一種多基站協(xié)作系統(tǒng)傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種多基站協(xié)作系統(tǒng)傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法，各基站選擇的被調(diào)度用戶(hù)測(cè)量各基站到自身大尺度信道強(qiáng)度以及所受干擾功率值，確定上報(bào)信道集合，反饋至對(duì)應(yīng)本地基站，由本地基站至CU估算凈吞吐量，并估算向系統(tǒng)分別增加候選協(xié)作鏈路后的凈吞吐量，進(jìn)行迭代運(yùn)算，選取最大值所對(duì)應(yīng)的協(xié)作鏈路加入系統(tǒng)，并從候選協(xié)作鏈路中剔除；反復(fù)迭代n輪，若第n輪迭代后凈吞吐量大于第n-1輪，且無(wú)候選協(xié)作鏈路，則將第n輪迭代后的系統(tǒng)作為被調(diào)度用戶(hù)接入和傳輸模式選擇結(jié)果；反之，將第n-1輪迭代后的系統(tǒng)作為被調(diào)度用戶(hù)接入和傳輸模式選擇結(jié)果；本發(fā)明有效解決多用戶(hù)沖突問(wèn)題，為用戶(hù)選擇最適的接入基站以及傳輸模式，大幅提升蜂窩系統(tǒng)的頻譜效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種多基站協(xié)作系統(tǒng)傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，主要面向多基站協(xié)作系統(tǒng)，具體涉及一種多基站協(xié)作系統(tǒng)中以用戶(hù)為中心的傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多基站協(xié)作，或稱(chēng)作協(xié)作多點(diǎn)(CoMP, Coordinated Mult1-Point)傳輸技術(shù)通過(guò)基站間協(xié)作消除小區(qū)間干擾可以大幅提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。在CoMP系統(tǒng)的實(shí)際部署中，考慮到實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度以及系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)(如為獲取信道信息所產(chǎn)生的訓(xùn)練開(kāi)銷(xiāo)以及其他信令開(kāi)銷(xiāo)等)的限制，協(xié)作通常只能限制在若干個(gè)基站組成的協(xié)作簇內(nèi)進(jìn)行。對(duì)于現(xiàn)有的靜態(tài)協(xié)作簇劃分，協(xié)作簇是靜態(tài)配置的且相互無(wú)交疊，導(dǎo)致位于協(xié)作簇邊緣的用戶(hù)將受到強(qiáng)烈的簇外干擾，制約著系統(tǒng)的頻譜效率。為了減弱協(xié)作簇間干擾，可以考慮以用戶(hù)為中心的動(dòng)態(tài)分簇方式，即根據(jù)用戶(hù)到附近多個(gè)基站的信道狀況，選擇有利于提升該用戶(hù)通信質(zhì)量的若干基站組成一個(gè)協(xié)作簇，協(xié)作服務(wù)此用戶(hù)。由于不同的用戶(hù)可能需要不同的分簇結(jié)果，一個(gè)基站往往分屬多個(gè)不同的協(xié)作簇，而基站的服務(wù)能力有限，這導(dǎo)致了用戶(hù)接入沖突問(wèn)題。此外，在考慮基站間協(xié)作帶來(lái)的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)以及非理想信道信息等因素的影響時(shí)，對(duì)所有用戶(hù)都采用協(xié)作傳輸模式時(shí)的系統(tǒng)性能不佳，甚至不如非協(xié)作系統(tǒng)。