方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及聯(lián)合傳輸中的協(xié)作切換技術(shù)，可用于多點(diǎn)-多用戶MIMO傳輸環(huán)境下的協(xié)作資源分配，通過動態(tài)監(jiān)測“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合備份空間，為切換用戶自適應(yīng)的調(diào)整協(xié)作伙伴集合或相應(yīng)的協(xié)作點(diǎn)集合。
背景技術(shù)：
近年來，隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，通信系統(tǒng)對無線通信業(yè)務(wù)的支持能力有了明顯的提高。然而，用戶對高速率、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)也有了更高的需求。因此，在下一代移動通信技術(shù)的研究中，對頻譜效率、傳輸速率、系統(tǒng)吞吐量和小區(qū)邊緣性能等方面也提出了更高的要求。協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)因其能有效改善小區(qū)邊緣用戶性能，提高系統(tǒng)吞吐量，在近年來引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注和研究，并成為3GPPLTE-AdvanCed標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要研究項(xiàng)目。
協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)需要多種物理層傳輸技術(shù)的支持，如適應(yīng)多小區(qū)聯(lián)合傳輸?shù)?MIMO技術(shù)、預(yù)編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)、高效的信道估計和聯(lián)合檢測技術(shù)等。同時，先進(jìn)有效的無線資源管理方案也是影響協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)性能的重要因素，如小區(qū)資源分配策略、 負(fù)載均衡、聯(lián)合傳輸中協(xié)作小區(qū)的選擇機(jī)制以及有效的切換策略等。
支持協(xié)作多點(diǎn)通信的切換方法，由于引入了“多點(diǎn)”，使得切換場景已經(jīng)不是傳統(tǒng)的一個小區(qū)切換到另一個小區(qū)的單小區(qū)切換，而是由多個小區(qū)切換到多個小區(qū)的小區(qū)集合切換。因此，切換時小區(qū)之間、小區(qū)與用戶之間的信息交互與信令傳輸將更為復(fù)雜，設(shè)計有效的切換機(jī)制以減小協(xié)作多點(diǎn)通信場景下信息交互和信令傳輸開銷，提高切換效率與成功率，這是保證協(xié)作多點(diǎn)通信性能的關(guān)鍵。
目前針對切換方法進(jìn)行研究的文獻(xiàn)有許多，例如 1)唐德軍等人在“基于IEEE 802. 16j的協(xié)作中繼切換方法”一文中提出了一種雙協(xié)作中繼切換流程，該流程在執(zhí)行切換步驟時先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重進(jìn)入過程，再執(zhí)行關(guān)閉連接過程。該方法確保了在切換過程中消息傳輸?shù)耐叫裕送?，該方法以信號?qiáng)度和時延作為切換判決，能夠?qū)崿F(xiàn)2個中繼節(jié)點(diǎn)同時參與協(xié)作。
2)韓靜在其博士論文“無線中繼系統(tǒng)中資源分配與切換機(jī)制的研究”中提出了一種基于位置信息輔助的分集集合更新方法。它考慮的場景是允許移動用戶同時與多個基站保持上下行通信，這些基站被歸入分集集合，且假定在研究中總是能獲得方向信息以確定用戶是接近還是遠(yuǎn)離某一特定的基站。分集集合中的基站根據(jù)其接收信號強(qiáng)度的降序排列，當(dāng)用戶需要切換時，找出分集集合外的基站的接收信號強(qiáng)度最大的用戶，并判斷用戶是遠(yuǎn)離它還是靠近它，將該基站的接收信號強(qiáng)度與分集集合中強(qiáng)度最小的信號進(jìn)行比較，若滿足更新時的閾值要求，則分集集合進(jìn)行更新，更新閾值根據(jù)用戶是遠(yuǎn)離還是靠近分別有兩個值。該方法的特點(diǎn)是能減小更新次數(shù)并保持接收信號強(qiáng)度在一個較好的水平。
以上文獻(xiàn)對協(xié)作切換方法的研究如文獻(xiàn)1)僅局限于對2個中繼節(jié)點(diǎn)模型的研究， 在實(shí)際應(yīng)用中有很大的局限性；文獻(xiàn)雖然針對的是多個中繼節(jié)點(diǎn)的情況，但多個中繼節(jié)
