一種骨干網(wǎng)容量受限時(shí)的多基站協(xié)作傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種異構(gòu)網(wǎng)中骨干網(wǎng)容量受限的多基站下行協(xié)作傳輸方法，包括步驟1：計(jì)算等效信道、CoMP-JP模式、CoMP-CB模式基于P-ZFBF的歸一化等效預(yù)編碼；步驟2：構(gòu)造混合協(xié)作預(yù)編碼；將CoMP-JP、CoMP-CB模式進(jìn)行復(fù)數(shù)加權(quán)組合，得到基站0和基站1對(duì)用戶k的混合預(yù)編碼向量；步驟3：根據(jù)用戶0和用戶1的數(shù)據(jù)率加權(quán)系數(shù)α0和α1，骨干網(wǎng)容量Cbh，基站0和基站1的最大發(fā)射功率和計(jì)算在滿足骨干網(wǎng)有限容量、基站端最大發(fā)射功率的條件下，最大的加權(quán)和數(shù)據(jù)率α0R0+α1R1以及對(duì)應(yīng)的協(xié)作傳輸方法；步驟4：根據(jù)步驟3的結(jié)果計(jì)算最優(yōu)加權(quán)和數(shù)據(jù)率；本發(fā)明自適應(yīng)地選擇加權(quán)和數(shù)據(jù)率最大的協(xié)作模式，從而達(dá)到最優(yōu)的性能。
【專利說(shuō)明】一種骨干網(wǎng)容量受限時(shí)的多基站協(xié)作傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)線通信領(lǐng)域，涉及異構(gòu)網(wǎng)下行傳輸場(chǎng)景，具體涉及一種骨干網(wǎng)容量受限時(shí)的多基站協(xié)作傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]研究數(shù)據(jù)表明，全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量在2011年至2016年期間可能會(huì)增長(zhǎng)18倍，平均每年增長(zhǎng)比例為78%，增大網(wǎng)絡(luò)容量最直接的方法就是部署更多的基站。為了滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在數(shù)據(jù)量需求高的地區(qū)布置額外的基站，為了減少開銷，在布置基站的同時(shí)還要與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兼容[2]。因此，未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)將具有異構(gòu)網(wǎng)(HetNet, Heterogeneous Network)結(jié)構(gòu)，即系統(tǒng)將由傳統(tǒng)的宏(Macro)基站和不同類型的低功率基站構(gòu)成。常見的低功率基站包括微(Micro)基站、毫微(Pico)基站、家庭(Femto)基站和遠(yuǎn)程射頻節(jié)點(diǎn)(RRH，Remote Radio Head)，將其統(tǒng)稱為微基站。通過引入低功率基站，異構(gòu)網(wǎng)能夠獲得更大的小區(qū)分裂增益，進(jìn)而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量。
[0003]目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，小區(qū)使用頻分復(fù)用或部分頻率復(fù)用或軟頻率復(fù)用，未來(lái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)為了提高頻譜效率，使用全頻復(fù)用，導(dǎo)致小區(qū)間干擾(ICI，Inter-CellInterference)非常嚴(yán)重。尤其是異構(gòu)網(wǎng)中宏基站與微基站的發(fā)射功率差異很大，宏小區(qū)與微小區(qū)之間的小區(qū)間干擾是異構(gòu)網(wǎng)中需要解決的關(guān)鍵問題之一 [2]。