一种基于协作资源受限的动态分簇方法及装置的制造方法

一种基于协作资源受限的动态分簇方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种基于协作资源受限的动态分簇方法及装置，涉及通信领域，将低于传输速率阈值的用户存储至待协作用户集合；依次选择具有最低非协作传输速率的待协作用户，按照协作簇大小上限选择具有最大干扰信道强度的干扰用户的服务基站设备形成最大协作簇，最大簇协作传输速率满足速率阈值时，在基站设备参与协作次数限制内，依次将预分簇内具有最大干扰信道强度的干扰用户的服务基站设备加入协作簇，直至协作传输速率满足传输速率阈值，否则依据所有小区内干扰信道强度设计协作簇。本发明在保证协作传输速率要求的同时，以适中的计算复杂度，最大化协作资源利用的性价比，保证边缘用户设备的协作性能，并避免对单个基站设备造成过重的协作负担。
【专利说明】
-种基于协作资源受限的动态分簇方法及装置
技术领域
[0001] 本发明设及通信技术领域，尤其设及一种基于协作资源受限的动态分簇方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 随着无线数据业务量和高服务质量需求的快速增长，无线频谱资源短缺的问题日 益突出，3GPP LTE-A等协议设置小区间频率复用因子(化equency Reuse Factor)为1，即相 邻小区使用相同频率资源。高频率复用率提升频谱利用率的同时，也会带来严重的小区间 干扰（Inter-Cell Interference, ICI)，影响系统容量和小区边缘用户设备的服务质量。多 小区协作处理(Multi-cell Cooperative Processing,MCP)技术被认为是对抗小区间干扰 的一种有效手段，在3GPP中，运一方案被引申为多点协作技术(Coordinated Multipoint, CoMP)。上行链路中，协作接收是协作处理技术的一种重要手段，多基站设备W分布式或集 中式的方式联合接收多小区的用户设备信号，获取分集增益。协作接收的关键问题是协作 增益和协作代价的均衡。协作接收的代价主要包括基站设备间大量的信息交互负荷、联合 接收的延时及处理复杂度问题，其代价成本由参与协作的基站设备数，即协作接收簇的大 小决定。因此，合理的分簇方案对协作接收增益和协作接收代价的均衡至关重要。
[0003] 分簇的主要目的是在达到预期协作性能的前提下，提高协作接收性价比，大大降 低基站设备交互信息量和处理复杂度。分簇策略可W分为Ξ类:静态分簇、动态分簇和半动 态分簇。静态分簇策略中，相邻小区基站组成固定的协作簇，不随时间改变，操作简单;但分 簇仅由小区地理位置决定，不考虑信道特性，可获得的协作增益有限。动态分簇策略周期性 的依据信道链路特性进行分簇，能够更有针对性的构建有效的协作簇，最大程度获得协作 接收性价比，但其性能极大依赖于最优簇的优化设计，运算复杂度和交互信息量与协作簇 大小、系统内小区数等相关，周期性的分簇更使得运算复杂度和交互信息量成倍增加。半动 态分簇策略结合静态分簇和动态分簇的优点，首先基于小区位置信息，W静态分簇的方式 预分簇，将随后的动态分簇操作缩小到预分簇范围内，降低分簇复杂度的同时牺牲少许的 协作增益。
[0004] 从分簇方式的角度，动态和半动态分簇策略又可分为：用户设备角度的分簇和基 站设备角度的分簇。用户设备角度的分簇方式中，用户设备传输性能较差时，服务基站设备 就该用户设备向相邻基站设备发出协作请求，W干扰信道强度或协作传输速率为指标进行 分簇设计，分配的协作簇仅局限于该用户设备，不同用户设备的协作簇允许存在重叠。基于 最小化协作基站设备的数据交互量的分簇方法中，考虑下行链路系统的信干噪比（Signal to Interference and Noise Ratio,SINR)和基站设备功率限制，W最大化信息交互功率 矩阵的稀疏度为目标，设计下行分簇方案，优化目标可表示为：
[0005]
[00(?]其中，w为波束赋形向量，P为信息交互功率矩阵，丫为SINR阔值。
[0007]基站设备出发的分簇方式中，综合考虑系统内所有需要协作服务的用户设备，W 系统整体传输速率或传输速率增益为指标，W协作簇不重叠的方式设计分簇方案，分簇适 用于簇内所有小区中所有需要协作服务的用户设备。基于干扰权重最大化的动态小区分簇 方法中，W上行链路协作系统为背景，将协作传输速率增益简化为干扰权重，遍历计算选择 不同协作用户设备的成对干扰权重，寻找具有最大协作增益的分簇方法。整个分簇过程按 照小区进行，对每个小区中的所有用户设备均划入同一个协作簇，且协作簇大小为定值。代 价函数成对干扰权重（Interference Weight,IW)可表示为：
[000引
