一种多基站协作系统传输模式选择与用户接入方法
【专利摘要】本发明公开一种多基站协作系统传输模式选择与用户接入方法，各基站选择的被调度用户测量各基站到自身大尺度信道强度以及所受干扰功率值，确定上报信道集合，反馈至对应本地基站，由本地基站至CU估算净吞吐量，并估算向系统分别增加候选协作链路后的净吞吐量，进行迭代运算，选取最大值所对应的协作链路加入系统，并从候选协作链路中剔除；反复迭代n轮，若第n轮迭代后净吞吐量大于第n-1轮，且无候选协作链路，则将第n轮迭代后的系统作为被调度用户接入和传输模式选择结果；反之，将第n-1轮迭代后的系统作为被调度用户接入和传输模式选择结果；本发明有效解决多用户冲突问题，为用户选择最适的接入基站以及传输模式，大幅提升蜂窝系统的频谱效率。
【专利说明】一种多基站协作系统传输模式选择与用户接入方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信领域，主要面向多基站协作系统，具体涉及一种多基站协作系统中以用户为中心的传输模式选择与用户接入方法。
【背景技术】
[0002]多基站协作，或称作协作多点(CoMP, Coordinated Mult1-Point)传输技术通过基站间协作消除小区间干扰可以大幅提升蜂窝网络的频谱效率。在CoMP系统的实际部署中，考虑到实现复杂度以及系统开销(如为获取信道信息所产生的训练开销以及其他信令开销等)的限制，协作通常只能限制在若干个基站组成的协作簇内进行。对于现有的静态协作簇划分，协作簇是静态配置的且相互无交叠，导致位于协作簇边缘的用户将受到强烈的簇外干扰，制约着系统的频谱效率。为了减弱协作簇间干扰，可以考虑以用户为中心的动态分簇方式，即根据用户到附近多个基站的信道状况，选择有利于提升该用户通信质量的若干基站组成一个协作簇，协作服务此用户。由于不同的用户可能需要不同的分簇结果，一个基站往往分属多个不同的协作簇，而基站的服务能力有限，这导致了用户接入冲突问题。此外，在考虑基站间协作带来的系统开销以及非理想信道信息等因素的影响时，对所有用户都采用协作传输模式时的系统性能不佳，甚至不如非协作系统。因此在实际协作系统中，需要考虑系统开销以及非理想信道信息的影响，将传输模式选择与用户接入联合设计，从而充分发挥协作系统的潜能。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明提出一种多基站协作系统中以用户为中心的多基站协作传输模式选择与用户接入方法，使多基站协作系统可以根据用户信道状况、当前系统开销以及信道信息的非理想程度，自适应地为各用户选择协作传输模式或非协作传输模式(在协作传输模式中，被调度用`户不但接入主服务基站还接入协作基站，且该用户的协作基站在进行下行传输时尽量避免到该用户的干扰；而在非协作传输模式中，被调度用户仅接入主服务基站，被调度用户在接收自身所接入的主服务基站发来的有用信号的同时还会受到来自其余基站的干扰)以及接入的主服务基站和协作基站，使得多基站协作系统实际的下行净吞吐量尽可能大。
[0004]一种多基站协作系统传输模式选择与用户接入方法，通过下述步骤实现:
[0005]步骤1:各待服务用户选择到自身大尺度信道能量最强的基站作为本地基站。
[0006]步骤2:基站BSb选择O至T个待服务用户作为被调度用户(各个基站的调度用户数具体量可以不同);b表示基站序号，b=l、2、3、……、N，N为多基站协作系统中基站总数；T为各个基站所装天线数量；设N个基站共调度了 M个用户，用u表示被调度用户序号，U=1、
2、3、……、M,并将第u个被调度的用户表示为MSU。设MSu对应的本地基站序号为bu，则MSu对应的本地基站表示为5\,并将作为MSu的主服务基站，吟与MSu间的通信链路即为主服务链路。[0007]步骤3:被调度用户MSu测量全部基站到自身的大尺度信道强度ab，u ={ Q l,u, Q 2,u, Q 3,u,......，Q N, J，α b，u 为 BSb 到 MSu 的大尺度信道。
