基于容量受限的分布式CoMP數據傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于容量受限的分布式CoMP數據傳輸方法，主要解決了現有技術下基站接口容量不足的問題，其實現步驟是：1)初始化基站集合Λ及其用戶集合，收集用戶信息；2)利用收集的信息,基站選擇可使用聯(lián)合波束賦形的用戶，并加入未標記集合；3)基站根據地理位置劃分為三個集合；4)集合中所有基站從未標記集合中選擇目標用戶，并與目標用戶的協(xié)作基站協(xié)商用戶數據類型；若協(xié)商失敗，只更新基站信息，否則，根據協(xié)商好的數據類型為目標用戶服務，并更新基站信息；5)集合中的所有基站完成一次決策后，通過X2接口通知下一集合中的基站，返回步驟4)。本發(fā)明提高了網絡性能，可用于LTE-A系統(tǒng)下的大規(guī)模網絡。
【專利說明】基于容量受限的分布式CoMP數據傳輸方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信【技術領域】，具體涉及一種大規(guī)模網絡下基于容量受限的分布式 CoMP數據傳輸方法，可用于多個宏小區(qū)共存的無線網絡中。

【背景技術】
[0002] 近年來，無線網絡得到了迅猛的發(fā)展，以追求更快傳輸速率、更好服務質量和更 廣覆蓋范圍為目標的新一代移動通信系統(tǒng)LTE-A正應運而生。而協(xié)作多點傳輸CoMP技術 作為LTE-A網絡中的核心技術，能有效的降低小區(qū)間干擾，提高邊緣小區(qū)用戶的數據速率， 并提高整個系統(tǒng)吞吐量。
[0003] CoMP技術包含兩種數據傳輸類型：協(xié)同聯(lián)合傳輸CoMP-JP和聯(lián)合波束賦形 CoMP-CB，其中CoMP-JP技術是服務基站與協(xié)作基站同時向用戶發(fā)送數據，將來自同頻基站 的干擾信號轉換為有用信號，通過提高邊緣用戶的數據速率來改善整體系統(tǒng)性能；CoMP-CB 技術是只由服務基站向本地用戶發(fā)送數據，同頻基站通過設計不同的編碼向量來區(qū)分彼此 用戶的數據信息，從而避免同頻用戶間的干擾來提高其數據速率。CoMP技術中常用的協(xié)作 集合的劃分策略有靜態(tài)協(xié)作策略和動態(tài)協(xié)作策略，其中靜態(tài)協(xié)作策略是按照一定準則固定 幾個基站為一個協(xié)作集合，此協(xié)作集合為基站內的所有CoMP用戶服務，但是會有一些邊緣 用戶不能達到很好的協(xié)作性能，動態(tài)協(xié)作策略是由服務基站根據用戶受到的干擾情況，為 每個用戶選擇協(xié)作基站組成最優(yōu)的協(xié)作集合，同一基站下的用戶協(xié)作集合可能不同。
[0004] 在LTE-A系統(tǒng)中有兩類接口：S1接口和X2接口，基站通過S1接口與服務網關相 連獲取用戶數據和控制信令，基站之間通過X2接口彼此相連傳輸用戶數據和控制信令。對 于CoMP兩種不同的數據傳輸類型而言，共同點是基站之間都需要通過X2接口交互控制信 息、信道狀態(tài)信息以及同步信息等，不同的是所有參與CoMP-JP傳輸的基站都需獲取CoMP 用戶的用戶數據，在相同頻譜上同時為CoMP用戶服務，而參與CoMP-CB傳輸的基站只需為 本地CoMP用戶傳輸數據。簡言之，CoMP帶來的用戶數據速率提升是以增加接口負荷為代價 的，且CoMP-JP傳輸技術相比于CoMP-CB技術帶來的速率提升更大，其對S1接口帶來的負 擔也更重。因此需要更大的接口容量以滿足用戶數據在協(xié)作基站間的共享，這將導致設備 成本的提升以及技術可行性的下降。從實用性和經濟性角度考慮，如何合理利用現有的接 口容量，更加有效地使用CoMP傳輸技術為用戶提供優(yōu)質服務，成為一個重要的研究問題。
[0005] 目前，關于LTE-A系統(tǒng)中基于接口容量受限的協(xié)作傳輸問題的研究大多數關注 于基站與上層間的S1接口或基站彼此間的X2接口優(yōu)化問題，如MehryarS等在IEEE InternationalConferenceonCommunications(ICC), 2012((DynamicCooperationLink SelectionforNetworkMIM0SystemswithLimitedBackhaulCapacity》一文中，石開 究了下行多小區(qū)的0FDMA系統(tǒng)中動態(tài)接口選擇技術，在基站間接口容量受限情況下，動態(tài) 選擇協(xié)作基站，進行用戶調度和功率控制以提高網絡吞吐量，但是此方法主要研究的是 基站間的X2接口容量受限的問題。