3d-mimo系统中应用三维波束赋形的多小区间干扰协调方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于无线通信领域，具体涉及一种在蜂窝网络多小区多用户3D-MM0系统 中应用三维波束赋形的多小区间干扰协调方法。
【背景技术】：
[0002] 近年来智能移动设备所需求的数据量远超于前，因而3GPP(3rd Generation Partnership Project)致力于在其标准中研宄尖端技术来提高频谱效率和用户体验。 Three dimensional Multiple-Input Multiple-Output (3D-MIM0)是目前 3GPP 在下一代长 期演进（LTE)无线通信系统中研宄的关键技术之一。3D-MIM0不需要大容量的回程链路和 更多的频谱资源，它利用大量天线排布在空间天线阵列进行三维的波束赋形信号传输，极 大的提升了系统性能。
[0003] 在蜂窝网络中多小区组网时，下行传输链路经常面临小区间同频干扰的问题，尤 其是对于小区边缘用户尤为严重。现有的干扰协调（ICIC)和增强型干扰协调（eICIC)等 方法通过在频域或者时域上调度不同小区的不同用户，使得不同小区的信号时频域上针对 某些用户是正交的，以此降低用户受到的同频干扰。已有的干扰协调方法都是基于2D信道 和用户分布，然而，3D-MM0系统相较之前的系统模型，不仅仅在于使用了三维空间信道模 型，更在小区拓扑、场景，用户分布，天线阵列排布等方面与之前大不相同。因此以往的干扰 协调策略完全无法适用于新的3D-MIM0系统，应该根据系统的特性来制定新的干扰协调方 法，特别是利用用户的三维空间分布特性，通过额外的空间自由度降低用户间干扰。
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的是在3GPP组织最新提出的3D-MM0技术及其模型基础上，应用三维 波束赋形技术，结合其小区拓扑结构以及用户分布的特点，为多小区多用户的下行蜂窝网 络提出了一种3D-MM0系统中应用三维波束赋形的多小区间干扰协调方法，该方法有效的 降低了用户收到的临小区同频干扰，提升网络吞吐量的同时大幅改善了系统边缘用户的服 务性能。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
[0006] 3D-MM0系统中应用三维波束赋形的多小区间干扰协调方法，包括以下步骤： [0007] 1)根据用户在3D场景中的高度、位置、基站到用户的距离以及基站天线高度，来 计算全部服务用户的顶角，并据此将用户划分为高层用户和低层用户两类；
[0008] 2)结合多小区的拓扑结构和用户所处的小区平面上的地理位置，将低层用户进一 步划分为小区边缘用户和小区中心用户两类，在调度小区边缘用户时，相邻的所有小区采 用协作传输的策略；
[0009] 3)所有基站分别将调度用户的时隙分为三类，每类时隙各个基站都调度各自小区 中的同一类用户，传输时基站的天线阵列进行三维波束赋形服务调度用户，最终提升网络 的吞吐量并改善小区边缘用户的性能。
[0010] 本发明进一步的改进在于，步骤1)中，具体划分用户的方法具体如下：
[0011] 考虑被提出于3GPP标准中包含高层建筑的新3D城市宏小区场景，计算用户直视 径的顶角，用户距离服务基站的相对位置为（x，y)，x，y分别为用户到基站在水平面X轴和 y轴上的相对距离，用户所处高度为hu，基站天线高度为tv因此，用户的顶角θ为：
【主权项】
1. 3D-MM0系统中应用三维波束赋形的多小区间干扰协调方法，其特征在于，包括以下 步骤： 1) 根据用户在3D场景中的高度、位置、基站到用户的距离以及基站天线高度，来计算 全部服务用户的顶角，并据此将用户划分为高层用户和低层用户两类； 2) 结合多小区的拓扑结构和用户所处的小区平面上的地理位置，将低层用户进一步划 分为小区边缘用户和小区中心用户两类，在调度小区边缘用户时，相邻的所有小区采用协 作传输的策略； 3) 所有基站分别将调度用户的时隙分为三类，每类时隙各个基站都调度各自小区中的 同一类用户，传输时基站的天线阵列进行三维波束赋形服务调度用户，最终提升网络的吞 吐量并改善小区边缘用户的性能。
