3d-mimo系統(tǒng)中應(yīng)用三維波束賦形的多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種在蜂窩網(wǎng)絡(luò)多小區(qū)多用戶3D-MM0系統(tǒng) 中應(yīng)用三維波束賦形的多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 近年來智能移動(dòng)設(shè)備所需求的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)超于前，因而3GPP(3rd Generation Partnership Project)致力于在其標(biāo)準(zhǔn)中研宄尖端技術(shù)來提高頻譜效率和用戶體驗(yàn)。 Three dimensional Multiple-Input Multiple-Output (3D-MIM0)是目前 3GPP 在下一代長 期演進(jìn)（LTE)無線通信系統(tǒng)中研宄的關(guān)鍵技術(shù)之一。3D-MIM0不需要大容量的回程鏈路和 更多的頻譜資源，它利用大量天線排布在空間天線陣列進(jìn)行三維的波束賦形信號(hào)傳輸，極 大的提升了系統(tǒng)性能。
[0003] 在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多小區(qū)組網(wǎng)時(shí)，下行傳輸鏈路經(jīng)常面臨小區(qū)間同頻干擾的問題，尤 其是對(duì)于小區(qū)邊緣用戶尤為嚴(yán)重?，F(xiàn)有的干擾協(xié)調(diào)（ICIC)和增強(qiáng)型干擾協(xié)調(diào)（eICIC)等 方法通過在頻域或者時(shí)域上調(diào)度不同小區(qū)的不同用戶，使得不同小區(qū)的信號(hào)時(shí)頻域上針對(duì) 某些用戶是正交的，以此降低用戶受到的同頻干擾。已有的干擾協(xié)調(diào)方法都是基于2D信道 和用戶分布，然而，3D-MM0系統(tǒng)相較之前的系統(tǒng)模型，不僅僅在于使用了三維空間信道模 型，更在小區(qū)拓?fù)?、?chǎng)景，用戶分布，天線陣列排布等方面與之前大不相同。因此以往的干擾 協(xié)調(diào)策略完全無法適用于新的3D-MIM0系統(tǒng)，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的特性來制定新的干擾協(xié)調(diào)方 法，特別是利用用戶的三維空間分布特性，通過額外的空間自由度降低用戶間干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的是在3GPP組織最新提出的3D-MM0技術(shù)及其模型基礎(chǔ)上，應(yīng)用三維 波束賦形技術(shù)，結(jié)合其小區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及用戶分布的特點(diǎn)，為多小區(qū)多用戶的下行蜂窩網(wǎng) 絡(luò)提出了一種3D-MM0系統(tǒng)中應(yīng)用三維波束賦形的多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法，該方法有效的 降低了用戶收到的臨小區(qū)同頻干擾，提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量的同時(shí)大幅改善了系統(tǒng)邊緣用戶的服 務(wù)性能。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] 3D-MM0系統(tǒng)中應(yīng)用三維波束賦形的多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法，包括以下步驟： [0007] 1)根據(jù)用戶在3D場(chǎng)景中的高度、位置、基站到用戶的距離以及基站天線高度，來 計(jì)算全部服務(wù)用戶的頂角，并據(jù)此將用戶劃分為高層用戶和低層用戶兩類；
[0008] 2)結(jié)合多小區(qū)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和用戶所處的小區(qū)平面上的地理位置，將低層用戶進(jìn)一 步劃分為小區(qū)邊緣用戶和小區(qū)中心用戶兩類，在調(diào)度小區(qū)邊緣用戶時(shí)，相鄰的所有小區(qū)采 用協(xié)作傳輸?shù)牟呗裕?br>[0009] 3)所有基站分別將調(diào)度用戶的時(shí)隙分為三類，每類時(shí)隙各個(gè)基站都調(diào)度各自小區(qū) 中的同一類用戶，傳輸時(shí)基站的天線陣列進(jìn)行三維波束賦形服務(wù)調(diào)度用戶，最終提升網(wǎng)絡(luò) 的吞吐量并改善小區(qū)邊緣用戶的性能。
[0010] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中，具體劃分用戶的方法具體如下：
[0011] 考慮被提出于3GPP標(biāo)準(zhǔn)中包含高層建筑的新3D城市宏小區(qū)場(chǎng)景，計(jì)算用戶直視 徑的頂角，用戶距離服務(wù)基站的相對(duì)位置為（x，y)，x，y分別為用戶到基站在水平面X軸和 y軸上的相對(duì)距離，用戶所處高度為hu，基站天線高度為tv因此，用戶的頂角θ為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 3D-MM0系統(tǒng)中應(yīng)用三維波束賦形的多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法，其特征在于，包括以下 步驟： 1) 根據(jù)用戶在3D場(chǎng)景中的高度、位置、基站到用戶的距離以及基站天線高度，來計(jì)算 全部服務(wù)用戶的頂角，并據(jù)此將用戶劃分為高層用戶和低層用戶兩類； 2) 結(jié)合多小區(qū)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和用戶所處的小區(qū)平面上的地理位置，將低層用戶進(jìn)一步劃 分為小區(qū)邊緣用戶和小區(qū)中心用戶兩類，在調(diào)度小區(qū)邊緣用戶時(shí)，相鄰的所有小區(qū)采用協(xié) 