基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式，其实现方法是：引入X2接口为基站间传输数据信息，联合S1接口和X2接口，将CoMP用户根据其所使用的协作传输技术分为CoMP-CB用户和CoMP-JP用户，再根据用户类型将数据细分为CoMP-CB数据、CoMP-JP数据和exchange数据，exchange数据为CoMP-JP用户数据的一部分，由中心控制单元完成为各个基站分配各类型数据大小的任务，通过求解线性最优方程，得到最优的数据分配方案，中心控制单元根据方案将各类型数据通过S1接口传输到各基站，各基站间再通过X2接口完成exchange数据的交互，最终在S1和X2接口容量受限的条件下，最大化利用接口容量，提高网络吞吐量。可用于LTE网络中CoMP技术的数据传递方式制定。
【专利说明】基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信【技术领域】，具体涉及一种基于容量受限下的CoMP模式数据传递 方式。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信设备数量和种类的迅猛增长，移动无线应用种类的日益丰富，人们 对无线网络的吞吐量和数据传输速率提出了更高的要求，LTE(Long Time Evolution)移动 通信标准应运而生。在LTE网络中，宏小区间采用同频组网以最大化频谱利用率，处于小区 边缘的用户因此受到严重的同频干扰，降低了网络整体的吞吐量。
[0003] 协作多点传输技术（CoMP, Coordinated Multipoint)是一种降低小区间干扰， 提高边缘小区用户的数据速率，并提高整个系统吞吐量的一种重要技术。C0MP包含两种 数据传输类型，协同联合传输技术（C0MP-JP, Joint Processing)和联合波束赋形技术 (C0MP-CB, Coordinated Beamforming)。C0MP-JP允许多个小区同时向单个用户发送数据的 方式，将来自同频基站的干扰信号转换为有用信号，提高边缘用户的数据速率，从而提高整 体系统性能。C0MP-CB是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，提高边缘用户的信干噪比来提高其数据速率。
[0004] 现有的LTE架构由核心网（EPC)和接入网（E-UTRAN)组成，核心网包括多个逻辑 节点，而接入网只由基站构成。接入网中，不同基站之间通过X2接口连接进行信息交互； 基站与EPC通过S1接口相连，进行用户数据与控制信令的传递。对于C0MP两种不同的数 据传输类型而言，参与C0MP-JP的基站和参与C0MP-CB的基站需要通过X2接口交互控制信 息、信道状态信息和同步信息，不同的是，所有参与C0MP-JP的基站需要为C0MP用户传输数 据，不区分该用户是否属于该基站，而C0MP-CB的基站只需要为本基站下用户传输数据。故 C0MP-JP的基站需要通过S1接口传输所有C0MP-JP用户的数据，而C0MP-CB基站只需要S1 接口传输该基站下用户的数据。简而言之，C0MP带来的边缘用户数据速率的提升是以增加 接口负荷为代价的，而C0MP-JP传输带来的速率提升比较大，其对S1接口带来的负担也较 重。
[0005] 现今网络，在移动用户的数据速率要求日益增加的条件下，EPC通过S1接口为基 站传输的数据量也随之增加，而实际网络中S1和X2的接口的容量都是有限的，因此小区网 络的瓶颈正渐渐从用户无线传输速率问题转向基站接口容量问题。随着LTE4G技术的到 来，对于接口容量的需求将是5年前的8-16倍。从实用性和经济性角度考虑，如何合理利 用接口容量，以提高系统容量，为用户提供优质服务，成为一个重要的研究问题，尤其是在 LTE4G网路中。
[0006] 目前，关于LTE系统中接口容量受限下的协作传输问题的研究主要单一地关注 于基站与上层间的S1接口或基站彼此间的X2接口，对于联合S1和X2接口却少有研 究。如 Mehryar S 等在 IEEE International Conference on Communications (ICC)，2012 《Dynamic cooperation link selection for network ΜΙΜ0 systems with limited backhaul capacity》一文中，研究了下行多小区的OFDMA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。Zhang Qian等在IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, 2013《Downlink Base Station Cooperative Transmission Under Limited-Capacity Backhaul)) 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。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种在接口容量受限情况下的LTE网络基 站CoMP模式数据传递方法，该方法通过为每个基站设计分配合理的数据大小，联合使用S1 接口和X2接口的接口容量进行数据信息传递，提高了接口使用效率，从而提升了系统的吞 吐量。