因此在實(shí)際協(xié)作系統(tǒng)中，需要考慮系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)以及非理想信道信息的影響，將傳輸模式選擇與用戶(hù)接入聯(lián)合設(shè)計(jì)，從而充分發(fā)揮協(xié)作系統(tǒng)的潛能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種多基站協(xié)作系統(tǒng)中以用戶(hù)為中心的多基站協(xié)作傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法，使多基站協(xié)作系統(tǒng)可以根據(jù)用戶(hù)信道狀況、當(dāng)前系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)以及信道信息的非理想程度，自適應(yīng)地為各用戶(hù)選擇協(xié)作傳輸模式或非協(xié)作傳輸模式(在協(xié)作傳輸模式中，被調(diào)度用`戶(hù)不但接入主服務(wù)基站還接入?yún)f(xié)作基站，且該用戶(hù)的協(xié)作基站在進(jìn)行下行傳輸時(shí)盡量避免到該用戶(hù)的干擾；而在非協(xié)作傳輸模式中，被調(diào)度用戶(hù)僅接入主服務(wù)基站，被調(diào)度用戶(hù)在接收自身所接入的主服務(wù)基站發(fā)來(lái)的有用信號(hào)的同時(shí)還會(huì)受到來(lái)自其余基站的干擾)以及接入的主服務(wù)基站和協(xié)作基站，使得多基站協(xié)作系統(tǒng)實(shí)際的下行凈吞吐量盡可能大。
[0004]一種多基站協(xié)作系統(tǒng)傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法，通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn):
[0005]步驟1:各待服務(wù)用戶(hù)選擇到自身大尺度信道能量最強(qiáng)的基站作為本地基站。
[0006]步驟2:基站BSb選擇O至T個(gè)待服務(wù)用戶(hù)作為被調(diào)度用戶(hù)(各個(gè)基站的調(diào)度用戶(hù)數(shù)具體量可以不同);b表示基站序號(hào)，b=l、2、3、……、N，N為多基站協(xié)作系統(tǒng)中基站總數(shù)；T為各個(gè)基站所裝天線(xiàn)數(shù)量；設(shè)N個(gè)基站共調(diào)度了 M個(gè)用戶(hù)，用u表示被調(diào)度用戶(hù)序號(hào)，U=1、
2、3、……、M,并將第u個(gè)被調(diào)度的用戶(hù)表示為MSU。設(shè)MSu對(duì)應(yīng)的本地基站序號(hào)為bu，則MSu對(duì)應(yīng)的本地基站表示為5\,并將作為MSu的主服務(wù)基站，吟與MSu間的通信鏈路即為主服務(wù)鏈路。[0007]步驟3:被調(diào)度用戶(hù)MSu測(cè)量全部基站到自身的大尺度信道強(qiáng)度ab，u ={ Q l,u, Q 2,u, Q 3,u,......，Q N, J，α b，u 為 BSb 到 MSu 的大尺度信道。
[0008]步驟4:被調(diào)度用戶(hù)MSu確定上報(bào)信道集合。
[0009]步驟5:被調(diào)度用戶(hù)MSu測(cè)量各自受到的干擾功率值Iu。
[0010]步驟6:被調(diào)度用戶(hù)MSu通過(guò)上行鏈路將步驟4中得到的上報(bào)信道集合Au以及步驟5中得到的被調(diào)度用戶(hù)MSu所受干擾功率值Iu反饋至用戶(hù)MSu對(duì)應(yīng)的本地基站BSk。
[0011]步驟7:被調(diào)度用戶(hù)MSu對(duì)應(yīng)的本地基站B、將收集到的上報(bào)信道集合Au以及被調(diào)度用戶(hù)MSu所受干擾功率值通過(guò)骨干網(wǎng)傳輸至CU。