第3代合作伙伴計(jì)劃(3GPP, 3rdGeneration Partnership Project)的 Release8 和 ReleaselO 分別在頻域和時(shí)域提出消除干擾的方法，在3GPP LTE的Releasell中提出協(xié)作多點(diǎn)(CoMP，CoordinatedMult1-Point)傳輸技術(shù)，能夠充分利用系統(tǒng)的時(shí)頻資源，通過基站間的相互協(xié)作在空域消除小區(qū)間干擾， 具有較大的系統(tǒng)性能提升潛力[2]。CoMP下行傳輸可以分為兩類:聯(lián)合處理(Joint Processing, JP)和協(xié)作波束成型(Coordinated Beamforming, CB) [3]? 對(duì)于CoMP-JP,協(xié)作基站之間共享所有用戶的全部數(shù)據(jù)信息和信道信息，通過對(duì)所有用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合傳輸，在消除小區(qū)間干擾的同時(shí)，有效地增強(qiáng)了信號(hào)能量。對(duì)于CoMP-CB，協(xié)作基站之間只需要共享信道信息，而不需要共享用戶的數(shù)據(jù)信息，因此每個(gè)基站只需計(jì)算其服務(wù)用戶的單小區(qū)預(yù)編碼，用于消除小區(qū)間干擾。
[0004]在理論分析中，如果假設(shè)骨干網(wǎng)理想，即骨干網(wǎng)容量不受限而且具有零延時(shí)，那么當(dāng)協(xié)作基站使用最優(yōu)傳輸方案時(shí)，CoMP-JP可以提供比CoMP-CB更好的數(shù)據(jù)率性能。但是在許多實(shí)際系統(tǒng)中，骨干網(wǎng)容量受限而且有很大的延時(shí)，此時(shí)CoMP-JP的性能不一定會(huì)優(yōu)于CoMP-CB，這種非理想骨干網(wǎng)成為實(shí)現(xiàn)下行CoMP傳輸潛在性能增益的瓶頸。而異構(gòu)網(wǎng)中部署的低成本小基站會(huì)面臨更嚴(yán)峻的骨干網(wǎng)問題，進(jìn)而會(huì)造成更嚴(yán)重的瓶頸。
[0005]比較兩種技術(shù)的特點(diǎn)可知，CoMP-JP的陣列增益高，但是需要已知所有協(xié)作用戶的數(shù)據(jù)信息，因此共享數(shù)據(jù)量較大；CoMP-CB的陣列增益低，但是只需已知服務(wù)用戶的數(shù)據(jù)信息，因此共享數(shù)據(jù)量較少。在現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，有一些文獻(xiàn)研究了如何有效地利用CoMP系統(tǒng)中有限容量骨干網(wǎng)的問題，并提出了一些方法。例如，可以自適應(yīng)地選擇CoMP傳輸節(jié)點(diǎn)，或者合理地選擇協(xié)作基站以及協(xié)作簇大小。從信息論的角度考慮，充分利用骨干網(wǎng)的最優(yōu)方法是進(jìn)行與rate splitting有關(guān)的部分?jǐn)?shù)據(jù)共享，但是這種方法的復(fù)雜度過高，不適用于實(shí)際系統(tǒng)。
[0006]參考文獻(xiàn):
[0007][1]Cisc0.Cisco visual networking index:Global mobile data trafficforecast update, 2011-2016[0L].[0008]http://www.cisco, com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/ns537/ns705/ns827/white paper cll_520862.html.2012.2
[0009][2] Ho Ima H and Toskala A.LTE-Advanced: 3GPP solution forIMT-Advanced[M].New York:John ffiley&Sons, 2012.[0010][3]Yang Chen-yang, Han Sheng-qian, Hou Xue-ying, et al..How to DesignCoMP to Achieve its Promised Potential?[J].1EEE Wireless CommunicationMagazine, 2012, Accepted.