4點(diǎn)之間并沒有協(xié)作，之所以采用多個中繼節(jié)點(diǎn)只是為了獲得分集增益，并不能有效改善小區(qū)邊緣用戶的通信質(zhì)量和提高系統(tǒng)吞吐量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述已有技術(shù)的不足，考慮多點(diǎn)-多用戶MIMO傳輸這一場景，提出一種面向多點(diǎn)-多用戶協(xié)作傳輸?shù)那袚Q方法，在保證小區(qū)邊緣用戶群或高數(shù)據(jù)率業(yè)務(wù)需求用戶群的通信質(zhì)量的情況下，以提高多點(diǎn)協(xié)作通信時的切換效率與成功率，為切換用戶自適應(yīng)的調(diào)整協(xié)作伙伴集合或相應(yīng)的協(xié)作點(diǎn)集合。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一、技術(shù)原理 在多點(diǎn)-多用戶MIMO傳輸中，定義分布式射頻拉遠(yuǎn)單元RRU或集中式天線BS為傳輸點(diǎn)，各傳輸點(diǎn)通過光纖與中心控制器相連接，傳輸點(diǎn)之間可以進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)協(xié)作傳輸。在這種環(huán)境下，除了常規(guī)的單點(diǎn)-單用戶和單點(diǎn)-多用戶MIMO使用場景外，還有獨(dú)特的多點(diǎn)-單用戶、多點(diǎn)-多用戶MIMO使用場景。
針對多點(diǎn)-多用戶模型，LTE-Advanced提出了協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)，以提高扇區(qū)或小區(qū)邊緣用戶群的吞吐率和傳輸可靠性。本發(fā)明考慮扇區(qū)或小區(qū)邊緣用戶群和高數(shù)據(jù)率業(yè)務(wù)需求用戶群的傳輸問題，主要關(guān)注用戶切換時的協(xié)作資源分配問題。
本發(fā)明得以實(shí)施的前提條件是在中心控制器端存儲有“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份集合，該備份集合是通過基于同步約束和信道能量準(zhǔn)則的協(xié)作優(yōu)選方法獲得的。獲取步驟是中心控制器先通過RTS/CTS握手協(xié)議建立“協(xié)作點(diǎn)/用戶，，組合空間，將空間內(nèi)不滿足時頻同步要求的組合剔除；接著中心控制器計算空間內(nèi)每個組合對應(yīng)的MIMO信道矩陣的平均“F-范數(shù)”，它描述了 MIMO信道提供的最大信道能量；最后中心控制器判定每種組合的平均“F-范數(shù)”是否超過系統(tǒng)設(shè)定的門限，將低于門限的組合從協(xié)作組合空間中剔除， 并將空間內(nèi)剩余的組合建立一個備份，作為“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份集合。
獲得備份集合后，中心控制器要對其進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。當(dāng)用戶需要切換時，則由中心控制器考察備份集合中是否存在滿足用戶服務(wù)質(zhì)量要求的組合，若存在，則中心控制器啟動協(xié)作波束軟切換，若不存在，則中心控制器啟動協(xié)作波束硬切換。附圖2給出了該方法具體步驟的流程圖。
二、實(shí)現(xiàn)過程 根據(jù)上述原理，本發(fā)明針對切換用戶提出的協(xié)作資源的最優(yōu)分配方法，包括步驟如下 (1)中心控制器通過RTS/CTS握手協(xié)議建立“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間，判斷空間內(nèi)的組合是否滿足同步誤差和多普勒殘余頻差要求，將不滿足要求的組合剔除，縮小空間范圍；再對剩余組合計算其相應(yīng)MIMO信道矩陣的平均“F-范數(shù)”，將低于系統(tǒng)設(shè)定的“F-范數(shù)”門限的組合從協(xié)作組合空間中剔除，并將空間內(nèi)剩余的組合建立一個備份，作為“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份； (2)中心控制器動態(tài)監(jiān)測“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份中各組合的“品質(zhì)”，即監(jiān)測備份內(nèi)的組合是否滿足時間同步、多普勒頻偏和信道矩陣平均“F-范數(shù)”的要求，當(dāng)中心控制器監(jiān)測到當(dāng)前分配給用戶的協(xié)作組合的“品質(zhì)”已下降到不能滿足時間同步、多普勒頻偏和信道矩陣平均“F-范數(shù)”的要求時，判斷“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份中是否還存在其它仍滿足要求的組合，若存在，則啟動軟切換，即執(zhí)行步驟(3)，若不存在，則啟動硬切換， 