[0012]步驟8:CU根據(jù)接收到的上報(bào)信道集合Au以及被調(diào)度用戶(hù)MSu所受干擾功率值Iu為被調(diào)度用戶(hù)MSu選擇傳輸模式以及接入?yún)f(xié)作基站，具體為:
[0013](I)⑶根據(jù)接收到的上報(bào)信道集合Au以及被調(diào)度用戶(hù)MSu所受干擾功率值Iu，估算當(dāng)全部被調(diào)度用戶(hù)均采用非協(xié)作傳輸模式(在非協(xié)作傳輸模式中，被調(diào)度用戶(hù)僅接入主服務(wù)基站，被調(diào)度用戶(hù)在接收自身所接入的主服務(wù)基站發(fā)來(lái)的有用信號(hào)的同時(shí)還會(huì)受到來(lái)自其余基站的干擾)時(shí)，多基站協(xié)作系統(tǒng)的凈吞吐量Sw，并將！?作為多基站協(xié)作系統(tǒng)的初始凈吞吐量。
[0014]( 2)若一條鏈路上的大尺度信道在⑶端已知，即該條鏈路上的大尺度信道屬于Au，則該條鏈路為候選協(xié)作鏈路；本發(fā)明中令候選協(xié)作鏈路為W條，每條協(xié)作鏈路表示為Hi, i為協(xié)作鏈路編號(hào)，i=l、2、3、……、W，則由W條候選協(xié)作鏈路構(gòu)成候選協(xié)作鏈路集合為U =IH1, H2, H3,......，HffI ;由此，通過(guò)⑶進(jìn)行迭代運(yùn)算，得到在候選協(xié)作鏈路集合U中分別選
取各協(xié)作鏈路添加至當(dāng)前多基站協(xié)作系統(tǒng)后的凈吞吐量A (即CU首先僅將H1加入多基站協(xié)作系統(tǒng)后得到^，隨后僅將H2加入多基站協(xié)作系統(tǒng)后得到I2，以此類(lèi)推，最終僅將％加入多基站協(xié)作系統(tǒng)后得到Ir)。
[0015]選取中最大值;I.所對(duì)應(yīng)的協(xié)作鏈路Hi加入當(dāng)前多基站協(xié)作系統(tǒng)，同時(shí)將協(xié)作鏈路Hi從候選協(xié)作鏈路集合U中剔除，至第一輪迭代運(yùn)算完成后，進(jìn)入步驟3。
[0016](3)通過(guò)⑶對(duì)第η輪迭代運(yùn)算后多基站協(xié)作系統(tǒng)的凈吞吐量與第η-1輪迭代
后系統(tǒng)的凈吞吐量的大小關(guān)系:
[0017]1.若及=，瓦=1時(shí)，則進(jìn)一步判斷候選協(xié)作鏈路集合U是否為空集；若非空集，則返回執(zhí)行步驟(2)，再次進(jìn)行下一輪迭代；若為空集，則進(jìn)入步驟9 ;
[0018]i1.若it〈EL1,,迭代結(jié)束，進(jìn)入步驟10 ；
[0019]步驟i與ii中，當(dāng)n=l時(shí)，Ri,^即為的初始凈吞吐量ο
[0020]步驟9:將第η輪迭代后的多基站協(xié)作系統(tǒng)作為最終的被調(diào)度用戶(hù)MSu接入和傳輸豐吳式選擇結(jié)果。
[0021]步驟10:將第η-1輪迭代時(shí)的多基站協(xié)作系統(tǒng)作為最終的被調(diào)度用戶(hù)MSu接入和傳輸模式選擇結(jié)果。
[0022]上述步驟9與步驟10中，通過(guò)矩陣S = [sub]ΚΧΝ表示主服務(wù)鏈路建立關(guān)系；其中，S為具有K行N列的0-1矩陣,Sub為矩陣S中第u行b列的元素；且若基站BSb為被調(diào)度用戶(hù)MSu的主服務(wù)基站,則Sub = 1 ;否則，Sub = O。
[0023]通過(guò)矩陣C = [cub]KXN表示協(xié)作鏈路的建立關(guān)系；其中，C為具有K行N列的0-1矩陣，Cub為矩陣C中第u行b列的元素；且若基站BSb是被調(diào)度用戶(hù)MSu的協(xié)作基站，即BSb與MSu間存在協(xié)作鏈路，則Cub = 1;否則，cub = O0
