专利名称：确定自适应协作无线组播通信数据传输速率上限的方法
技术领域：
本发明设计确定自适应协作无线组播通信数据传输速率上限的方法。
背景技术：
随着移动通信新技术的不断涌现，移动通信网络能给我们带来更高的带宽和更快的数据传输速率，然而在这一演进过程中网络传输的本质仍然是为每一个用户分配一个独立信道进行数据传输。不管是在3G、B3G还是4G移动通信系统中，基站都要为其覆盖区域内的用户分配一个动态的、信息互不干涉的信道。当通信载波扇区内的用户数不断增长，有限的带宽资源终将用尽，而且随着多媒体大容量数据传输业务的不断普及流行，资源紧张的状况将更加明显，甚至会严重影响普通的语音通信。组播技术是应对以上问题的一个有效手段。组播和广播是指从一个数据源向多个目标传送数据的方式。由于移动通信网络中多媒体应用的不断流行，无线组播技术逐渐得到人们的重视，并伴随着移动通信网络的更新换代不断发展演进。在现有的无线网络系统中有很多关于无线组播和广播技术的成熟应用，例如 WiMax 中的 IPTV(Internet Protocol television)、3GPP 中的 MBMS (Multimedia Broadcast/Multicast Service)以及E-UTRA网络系统支持的增强型多媒体广播多播业务 (E-MBMS)等。MBMS是3GPP R6中定义的多媒体广播组播功能。在终端方面，MBMS仍然最大限度地继承了已有的3GPP标准，在终端耗电、存储、多媒体处理、显示等技术得到改善的同时， 仅仅是原有基带处理功能的增强。因此，承载宽带多媒体业务的MBMS终端与现有终端保持了很好的统一性。在带宽方面，MBMS可以最大使用2561ApS的速率进行下载和流媒体的传送，而只要U8kbps就可以支持15fps QCIF 176*144图像和12. 2Kbps语音组合的体育类节目的收看需求。在互动方面，MBMS本身没有定义特别的上行信道，但可以利用已有上行控制信道进行业务订阅、业务加入等业务控制流程，同时利用上行业务信道实现与下行广播/ 组播配合的一些交互类业务的实现。在容量方面，MBMS提供点到多点传送多媒体的发送机制，提供所谓“Send Once, Charge Many times”的业务模式，资源消耗与用户数的增长无关，从而为节省3G网络非常紧张的空口资源和Iub 口传输资源、规避移动网络容量劣势寻找到了根本解决途径。用户数越多，MBMS在容量和成本方面的优势发挥就越明显；在组播用户数少或者没有组播业务用户的时候，网络可以灵活地为用户分配专用信道或者关闭组播业务信道，这些移动网络特有的高效资源管理技术更让MBMS技术在容量方面锦上添花。 如
图1所示为MBMS支持的手机电视业务系统架构。然而，由于无线衰落信道的易错性和动态变化性等原因导致无线多媒体组播应用面临着很大的挑战。因此，为了推广无线多媒体组播应用，我们必须采取有效的措施来对抗无线信道的信道衰落、路径损耗等因素对传输信号的影响。总之，我们要给用户提供高可靠性、高满意度的服务。近年来出现了一个新型的无线传输技术——协作通信，它是指在多用户通信环境中，各临近节点之间按照一定方式共享彼此的天线进行协作发送，从而产生一种类似多天线发送的虚拟环境，获得空间分集增益，提高系统的传输性能的通信方式。作为一种新型的无线传输技术，协作通信技术融合了分集技术和中继传输技术的优势，在不增加天线数量的基础上，可在传统通信网络中获得多天线与多跳传输的性能增益，大大提升了系统性能。其具体特点如下(1)扩大覆盖范围。通过协作节点之间的协作传输，使得单个节点数据传输的有效半径大大增加。(2)消除传输盲点。通过多个节点间协作传输，使得处于通信盲点的两个节点之间形成视距传输，改善通信链路质量。(3)提高系统性能。利用协作通信的传输方式，通过合并接收或空时联合发射，可以获得复用增益或者分集增益。将无线组播技术和协作通信技术结合在一起的协作式无线组播技术的应用场景设定如下在一个多径传输环境中(如一个蜂窝小区)，一个发送端(如基站)给一组接收端(如蜂窝小区内的一组用户设备)发送数据，这一过程可以分成两个阶段