即執(zhí)行步驟⑷； (3)中心控制器將“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份中當(dāng)前“品質(zhì)”最優(yōu)的組合分配給用戶，作為用戶的協(xié)作資源，完成軟切換； (4)中心控制器啟動硬切換 4a)中心控制器通過RTS/CTS握手協(xié)議建立新的“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間；4b) 中心控制器對“協(xié)作點(diǎn)/用戶，，組合空間內(nèi)的各組合進(jìn)行基于同步約束和信道能量準(zhǔn)則的二次優(yōu)選以獲得新的“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份，并將備份中“品質(zhì)”最優(yōu)的組合分配給用戶，作為用戶的協(xié)作資源，完成硬切換。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn) 1)本發(fā)明由于不需要用戶端的反饋，且對信道平均“F-范數(shù)”的計算、監(jiān)測備份空間以及排序運(yùn)算都是由中心控制器來完成的，用戶只需要完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，減少了用戶反饋開銷并且降低了用戶端運(yùn)算的復(fù)雜度。
2)本發(fā)明由于將協(xié)作波束硬切換和協(xié)作波束軟切換進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，能夠自適應(yīng)的調(diào)整協(xié)作伙伴集合或相應(yīng)的協(xié)作點(diǎn)集合，提高了切換效率與成功率。
3)本發(fā)明由于在中心控制器端存儲有“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份，減小了協(xié)作多點(diǎn)通信場景下信息交互和信令傳輸開銷。
4)目前大部分研究只局限于有兩個中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作的場景，本發(fā)明由于考慮多點(diǎn)-多用戶MIMO傳輸這一場景，針對多個中繼協(xié)作通信的情況，更符合實(shí)際應(yīng)用需求。


圖1是本發(fā)明使用的協(xié)作波束切換網(wǎng)絡(luò)示意圖； 圖2是本發(fā)明的協(xié)作點(diǎn)/用戶組合切換流程圖； 圖3是本發(fā)明仿真使用的用戶撒點(diǎn)示意圖； 圖4是本發(fā)明的性能仿真曲線圖。
具體實(shí)施例方式一、相關(guān)符號說明 MIMO (Multi-input Multi-output)表示多輸入多輸出； BBU(Building Baseband Unit)表示基帶處理單元； UE (User Equipment)表示用戶終端設(shè)備； 表示待切換用戶； RRU (Remote Radio Unit)表示射頻拉遠(yuǎn)單元； RRUi表示第i個射頻拉遠(yuǎn)單元； S表示“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間； S Φ表示“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份 Wi表示第i個協(xié)作接收點(diǎn)集合； RRU^ N個射頻拉遠(yuǎn)單元RRR1，RRUi2，+ + +，構(gòu)成的協(xié)作點(diǎn)集 二、實(shí)施步驟 不失一般性，將本發(fā)明應(yīng)用于基站采用分布式天線的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行舉例說明，該網(wǎng)絡(luò)如附圖1所示，它采用射頻拉遠(yuǎn)單元RRU分散部署在小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)，每個射頻拉遠(yuǎn)單元 RRU形成基站的多個天線點(diǎn)，各點(diǎn)通過光纖與基帶處理單元BBU相連接，同時網(wǎng)絡(luò)中分散部署了定量的用戶，在小區(qū)邊緣放置了一個待切換用戶UEk從位置A移動到位置B。