[0009] 其中，G为当前成对分簇，K为用户设备数，h、f、w分别表示信道向量、基站设备独立 迫零接收向量和协作簇联合迫零接收向量，P表示接收信噪比（Signal to Noise Ratio, SNR)。该方法按照小区进行，对小区中的所有用户设备均划入同一个协作簇，但实际环境 中，同一小区内的用户设备由于所处地理位置和环境等存在差异，信道差异也较大，导致最 佳协作基站设备及协作簇的差异也较大，按照小区进行的分簇方案难W照顾到每一个用户 设备的需求。同时，该方法并未限制仅针对非协作状态时传输性能较差的用户设备(小区边 缘用户设备)进行协作，可能导致分簇时更倾向于非边缘用户设备，削弱了具有更迫切协作 需求的边缘用户设备获得协作的优先权。此外，该方法对所有分簇统一协作簇大小，运种均 匀分配的方式可能导致协作需求不高的簇内存在协作资源浪费，而协作需求较高的簇内存 在协作资源短缺现象。
[0010] 上述两种分簇方式均未考虑单个基站设备对参与协作的可承受度。基于干扰权重 最大化的动态小区分簇方法中，可能存在某个协作簇内需要协作处理的用户设备数量远高 于其他协作簇，导致该簇内基站设备的协作负担远高于其他基站设备。基于最小化协作基 站设备的基站设备数据交互量的分簇方法中，可能存在某个基站设备，在对多个用户设备 的分簇设计中均表现突出，从而被纳入多个簇内，造成该基站设备参与协作处理的次数很 多，随之而来的信息交互量，协作输出功率，回程链路消耗和运算复杂度远高于其他基站设 备，协作负担过重。

【发明内容】

[0011] (一)要解决的技术问题
[0012] 本发明要解决的技术问题是:如何在多小区上行链路系统中提出一种能够高性价 比地利用协作资源的动态分簇方法，解决协作资源受限时，协作性能提升和协作开销之间 的均衡问题。
[OOK](二很术方案
[0014] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于协作资源受限的动态分簇方法及装 置。
[0015] 第一方面，本发明提供一种基于协作资源受限的动态分簇方法，包括：
[0016] 计算每个用户设备在非协作状态时的第一传输速率，比较所述第一传输速率与预 设传输速率阔值的大小，若所述第一传输速率小于预设传输速率阔值，则将所述第一传输 速率存入第一集合，所述第一集合为所述第一传输速率由小到大排列形成的集合；
[0017] 在所述第一集合中，选择最小第一传输速率对应的第一用户设备，所述第一用户 设备的服务基站设备为第一基站设备，对所述第一用户设备所在小区外的基站设备进行预 分簇，计算预分簇内共信道干扰用户设备至所述第一基站设备的干扰信道强度，将所述干 扰信道强度存入第二集合，所述第二集合为所述干扰信道强度由大至小排列形成的集合；
[0018] 根据预设协作簇大小上限，在所述第二集合中，选择最大干扰信道强度对应的第 一干扰用户设备的基站设备与所述第一基站设备形成最大协作簇，计算所述最大协议簇中 所述第一用户设备在协作状态时的第二传输速率，比较所述第二传输速率与预设传输速率 阔值的大小；
[0019] 若所述第二传输速率大于或者等于预设传输速率阔值，则在预分簇内的基站设备 中选择出基站设备参与协作次数在预设基站设备参与协作簇次数上限之内的第二基站设 备，在第二基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备与所 述第一基站设备形成第一协作簇，计算所述第一协作簇中所述第一用户设备在协作状态时 的第Ξ传输速率，比较所述第Ξ传输速率与预设传输速率阔值的大小，若所述第Ξ传输速 率大于或等于预设传输速率阔值，则停止在第二基站设备中依次将具有最大干扰信道强度 的干扰用户设备的基站设备与所述第一基站设备形成第一协作簇；
[0020] 若所述第二传输速率小于预设传输速率阔值，则在所有小区内的基站设备中选择 出基站设备参与协作次数在预设基站设备参与协作簇次数上限之内的第Ξ基站设备，在第 Ξ基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备与所述第一 基站设备形成第二协作簇，计算所述第二协作簇中所述第一用户设备在协作状态时的第Ξ 传输速率，比较所述第Ξ传输速率与预设传输速率阔值的大小，若所述第Ξ传输速率大于 或等于预设传输速率阔值，则停止在第Ξ基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰 用户设备的服务基站设备与所述第一用户设备的基站设备形成第二协作簇。
[0021 ]优选的，所述第一传输速率的具体计算公式为：
[0022]
[0023] 其中：η为待协作用户设备所属小区标号;m为待协作用户设备所占频带标号;N为 系统内小区数;^巧U为用户设备η在第m段频带上的线性迫零接收向量;為爲，^为小区U内用 户设备m至基站设备η的频域信道传递函数;诚为接收信噪比。
[0024] 优选的，所述计算预分簇内共信道干扰用户设备至所述最小第一传输速率对应的 用户设备的服务基站设备的干扰信道强度，具体计算公式为：
[0025]
[0026] 其中，u为干扰用户设备所属小区标号。
[0027] 优选的，所述第二传输速率与第Ξ传输速率的计算公式皆为：
[002引
[0029] 其中，技鼠为小区η内用户设备m的当前分簇。
[0030] 优选的，所述预设传输速率阔值用于判断所有小区内每个用户设备是否具有协作 传输需求。
[0031 ]第二方面，本发明提供一种基于协作资源受限的动态分簇装置，其特征在于，包 括：