[0024]由此，被調(diào)度用戶(hù)MSu協(xié)作基站集合即為Du = {b I Cub = 1}，接入基站集合即為Eu=Du U {bj }。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0026]1、本發(fā)明方法針對(duì)多基站協(xié)作系統(tǒng)中的用戶(hù)接入問(wèn)題，有效地解決了以用戶(hù)為中心方式中的多用戶(hù)沖突問(wèn)題，并與傳輸模式選擇聯(lián)合設(shè)計(jì)，可以根據(jù)每個(gè)用戶(hù)的情況，為其選擇最適的接入基站以及傳輸模式，從而能夠大幅提升蜂窩系統(tǒng)的頻譜效率；
[0027]2、本發(fā)明方法在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了實(shí)際系統(tǒng)中非理想因素(訓(xùn)練開(kāi)銷(xiāo)以及非理想信道信息)對(duì)下行傳輸?shù)挠绊懀⑨槍?duì)此提出了基于非理想信道信息并具有開(kāi)銷(xiāo)感知特性的解決方法，能夠根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)以及信道信息的非理想程度，為用戶(hù)選擇合適的傳輸模式，使系統(tǒng)的凈吞吐量損失盡可能小，更具實(shí)用價(jià)值；
[0028]3、本發(fā)明方法僅利用了用戶(hù)的大尺度信道信息以及干擾功率值，它們均是統(tǒng)計(jì)信息，變化較緩慢；因此，在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)并不需要為每一個(gè)用戶(hù)頻繁的切換接入基站以及傳輸模式，可以大幅降低系統(tǒng)的切換開(kāi)銷(xiāo)，更利于實(shí)際系統(tǒng)的部署。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明方法整體流程圖；
[0030]圖2為多基站協(xié)作系統(tǒng)不意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明方法中用戶(hù)接入與傳輸模式選擇結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明主要面向多基站協(xié)作系統(tǒng):多基站協(xié)作系統(tǒng)包含N個(gè)基站與若干個(gè)待服務(wù)用戶(hù)，用b表示基站序號(hào)，b=l、2、3、……、N，并將第b個(gè)基站表示為BSb，各個(gè)基站所裝天線(xiàn)數(shù)量均為T(mén)根，發(fā)射功率均為P。各基站通過(guò)骨干網(wǎng)連接至中心處理單元CU。本發(fā)明通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn)以用戶(hù)為中心的多基站傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法，如圖1所示:
[0033]步驟1:各待服務(wù)用戶(hù)選擇到自身大尺度信道能量最強(qiáng)的基站作為本地基站。
[0034]步驟2:基站BSb選擇O至T個(gè)待服務(wù)用戶(hù)作為被調(diào)度用戶(hù)(各個(gè)基站的調(diào)度用戶(hù)數(shù)具體量可以不同)；設(shè)N個(gè)基站共調(diào)度了 M個(gè)用戶(hù)，用u表示被調(diào)度用戶(hù)序號(hào)，u=l、2、
3、……、M,并將第u個(gè)被調(diào)度的用戶(hù)表示為MSU。設(shè)MSu對(duì)應(yīng)的本地基站序號(hào)為bu，則MSu對(duì)應(yīng)的本地基站表示為并將1^作為MSu的主服務(wù)基站，BSk與MSu間的通信鏈路即為主服務(wù)鏈路。
[0035]步驟3:被調(diào)度用戶(hù)MSu測(cè)量全部基站到自身的大尺度信道強(qiáng)度ab，u ={ Q l,u, Q 2,u, Q 3,u,......，Q N, J，α b，u 為 BSb 到 MSu 的大尺度信道。
[0036]步驟4:被調(diào)度用戶(hù)MSu確定上報(bào)信道集合；