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種異構(gòu)網(wǎng)中骨干網(wǎng)容量受限的多基站下行協(xié)作傳輸方法，為了充分利用有限容量的骨干網(wǎng)鏈路，同時(shí)減小算法的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，本發(fā)明研究了 user-wise部分?jǐn)?shù)據(jù)共享方法，即把部分用戶的全部數(shù)據(jù)在一部分協(xié)作基站中全部共享，而不是在基站端把每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)分為公共數(shù)據(jù)和私有數(shù)據(jù)進(jìn)行共享。基于信道偽逆的迫零波束成型(P-ZFBF, Pseudo-1nverse based zero-forcing beamforming)是一種可以有效地實(shí)現(xiàn)CoMP性能增益的低復(fù)雜度方法。基于P-ZFBF，本發(fā)明提出一種異構(gòu)網(wǎng)中骨干網(wǎng)容量受限的多基站協(xié)作傳輸方法，本方法可以結(jié)合CoMP-JP和CoMP-CB的優(yōu)點(diǎn)，在達(dá)到高協(xié)作增益的同時(shí)減少對(duì)骨干網(wǎng)的需求。
[0012]一種異構(gòu)網(wǎng)中骨干網(wǎng)容量受限的多基站下行協(xié)作傳輸方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0013]步驟1:計(jì)算等效信道、CoMP-JP模式、CoMP-CB模式基于P-ZFBF的歸一化等效預(yù)編碼；
[0014]步驟2:構(gòu)造混合協(xié)作預(yù)編碼；將CoMP-JP、CoMP-CB模式進(jìn)行復(fù)數(shù)加權(quán)組合，得到基站O和基站I對(duì)用戶k的混合預(yù)編碼向量；
[0015]步驟3:根據(jù)用戶O和用戶1的數(shù)據(jù)率加權(quán)系數(shù)a C1和a i，骨干網(wǎng)容量Cbh，基站O和基站I的最大發(fā)射功率/Ta和if*，計(jì)算在滿足骨干網(wǎng)有限容量、基站端最大發(fā)射功率的條件下，最大的加權(quán)和數(shù)據(jù)率CiciRc^a凡以及對(duì)應(yīng)的協(xié)作傳輸方法；
[0016]步驟4:根據(jù)步驟3的結(jié)果計(jì)算最優(yōu)加權(quán)和數(shù)據(jù)率；
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0018](I)在數(shù)據(jù)共享的角度考慮，CoMP-JP的陣列增益高，但是需要已知所有協(xié)作用戶的數(shù)據(jù)信息，因此數(shù)據(jù)共享量較大；CoMP-CB的陣列增益低，但是只需已知服務(wù)用戶的數(shù)據(jù)信息，因此數(shù)據(jù)共享量較少。因此對(duì)于任意的用戶需求，在骨干網(wǎng)容量受限的條件下，單一的CoMP-JP或CoMP-CB模式并不始終是最優(yōu)的選擇。本發(fā)明提出的混合協(xié)作預(yù)編碼方法能同時(shí)利用CoMP-JP和CoMP-CB的優(yōu)點(diǎn)，在滿足骨干網(wǎng)有限容量和基站端最大發(fā)射功率約束時(shí)，自適應(yīng)地選擇加權(quán)和數(shù)據(jù)率最大的協(xié)作模式，從而達(dá)到最優(yōu)的性能；
[0019](2)本發(fā)明提出的異構(gòu)網(wǎng)下的混合協(xié)作預(yù)編碼方法，能夠充分利用宏基站和微基站的發(fā)射功率，從而達(dá)到更高的頻譜效率；根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)的特點(diǎn)，不同類型基站的最大發(fā)射功率差別很大，在單基站功率約束下，CoMP-JP協(xié)作模式的宏基站發(fā)射功率受限于微基站最大發(fā)射功率，導(dǎo)致宏基站的功率利用率較低，可達(dá)頻譜效率較低；CoMP-CB協(xié)作模式的宏基站和微基站發(fā)射功率彼此不受限，但是其陣列增益低，可達(dá)頻譜效率較低；本發(fā)明的混合協(xié)作預(yù)編碼方法可以充分利用CoMP-JP陣列增益高和CoMP-CB基站功率充分利用的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到更高的頻譜效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的三小區(qū)異構(gòu)網(wǎng)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的單次信道實(shí)現(xiàn)且骨干網(wǎng)容量為Cbh=20bps/Hz時(shí)的容量域；