基于圖1網(wǎng)絡(luò)，下面結(jié)合附圖2詳細(xì)說明本發(fā)明的一個具體實(shí)施，但該實(shí)例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
步驟1，BBU通過RTS/CTS握手協(xié)議建立“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間，判斷組合空間內(nèi)的組合是否滿足同步誤差和多普勒殘余頻差要求，將不滿足要求的組合剔除，縮小空間范圍。假設(shè)本實(shí)例中建立的組合空間為S = {W” W2，W3，W4，W5，W6}，其中W1 = {RRU/UEJ , W2 ={RRU2/UEJ，W3 = {RRU3/UEk}，W4 = {RRUlj2/UEk}，W5 = {RRUlj3/UEk}，W6 = {RRU2,3/UEk}。
步驟2，再對組合空間S內(nèi)的組合計算其相應(yīng)MIMO信道矩陣的平均“F-范數(shù)”，將低于系統(tǒng)設(shè)定的“F-范數(shù)”門限的組合從協(xié)作組合空間中剔除，并將空間內(nèi)剩余的組合建立一個備份，作為“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份。
2a)由BBU估計與組合巧相對應(yīng)的ΜΙΜΟ信道矩陣，得到不同時間點(diǎn)上的N個樣本 Hi,ι，H1 2, L，Hun ； 2b)將ΜΙΜΟ信道矩陣Hyd≤j≤N)與其共軛轉(zhuǎn)置1 .相乘，得到乘積矩陣
Hi ;HU ； 2c)計算乘積矩陣的跡并對其在N個時間點(diǎn)上求短時平均 1 N
:Irr(HuHf;)，得到第1個組合W1的平均信道“F-范數(shù)”，表示為E1，它描述了 MIMO信道
iV ；=1
可以提供的最大信道能量； 2d)同理，重復(fù)步驟2a) 2c)得出組合空間S內(nèi)其他組合Wi O≤i≤6)的平均信道“F-范數(shù)” ≤i≤6)； 2e)BBU獲取待切換用戶服務(wù)質(zhì)量QoS需求和傳輸點(diǎn)可用的發(fā)射功率信息，根據(jù)待切換用戶服務(wù)質(zhì)量QoS的信噪比指標(biāo)，由
權(quán)利要求
1.一種面向多點(diǎn)-多用戶協(xié)作傳輸?shù)那袚Q方法，包括如下步驟(1)中心控制器通過RTS/CTS握手協(xié)議建立“協(xié)作點(diǎn)/用戶，，組合空間，判斷空間內(nèi)的組合是否滿足同步誤差和多普勒殘余頻差要求，將不滿足要求的組合剔除，縮小空間范圍； 再對剩余組合計算其相應(yīng)MIMO信道矩陣的平均“F-范數(shù)”，將低于系統(tǒng)設(shè)定的“F-范數(shù)”門限的組合從協(xié)作組合空間中剔除，并將空間內(nèi)剩余的組合建立一個備份，作為“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份；(2)中心控制器動態(tài)監(jiān)測“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份中各組合的“品質(zhì)”，即監(jiān)測備份內(nèi)的組合是否滿足時間同步、多普勒頻偏和信道矩陣平均“F-范數(shù)”的要求，當(dāng)中心控制器監(jiān)測到當(dāng)前分配給用戶的協(xié)作組合的“品質(zhì)”已下降到不能滿足時間同步、多普勒頻偏和信道矩陣平均“F-范數(shù)”的要求時，判斷“協(xié)作點(diǎn)/用戶，，組合空間備份中是否還存在其它仍滿足要求的組合，若存在，則啟動軟切換，即執(zhí)行步驟(3)，若不存在，則啟動硬切換，即執(zhí)行步驟⑷；(3)中心控制器將“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份中當(dāng)前“品質(zhì)”最優(yōu)的組合分配給用戶，作為用戶的協(xié)作資源，完成軟切換；(4)中心控制器啟動硬切換4a)中心控制器通過RTS/CTS握手協(xié)議建立新的“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間； 4b)中心控制器對“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間內(nèi)的各組合進(jìn)行基于同步約束和信道能量準(zhǔn)則的二次優(yōu)選以獲得新的“協(xié)作點(diǎn)/用戶，，組合空間備份，并將備份中“品質(zhì)”最優(yōu)的組合分配給用戶，作為用戶的協(xié)作資源，完成硬切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向多點(diǎn)-多用戶協(xié)作傳輸?shù)那袚Q方法，其中步驟(1)所述的對剩余組合計算其相應(yīng)MIMO信道矩陣的平均“F-范數(shù)”，按如下步驟進(jìn)行2a)對組合空間內(nèi)剩余的“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合，由基帶處理單元估計其相應(yīng)的MIMO 