专利名称：一种LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法
一种LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法技术领域
本发明属于通讯技术领域，涉及一种系统级仿真方法，尤其是一种LTE-A系统 中针对CoMP技术的系统级仿真方法。
背景技术：
众所周知，在蜂窝系统中，小区边缘的信噪比很低，从而导致了小区边缘用户 吞吐量低，小区边缘频谱利用率低等问题。一直以来，如何改善小区边缘用户性能都是 通信研究中的热点。协作多点(Coordinated Multi-Point, CoMP)技术是第3代合作伙伴 计划(3"1 Generation Partnership ^Oject，3GPP)在 LTE-Advanced(简称 LTE-A)系统中提出的，用于改善小区边缘用户性能，提高小区边缘频谱效率的一项重要技术。它通过共 享多个小区的信道和数据信息，并经过统一的协调调度和联合处理，最终达到提高小区 边缘用户性能的目的。目前，各方都在密切关注CoMP技术的相关研究，3GPP的多个成 员组织在CoMP技术方面也形成了很多提案。
CoMP技术是在LTE-A中提出的，LTE_A是LTE的演进，本专利把包含有CoMP技术的LTE系统称为CoMP系统。性能仿真评估是通信系统研究的重要手段，无 线通信系统评估的方法包含两种链路级评估与系统级评估。链路级评估针对的是一条 单一链路，是从基站与用户连接的角度对系统进行研究，主要用于系统物理层或者说是 链路层算法研究，如调制编码方式、物理资源块结构、MIMO方式等；系统级评估则是 在链路级仿真结果的基础上，对整个系统的性能进行仿真评估，主要用于系统级相关的 算法研究，如资源调度算法、用户竞争方式等，其评估指标包括小区的频谱效率、小区 边缘用户频谱效率等。本专利主要涉及系统级仿真方法研究。
目前，LTE的系统级仿真研究报道较多，而CoMP系统的系统级仿真研究未见报 道。正如前面所述，CoMP系统是LTE系统基础上的扩展，因此CoMP系统级仿真可以 在很大程度上参考LTE系统，但确也有很大的不同。
首先，用户划分不同。LTE系统不存在用户的划分，所有用户的初始优先级都 是相同的，各个用户都是根据自己的信道状况，在整个带宽上，按照一定的算法进行资 源竞争；从这个角度上看，LTE各用户之间的竞争是公平的。CoMP系统则不同，用户 分为协作用户与非协作用户，协作用户一般处在小区边缘位置，是CoMP技术主要服务 的对象，在资源分配的时候会有一定的倾向性，因而CoMP系统的资源分配就带有一定 的非公平性。协作用户与非协作用户的划分，加大了 CoMP系统级仿真中资源分配的难 度，与LTE系统级仿真有很大的区别。
其次，对协作用户进行服务的小区不止一个。在LTE系统中，每个用户的服务 小区是一定的，且只有一个；也就是说，对每个用户而言，与其进行数据传输的小区只 有一个。而CoMP系统则有所不同，对于CoMP系统中的协作用户，除了有服务小区为 其传输数据外，协作小区也会为其传输数据；也就是说，对于协作用户，在同一时刻， 将会有多个小区为其传输数据。协作小区的加入使得协作用户的信道矩阵维数相对于非协作用户发生了变化，且协作小区数目不确定，大大增加了仿真难度。 发明内容
本发明的目的在于提供一种LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法， 该方法通过对CoMP技术的本质进行分析，抽象出CoMP技术对应的仿真模型，能够解决 CoMP技术中由于协作小区不确定等因素带来的仿真困难。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的
该种LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法，其特征是，包括下述步 骤
1)根据IMT-A系统对四种典型场景的定义，选择场景；所述四种典型场景为 室内热点模型、城市微小区模型、城市宏小区模型和农村宏模型，将所述城市微小区模 型、城市宏小区模型和农村宏模型统称为室外模型；
2)随机生成用户分布及对应的场景信息；
3)利用生成的场景信息，采用WINNER+系统提出的SCME信道模型产生快衰落信息，并结合场景信息中包含的慢衰落信息产生信道；