[0032] 第一传输速率计算单元，用于计算每个用户设备在非协作状态时的第一传输速 率，比较所述第一传输速率与预设传输速率阔值的大小，若所述第一传输速率小于预设传 输速率阔值，则将所述第一传输速率存入第一集合，所述第一集合为所述第一传输速率由 小到大排列形成的集合；
[0033] 预分簇单元，用于在所述第一集合中，选择最小第一传输速率对应的第一用户设 备，所述第一用户设备的服务基站设备为第一基站设备，对所述第一用户设备所在小区外 的基站设备进行预分簇，计算预分簇内共信道干扰用户设备至所述第一基站设备的干扰信 道强度，将所述干扰信道强度存入第二集合，所述第二集合为所述干扰信道强度由大至小 排列形成的集合；
[0034] 判断单元，用于根据预设协作簇大小上限，在所述第二集合中，选择最大干扰信道 强度对应的第一干扰用户设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成最大协作簇，计算 所述最大协作簇中所述第一用户设备在协作状态时的第二传输速率，比较所述第二传输速 率与预设传输速率阔值的大小；
[0035] 当所述第二传输速率大于或者等于预设传输速率阔值时，在预分簇内的基站设备 中选择出基站设备参与协作次数在预设基站设备参与协作簇次数上限之内的第二基站设 备，在第二基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备与所 述第一基站设备形成第一协作簇，计算所述第一协作簇中所述第一用户设备在协作状态时 的第Ξ传输速率，比较所述第Ξ传输速率与预设传输速率阔值的大小，若所述第Ξ传输速 率大于或等于预设传输速率阔值，则停止在第二基站设备中依次将具有最大干扰信道强度 的干扰用户设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成第一协作簇；
[0036] 当所述第二传输速率小于预设传输速率阔值时，在所有小区内的基站设备中选择 出基站设备参与协作次数在预设基站设备参与协作簇次数上限之内的第Ξ基站设备，在第 Ξ基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备与所述第一 基站设备形成第二协作簇，计算所述第二协作簇中所述第一用户设备在协作状态时的第Ξ 传输速率，比较所述第Ξ传输速率与预设传输速率阔值的大小，若所述第Ξ传输速率大于 或等于预设传输速率阔值，则停止在第Ξ基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰 用户设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成第二协作簇。
[0037] 优选的，所述第一传输速率的具体计算公式为：
[00；3 引
[0039] 其中：η为待协作用户设备所属小区标号;m为待协作用户设备所占频带标号;N为 系统内小区数;陳;5U为用户设备η在第m段频带上的线性迫零接收向量;撕，《为小区U内用 户设备m至基站设备η的频域信道传递函数;试为接收信噪比。
[0040] 优选的，所述计算预分簇内共信道干扰用户设备至所述最小第一传输速率对应的 用户设备的服务基站设备的干扰信道强度，具体计算公式为：
[0041]
[0042] 其中，U为干扰用户设备所属小区标号。
[0043] 优选的，所述第二传输速率与第Ξ传输速率的计算公式皆为：
[0044]
[0045] 其中，(巧>为小区η内用户设备m的当前分簇。
[0046] 优选的，所述预设传输速率阔值用于判断所有小区内每个用户设备是否具有协作 传输需求。
[0047] (S)有益效果
[0048] 由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于协作资源受限的动态分簇方法及装 置，由于使用了协作簇大小上限，并W最小化协作簇为目标，使得待协作用户设备W竞争的 方式，争取最少且最优的协作资源用于协作接收。同时，预设传输速率阔值的使用，一方面 将协作接收限定于非协作状态下传输性能较差的用户设备，另一方面又将协作目标限定于 达到传输速率阔值即可，使得协作资源能够更充分的应用于所有具有协作需求的用户设 备，提升协作资源利用的性价比。预设基站设备参与协作次数上限的使用，则避免了协作簇 设计过程中，对某些具有较优协作链路的基站设备造成协作负担过重的问题，较好的平衡 了每个基站设备对提供协作资源的负担。因此，多小区上行链路系统中基于协作资源受限 的最小化协作簇方法在保证协作传输速率要求的同时，W适中的计算复杂度，最大化协作 资源利用的性价比，保证边缘用户设备的协作性能，并避免对单个基站设备造成过重的协 作负担。
【附图说明】
[0049] 图1为本发明一实施例提供的基于协作资源受限的动态分簇方法的流程示意图；
[0050] 图2为本发明另一实施例提供的基于协作资源受限的动态分簇方法的流程示意 图；
[0051] 图3为本发明一实施例提供的基于协作资源受限的动态分簇方法和其他分簇方法 的所有用户设备传输速率CDF的对比示意图；
[0052] 图4为本发明一实施例提供的基于协作资源受限的动态分簇方法和其他分簇方法 的5%边缘用户设备传输速率CDF的对比示意图；
