一种波束赋形中基于有效速率的单双流切换方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及单双流切换方法，特别涉及一种波束赋形中基于有效速率的单双流切 换方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，在LTE的背景之下，无线通信发展突飞猛进。随着智能手机用户的激增， 无线通信对于多媒体业务的需求持续增高。为了给用户提供更好的体验，Mnro技术被引入。 Mnro技术是LTE最早提出的核心技术之一。它在接收机和发射机上采用多根天线，并与一 些先进的信号处理技术相结合。MMO技术可以用来获得改进的系统性能，包括提高系统容 量（单小区支持更多用户）和扩展小区覆盖范围，以及对所提供业务进行改进，例如提高单 用户数据速率等。多天线Mnro技术最早由E. Telatar和G. J. Foshini等通过理论证明得 出该技术所能获得的信道容量远超山农给出的单天线传输容量极限，因此M頂0技术在LTE 和LTE-A中都得到了广泛应用。
[0003] 目前，M頂0的传输模式主要分为三类：发射分集、空间复用和波束赋形。波束赋形 技术作为一项重要的核心技术，早在中国移动TD-SCDM网络中就有所应用。在3GPP的LTE 技术规范R8版本中，引入了单流波束赋形技术（TM7)，该技术可显著提升小区边缘吞吐量 并降低小区间干扰。2009年3月，由大唐移动和中国移动公司共同推动的双流波束赋形技 术立项。2010年3月，其标准化工作顺利完成，并被写入3GPPLTE技术规范R9版本中。双 流波束赋形技术（TM8)定义了新的双端口专用导频与相应的控制、反馈机制，可以认为是 智能天线技术和空间复用技术的一种结合。在FDD模式的双工模式之下，上下行链路的频 谱是不共享的，其衰落特性是不相关的，经常需要用户上报PMI，再在码本中选择有限的几 种波束赋形方案来进行。而得益于TDD双工模式下上下行信道频率共享的特性，其信道具 有上下行互易特性，基站在下行传输时可利用上行估计的信道信息，这样信道估计的开销 将会大大减小，信道信息的获取变得非常便捷，这也使得基于信道质量反馈而实时改变波 束赋形策略的非码本波束赋形得以实现，这也是本发明主要研究的波束赋形形式。非码本 波束赋形经过多年发展，经过各种测试和验证，8天线双流波束赋形技术的性能优势已经得 到充分证明，目前越来越多的运营商倾向于在室外宏基站中选择具有优势的8天线波束赋 形技术。
[0004] TM7与TM8比较而言，TM7支持的单流波束赋形传输的数据速率较低，适用于用户 对速率要求不高的场景，TM8支持的双流波束赋形得益于每个用户可以传输两个不同的数 据流，所以单个用户可以获得较高的数据速率，但是两流之间存在流间干扰，所以会导致总 的数据速率稍低于两个单流用户之和，因此适用于用户信道条件好且对数据速率要求较高 的场合。
[0005] 目前多用户MMO的天线选择与调度算法主要基于单流用户，对单流与多流混合 的场景研究较少。针对不同流数的传输模式的特点，现有的一部分算法给出了流数选择 的方法。文南犬[1]《Capacitymaximizationforzero-forcingMIM0-0FDMAdownlink systemswithmultiuserdiversity》（包含分集的MIMO-OFDM下行链路中基于ZF的容 量最大化算法）以最大化系统吞吐量为目的，给出了在迫零波束赋形条件下单双流的选择 标准，通过为不同用户组合选取合适的天线组合来决定每个用户的流数，这样的流数与天 线组合将使得注水算法的最佳注水线易于达到，从而极大提升了系统吞吐量。但是这一 算法的问题在于不能确保用户的公平性，信道条件较差的用户将会难以获得服务机会，而 信道条件好的用户会得到过多资源，使得资源分配不合理，同时很多信道条件差的用户由 于得不到资源而难以达到目标速率，这对于实时业务来说是影响极大的。文献[2]《Rank adaptivetransmissiontoimprovethedetectionperformanceoftheBLASTin spatiallycorrelatedMIMOchannel》(BLAST编码空间相关MIMO信道中用于改进检测性 能的秩自适应传输算法）给出的算法在公平性上有所改进，但是依然没有确保具体用户的 传输速率可以达到目标速率，这种算法对于非实时业务来说可以接受，但是对于实时业务 来说无法达到目标速率将会导致业务的传输出现极大问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了解决现有技术对单流或双流波束赋形传输的数据速率较低、 不能确保用户的公平性以及不能确保具体用户的传输速率达到的目标速率而提出的一种 波束赋形中基于有效速率的单双流切换方法。