[0023]圖4是本發(fā)明的單次信道實(shí)現(xiàn)且骨干網(wǎng)容量為Cbh=5bps/Hz時(shí)的容量域；
[0024]圖5是本發(fā)明的方法與CoMP-JP和CoMP-CB方法在α 0=0.4，α =0.6，骨干網(wǎng)容量為Cbh=20bps/Hz時(shí)的平均加權(quán)數(shù)據(jù)率比較圖；
[0025]圖6是本發(fā)明的方法與CoMP-JP和CoMP-CB方法在α 0=0.4，α =0.6，骨干網(wǎng)容量為Cbh=5bps/Hz時(shí)的平均加權(quán)數(shù)據(jù)率比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]面向多小區(qū)異構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)，即1個(gè)宏基站和B個(gè)微基站，宏基站和微基站端分別有M和N根天線，下述中，基站O代表宏基站，基站b代表微基站，其中b=l，…，B;小區(qū)內(nèi)用戶使用正交接入方案，即每個(gè)基站在一個(gè)時(shí)頻資源上只調(diào)度一個(gè)用戶；考慮B個(gè)微小區(qū)為稀疏分布，因此微小區(qū)之間不存在干擾，微用戶只受宏基站干擾，宏用戶只受相鄰最近的微基站干擾，假設(shè)該微基站為基站I ;宏小區(qū)和微小區(qū)組成一個(gè)協(xié)作簇；
[0028]本發(fā)明提出一種異構(gòu)網(wǎng)中骨干網(wǎng)容量受限的多基站下行協(xié)作傳輸方法，流程如圖1所示，包括以下幾個(gè)步驟:
[0029]步驟1:計(jì)算等效信道、CoMP-JP模式、CoMP-CB模式基于P-ZFBF的歸一化等效預(yù)編碼。
[0030]1.計(jì)算等效信道
[0031]基站0、基站1到宏小區(qū)用戶(用戶0)和第1個(gè)微小區(qū)用戶(用戶1)的等效信道為:
[0032]hk0=Q.gk0, hkl=gkl, (k=0, I)
[0033]其中:glU,€ Cifx^gil eC+Vxl分別表示宏基站O和微基站I到用戶k的下行信道向量，e表示復(fù)數(shù)域，
【權(quán)利要求】
1.一種異構(gòu)網(wǎng)中骨干網(wǎng)容量受限的多基站下行協(xié)作傳輸方法，面向多小區(qū)異構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)，即I個(gè)宏基站和B個(gè)微基站，宏基站和微基站端分別有M和N根天線，設(shè)基站O代表宏基站，基站b代表微基站，其中b=l，…，B ;小區(qū)內(nèi)用戶使用正交接入方案，即每個(gè)基站在一個(gè)時(shí)頻資源上只調(diào)度一個(gè)用戶；微小區(qū)之間不存在干擾，微用戶只受宏基站干擾，宏用戶只受相鄰最近的微基站干擾，假設(shè)該微基站為基站I ;宏小區(qū)和微小區(qū)組成一個(gè)協(xié)作簇；傳輸方法包括以下幾個(gè)步驟: 步驟1:計(jì)算等效信道、CoMP-JP模式、CoMP-CB模式基于P-ZFBF的歸一化等效預(yù)編碼； .1.計(jì)算等效信道 基站O、基站I到宏小區(qū)用戶(用戶O)和第I個(gè)微小區(qū)用戶(用戶I)的等效信道為: hko=Q.gk0.hkl=gkl，(k=0, I) 其中:
2.CoMP-JP模式下的P-ZFBF歸一化等效預(yù)編碼
3.CoMP-CB模式下的P-ZFBF歸一化等效預(yù)編碼
4、計(jì)算
【文檔編號(hào)】H04L1/00GK103825677SQ201410072088
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】韓圣千, 劉文佳, 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