基于容量受限的分布式CoMP数据传输方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于容量受限的分布式CoMP数据传输方法，主要解决了现有技术下基站接口容量不足的问题，其实现步骤是：1)初始化基站集合Λ及其用户集合，收集用户信息；2)利用收集的信息,基站选择可使用联合波束赋形的用户，并加入未标记集合；3)基站根据地理位置划分为三个集合；4)集合中所有基站从未标记集合中选择目标用户，并与目标用户的协作基站协商用户数据类型；若协商失败，只更新基站信息，否则，根据协商好的数据类型为目标用户服务，并更新基站信息；5)集合中的所有基站完成一次决策后，通过X2接口通知下一集合中的基站，返回步骤4)。本发明提高了网络性能，可用于LTE-A系统下的大规模网络。
【专利说明】基于容量受限的分布式CoMP数据传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信【技术领域】，具体涉及一种大规模网络下基于容量受限的分布式 CoMP数据传输方法，可用于多个宏小区共存的无线网络中。
【背景技术】
[0002] 近年来，无线网络得到了迅猛的发展，以追求更快传输速率、更好服务质量和更 广覆盖范围为目标的新一代移动通信系统LTE-A正应运而生。而协作多点传输CoMP技术 作为LTE-A网络中的核心技术，能有效的降低小区间干扰，提高边缘小区用户的数据速率， 并提高整个系统吞吐量。
[0003] CoMP技术包含两种数据传输类型：协同联合传输CoMP-JP和联合波束赋形 CoMP-CB，其中CoMP-JP技术是服务基站与协作基站同时向用户发送数据，将来自同频基站 的干扰信号转换为有用信号，通过提高边缘用户的数据速率来改善整体系统性能；CoMP-CB 技术是只由服务基站向本地用户发送数据，同频基站通过设计不同的编码向量来区分彼此 用户的数据信息，从而避免同频用户间的干扰来提高其数据速率。CoMP技术中常用的协作 集合的划分策略有静态协作策略和动态协作策略，其中静态协作策略是按照一定准则固定 几个基站为一个协作集合，此协作集合为基站内的所有CoMP用户服务，但是会有一些边缘 用户不能达到很好的协作性能，动态协作策略是由服务基站根据用户受到的干扰情况，为 每个用户选择协作基站组成最优的协作集合，同一基站下的用户协作集合可能不同。
[0004] 在LTE-A系统中有两类接口：S1接口和X2接口，基站通过S1接口与服务网关相 连获取用户数据和控制信令，基站之间通过X2接口彼此相连传输用户数据和控制信令。对 于CoMP两种不同的数据传输类型而言，共同点是基站之间都需要通过X2接口交互控制信 息、信道状态信息以及同步信息等，不同的是所有参与CoMP-JP传输的基站都需获取CoMP 用户的用户数据，在相同频谱上同时为CoMP用户服务，而参与CoMP-CB传输的基站只需为 本地CoMP用户传输数据。简言之，CoMP带来的用户数据速率提升是以增加接口负荷为代价 的，且CoMP-JP传输技术相比于CoMP-CB技术带来的速率提升更大，其对S1接口带来的负 担也更重。因此需要更大的接口容量以满足用户数据在协作基站间的共享，这将导致设备 成本的提升以及技术可行性的下降。从实用性和经济性角度考虑，如何合理利用现有的接 口容量，更加有效地使用CoMP传输技术为用户提供优质服务，成为一个重要的研究问题。
[0005] 目前，关于LTE-A系统中基于接口容量受限的协作传输问题的研究大多数关注 于基站与上层间的S1接口或基站彼此间的X2接口优化问题，如MehryarS等在IEEE InternationalConferenceonCommunications(ICC), 2012((DynamicCooperationLink SelectionforNetworkMIM0SystemswithLimitedBackhaulCapacity》一文中，石开 究了下行多小区的0FDMA系统中动态接口选择技术，在基站间接口容量受限情况下，动态 选择协作基站，进行用户调度和功率控制以提高网络吞吐量，但是此方法主要研究的是 基站间的X2接口容量受限的问题。