[0008] 本发明的核心思想是：在LTE系统中基站接口容量有限的条件下，由于基站在 CoMP-CB传输类型和CoMP-JP传输类型下的用户数据量大小有所不同，本发明在考虑了接 口容量受限的条件下，引入X2接口为基站间传输数据信息，联合S1接口和X2接口，将CoMP 用户根据其所使用的协作传输技术分为CoMP-CB用户和CoMP-JP用户，再根据用户类型将 数据细分为3类，分别为CoMP-CB数据、CoMP-JP数据和exchange数据，exchange数据为 CoMP-JP用户数据的一部分，由中心控制单元完成为各个基站分配各类型数据大小的任务， 该分配方案是一个线性最优解问题。通过求解线性最优方程，得到最优的数据分配方案，中 心控制单元根据方案将各类型数据通过S1接口传输到各基站，各基站间再通过X2接口完 成exchange数据的交互。最终在S1和X2接口容量受限的条件下，最大化利用接口容量， 提高网络吞吐量。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] 基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式包括如下步骤：
[0011] 步骤1，用户的信道状态信息上报给协作集合中的各自所属基站；
[0012] 步骤2,所述基站将其所有用户的信道状态信息整合后，通过S1接口上报给中心 控制单兀；
[0013] 步骤3,所述中心控制单元根据所述信道状态信息，选取符合条件的用户作为 CoMP用户，并统计各所述基站下的CoMP用户数；
[0014] 步骤4,所述中心控制单元在考虑容量有限的情况下，根据协作集合内总CoMP用 户数确定应发送给各所述基站的数据量大小；
[0015] 步骤5,所述中心控制单元根据所述步骤4中分配给各所述基站的数据量大小确 定各基站下的CoMP-CB用户和CoMP-JP用户，及其各用户的编码向量；
[0016] 步骤6,确定各基站的公有CoMP-JP用户和私有CoMP-JP用户；；
[0017] 步骤7,所述中心控制单元和所述基站之间、所述各基站之间完成用户数据的传 输。
[0018] 需要说明的是，所述步骤1实施的具体过程为：记协作集合共有B个基站，基站 j e {1，2, 3···，B}下有％个用户，每个基站配有Nt个发射天线，每个用户配有N。个接收天 线；定义A/,a为基站j与用户jk间的NtXN。大小的信道矩阵，其中用户j k表示第j个基站 下的第k个用户，则有/ιλ二I为用户jk的BNt XN。大小的全局信道矩阵；用户 收集所述信道状态信息，其中包含用户的全局信道矩阵\并上报给各自基站j。
[0019] 需要说明的是，所述步骤3中具体按照如下步骤进行：
[0020] 步骤3. 1，所述中心控制单元统计所述基站上报的所有用户的参考信号接收功率 信息；
[0021] 步骤3. 2,所述中心控制单元根据以下判决公式，选取满足所述判决公式的用户作 为CoMP用户：
[0022]
【权利要求】
1. 基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，用户的信道状态信息上报给协作集合中该用户所属的基站； 步骤2,所述基站将其所有用户的信道状态信息整合后，通过S1接口上报给中心控制 单元； 步骤3,所述中心控制单元根据所述信道状态信息，选取符合条件的用户作为CoMP用 户，并统计各所述基站下的CoMP用户数； 步骤4,所述中心控制单元在考虑容量有限的情况下，根据所述协作集合内的总CoMP 用户数确定应发送给各所述基站的数据量大小； 步骤5,所述中心控制单元根据所述步骤4中分配给各所述基站的数据量大小，确定各 基站下的CoMP-CB用户和CoMP-JP用户，及其用户的编码向量； 步骤6,确定各基站的公有CoMP-JP用户和私有CoMP-JP用户； 步骤7,所述中心控制单元和所述基站之间、所述各基站之间完成用户数据的传输。
2. 根据权利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式，其特征在于， 所述步骤1实施的具体过程为：记协作集合共有B个基站，基站j e {1，2, 3···，B}下有％ 个用户，每个基站配有Nt个发射天线，每个用户配有N。个接收天线；定义Am为基站j与 用户j k间的NtXN。大小的信道矩阵，其中用户jk表示第j个基站下的第k个用户，则有