4)设定宽带信干噪比门限SINRgate，利用生成的场景信息以及信道信息，计算每 个用户的宽带信干噪比，将宽带信干噪比值低于宽带信干噪比门限的用户，确定为协作 用户；
5)为每个协作用户确定协作方法和协作集，所述协作方法确定为基站内协作， 协作集确定为该协作用户所属基站的三个扇区，将所有小区划分为η个协作集，每一个 协作集都包含协作用户与非协作用户，所述η为基站数量；
6)将协作集的资源块分为协作资源块和非协作资源块，并确定协作资源块在整 个频带中的位置；
7)采用比例公平调度的方法，将协作集中的所有协作用户在协作资源块上进行 调度，未获得资源块的协作用户在本时隙内划分为非协作用户，然后将所有非协作用户 在非协作资源块上按照比例公平的方法进行调度；
8)资源块调度完成后，进行虚拟资源块传输，并记录仿真结果；
9)返回步骤3)，依此循环并记录每次的仿真结果，直至仿真结果收敛，结束循 环；
10)返回步骤2)，依此循环N次；
11)根据记录的仿真结果，统计系统频谱效率与小区边缘用户频谱效率，完成仿直ο
进一步，上述步骤幻的具体过程为
2.1)按照IMT-A的要求，均勻撒播用户，室内热点模型共20个用户，各室外模 型均为570个用户；
2.2)在室内热点模型中，依据用户的地理位置信息计算出该用户到两个基站之 间的大尺度衰落信息；
2.3)在室外模型中，采用Wrap-Amund结构构造系统网络，获取每个用户的有 效基站编号及对应的地理位置信息，并计算该用户到有效基站之间的大尺度衰落信息；
2.4)依据大尺度衰落信息建立用户与有效基站之间的通信链路；
2. 记录各基站的位置信息、每个用户的地理位置信息及有效基站编号、该用 户到有效基站的距离和宽带干扰功率信息。
进一步，上述步骤幻的具体过程为
3.1)根据步骤幻生成的场景信息，判断用户到有效基站的传输为视距传输或非 视距传输；
3.2)计算移动终端到其有效基站之间的路径损耗；
3.3)生成每条通信链路的大尺度参数，所述大尺度参数包括传播延时、传播角 度、K参数和阴影衰落；
3.4)产生每条通信链路中包含的每条多径的时延T ；
3.5)产生每条多径的功率P ；
3.6)产生每条多径的到达角度和发射角度；
3.7)对每条多径的接收射线和发送射线进行随机配对；
3.8)为每条通信链路生成信道系数。
进一步，以上所述步骤4)的具体过程为
4.1)设定宽带信干噪比门限SINRgate = OdB ；
4.2)计算每个用户在大尺度衰落下的宽带信干噪比SINRwuteband,依据设定的宽带 信干噪比门限SINRgate，如果某用户的SINRwuteband < SINRgate，则该用户设定为协作用户。
进一步，以上所述步骤6)的具体过程为
6.1)设定协作用户所占资源块在整个带宽中的比例；
6.2)按比例划分协作用户资源块与非协作用户资源块，将整个频带前的资源 块划分为协作资源块。
上述步骤6.1)中，所述a = 10 20。
上述步骤7)的具体过程如下
7.1)采用SVD分解的方法，获取协作用户的预编码矩阵，预编码矩阵为mX 12 维，m为基站对协作用户发送的数据流个数；
7.2)采用MMSE的方法计算协作用户在子载波上的信干噪比SINR，计算公式如 下
权利要求
1.一种LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法，其特征是，包括下述步骤1)根据IMT-A系统对四种典型场景的定义，选择场景；所述四种典型场景为室内热 点模型、城市微小区模型、城市宏小区模型和农村宏模型，将所述城市微小区模型、城 市宏小区模型和农村宏模型统称为室外模型；2)随机生成用户分布及对应的场景信息；3)利用生成的场景信息，采用WINNER+系统提出的SCME信道模型产生快衰落信 息，并结合场景信息中包含的慢衰落信息产生信道；4)设定宽带信干噪比门限SINRgate，利用生成的场景信息以及信道信息，计算每个 用户的宽带信干噪比，将宽带信干噪比值低于宽带信干噪比门限的用户，确定为协作用 户；5)为每个协作用户确定协作方法和协作集，所述协作方法确定为基站内协作，协作 集确定为该协作用户所属基站的三个扇区，将所有小区划分为η个协作集，每一个协作 集都包含协作用户与非协作用户，所述η为基站数量；6)将协作集的资源块分为协作资源块和非协作资源块，并确定协作资源块在整个频 带中的位置；7)采用比例公平调度的方法，将协作集中的所有协作用户在协作资源块上进行调 度，未获得资源块的协作用户在本时隙内划分为非协作用户，然后将所有非协作用户在 非协作资源块上按照比例公平的方法进行调度；8)资源块调度完成后，进行虚拟资源块传输，并记录仿真结果；9)返回步骤3)，依此循环并记录每次的仿真结果，直至仿真结果收敛，结束循环；10)返回步骤2)，依此循环N次；11)根据记录的仿真结果，统计系统频谱效率与小区边缘用户频谱效率，完成仿真。