ZhangQian等在IEEETransactionsonWireless Communications, 2013《DownlinkBaseStationCooperativeTransmissionUnder Limited-CapacityBackhaul)) 一文中，研究了CoMP中基站与上层SI接口容量受限下的数 据传递技术，根据每个用户的衰落增益，为每个用户设计划分合适的数据类型，以提高系统 吞吐量，但是研究的主要是基站与上层间S1接口容量受限的问题。而在大规模网络场景 中，由于技术限制问题，单个中心控制单元直接管理所有基站不再具有可行性，而使用多个 中心控制单元分别独立管理各自所负责范围内的协作基站时，协作集合的边缘用户受到的 来自其他协作集合的同频干扰将无法消除，系统性能受到影响。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种在动态协作下，基于接口容量 受限的分布式的CoMP数据传输方法，以在大规模网络场景中，由基站自行决策用户数据的 传输类型，提升系统的吞吐量。
[0007] 本发明的技术方案为：基站根据自身位置划分为三个集合，同一集合中基站同 时决策不会产生决策冲突，同一集合中所有基站完成一次决策后通过X2接口通知下一集 合中基站进行决策。为充分利用接口容量，本发明将CoMP-JP用户数据类型分为两类： CoMP-JP-Sl和C〇MP-JP-X2,CoMP-JP-Sl用户数据类型是服务基站与协作基站直接通过本 地S1接口获取用户数据，C〇MP-JP-X2用户数据类型则是服务基站通过S1接口获取用户数 据后，再通过X2接口传输给协作基站。每个基站进行决策时，采用贪婪算法从本地CoMP-CB 用户中选择转变为CoMP-JP传输模式后获得速率增益最大的用户作为目标用户，服务基站 与协作基站通过X2接口交互信息，来决策目标用户采用的传输模式以及用户数据类型，并 根据决策结果完成同步协调传输。具体实现步骤如下 ：
[0008] (1)系统初始化：假设系统有Q个基站，用集合A= {1，2, . .k. .，Q}表 示，用户选择接收信号强度最大的基站接入，将基站keA的本地用户集合表示为：
【权利要求】
1. 一种基于容量受限的分布式数据传输方法，包括如下步骤： (1) 系统初始化：假设系统有Q个基站，用集合Λ = {1，2，.. k..，Q}表示，用户选择接 收信号强度最大的基站接入，将基站ke Λ的本地用户集合表示为：L/,=仏,々2,.人..,々/;}， 其中h是基站k内第i个用户，i = 1，2,...，J k，Jk是基站k接入的用户总数； (2) 基站k收集本地用户的信道状态信息、白噪声信息、邻居基站信息，并统计每个用 户匕的已用频谱资源和基站空闲频谱资源集合 (3) 基站k从用户集合Uk中选择可使用联合波束赋形CoMP-CB技术传输的用户： (3a)基站k统计每个用户匕接收的来自基站k的参考信号功率夂以及来自多个 邻居基站的参考信号功率RSRP大小，并记录接收的来自邻居基站的最大参考信号功率为 RSRP{ ' (3b)设定判决门限值Atos= 3dB，对满足条件的用户采用联合 波束赋形CoMP-CB的方式进行传输，并将用户Ici接收的最大参考信号功率夂SV?/(对应的邻 居基站作为用户的协作基站皮； (4) 基站k初始化三个用户集合，即将CoMP-CB集合与CoMP-JP集合初始化为空，将 未标记CoMP-CB集合初始化为1;仏卜 < 表示基站k第m个CoMP-CB用户，m = 1，2···，Mk，Mk表示基站k内CoMP-CB用户总数； (5) 基站k计算s 1接口剩余容量：C1 =eS 1 - Σ 4 ' Σ ，其中Csi 矣e非CcjMP-CB用户 匕eCoMP-CB用户 是基站中的Sl接口总容量，A表示基站内非&^?