[0037]可通過(guò)下方式I或方式2確定上報(bào)信道集合:[0038]方式1:令被調(diào)度用戶(hù)MSu的上報(bào)信道集合大小均等于F，0 < FN ;則選取步驟3中得到的a b，u中大尺度信道強(qiáng)度最強(qiáng)的前F個(gè)大尺度信道Au ；
[0039]方式2:令被調(diào)度用戶(hù)MSu的上報(bào)信道集合大小取決于基站到自身的大尺度信道
相對(duì)強(qiáng)度，則被調(diào)度用戶(hù)MSu的上報(bào)信道集合Au為:
【權(quán)利要求】
1.一種多基站協(xié)作系統(tǒng)傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法，其特征在于:通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn): 步驟1:各待服務(wù)用戶(hù)選擇到自身大尺度信道能量最強(qiáng)的基站作為本地基站； 步驟2:基站BSb選擇O至T個(gè)待服務(wù)用戶(hù)作為被調(diào)度用戶(hù)；b表示基站序號(hào)，b=l、2、3、……、N，N為多基站協(xié)作系統(tǒng)中基站總數(shù)；T為各個(gè)基站所裝天線(xiàn)數(shù)量；設(shè)N個(gè)基站共調(diào)度了 M個(gè)用戶(hù)，用u表示被調(diào)度用戶(hù)序號(hào)，u=l、2、3、……、M，并將第u個(gè)被調(diào)度的用戶(hù)表示為MSu0設(shè)MSu對(duì)應(yīng)的本地基站序號(hào)為bu，則MSu對(duì)應(yīng)的本地基站表示為并將作為MSu的主服務(wù)基站，SSk與MSu間的通信鏈路即為主服務(wù)鏈路； 步驟3:被調(diào)度用戶(hù)MSu測(cè)量全部基站到自身的大尺度信道強(qiáng)度a b，u =? α I, UJ α 2, u, α 3, UJ......，α N，iJ， ^bjU 為BSb到MSu的大尺度信道； 步驟4:被調(diào)度用戶(hù)MSu確定上報(bào)信道集合； 步驟5:被調(diào)度用戶(hù)MSu測(cè)量各自受到的干擾功率值Iu ； 步驟6:被調(diào)度用戶(hù)MSu通過(guò)上行鏈路將步驟4中得到的上報(bào)信道集合Au以及步驟5中得到的被調(diào)度用戶(hù)MSu所受干擾功率值Iu反饋至用戶(hù)MSu對(duì)應(yīng)的本地基站； 步驟7:被調(diào)度用戶(hù)MSu對(duì)應(yīng)的本地基站將收集到的上報(bào)信道集合Au以及被調(diào)度用戶(hù)MSu所受干擾功率值通過(guò)骨干網(wǎng)傳輸至CU ； 步驟8:CU根據(jù)接收到的上報(bào)信道集合Au以及被調(diào)度用戶(hù)MSu所受干擾功率值Iu為被調(diào)度用戶(hù)MSu選擇傳輸模式以及接入?yún)f(xié)作基站，具體為: (1)CU根據(jù)接收到的上報(bào)信道集合Au以及被調(diào)度用戶(hù)MSu所受干擾功率值Iu，估算當(dāng)全部被調(diào)度用戶(hù)均采用非協(xié)作傳輸模式時(shí)，多基站協(xié)作系統(tǒng)的凈吞吐量I),并將作為多基站協(xié)作系統(tǒng)的初始凈吞吐量； (2)若一條鏈路上的大尺度信道在⑶端已知，即該條鏈路上的大尺度信道屬于Au，則該條鏈路為候選協(xié)作鏈路；本發(fā)明中令候選協(xié)作鏈路為W條，每條協(xié)作鏈路表示為Hi, i為協(xié)作鏈路編號(hào)，i=l、2、3、……、W，則由W條候選協(xié)作鏈路構(gòu)成候選協(xié)作鏈路集合為U =IH1, H2, H3,......