2.根据权利要求1所述的LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法，其特征 在于，所述步骤2)的具体过程为2.1)按照IMT-A的要求，均勻撒播用户，室内热点模型共20个用户，各室外模型均 为570个用户；2.2)在室内热点模型中，依据用户的地理位置信息计算出该用户到两个基站之间的 大尺度衰落信息；2.3)在室外模型中，采用Wrap-Amund结构构造系统网络，获取每个用户的有效基 站编号及对应的地理位置信息，并计算该用户到有效基站之间的大尺度衰落信息；2.4)依据大尺度衰落信息建立用户与有效基站之间的通信链路；2.5)记录各基站的位置信息、每个用户的地理位置信息及有效基站编号、该用户到 有效基站的距离和宽带干扰功率信息。
3.根据权利要求1或2所述的LTE-A系统中CoMP技术系统级仿真方法，其特征在 于，步骤3)的具体过程为3.1)根据步骤2)生成的场景信息，判断用户到有效基站的传输为视距传输或非视距 传输；3.2)计算移动终端到其有效基站之间的路径损耗；·3.3)生成每条通信链路的大尺度参数，所述大尺度参数包括传播延时、传播角度、K 参数和阴影衰落；·3.4)产生每条通信链路中包含的每条多径的时延T；·3.5)产生每条多径的功率P;·3.6)产生每条多径的到达角度和发射角度；·3.7)对每条多径的接收射线和发送射线进行随机配对；·3.8)为每条通信链路生成信道系数。
4.根据权利要求1所述的LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法，其特征 在于，所述步骤4)的具体过程为4.1)设定宽带信干噪比门限SINRgate= OdB ；4.2)计算每个用户在大尺度衰落下的宽带信干噪比SINRwideband,依据设定的宽带信干 噪比门限SINRgate，如果某用户的SINRwuteband < SINRgate，则该用户设定为协作用户。
5.根据权利要求1所述的LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法，其特征 在于，所述步骤6)的具体过程为
6.1)设定协作用户所占资源块在整个带宽中的比例；6.2)按比例划分协作用户资源块与非协作用户资源块，将整个频带前的资源块划 分为协作资源块。6.根据权利要求5所述的LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法，其特征 在于，所述a = 10 20。
7.根据权利要求1所述的LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法，其特征 在于所述步骤7)的具体过程如下·7.1)采用SVD分解的方法，获取协作用户的预编码矩阵，预编码矩阵为mX12维， m为基站对协作用户发送的数据流个数；·7.2)采用MMSE的方法计算协作用户在子载波上的信干噪比SINR，计算公式如下
8.根据权利要求1所述的LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法，其特征 在于所述步骤11)中在统计小区边缘用户频谱效率时，取频谱效率前5%用户为小区边 缘用户。全文摘要
本发明公开了一种LTE-A系统中针对CoMP技术的系统级仿真方法首先根据IMT-A要求生成需要的仿真场景信息，并由场景信息得到对应的信道矩阵；然后加入CoMP算法模块，进行协作用户划分以及资源块分配，并根据资源调度的结果进行虚拟资源块传输；最后记录仿真结果，并进行性能评估。本发明中，采用门限的方式区分协作用户与非协作用户，采用比例公平调度算法进行资源块调度。采用本发明方法，可以简化CoMP系统模型，解决了CoMP技术中由于协作小区不确定等因素带来的仿真困难。
文档编号H04W72/12GK102026259SQ20101057481
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者唐小勇, 杜威, 杨金龙, 罗新民, 赵丰, 邓建国, 钱鹏 申请人:西安交通大学