-08用户的单位频谱速率，^^"表示未标 记CoMP-CB集合中用户 < 采用联合波束赋形CoMP-CB的方式进行传输时的单位频谱速率； (6) 基站k计算未标记CoMP-CB集合中用户 <采用联合传输CoMP-JP的方式进行传输 时带来的速率增益〇其中是用户 < 采用联合传输CoMP-JP方式传输时 的单位频谱速率； (7) 采用"图的着色理论"将规则蜂窝网中的基站划分为3个基站集合，第j个集合表 示为Ap j = 0, 1，2,同一集合中的基站可同时进行决策而不引起决策冲突； (8) 基站集合Λ ^中的所有基站k分别从其未标记CoMP-CB集合中选择目标用户k 并与目标用户k_；的协作基站 进行协商，以决策目标用户采用的传输方式以及用户数 据类型： (8a)基站k从未标记CoMP-CB集合中选择最大速率增益?I的用户作为目标用户 k-*; (8b)满足条件的基站k将协作请求通过X2接口发送给目标用户k_；的协 作基站乾^，执行步骤（8c)，不满足条件的基站执行步骤（Se); (8c)协作基站3^为目标用户k_；设计用户数据类型，若基站k与协作基站满足 条件：0JL，则将用户数据类型设计为C〇MP-JP-X2,执行步骤（8d)， 若满足条件：
，则将用户数据类型设计为CoMP-JP-Sl，执行步 骤（8d)，否则，此次协商失败，执行步骤（8〇)，其中<1与0^分别表示协作基站的 X2接口剩余容量与Sl接口剩余容量，表示基站k的X2接口剩余容量； (8d)协作基站为目标用户选择协作频谱资源：如果目标用户已用频谱资源 在协作基站空闲频谱资源集合内，则继续使用作为协作频谱资源，否则，协作基 站从自身空闲频谱资源集合与基站k的空闲频谱资源集合及；7/_的交集中选取 目标用户的协作频谱资源，若存在可用协作频谱资源，则协商成功，否则，协商失败； (8e)协作基站?通过X2接口向基站k发送回复信息，若基站k接收到协商成功的回 复信息，目标用户采用联合传输CoMP-JP的方式进行传输，基站k与协作基站5^'根据设计 的用户数据类型从相应的接口获取用户数据后，同时在协作频谱资源上为目标用户服务， 将用户从未标记CoMP-CB集合中移除加入到CoMP-JP集合中，更新基站的接口容量、资源信 息；否则目标用户继续采用联合波束赋形CoMP-CB的方式进行传输，并将目标用户从未标 记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决策后，通过X2接口通知基站集合Λ (j+1)Md3 中的基站执行步骤8,当系统中所有基站的未标记CoMP-CB用户集合为空时，所有数据传输 完成。
2. 根据权利要求1所述的一种基于容量受限的分布式CoMP数据传输方法，其中所述步 骤（5)中基站内非CoMP-CB用户的单位频谱速率A，通过如下公式计算：
其中P表示基站为该用户分配的发射功率，表示基站k到用户h的信道矩阵， 表示基站k到用户h的发送编码矩阵，N ^表示白噪声功率，i表示用户受到的来自所有邻 居基站的同频干扰。
3. 根据权利要求1所述的一种基于容量受限的分布式CoMP数据传输方法，其中所述步 骤（5)中基站内未标记CoMP-CB集合中用户<采用联合波束赋形CoMP-CB的方式进行传输 时的单位频谱速率^?，通过如下公式计算：
其中P表示基站为该用户分配的发射功率，表示基站k到用户以的信道矩阵， 表示基站k到用户< 的发送编码矩阵，Ntl表示白噪声功率，&表示用户€受到的来 自除协作基站以外的其他邻居基站的同频干扰。
4. 根据权利要求1所述的一种基于容量受限的分布式CoMP数据传输方法，其中所述步 骤（6)中基站未标记CoMP-CB集合中用户< 采用联合传输CoMP-JP的方式进行传输时的单 位频谱速率，通过如下公式计算：
其中P表示基站为该用户分配的发射功率，与分别表示基站k与协作基站 到用户 < 的信道矩阵，'与\4<分别表示基站k与协作基站到用户< 的发送 编码矩阵，Ntl表示白噪声功率，表示用户<受到的来自除协作基站以外的其他邻居基站 的同频干扰。
5. 根据权利要求1所述的一种基于容量受限的分布式CoMP数据传输方法，其中所述步 骤（8b)中基站k向协作基站发送的协作请求，包括：基站与目标用户位置信息、目标用 户已用频谱资、基站空闲频谱资源集合及基站X2接口剩余容量Of。
【文档编号】H04W72/04GK104518861SQ201410819680
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月25日 优先权日:2014年12月25日
【发明者】赵林靖, 韩莹, 张岗山, 冯天一, 张顺, 李钊 申请人:西安电子科技大学