[0053] 图5为本发明一实施例提供的基于协作资源受限的动态分簇方法和其他分簇方法 的平均分簇大小的对比示意图；
[0054] 图6为本发明一实施例提供的基于协作资源受限的动态分簇方法和其他分簇方法 的基站设备参与协作次数最大值的对比示意图。
【具体实施方式】
[0055] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。W下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0056] 图1示出了本发明一实施例提供的基于协作资源受限的动态分簇方法的流程示意 图，如图1所示，包括：
[0057] 101、计算每个用户设备在非协作状态时的第一传输速率，比较所述第一传输速率 与预设传输速率阔值的大小，若所述第一传输速率小于预设传输速率阔值，则将所述第一 传输速率存入第一集合，所述第一集合为所述第一传输速率由小到大排列形成的集合；
[0058] 102、在所述第一集合中，选择最小第一传输速率对应的第一用户设备，所述第一 用户设备的服务基站设备为第一基站设备，对所述第一用户设备所在小区外的基站设备进 行预分簇，计算预分簇内共信道干扰用户设备至所述第一基站设备的干扰信道强度，将所 述干扰信道强度存入第二集合，所述第二集合为所述干扰信道强度由大至小排列形成的集 合；
[0059] 103、根据预设协作簇大小上限，在所述第二集合中，选择最大干扰信道强度对应 的第一干扰用户设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成最大协作簇，计算所述最大 协作簇中所述第一用户设备在协作状态时的第二传输速率，比较所述第二传输速率与预设 传输速率阔值的大小；
[0060] 104、若所述第二传输速率大于或者等于预设传输速率阔值，则在预分簇内的基站 设备中选择出基站设备参与协作次数在预设基站设备参与协作簇次数上限之内的第二基 站设备，在第二基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备 与所述第一基站设备形成第一协作簇，计算所述第一协作簇中所述第一用户设备在协作状 态时的第Ξ传输速率，比较所述第Ξ传输速率与预设传输速率阔值的大小，若所述第Ξ传 输速率大于或等于预设传输速率阔值，则停止在第二基站设备中依次将具有最大干扰信道 强度的干扰用户设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成第一协作簇；
[0061] 105、若所述第二传输速率小于预设传输速率阔值，则在所有小区内的基站设备中 选择出基站设备参与协作次数在预设基站设备参与协作簇次数上限之内的第Ξ基站设备， 在第Ξ基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备与所述 第一基站设备形成第二协作簇，计算所述第二协作簇中所述第一用户设备在协作状态时的 第Ξ传输速率，比较所述第Ξ传输速率与预设传输速率阔值的大小，若所述第Ξ传输速率 大于或等于预设传输速率阔值，则停止在第Ξ基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的 干扰用户设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成第二协作簇。
[0062] 上述用于多小区上行链路系统中基于协作资源受限的最小化协作簇方法（(:化- MCS方法），将协作资源视为一种有限资源，用户设备W干扰信道强度为竞争力参与协作资 源的竞争。首先计算每个用户设备非协作状态时的传输速率，对低于传输速率阔值的用户 设备，依非协作状态时的传输速率由小至大存储至待协作用户设备集合;依次选择具有最 低非协作传输速率的待协作用户设备，依据小区位置进行预分簇;计算所述预分簇内每个 小区共信道干扰用户设备至本地用户设备的服务基站设备的干扰信道强度，按照协作簇大 小上限选择具有最强干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备形成最大协作簇，计算 此时的最大簇协作传输速率;所述最大簇协作传输速率满足速率阔值时，在基站设备参与 协作次数限制内，依次将预分簇内具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备 加入协作簇，直至协作传输速率满足传输速率阔值，否则将预分簇范围扩大至系统内所有 小区，依据干扰信道强度设计协作簇。在保证协作传输速率要求的同时，W适中的计算复杂 度，最大化协作资源利用的性价比，保证边缘用户设备的协作性能，并避免对单个基站设备 造成过重的协作负担。
[0063] 图2示出了本发明另一实施例提供的基于协作资源受限的动态分簇方法的流程示 意图；
[0064] 设置预设协作簇大小上限，预设基站设备参与协作次数上限，预设传输速率阔值；