2. 根据权利要求1所述的3D-MM0系统中应用三维波束赋形的多小区间干扰协调方 法，其特征在于，步骤1)中，具体划分用户的方法具体如下： 考虑被提出于3GPP标准中包含高层建筑的新3D城市宏小区场景，计算用户直视径的 顶角，用户距离服务基站的相对位置为（x，y)，x，y分别为用户到基站在水平面x轴和y轴 上的相对距离，用户所处高度为hu，基站天线高度为因此，用户的顶角0 2为：
将场景中的用户根据其顶角大小划分为高层用户和低层用户；在场景中，高层建筑到 基站的最小距离为M，两个高层建筑之间的平均距离为N，高层建筑的最大高度为hM;划分 的临界顶角9 〇为：
其中，顶角9 z〈 9 〇的用户属于高层用户，其他用户属于低层用户。
3. 根据权利要求1所述的3D-MM0系统中应用三维波束赋形的多小区间干扰协调方 法，其特征在于，步骤2)中，进一步划分低层用户的方法具体如下： 用户距离服务基站的相对位置为（x，y)，基站天线的主射方向为巾B，因此用户所在水 平方向上的方位角与基站天线主射方向的夹角巾<!为：
所处场景的拓扑为六边形小区，小区边长为S，设低层用户的距离因子为fd，fd表示为：
其中，fd>〇的低层用户被定义为小区边缘用户，其余低层用户被定义为小区中心用户； 小区中心用户由所处小区的基站单独服务，小区边缘用户由距离其最近的三个基站进行协 作传输。
4. 根据权利要求1所述的3D-MM0系统中应用三维波束赋形的多小区间干扰协调方 法，其特征在于，步骤3)中，调度用户和传输信息的具体方法如下： 第一类时隙所有小区调度其高层用户，第二类时隙所有小区调度其低层用户的边缘用 户，第三类时隙所有小区调度其低层用户的中心用户；所有小区都采用轮询的调度方式依 次调度小区中的所有用户，在同一时刻所有小区都存在于同一类时隙中；传输时基站的天 线阵列对服务用户进行三维波束赋形的传输。
5.根据权利要求4所述的3D-MM0系统中应用三维波束赋形的多小区间干扰协调方 法，其特征在于，步骤3)中，具体的三维波束赋形方法为： 基站使用aMXaN个天线元素排布成的矩形天线阵列，每个天线阵列的一列作为一个单 独的天线端口；传输时对每个天线端口进行预编码加权，天线端口中第m个天线元素使用 的预编码为
其中，m= 1，2,. . .，aM，人为载波波长，<为天线阵列的行间距，
0etilt是定义 在0°到180°之间的电子下倾角，其中90°表示垂直于天线阵列平面，同一个天线端口中 的天线元素使用的预编码都有着相同的电子下倾角0rtilt;在传输中使用《 m来进行三 维波束赋形中垂直方向上的波束赋形，将用户的顶角0Z用作预编码的电子下倾角0 rtilt， 即 Q etilt= Q Z⑶ 同时，根据用户所在水平方向上的方位角与基站天线主射方向的夹角巾d，在不同的天 线端口上进行功率分配，使得天线阵在服务用户方向上增益最大，实现水平方向上的波束 赋形。
【专利摘要】本发明公开了一种3D-MIMO系统中应用三维波束赋形的多小区间干扰协调方法，通过不同时隙上调度不同类型的分布在三维空间中用户，同时使用三维波束赋形传输技术，极大的降低了用户受到的小区间同频干扰；具体包括以下步骤：1)根据用户在三维空间的分布，计算基站到用户直视径的顶角，并据此将用户分为高层用户和低层用户；2)根据用户所在小区的平面上的位置，将低层用户再分为小区边缘用户和小区中心用户；3)将调度用户的时隙分为三类，在每一类时隙中所有基站都调度同一类用户，并使用三维波束赋形传输技术服务该用户，进一步增强用户接收的有用信号功率，降低干扰。本发明在提升了网络整体吞吐量的同时极大的改善了小区边缘用户的服务质量。
【IPC分类】H04B7-08, H04B7-06, H04W74-06, H04W16-14
【公开号】CN104779986
【申请号】CN201510161678
【发明人】任品毅, 张逸炎, 孙黎
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月7日