为用户jk的BNtXN。大小的全局信道矩阵；用户收集所述信道状态信 息，其中包含用户的全局信道矩阵并上报给各自基站j。
3. 根据权利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式，其特征在于，所 述步骤3中具体按照如下步骤进行： 步骤3. 1，所述中心控制单元统计所述基站上报的所有用户的参考信号接收功率信 息； 步骤3. 2,所述中心控制单元根据以下判决公式，选取满足所述判决公式的用户作为 CoMP用户：
其中RSRP表示用户到基站的参考信号接收功率，参考信号接收功率差值的判 决门限；所述判决公式表示当用户jk到基站j的参考信号接收功率与用户jk到其他基站S 的参考信号接收功率的差值小于判决门限Λ &_时，用户jk将作为CoMP用户； 步骤3. 3,所述中心控制单元统计各所述基站下的CoMP用户数，并记基站j下的CoMP 用户数记为ej。
4. 根据权利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式，其特征在于，所 述步骤4的具体步骤如下： 步骤4. 1，计算各所述基站下用户全部为CoMP-CB用户时的总速率并作为该基站 CoMP-CB速率的理论上限：记基站j下所有CoMP用户使用CoMP-CB技术时的总速率为， 则
，此时基站j中每个用户的CoMP-CB速率公式为
其中：^为用户jk的白噪声干扰，P为基站的发射功率，ν,+ 是 CoMP-CB用户的编码向 量； 步骤4. 2,计算所述协作集合内全部用户均为CoMP-JP用户时的总速率，作为所述协作 集合的CoMP-JP速率的理论上限：记协作集合内所有CoMP用户使用CoMP-JP技术时的总速 率为Ri则
，此时所述协作集合内的每个用户的CoMP-JP速率公式为
其中，<为用户jk的白噪声干扰，p为基站的发射功率，％是CoMP-JP用户的编码向 量； 步骤4. 3,建立优化目标函数：定义基站j下的用户数据类型分别为CoMP-CB数据、 CoMP-JP数据和exchange数据三种类型，其中所述中心控制单元为基站j分配的CB数据单 元量用+表示，所述中心控制单元为基站j分配的JP数据单元量用1)^表示，基站j需要 通过X2接口传递给其余各基站的exchange数据单元量用表示；定义Cf表示基站j 与中心控制单元间的S1接口容量大小，表示基站i与基站j间的X2接口容量大小，则 目标函数如下： s. t.
步骤4. 4,求解优化目标函数，求得、1?和尽的最优解。
5. 根据权利要求4所述的基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式，其特征在于，所 述步骤4. 1中的所述编码向量是所述中心控制单元采用迫零波束赋形技术为用户jk设 计得到的，具体方式为： 步骤4. 1. 1，找到所述协作集合内对该用户jk造成同频干扰的全部基站，假设有 m个干扰基站，记为集合U = ，…，UJ，从而得到该用户jk的联合信道状态矩阵
步骤4. 1. 2,根据公式
得到编码矩阵; 步骤4. 1. 3,从编码矩阵Γ(|中选取满足条件^414 =〇，ViV_/的列向量作为用户jk的 编码向量
。
6. 根据权利要求4所述的基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式，其特征在于，所 述步骤4. 2中的编码向量是所述中心控制单元采用迫零波束赋形技术为用户设计得到 的，具体方式如下： 步骤4. 2. 1，找到协作集合内与该用户同频的全部用户，假设有m个同频用户，记为集 合S = {Sp S2，…，Sm}，从而得到他们的联合信道状态矩阵
步骤4. 2. 2,根据公式
得到编码矩阵VJP ; 步骤4. 2. 3,从编码矩阵VTP中选取满足条件<1^ #丄的列向量作为该用户的 编码向量η、"
7. 根据权利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式，其特征在于，所 述步骤5的具体实施步骤如下： 步骤5. 1，对于所述基站j，将所述基站内的&个CoMP用户按照接收信号强度由高到 低进行排序，定义排序后的所述CoMP用户为集合，其中(γ为信号强度最高 用户，为信号强度最低用户； 步骤5. 2,由于CoMP-JP技术相比于CoMP-CB技术可以带来更大的速率提升，考虑用户 速率的公平性，将速率较高用户采用CoMP-CB技术，速率较低用户采用CoMP-JP技术；定义 X为边界数，则用户ic/，C2;，…,C0的集合为CoMP-CB用户集合；初始化令X = 0,表示当前 没有CoMP-CB用户； 步骤5. 3,计算基站j内CoMP-CB用户集合的速率之和
步骤5. 4,若
小于试ξ的最优解，则可以继续向CoMP-CB用户集合中添加用户，即 令X = x+1并返回执行步骤5. 3 ;若