[0008]步骤4:被调度用户MSu确定上报信道集合。
[0009]步骤5:被调度用户MSu测量各自受到的干扰功率值Iu。
[0010]步骤6:被调度用户MSu通过上行链路将步骤4中得到的上报信道集合Au以及步骤5中得到的被调度用户MSu所受干扰功率值Iu反馈至用户MSu对应的本地基站BSk。
[0011]步骤7:被调度用户MSu对应的本地基站B、将收集到的上报信道集合Au以及被调度用户MSu所受干扰功率值通过骨干网传输至CU。
[0012]步骤8:CU根据接收到的上报信道集合Au以及被调度用户MSu所受干扰功率值Iu为被调度用户MSu选择传输模式以及接入协作基站，具体为:
[0013](I)⑶根据接收到的上报信道集合Au以及被调度用户MSu所受干扰功率值Iu，估算当全部被调度用户均采用非协作传输模式(在非协作传输模式中，被调度用户仅接入主服务基站，被调度用户在接收自身所接入的主服务基站发来的有用信号的同时还会受到来自其余基站的干扰)时，多基站协作系统的净吞吐量Sw，并将！?作为多基站协作系统的初始净吞吐量。
[0014]( 2)若一条链路上的大尺度信道在⑶端已知，即该条链路上的大尺度信道属于Au，则该条链路为候选协作链路；本发明中令候选协作链路为W条，每条协作链路表示为Hi, i为协作链路编号，i=l、2、3、……、W，则由W条候选协作链路构成候选协作链路集合为U =IH1, H2, H3,......，HffI ;由此，通过⑶进行迭代运算，得到在候选协作链路集合U中分别选
取各协作链路添加至当前多基站协作系统后的净吞吐量A (即CU首先仅将H1加入多基站协作系统后得到^，随后仅将H2加入多基站协作系统后得到I2，以此类推，最终仅将％加入多基站协作系统后得到Ir)。
[0015]选取中最大值;I.所对应的协作链路Hi加入当前多基站协作系统，同时将协作链路Hi从候选协作链路集合U中剔除，至第一轮迭代运算完成后，进入步骤3。
[0016](3)通过⑶对第η轮迭代运算后多基站协作系统的净吞吐量与第η-1轮迭代
后系统的净吞吐量的大小关系:
[0017]1.若及=，瓦=1时，则进一步判断候选协作链路集合U是否为空集；若非空集，则返回执行步骤(2)，再次进行下一轮迭代；若为空集，则进入步骤9 ;
[0018]i1.若it〈EL1,,迭代结束，进入步骤10 ；
[0019]步骤i与ii中，当n=l时，Ri,^即为的初始净吞吐量ο
[0020]步骤9:将第η轮迭代后的多基站协作系统作为最终的被调度用户MSu接入和传输丰吴式选择结果。
[0021]步骤10:将第η-1轮迭代时的多基站协作系统作为最终的被调度用户MSu接入和传输模式选择结果。
[0022]上述步骤9与步骤10中，通过矩阵S = [sub]ΚΧΝ表示主服务链路建立关系；其中，S为具有K行N列的0-1矩阵,Sub为矩阵S中第u行b列的元素；且若基站BSb为被调度用户MSu的主服务基站,则Sub = 1 ;否则，Sub = O。
[0023]通过矩阵C = [cub]KXN表示协作链路的建立关系；其中，C为具有K行N列的0-1矩阵，Cub为矩阵C中第u行b列的元素；且若基站BSb是被调度用户MSu的协作基站，即BSb与MSu间存在协作链路，则Cub = 1;否则，cub = O0
[0024]由此，被调度用户MSu协作基站集合即为Du = {b I Cub = 1}，接入基站集合即为Eu=Du U {bj }。
[0025]本发明的优点在于:
[0026]1、本发明方法针对多基站协作系统中的用户接入问题，有效地解决了以用户为中心方式中的多用户冲突问题，并与传输模式选择联合设计，可以根据每个用户的情况，为其选择最适的接入基站以及传输模式，从而能够大幅提升蜂窝系统的频谱效率；
[0027]2、本发明方法在设计时充分考虑了实际系统中非理想因素(训练开销以及非理想信道信息)对下行传输的影响，并针对此提出了基于非理想信道信息并具有开销感知特性的解决方法，能够根据当前系统开销以及信道信息的非理想程度，为用户选择合适的传输模式，使系统的净吞吐量损失尽可能小，更具实用价值；