ZhangQian等在IEEETransactionsonWireless Communications, 2013《DownlinkBaseStationCooperativeTransmissionUnder Limited-CapacityBackhaul)) 一文中，研究了CoMP中基站與上層SI接口容量受限下的數 據傳遞技術，根據每個用戶的衰落增益，為每個用戶設計劃分合適的數據類型，以提高系統(tǒng) 吞吐量，但是研究的主要是基站與上層間S1接口容量受限的問題。而在大規(guī)模網絡場景 中，由于技術限制問題，單個中心控制單元直接管理所有基站不再具有可行性，而使用多個 中心控制單元分別獨立管理各自所負責范圍內的協(xié)作基站時，協(xié)作集合的邊緣用戶受到的 來自其他協(xié)作集合的同頻干擾將無法消除，系統(tǒng)性能受到影響。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種在動態(tài)協(xié)作下，基于接口容量 受限的分布式的CoMP數據傳輸方法，以在大規(guī)模網絡場景中，由基站自行決策用戶數據的 傳輸類型，提升系統(tǒng)的吞吐量。
[0007] 本發(fā)明的技術方案為：基站根據自身位置劃分為三個集合，同一集合中基站同 時決策不會產生決策沖突，同一集合中所有基站完成一次決策后通過X2接口通知下一集 合中基站進行決策。為充分利用接口容量，本發(fā)明將CoMP-JP用戶數據類型分為兩類： CoMP-JP-Sl和C〇MP-JP-X2,CoMP-JP-Sl用戶數據類型是服務基站與協(xié)作基站直接通過本 地S1接口獲取用戶數據，C〇MP-JP-X2用戶數據類型則是服務基站通過S1接口獲取用戶數 據后，再通過X2接口傳輸給協(xié)作基站。每個基站進行決策時，采用貪婪算法從本地CoMP-CB 用戶中選擇轉變?yōu)镃oMP-JP傳輸模式后獲得速率增益最大的用戶作為目標用戶，服務基站 與協(xié)作基站通過X2接口交互信息，來決策目標用戶采用的傳輸模式以及用戶數據類型，并 根據決策結果完成同步協(xié)調傳輸。具體實現步驟如下 ：
[0008] (1)系統(tǒng)初始化：假設系統(tǒng)有Q個基站，用集合A= {1，2, . .k. .，Q}表 示，用戶選擇接收信號強度最大的基站接入，將基站keA的本地用戶集合表示為：

【權利要求】
1. 一種基于容量受限的分布式數據傳輸方法，包括如下步驟： (1) 系統(tǒng)初始化：假設系統(tǒng)有Q個基站，用集合Λ = {1，2，.. k..，Q}表示，用戶選擇接 收信號強度最大的基站接入，將基站ke Λ的本地用戶集合表示為：L/,=仏,々2,.人..,々/;}， 其中h是基站k內第i個用戶，i = 1，2,...，J k，Jk是基站k接入的用戶總數； (2) 基站k收集本地用戶的信道狀態(tài)信息、白噪聲信息、鄰居基站信息，并統(tǒng)計每個用 戶匕的已用頻譜資源和基站空閑頻譜資源集合 (3) 基站k從用戶集合Uk中選擇可使用聯(lián)合波束賦形CoMP-CB技術傳輸的用戶： (3a)基站k統(tǒng)計每個用戶匕接收的來自基站k的參考信號功率夂以及來自多個 鄰居基站的參考信號功率RSRP大小，并記錄接收的來自鄰居基站的最大參考信號功率為 RSRP{ ' (3b)設定判決門限值Atos= 3dB，對滿足條件的用戶采用聯(lián)合 波束賦形CoMP-CB的方式進行傳輸，并將用戶Ici接收的最大參考信號功率夂SV?/(對應的鄰 居基站作為用戶的協(xié)作基站皮； (4) 基站k初始化三個用戶集合，即將CoMP-CB集合與CoMP-JP集合初始化為空，將 未標記CoMP-CB集合初始化為1;仏卜 < 表示基站k第m個CoMP-CB用戶，m = 1，2···，Mk，Mk表示基站k內CoMP-CB用戶總數； (5) 基站k計算s 1接口剩余容量：C1 =eS 1 - Σ 4 ' Σ ，其中Csi 矣e非CcjMP-CB用戶 匕eCoMP-CB用戶 是基站中的Sl接口總容量，A表示基站內非&^?