大于或等于的最优解，执行步骤5. 5 ; 步骤5. 5,根据步骤5. 4得出的满足
大于或等于";的最优解的最小X值，指定 所述基站j内用户为CoMP-CB用户，并将剩余X/J用户指定为 CoMP-JP 用户； 步骤5. 6,根据步骤5. 5得出CoMP-CB用户集合{C/^'，…，以及CoMP-JP用户集合 f ,(?所述中心控制单元再分别根据步骤4. 1和步骤4. 2中计算各用户速率 时所使用的编码向量来确定最终每个用户对应的编码向量。
8.根据权利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式，其特征在于，所 述步骤6的具体实施步骤如下： 步骤6. 1,将各基站的CoMP-JP用户，…，合并,组成协作集合内所有 CoMP-JP用户的大集合代…,d，其中If表示协作集合内的第q个CoMP-JP 用户，协作集合内共有s个CoMP-JP用户； 步骤6. 2,对于基站j,初始化j = 1 ; 步骤6. 3,对于基站j，定义边界数V，基站j的私有CoMP-JP用户集合用
表示，其中
>中心控制单元需 要通过S1接口将这部分CoMP-JP用户
的数据传递给基站j，且基站j 需要将这部分CoMP-JP用户
的数据通过X2接口传递给其它基站；对于 基站j = 1，有yH = y° = 0,初始化y·3 = yt1，表示当前没有CoMP-JP用户的数据需要基站 j通过X2接口递给其余基站； 步骤6. 4,计算基站j内CoMP-JP用户子集合
的速率之和
步骤6. 5,若 小于或等于胃e的最优解，则可以继续向CoMP-JP用户子集 合frj,, τ.". 丨中添加用户，即令y·3 = yM并返回执行步骤6. 4 ;若 大于
{*.·' ''it'1}· st2'r"'_y· j 的最优解，执行步骤6. 6; 步骤6. 6,根据步骤6. 5得出满浞
的最优解的最小V值，由于Χ2接 口容量的限制，令V = ?-1，从而得到满足
d、于或等于代;：/胃的最优解的最大？ 值，即相应地得出基站j的私有CoMP-JP用户; 步骤6. 7,判断基站j是否已经是最后一个基站，若j〈B，则令j = j+1并返回执行步骤 6. 3;若j = B，执行步骤6. 8; 步骤6. 8,定义边界数u，从剩余CoMP-JP用户(J；U：f+2，…J，}中选出了一个 CoMP-JP用户子集合，…，中心控制单元需要通过S1接口将这部分CoMP-JP 用户的数据传递给每个基站，且各基站不需要将这部分CoMP-JP用户 的数据通过X2接口传递给其它基站； 步骤6. 9,初始化u = yB，表示当前没有CoMP-JP用户的数据需要中心控制单元通过S1 接口传递给每个基站； 步骤6. 10，计算CoMP-JP用户子集合的速率之和
:丨' 步骤6. 11，若小于或等于敗.的最优解（ν/?υ )且u〈s，则可以继续向 CoMP-JP用户子集合中添加用户，即令u = U+1并返回执行步骤6. 10 ; If 若大于故的最优解（W = 1,2,3,…,5 )或者u = s，执行步骤6. 12 W+, 步骤6. 12,根据步骤6. 11得出满足
大于的最优解（V/ = U3n# ) 的最小u值，由于S1接口容量的限制，令u = u-1，从而得到满足
小于或等 于的最优解（Y/ = UA…B )的最大u值，相应得出基站j的公有CoMP-JP用户
〇
9.根据权利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式数据传递方式，其特征在于，所 述步骤7按照如下具体步骤进行： 步骤7. 1，所述中心控制单元将通过步骤5中得出的各个基站CoMP-CB用户 的用户数据和步骤5中得到的各用户编码向量通过S1接口发送给各个基 站； 步骤7. 2,各基站将获取后的CoMP-CB用户jCtq，…的用户数据进行编码后通过 无线链路发送给本基站内的各个CoMP-CB用户； 步骤7. 3，所述中心控制单元将通过步骤6中得出的每个基站的公有CoMP-JP用户 的用户数据通过S1接口传递给每个基站，再将基站j = 1，2,…，B私 有CoMP-JP用户，…的用户数据通过S1接口传递给相应的基站j = 1，2,…，B，最后将通过步骤5中得到的各用户编码向量通过S1接口发送给各所述基站； 步骤7. 4,所述基站j = 1，2,…，B通过X2接口向协作集合内的其他基站传递其私有 CoMP-JP用户{7= u. rf <….7；"'f的用户数据，完成基站间的数据交互； 步骤7. 5,各所述基站将交互后获取得到的全部CoMP-JP用户数据进行编码后通过无 线链路发送给协作集合内的各个CoMP-JP用户。
【文档编号】H04W72/04GK104066186SQ201410292847
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】赵林靖, 冯天一, 张岗山, 李钊, 刘勤, 郑琳, 张燕 申请人:西安电子科技大学