[0065] 所述协作簇大小上限的设置由网络拥堵程度和用户设备运算能力决定，预设协作 簇大小上限标记为At;所述基站设备参与协作次数上限的设置由网络拥堵程度和基站设备 间回程链路特性决定，预设基站设备参与协作次数上限标记为化;所述用户设备传输速率 阔值由网络标准决定，预设传输速率阔值标记为Ct;此外，初始化每个用户设备的协作簇大 小/巧每个基站设备参与的协作次数护=〇,用户设备标号πι=1，···，Μ，小区标号n =
[0066] 计算每个用户设备非协作状态时的传输速率，对低于传输速率阔值的用户设备， 依非协作状态时的传输速率由小至大存储至待协作用户设备集合；
[0067] 各基站设备对用户设备的上行信道链路进行信道估计，得到频域信道传递函数 其中（m，u)表示上行信道链路的起点是第U个小区占用第m段频带的用户设备，η表示 接收基站设备为第η个小区的基站设备。基于信道估计信息进行独立的多用户设备接收，第 η个基站设备对第m段频带上信号的频域线性迫零(Zero-Forcing)接收向量为：
[006引
[0069] 基站设备η对第m段频带上服务用户设备发射信号的独立检测值为：
[0070]
[0071] 其中，Nn表不加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise ,AWGN)，服从均 值为0、方差为σ；的高斯分布。
[0072] 所述非协作状态时，第η个小区占用第m段频带的用户设备的传输速率为：
[0073]
[0074] 当且仅当<歸时，判定用户设备(m，n)具有协作接收需求。将系统内所 有具有协作需求的用户设备依非协作状态时的传输速存储至待协作用户设备集 合D。
[0075] 依次选择具有最低非协作传输速率的待协作用户设备，依据小区位置进行预分 簇，计算预分簇内每个小区共信道干扰用户设备至本地基站设备的干扰信道强度，并由大 至小排列；
[0076] 预分簇的目的是在维持较低协作增益损失的前提下，缩小协作基站设备的选择范 围，降低分簇运算的复杂度，缩小协作时信息交互的物理距离。预分簇的具体操作为:根据 当前小区的地理位置，将其附近的U个基站与当前基站一起划为预协作簇，对于当前小区内 的所有待协作用户设备，在设计协作分簇时，只能从预协作簇内选择协作小区基站设备。标 准正六边形19小区网络中，将中屯、小区标记为1号小区，则当U = 7时，1号小区的预分簇为1 ~7号基站;当U=19时，1号小区的预分簇为1~19号基站。
[0077] 依次从待协作用户设备集合D中选择具有最小值的用户设备(m，n)，并将 该用户设备从集合D中删除;读取用户设备(m，n)的预分簇，记为巧i,;计算预分簇内每个干 扰用户设备(m，u)(其中W € i常，U辛η)对用户设备(m，n)信号传输的干扰信道强度(75著巾 [007引
[0079] 将所有、《由大到小排列。
[0080] 按照协作簇大小上限选择具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设 备形成最大协作簇，计算最大簇协作传输速率；
[0081] 第η个小区的基站设备对其第m个用户设备向相邻基站设备请求协作接收时，协作 簇（含基站设备η)表示为（巧;<，簇大小为·/殺,。考虑使用干扰消除（Interference Cancelling)算法进行协作接收，并假设簇内的共信道干扰信号能够完全被干扰消除算法 消除。经协作接收后，基站设备η对第m段频带上服务用户设备发射信号.又毒的检测值；^'3 为：
[0082]
[0083] 协作接收情形下，第η个小区占用第m段频带的用户设备的传输速率为：
[0084]
[0085] 从预分簇/1;中选择具有最大干扰信道强度C'然，,,的(Ατ-1)个干扰用户设备的服 务基站设备，形成最大协作簇巧计算此时的
[0086] 最大簇协作传输速率大于或者等于传输速率阔值时，在基站设备参与协作次数限 制内，依次将预分簇内具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备加入协作 簇，直至协作传输速率满足传输速率阔值;最大簇协作传输速率小于传输速率阔值时，在基 站设备参与协作次数限制内，依次将系统内具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务 基站设备加入协作簇，直至协作传输速率满足传输速率阔值。
[0087] 当
时，协作基站设备的选择范围为预分簇内基站设备；当 (?鮮乂 <句耐，捕s站職的选欄?为嫌績有s站職。
[0088] 依次在预分簇或系统内所有基站设备间选择具有最大干扰信道强度C巧L,g.的干 扰用户设备的服务基站设备哲P//,。若基站设备U的参与协作次数已达上限Βτ，即护二化， 则跳过基站设备U，继续选择预分簇巧'，中下一个具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的 服务基站设备。若r<BT，将基站设备U归入协作簇按說内，并更新参数.4京绰，小:l，BU = BU+1。
[0089] 计算使用当前分簇(?时的协作传输速率若含（杏，存储当前辦 为用户设备(m，n)的最终分簇;否则，重复执行S5,直至> (苗;或协作簇大小^患达到 上限At,即/铅?為Γ。