信道矩陣，分別得到N個信道矩陣樣本=Hiil, Hi,,, L，Hi, N是樣本數(shù)，i表示第i個組合且 1彡i彡L，L是“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合的個數(shù)；2b)將信道矩陣樣本Hy (1 ^ j ^ N)與其共軛轉(zhuǎn)置H^進(jìn)行相乘，得到乘積矩陣，表示為；2c)計算乘積矩陣的跡餌年盧己),并對其在N個時間點(diǎn)上求短時平均1 N，得到第i個組合的平均信道“F-范數(shù)”，表示為E”iV ；=1
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向多點(diǎn)-多用戶協(xié)作傳輸?shù)那袚Q方法，其中步驟(1)所述的系統(tǒng)設(shè)定的“F-范數(shù)”門限，按如下步驟進(jìn)行3a)基帶處理單元獲取待切換用戶服務(wù)質(zhì)量QoS需求和傳輸點(diǎn)可用的發(fā)射功率信息；ρ χμ3b)基帶處理單元根據(jù)用戶服務(wù)質(zhì)量QoS的信噪比指標(biāo)，由SNR=^^，反解出N0辦，辦即為系統(tǒng)的“F-范數(shù)”門限，其中Pmax表示傳輸點(diǎn)可用的最大傳輸功率，N。表示噪聲功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向多點(diǎn)-多用戶協(xié)作傳輸?shù)那袚Q方法，其中步驟(1)所述的將當(dāng)前“品質(zhì)”最優(yōu)的組合分配給用戶，按如下步驟進(jìn)行4a)將備份集合內(nèi)滿足時間同步和多普勒頻偏要求的組合，由中心控制器計算其相應(yīng) MIMO信道矩陣的平均“F-范數(shù)”，并將計算結(jié)果由大到小進(jìn)行排序；4b)備份集合中排序第一的組合即為當(dāng)前“品質(zhì)”最優(yōu)的組合，將其分配給用戶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向多點(diǎn)-多用戶協(xié)作傳輸?shù)那袚Q方法，其中步驟(2)所述的監(jiān)測備份內(nèi)的組合是否滿足時間同步、多普勒頻偏和信道矩陣平均“F-范數(shù)”的要求，按如下步驟進(jìn)行5a)基帶處理單元判斷組合中每個用戶的剩余時延偏差是否超過系統(tǒng)最大容忍的同步誤差，系統(tǒng)最大容忍的同步誤差值為CP-hT，其中CP為循環(huán)前綴長度，為最大多徑時延， 若小于，則滿足時間同步要求，否之，不滿足時間同步要求；5b)基帶處理單元判斷組合中每個用戶的剩余頻偏是否超過系統(tǒng)最大容忍的剩余頻偏，其中最大容忍的剩余頻偏的歸一值為2%，若小于，則滿足多普勒頻偏要求，否之，不滿足多普勒頻偏要求；5c)基帶處理單元判斷各組合的信道矩陣平均“F-范數(shù)”是否超過系統(tǒng)設(shè)定的門限， 若大于門限，則滿足信道矩陣平均“F-范數(shù)”的要求，若小于門限，則不滿足信道矩陣平均 “F-范數(shù)”的要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向多點(diǎn)-多用戶協(xié)作傳輸?shù)那袚Q方法，主要解決現(xiàn)有切換技術(shù)中不支持多個協(xié)作傳輸點(diǎn)和多個協(xié)作用戶同時參與切換的問題。其實(shí)現(xiàn)過程是，首先根據(jù)時頻同步約束和信道矩陣平均“F-范數(shù)”要求建立用戶的“協(xié)作點(diǎn)/用戶”組合空間備份，并動態(tài)監(jiān)測備份集合中各組合的“品質(zhì)”；當(dāng)用戶需要切換時，由基帶處理單元判斷備份集合中是否存在滿足同步誤差、多普勒殘余頻差及信道平均“F-范數(shù)”要求的組合，若存在，則為用戶進(jìn)行協(xié)作波束軟切換，若不存在，則進(jìn)行協(xié)作波束硬切換。本發(fā)明具有為切換用戶自適應(yīng)的分配協(xié)作資源和降低用戶端運(yùn)算復(fù)雜度的優(yōu)點(diǎn)，用于多點(diǎn)-多用戶協(xié)作通信環(huán)境下的協(xié)作資源切換。
文檔編號H04L1/06GK102186215SQ20111012944
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者李勇朝, 張海林, 秦百爽, 董晨 申請人:西安電子科技大學(xué)