[0007] 上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] 步骤一、假设LTE移动蜂窝通信系统的单小区中共有K个用户，每个用户配备队根 接收天线，小区基站配备Nt根发射天线；通过用户k的反馈信息获得用户k在RBn上时所 有接收天线的信道矩阵
[0009]
[0010] 其中，RBn为第n个资源块，n= 1，2, 3.".，N;N为总的资源块数： 表用户k在第n个资源块上第i根接收天线的传输向量；k= 1，2, 3，…，K;
[0011] 步骤二、利用计算信道范数Hi，％比较信道范数和阈值H。确定在所 有队根接收天线中选择用户k在第n个资源块实际使用的接收天线数;根据iVf确定 实际使用的接收天线；
[0012] 步骤三、建立实际使用的接收天线的用户k与RBn对应关系Pk,n;
[0013] 步骤四、利用实际使用的接收天线的用户k与RBn对应关系Ptn计算有效速率 Kko
[0014] 发明效果
[0015] 本发明方案与传统的固定流数的单流波束赋形、双流波束赋形以及文献 《Capacitymaximizationforzero-forcingMIM0-0FDMAdownlinksystemswith multiuserdiversity》的算法进行对比，从而综合比较性能。
[0016] 仿真基于5M带宽配置的LTE-A系统，信道模型采取TU3模型；图1描述了几种算法 有效速率的对比情况。当用户数较少时，由于RB资源非常充足，几乎所有的用户都可以满 足自己的目标速率，此时系统的有效速率和合速率几乎是相等的，所以以最大化速率为目 标的文南犬[1]《Capacitymaximizationforzero-forcingMIMO-OFDMAdownlinksystems withmultiuserdiversity》中的算法实现了最高的有效速率。而随着用户数开始增多， 资源开始逐渐不能满足所有用户的有效速率，此时我们算法的优势开始逐渐体现。当用户 数大于15时，本发明算法始终保持最高的有效速率。对于双流算法来说，由于每个用户传 输两个数据流，本身允许支持的用户数就少于单流算法，而双流算法中没有获得资源的用 户这一时刻的速率即为0,很难使平均速率达到目标速率。而随着用户数增长，资源的匮乏 越来越严重，会出现很多用户难以达到目标速率，所以其性能差于本发明算法，且这种差距 随着用户苏增长会进一步拉大。对于单流算法，每个用户只分配一个数据流，当用户数较多 时，虽然不会出现很多用户速率为0的情况，但是由于其流数固定，不能根据用户与目标速 率的需求动态调整，所以其效果依然差于本发明算法。
[0017] 图2进一步描述了算法对用户QoS需求的满足能力。如果用户的平均速率达到 目标速率，则认为该用户是一个满足的用户。图2给出的即为在不同激活用户数条件下不 同算法的满意用户数。当用户较少时，资源充足，几乎所有用户的速率需求都可以被满足， 故当K= 10时，因此四种算法几乎没有差异。而随着用户数增多，RB开始逐渐无法满足所 有用户时，本发明算法可实现最高的满足用户数。文献[1]《Capacitymaximizationfor zero-forcingMIMO-OFDMAdownlinksystemswithmultiuserdiversity》算法由于给信 道较好的用户分配大量资源，而信道差的用户几乎无法获得资源，所以导致只有少数用户 可以满足速率要求，其他用户始终速率较低无法满足要求。传统的流数固定单流或者双流 算法由于无法动态根据用户需求进行匹配，所以满足用户数也要低于我们的算法。
[0018] 公平性则是算法的另一项评价指标。在此我们用加权