[0090] 重复操作上述步骤，直至待协作用户设备集合D中的所有用户设备均已完成分簇 操作。
[0091] 至此完成了基于协作资源受限的动态分簇工作。
[0092] 综上所述，本发明提出了一种多小区上行链路中基于协作资源受限的动态分簇方 法，将协作资源视为一种有限资源，所有待协作用户设备W干扰信道强度竞争协作资源的 同时，避免对单个基站设备造成极端的协作负担。
[0093] 下面将给出本发明的CSL-MCS分簇方法与现有的其他分簇方法的比较，W使本发 明的优势及特征更加明显。
[0094] 假设系统内共有N个小区，每个小区共有Μ个用户设备。上行链路中，用户设备采用 单天线发射信号，基站设备接收天线数为Nr。预分簇大小为U，固定分簇大小为Β，所提动态 分簇方案最大簇大小为At。非协作状态时传输速率满足< (?：r的用户设备个数为 化，协作后传输速率满足> (&.;的用户设备个数为Nh。不考虑信道估计和线性接收矩 阵的计算复杂度，W及基于地理位置进行预分簇的计算复杂度，各种分簇方法的计算复杂 度比较如表1。其中"IW"表示基于干扰权重的分簇方法，是一种典型的基站设备角度的动态 分簇方法；"CS"表示基于干扰信道强度的分簇方法，是一种典型的用户设备角度的动态分 簇方法；乂化-MCS"表示本发明提出的协作资源受限的最小化协作簇的分簇方法。理论计算 复杂度中，本发明所提CSL-MCS方法使用的是计算复杂度上限，仿真计算复杂度中，N=19，M = 2，Nr = 2，U=7，AT = 7，B = 3，SNR=10。
[OOM]由表1可知，与基于干扰信道强度的分簇方法CS相比，本发明的CSL-MCS方法具有 较高的计算复杂度;但与基于干扰权重的分簇方法IW相比，本发明的CSL-MCS方法计算复杂 度大大降低。
[0096]表 1
[0097]
[0099]此外，图3和图4分别给出了使用不同分簇方法时的所有用户设备平均传输速率和 5%边缘用户设备平均传输速率的累积分布函数（Cumulative Dishibution Function, CDF)。对比分簇方法包括:分簇大小为7的静态分簇方法（' Static '），分簇大小为7的基于干 扰权重的分簇方法（' IW'），分簇大小为4的基于干扰信道强度的分簇方法（'CS-4'），分簇大 小为7的基于干扰信道强度的分簇方法（'CS-7'）。仿真中，系统内小区数N=19,每个小区内 用户设备数M=2,基站设备接收天线数Nr = 2,预分簇大小U = 7,最大簇大小Ατ=7,基站设备 参与协作次数上限Βτ = 6,传输速率阔值CT=2Bits/sec/化/user,接收信干噪比SNR=10地， 小区半径为500m。图3中，IW方法的所有用户设备平均传输速率性能最差，CS-7方法可W视 为所有对比算法中的性能上限，Static、CS-4及基于本发明的CSL-MCS方法性能较为接近， 其中，盼L-MCS略劣于CS-4，CS-4略劣于StatiC。运是由于本发明的CSL-MCS方法仅W用户设 备协作传输速率满足传输速率阔值为目标，并未追求用户设备协作传输速率的最大化。图4 给出的5%边缘用户设备平均传输速率CDF中，本发明的CSL-MCS方法表现突出，仅次于上限 CS-7方法。相较于CS-4和IW方法，本发明的CSL-MCS方法将有限的协作资源首先分配给性能 较差的边缘用户设备，在保证边缘用户设备传输性能的基础上再向其他用户设备分配协作 资源。与CS-7方法相比，本发明的CSL-MCS方法的分簇相当于CS-7分簇的子集，因此，CS-7方 法是CSL-MCS方法的性能上限。
[0100] 图5给出了不同分簇方法的平均分簇大小，可W看出，本发明的CSkMCS方法具有 最小的平均分簇大小，即在协作过程中使用了最少的协作资源，包括信息交互功率消耗、回 程链路占用等。图6给出了使用不同分簇方法时，系统内每个基站设备的最多参与协作次 数。显而易见，使用本发明的CSL-MCS方法，系统内每个基站设备的最多参与协作次数最小。 图5中，盼L-MCS方法和CS-4方法具有接近的平均分簇大小，运意味着两种方法中的协作链 路总数较为接近，但图6中，盼L-MCS方法的基站设备最多参与协作次数远小于CS-4方法，说 明CSL-MCS方法更平均的从各基站设备处获取协作资源，避免了对单个基站设备造成过重 的协作负担。
[0101] 本领域技术人员可W理解，可W对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变 并且把它们设置在于该实施例不同的一个或多个设备中。可W把实施例中的模块或单元或 组件组合成一个模块或单元或组件，W及此外可W把它们分成多个子模块或子单元或子组 件。除了运样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是互相排斥之处，可W采用任何组合 对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征W及如此公开的任何方 法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要 求、摘要和附图）中公开的每个特征可W由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0102] 此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例 中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的 范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任 意之一都可任意的组合方式来使用。