-08用戶的單位頻譜速率，^^"表示未標 記CoMP-CB集合中用戶 < 采用聯(lián)合波束賦形CoMP-CB的方式進行傳輸時的單位頻譜速率； (6) 基站k計算未標記CoMP-CB集合中用戶 <采用聯(lián)合傳輸CoMP-JP的方式進行傳輸 時帶來的速率增益〇其中是用戶 < 采用聯(lián)合傳輸CoMP-JP方式傳輸時 的單位頻譜速率； (7) 采用"圖的著色理論"將規(guī)則蜂窩網中的基站劃分為3個基站集合，第j個集合表 示為Ap j = 0, 1，2,同一集合中的基站可同時進行決策而不引起決策沖突； (8) 基站集合Λ ^中的所有基站k分別從其未標記CoMP-CB集合中選擇目標用戶k 并與目標用戶k_；的協(xié)作基站 進行協(xié)商，以決策目標用戶采用的傳輸方式以及用戶數 據類型： (8a)基站k從未標記CoMP-CB集合中選擇最大速率增益?I的用戶作為目標用戶 k-*; (8b)滿足條件的基站k將協(xié)作請求通過X2接口發(fā)送給目標用戶k_；的協(xié) 作基站乾^，執(zhí)行步驟（8c)，不滿足條件的基站執(zhí)行步驟（Se); (8c)協(xié)作基站3^為目標用戶k_；設計用戶數據類型，若基站k與協(xié)作基站滿足 條件：0JL，則將用戶數據類型設計為C〇MP-JP-X2,執(zhí)行步驟（8d)， 若滿足條件：
，則將用戶數據類型設計為CoMP-JP-Sl，執(zhí)行步 驟（8d)，否則，此次協(xié)商失敗，執(zhí)行步驟（8〇)，其中<1與0^分別表示協(xié)作基站的 X2接口剩余容量與Sl接口剩余容量，表示基站k的X2接口剩余容量； (8d)協(xié)作基站為目標用戶選擇協(xié)作頻譜資源：如果目標用戶已用頻譜資源 在協(xié)作基站空閑頻譜資源集合內，則繼續(xù)使用作為協(xié)作頻譜資源，否則，協(xié)作基 站從自身空閑頻譜資源集合與基站k的空閑頻譜資源集合及；7/_的交集中選取 目標用戶的協(xié)作頻譜資源，若存在可用協(xié)作頻譜資源，則協(xié)商成功，否則，協(xié)商失敗； (8e)協(xié)作基站?通過X2接口向基站k發(fā)送回復信息，若基站k接收到協(xié)商成功的回 復信息，目標用戶采用聯(lián)合傳輸CoMP-JP的方式進行傳輸，基站k與協(xié)作基站5^'根據設計 的用戶數據類型從相應的接口獲取用戶數據后，同時在協(xié)作頻譜資源上為目標用戶服務， 將用戶從未標記CoMP-CB集合中移除加入到CoMP-JP集合中，更新基站的接口容量、資源信 息；否則目標用戶繼續(xù)采用聯(lián)合波束賦形CoMP-CB的方式進行傳輸，并將目標用戶從未標 記CoMP-CB集合中移除加入到CoMP-CB集合中； (9)基站集合Aj*的所有基站完成一次決策后，通過X2接口通知基站集合Λ (j+1)Md3 中的基站執(zhí)行步驟8,當系統(tǒng)中所有基站的未標記CoMP-CB用戶集合為空時，所有數據傳輸 完成。
2. 根據權利要求1所述的一種基于容量受限的分布式CoMP數據傳輸方法，其中所述步 驟（5)中基站內非CoMP-CB用戶的單位頻譜速率A，通過如下公式計算：
其中P表示基站為該用戶分配的發(fā)射功率，表示基站k到用戶h的信道矩陣， 表示基站k到用戶h的發(fā)送編碼矩陣，N ^表示白噪聲功率，i表示用戶受到的來自所有鄰 居基站的同頻干擾。
3. 根據權利要求1所述的一種基于容量受限的分布式CoMP數據傳輸方法，其中所述步 驟（5)中基站內未標記CoMP-CB集合中用戶<采用聯(lián)合波束賦形CoMP-CB的方式進行傳輸 時的單位頻譜速率^?，通過如下公式計算：
其中P表示基站為該用戶分配的發(fā)射功率，表示基站k到用戶以的信道矩陣， 表示基站k到用戶< 的發(fā)送編碼矩陣，Ntl表示白噪聲功率，&表示用戶€受到的來 自除協(xié)作基站以外的其他鄰居基站的同頻干擾。
4. 根據權利要求1所述的一種基于容量受限的分布式CoMP數據傳輸方法，其中所述步 驟（6)中基站未標記CoMP-CB集合中用戶< 采用聯(lián)合傳輸CoMP-JP的方式進行傳輸時的單 位頻譜速率，通過如下公式計算：
其中P表示基站為該用戶分配的發(fā)射功率，與分別表示基站k與協(xié)作基站 到用戶 < 的信道矩陣，'與\4<分別表示基站k與協(xié)作基站到用戶< 的發(fā)送 編碼矩陣，Ntl表示白噪聲功率，表示用戶<受到的來自除協(xié)作基站以外的其他鄰居基站 的同頻干擾。
5. 根據權利要求1所述的一種基于容量受限的分布式CoMP數據傳輸方法，其中所述步 驟（8b)中基站k向協(xié)作基站發(fā)送的協(xié)作請求，包括：基站與目標用戶位置信息、目標用 戶已用頻譜資、基站空閑頻譜資源集合及基站X2接口剩余容量Of。
【文檔編號】H04W72/04GK104518861SQ201410819680
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月25日 優(yōu)先權日:2014年12月25日
【發(fā)明者】趙林靖, 韓瑩, 張崗山, 馮天一, 張順, 李釗 申請人:西安電子科技大學