和Stage_2阶段。在Mage_l阶段，发送源端向一组由组播用户组成的接收端发送数据，由于发送端与接收端之间无线信道的随机衰落特性导致部分接收端用户无法成功接收数据。 这种情况下，在Mage_2阶段那些成功接收到数据的一个或多个用户将作为中继节点给无法成功接收数据的用户组转发数据。图2是协作式无线组播通信的工作场景协作式无线组播技术以其优异的特点引起了人们的关注。在无线资源管理、链路自适应等方面人们对其进行了研究，其中在速率自适应方面有了一些研究成果。为了最优化网络系统的数据吞吐量、时延等性能参数，通常利用物理层(PHY)和媒体介入控制层 (MAC)协同工作以达到速率自适应、优化系统性能的效果。有些研究人员提出了一种速率自适应的方法，假设在单小区双跳(Two-Hop)协作式无线组播环境中有(M-I)个UE，eNode B准备向这(M-I)个UE组播一组数据。其工作过程如下在第一阶段(Stage_l阶段)eNodeB以数据传输速率向(M-1)个UE发送数据，第一阶段结束时(M-I)个UE中有N个成功接收到来自eNode B的数据，则在第二阶段 (Stage_2阶段)以一定的策略从N个成功接收到数据的UE中为(M_N_1)个未成功接收数据的UE选择相应合适的中继节点(RN)，这些中继节点(RN)在第二阶段为(M-N-I)个UE转发数据。系统物理层(PHY)的调制模式采用η阶正交幅度调制(QAM)，其中η是预先设定的一组数，因此可以将物理层(PHY)能够支持的数据传输速率设为艮(？ = 0，"^PjtlC R1 <… < Rp), UE及eNode B相互间能够以数据速率Rtl来传输基本控制信息。UE及eNode B通过互相接收对方的基本控制信息从而对信道状态信息(CSI)进行估计，这样在UE和eNode B 的MAC层就可以产生一组对应着数据传输速率的信息矩阵。对应于数据传输速率&的矩阵{Ap} υ = aPjiJ,假定= 0。当、⑴=1时，表示第i个UE和第j个UE之间可以以数据传输速率艮进行通信，反之当 ⑴=0时则无法在满足一定误比特率的情况下以数据传输速率艮进行通信。当然，矩阵Atl中除了对角线元素为0外其他元素都为1。同时设定 UE间以能够达到的最大数据传输速率进行通信。因此对于(M-N-I)个UE(第一阶段未成功接收到数据的UE)中的任一 UE d有Nsd个中继节点可供选择
权利要求
1.确定自适应协作无线组播通信数据传输速率上限的方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)对于小区内基站eNB、M个组播用户UE、N个中继节点RN，检测eNB与UE之间发送信息时的信道容量ISD,i、RN与UE之间发送信息时的信道容量Imi ；2)比较信道容量Isim和信道容量Ieim的大小，将M个UE分为两组， 当ISDa彡I·，为Gl组用户，当‘“〈Ι·，为G2组用户，获取eNB与UE之间信道的自适应门限阈值ADTR1，ADTRl — min (ISD1 ？ ISD2， · ，ISDm，Isri，ISR2， · ，Isen)，Usdi，Isd2，…，IsdJ为G1组用户与eNB之间的香农信道容量，{ISE1, Ise2,…，IsenI为N 个RN与eNB之间的香农信道容量；3)获取RN与UE之间的自适应门限阈值ADTR2，ADTR2 =min(Ilj2,…，1,,2，...，In,2)，其中(11>2，…，1,,2，…，In,2)为 & 组的 η 个香农信道容量；4)eNB向小区内的M个UE和N个RN以组播的方式发送一组多媒体数据，且eNB的发送数据速率为队=ADTRl ；5)若( 组用户中有Cf组用户UE未成功接收到eNB发送的多媒体数据时，则N个RN以速率 & = ADTR2*Cf 组的用户转发数据，Cf = (UijU2, -..,UJjUu e CfjCr e G2, υ ^ η ；6)根据所述R1和&，确定自适应协作无线组播通信的等效数据传输速率Rad，Rad=1/K1)。
2.根据权利要求1所述的确定自适应协作无线组播通信数据传输速率上限的方法，其特征在于，所述小区内M个UE均勻分布在半径为R的小区内，所述小区内N个中继节点RN， 均勻分布在半径为队的小区内，且0 <队< R，所述RN之间距离相等。
全文摘要
本发明涉及确定自适应协作无线组播通信数据传输速率上限的方法，该方法如下1)检测eNB与UE之间发送信息时的信道容量ISD，1、RN与UE之间发送信息时的信道容量IRD，1；2)获取eNB与UE之间信道的自适应门限阈值ADTR1；3)获取RN与UE之间的自适应门限阈值ADTR2；4)eNB向小区内的M个UE和N个RN以组播的方式发送一组多媒体数据；5)若G2组用户中有Cf组用户UE未成功接收到eNB发送的多媒体数据时，则N个RN以速率R2为Cf组的用户转发数据；6)确定自适应协作无线组播通信的等效数据传输速率。本发明显示了现有协作式无线组播传输系统的速率自适应方法与系统能够取得的数据传输速率上限之间的差距，为整个系统的速率自适应提供进一步发展的方向。
文档编号H04W4/06GK102547594SQ20121000558
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者夏开旭, 王海波 申请人:北京交通大学