[0103] 本发明的各个部件实施例可硬件实现，或者W在一个或者多个处理器上运行 的软件模块实现，或者W它们的组合实现。应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而 不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设 计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求 的限制。单词"包含"不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词 "一"或"一个"不排除存在多个运样的元件。本发明可W借助于包括有若干不同元件的硬件 W及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，运些装置中 的若干个可W是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、W及第Ξ等的使用不表示 任何顺序。可将运些单词解释为名称。
[0104] 最后应说明的是:本领域普通技术人员可W理解：W上各实施例仅用W说明本发 明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域 的普通技术人员应当理解:其依然可W对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者 对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而运些修改或者替换，并不使相应技术方案 的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
【主权项】
1. 一种基于协作资源受限的动态分簇方法，其特征在于，包括： 计算每个用户设备在非协作状态时的第一传输速率，比较所述第一传输速率与预设传 输速率阈值的大小，若所述第一传输速率小于预设传输速率阈值，则将所述第一传输速率 存入第一集合，所述第一集合为所述第一传输速率由小到大排列形成的集合； 在所述第一集合中，选择最小第一传输速率对应的第一用户设备，所述第一用户设备 的服务基站设备为第一基站设备，对所述第一用户设备所在小区外的基站设备进行预分 簇，计算预分簇内共信道干扰用户设备至所述第一基站设备的干扰信道强度，将所述干扰 信道强度存入第二集合，所述第二集合为所述干扰信道强度由大至小排列形成的集合； 根据预设协作簇大小上限，在所述第二集合中，选择最大干扰信道强度对应的第一干 扰用户设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成最大协作簇，计算所述最大协作簇中 所述第一用户设备在协作状态时的第二传输速率，比较所述第二传输速率与预设传输速率 阈值的大小； 若所述第二传输速率大于或者等于预设传输速率阈值，则在预分簇内的基站设备中选 择出基站设备参与协作次数在预设基站设备参与协作簇次数上限之内的第二基站设备，在 第二基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备与所述第 一基站设备形成第一协作簇，计算所述第一协作簇中所述第一用户设备在协作状态时的第 三传输速率，比较所述第三传输速率与预设传输速率阈值的大小，若所述第三传输速率大 于或等于预设传输速率阈值，则停止在第二用户设备中依次将具有最大干扰信道强度的干 扰用户设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成第一协作簇； 若所述第二传输速率小于预设传输速率阈值，则在所有小区内的基站设备中选择出基 站设备参与协作次数在预设基站设备参与协作簇次数上限之内的第三基站设备，在第三基 站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备与所述第一基站 设备形成第二协作簇，计算所述第二协作簇中所述第一用户设备在协作状态时的第三传输 速率，比较所述第三传输速率与预设传输速率阈值的大小，若所述第三传输速率大于或等 于预设传输速率阈值，则停止在第三基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户 设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成第二协作簇。