，HffI ;由此，通過(guò)⑶進(jìn)行迭代運(yùn)算，得到在候選協(xié)作鏈路集合U中分別選取各協(xié)作鏈路添加至當(dāng)前多基站協(xié)作系統(tǒng)后的凈吞吐量 選取Si中最大值及_所對(duì)應(yīng)的協(xié)作鏈路Hi加入當(dāng)前多基站協(xié)作系統(tǒng)，同時(shí)將協(xié)作鏈路Hi從候選協(xié)作鏈路集合U中剔除，至第一輪迭代運(yùn)算完成后，進(jìn)入步驟3 ； (3)通過(guò)⑶對(duì)第η輪迭代運(yùn)算后多基站協(xié)作系統(tǒng)的凈吞吐量完二與第η-1輪迭代后系統(tǒng)的凈吞吐的大小關(guān)系: 1.若云:時(shí)，則進(jìn)一步判斷候選協(xié)作鏈路集合U是否為空集；若非空集，則返回執(zhí)行步驟(2)，再次進(jìn)行下一輪迭代；若為空集，則進(jìn)入步驟9 ;?.若迭代結(jié)束，進(jìn)入步驟10; 步驟i與ii中，當(dāng)n=l時(shí)，f即為的初始凈吞吐量互W)； 步驟9:將第η輪迭代后的多基站協(xié)作系統(tǒng)作為最終的被調(diào)度用戶(hù)MSu接入和傳輸模式選擇結(jié)果； 步驟10:將第η-1輪迭代時(shí)的多基站協(xié)作系統(tǒng)作為最終的被調(diào)度用戶(hù)MSu接入和傳輸豐吳式選擇結(jié)果； 由此，通過(guò)矩陣S = [sub]KXN表示步驟2中的主服務(wù)鏈路建立關(guān)系；其中，S為具有K行N列的0-1矩陣，Sub為矩陣S中第u行b列的元素；且若基站BSb為被調(diào)度用戶(hù)MSu的主服務(wù)基站，則Sub = I ;否則，Sub = O ； 通過(guò)矩陣C = [cub]KXN表示步驟8中協(xié)作鏈路的建立關(guān)系；其中，C為具有K行N列的0-1矩陣，Cub為矩陣C中第u行b列的元素；且若基站BSb是被調(diào)度用戶(hù)MSu的協(xié)作基站，即BSb與MSu間存在協(xié)作鏈路，則Cub = I ;否則，Cub = O ； 由此，步驟9與步驟10中，被調(diào)度用戶(hù)MSu協(xié)作基站集合記為Du = {b I cub = 1},接入基站集合(即協(xié)作簇)記為Eu = Du U {bj。
2.如權(quán)利要求1所述一種多基站協(xié)作系統(tǒng)傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法，其特征在于:所述步驟4中，被調(diào)度用戶(hù)MSu確定上報(bào)信道集合，通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn): 令被調(diào)度用戶(hù)MSu的上報(bào)信號(hào)集合大小均等于F，0 < F < N ;則選取步驟3中得到的α b,u中大尺度信道強(qiáng)度最強(qiáng)的前F個(gè)大尺度信道Au。
3.如權(quán)利要求1所述一種多基站協(xié)作系統(tǒng)傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法，其特征在于:所述步驟4中，被調(diào)度用戶(hù)MSu確定上報(bào)信道集合，通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn): 令被調(diào)度用戶(hù)MSu的上報(bào)信號(hào)集合大小取決于基站到自身的大尺度信道相對(duì)強(qiáng)度，則被調(diào)度用戶(hù)MSu的上報(bào)信道集合Au為:
4.如權(quán)利要求1所述一種多基站協(xié)作系統(tǒng)傳輸模式選擇與用戶(hù)接入方法，其特征在于:所述步驟8中CU對(duì)多基站協(xié)作系統(tǒng)的凈吞吐量估算方法為:
【文檔編號(hào)】H04B7/04GK103580802SQ201310464811
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】劉棟, 張千, 韓圣千, 楊晨陽(yáng), 王剛, 雷鳴 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué), 日電（中國(guó)）有限公司