作傳輸?shù)牟呗裕? 3) 所有基站分別將調(diào)度用戶的時(shí)隙分為三類，每類時(shí)隙各個(gè)基站都調(diào)度各自小區(qū)中的 同一類用戶，傳輸時(shí)基站的天線陣列進(jìn)行三維波束賦形服務(wù)調(diào)度用戶，最終提升網(wǎng)絡(luò)的吞 吐量并改善小區(qū)邊緣用戶的性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D-MM0系統(tǒng)中應(yīng)用三維波束賦形的多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方 法，其特征在于，步驟1)中，具體劃分用戶的方法具體如下： 考慮被提出于3GPP標(biāo)準(zhǔn)中包含高層建筑的新3D城市宏小區(qū)場(chǎng)景，計(jì)算用戶直視徑的 頂角，用戶距離服務(wù)基站的相對(duì)位置為（x，y)，x，y分別為用戶到基站在水平面x軸和y軸 上的相對(duì)距離，用戶所處高度為hu，基站天線高度為因此，用戶的頂角0 2為：
將場(chǎng)景中的用戶根據(jù)其頂角大小劃分為高層用戶和低層用戶；在場(chǎng)景中，高層建筑到 基站的最小距離為M，兩個(gè)高層建筑之間的平均距離為N，高層建筑的最大高度為hM;劃分 的臨界頂角9 〇為：
其中，頂角9 z〈 9 〇的用戶屬于高層用戶，其他用戶屬于低層用戶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D-MM0系統(tǒng)中應(yīng)用三維波束賦形的多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方 法，其特征在于，步驟2)中，進(jìn)一步劃分低層用戶的方法具體如下： 用戶距離服務(wù)基站的相對(duì)位置為（x，y)，基站天線的主射方向?yàn)榻鞡，因此用戶所在水 平方向上的方位角與基站天線主射方向的夾角巾<!為：
所處場(chǎng)景的拓?fù)錇榱呅涡^(qū)，小區(qū)邊長為S，設(shè)低層用戶的距離因子為fd，fd表示為：
其中，fd>〇的低層用戶被定義為小區(qū)邊緣用戶，其余低層用戶被定義為小區(qū)中心用戶； 小區(qū)中心用戶由所處小區(qū)的基站單獨(dú)服務(wù)，小區(qū)邊緣用戶由距離其最近的三個(gè)基站進(jìn)行協(xié) 作傳輸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D-MM0系統(tǒng)中應(yīng)用三維波束賦形的多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方 法，其特征在于，步驟3)中，調(diào)度用戶和傳輸信息的具體方法如下： 第一類時(shí)隙所有小區(qū)調(diào)度其高層用戶，第二類時(shí)隙所有小區(qū)調(diào)度其低層用戶的邊緣用 戶，第三類時(shí)隙所有小區(qū)調(diào)度其低層用戶的中心用戶；所有小區(qū)都采用輪詢的調(diào)度方式依 次調(diào)度小區(qū)中的所有用戶，在同一時(shí)刻所有小區(qū)都存在于同一類時(shí)隙中；傳輸時(shí)基站的天 線陣列對(duì)服務(wù)用戶進(jìn)行三維波束賦形的傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D-MM0系統(tǒng)中應(yīng)用三維波束賦形的多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方 法，其特征在于，步驟3)中，具體的三維波束賦形方法為： 基站使用aMXaN個(gè)天線元素排布成的矩形天線陣列，每個(gè)天線陣列的一列作為一個(gè)單 獨(dú)的天線端口；傳輸時(shí)對(duì)每個(gè)天線端口進(jìn)行預(yù)編碼加權(quán)，天線端口中第m個(gè)天線元素使用 的預(yù)編碼為
其中，m= 1，2,. . .，aM，人為載波波長，<為天線陣列的行間距，
0etilt是定義 在0°到180°之間的電子下傾角，其中90°表示垂直于天線陣列平面，同一個(gè)天線端口中 的天線元素使用的預(yù)編碼都有著相同的電子下傾角0rtilt;在傳輸中使用《 m來進(jìn)行三 維波束賦形中垂直方向上的波束賦形，將用戶的頂角0Z用作預(yù)編碼的電子下傾角0 rtilt， 即 Q etilt= Q Z⑶ 同時(shí)，根據(jù)用戶所在水平方向上的方位角與基站天線主射方向的夾角巾d，在不同的天 線端口上進(jìn)行功率分配，使得天線陣在服務(wù)用戶方向上增益最大，實(shí)現(xiàn)水平方向上的波束 賦形。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種3D-MIMO系統(tǒng)中應(yīng)用三維波束賦形的多小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)方法，通過不同時(shí)隙上調(diào)度不同類型的分布在三維空間中用戶，同時(shí)使用三維波束賦形傳輸技術(shù)，極大的降低了用戶受到的小區(qū)間同頻干擾；具體包括以下步驟：1)根據(jù)用戶在三維空間的分布，計(jì)算基站到用戶直視徑的頂角，并據(jù)此將用戶分為高層用戶和低層用戶；2)根據(jù)用戶所在小區(qū)的平面上的位置，將低層用戶再分為小區(qū)邊緣用戶和小區(qū)中心用戶；3)將調(diào)度用戶的時(shí)隙分為三類，在每一類時(shí)隙中所有基站都調(diào)度同一類用戶，并使用三維波束賦形傳輸技術(shù)服務(wù)該用戶，進(jìn)一步增強(qiáng)用戶接收的有用信號(hào)功率，降低干擾。本發(fā)明在提升了網(wǎng)絡(luò)整體吞吐量的同時(shí)極大的改善了小區(qū)邊緣用戶的服務(wù)質(zhì)量。
【IPC分類】H04B7-08, H04B7-06, H04W74-06, H04W16-14
【公開號(hào)】CN104779986
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510161678
【發(fā)明人】任品毅, 張逸炎, 孫黎
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月7日