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一传输速率的具体计算公式为：其中：η为待协作用户设备所属小区标号;m为待协作用户设备所占频带标号;N为系统 内小区数；为用户设备η在第m段频带上的线性迫零接收向量为小区u内用户设 备m至基站设备η的频域信道传递函数;为接收信噪比。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算预分簇内共信道干扰用户设备至 所述最小第一传输速率对应的用户设备的服务基站设备的干扰信道强度，具体计算公式 为： 其中，11为干扰用户设备所属小区标号。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二传输速率与第三传输速率的计算 公式皆为：其中，为小区η内用户设备m的当前分簇。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设传输速率阈值用于判断所有小区 内每个用户设备是否具有协作接收需求。6. -种基于协作资源受限的动态分簇装置，其特征在于，包括： 第一传输速率计算单元，用于计算每个用户设备在非协作状态时的第一传输速率，比 较所述第一传输速率与预设传输速率阈值的大小，若所述第一传输速率小于预设传输速率 阈值，则将所述第一传输速率存入第一集合，所述第一集合为所述第一传输速率由小到大 排列形成的集合； 预分簇单元，用于在所述第一集合中，选择最小第一传输速率对应的第一用户设备，所 述第一用户设备的服务基站设备为第一基站设备，对所述第一用户设备所在小区外的基站 设备进行预分簇，计算预分簇内共信道干扰用户设备至所述第一基站设备的干扰信道强 度，将所述干扰信道强度存入第二集合，所述第二集合为所述干扰信道强度由大至小排列 形成的集合； 判断单元，用于根据预设协作簇大小上限，在所述第二集合中，选择最大干扰信道强度 对应的第一干扰用户设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成最大协作簇，计算所述 最大协作簇中所述第一用户设备在协作状态时的第二传输速率，比较所述第二传输速率与 预设传输速率阈值的大小； 当所述第二传输速率大于或者等于预设传输速率阈值时，在预分簇内的基站设备中选 择出基站设备参与协作次数在预设基站设备参与协作簇次数上限之内的第二基站设备，在 第二基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备与所述第 一基站设备形成第一协作簇，计算所述第一协作簇中所述第一用户设备在协作状态时的第 三传输速率，比较所述第三传输速率与预设传输速率阈值的大小，若所述第三传输速率大 于或等于预设传输速率阈值，则停止在第二基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干 扰用户设备的基站设备与所述第一基站设备形成第一协作簇； 当所述第二传输速率小于预设传输速率阈值时，在所有小区内的基站设备中选择出基 站设备参与协作次数在预设基站设备参与协作簇次数上限之内的第三基站设备，在第三基 站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户设备的服务基站设备与所述第一基站 设备形成第二协作簇，计算所述第二协作簇中所述第一用户设备在协作状态时的第三传输 速率，比较所述第三传输速率与预设传输速率阈值的大小，若所述第三传输速率大于或等 于预设传输速率阈值，则停止在第三基站设备中依次将具有最大干扰信道强度的干扰用户 设备的服务基站设备与所述第一基站设备形成第二协作簇。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一传输速率的具体计算公式为：其中：η为待协作用户设备所属小区标号;m为待协作用户设备所占频带标号;N为系统 内小区数;为用户设备n在第m段频带上的线性迫零接收向量；为小区u内用户设 备m至基站设备η的频域信道传递函数;σ|.为接收信噪比。8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算预分簇内共信道干扰用户设备至 所述最小第一传输速率对应的用户设备的服务基站设备的干扰信道强度，具体计算公式 为： 其中，U为干扰用户设备所Λ3|/」、1Α仍、9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二传输速率与第三传输速率的计算 公式皆为：其中，巧丨_,..为小区η内用户设备m的当前分簇。10. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设传输速率阈值用于判断所有小 区内每个用户设备是否具有协作接收需求。
【文档编号】H04W84/18GK105873071SQ201610160889
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】张喆, 张建康, 穆晓敏, 左杏璇, 朱政宇, 赵海峰, 李双志, 韩刚涛
【申请人】郑州大学