[0028]3、本发明方法仅利用了用户的大尺度信道信息以及干扰功率值，它们均是统计信息，变化较缓慢；因此，在实际系统运行时并不需要为每一个用户频繁的切换接入基站以及传输模式，可以大幅降低系统的切换开销，更利于实际系统的部署。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明方法整体流程图；
[0030]图2为多基站协作系统不意图；
[0031]图3为本发明方法中用户接入与传输模式选择结果示意图。
【具体实施方式】
[0032]本发明主要面向多基站协作系统:多基站协作系统包含N个基站与若干个待服务用户，用b表示基站序号，b=l、2、3、……、N，并将第b个基站表示为BSb，各个基站所装天线数量均为T根，发射功率均为P。各基站通过骨干网连接至中心处理单元CU。本发明通过下述步骤实现以用户为中心的多基站传输模式选择与用户接入方法，如图1所示:
[0033]步骤1:各待服务用户选择到自身大尺度信道能量最强的基站作为本地基站。
[0034]步骤2:基站BSb选择O至T个待服务用户作为被调度用户(各个基站的调度用户数具体量可以不同)；设N个基站共调度了 M个用户，用u表示被调度用户序号，u=l、2、
3、……、M,并将第u个被调度的用户表示为MSU。设MSu对应的本地基站序号为bu，则MSu对应的本地基站表示为并将1^作为MSu的主服务基站，BSk与MSu间的通信链路即为主服务链路。
[0035]步骤3:被调度用户MSu测量全部基站到自身的大尺度信道强度ab，u ={ Q l,u, Q 2,u, Q 3,u,......，Q N, J，α b，u 为 BSb 到 MSu 的大尺度信道。
[0036]步骤4:被调度用户MSu确定上报信道集合；
[0037]可通过下方式I或方式2确定上报信道集合:[0038]方式1:令被调度用户MSu的上报信道集合大小均等于F，0 < FN ;则选取步骤3中得到的a b，u中大尺度信道强度最强的前F个大尺度信道Au ；
[0039]方式2:令被调度用户MSu的上报信道集合大小取决于基站到自身的大尺度信道
相对强度，则被调度用户MSu的上报信道集合Au为:
【权利要求】
1.一种多基站协作系统传输模式选择与用户接入方法，其特征在于:通过下述步骤实现: 步骤1:各待服务用户选择到自身大尺度信道能量最强的基站作为本地基站； 步骤2:基站BSb选择O至T个待服务用户作为被调度用户；b表示基站序号，b=l、2、3、……、N，N为多基站协作系统中基站总数；T为各个基站所装天线数量；设N个基站共调度了 M个用户，用u表示被调度用户序号，u=l、2、3、……、M，并将第u个被调度的用户表示为MSu0设MSu对应的本地基站序号为bu，则MSu对应的本地基站表示为并将作为MSu的主服务基站，SSk与MSu间的通信链路即为主服务链路； 步骤3:被调度用户MSu测量全部基站到自身的大尺度信道强度a b，u =? α I, UJ α 2, u, α 3, UJ......，α N，iJ， ^bjU 为BSb到MSu的大尺度信道； 步骤4:被调度用户MSu确定上报信道集合； 步骤5:被调度用户MSu测量各自受到的干扰功率值Iu ； 步骤6:被调度用户MSu通过上行链路将步骤4中得到的上报信道集合Au以及步骤5中得到的被调度用户MSu所受干扰功率值Iu反馈至用户MSu对应的本地基站； 步骤7:被调度用户MSu对应的本地基站将收集到的上报信道集合Au以及被调度用户MSu所受干扰功率值通过骨干网传输至CU ； 步骤8:CU根据接收到的上报信道集合Au以及被调度用户MSu所受干扰功率值Iu为被调度用户MSu选择传输模式以及接入协作基站，具体为: (1)CU根据接收到的上报信道集合Au以及被调度用户MSu所受干扰功率值Iu，估算当全部被调度用户均采用非协作传输模式时，多基站协作系统的净吞吐量I),并将作为多基站协作系统的初始净吞吐量； (2)若一条链路上的大尺度信道在⑶端已知，即该条链路上的大尺度信道属于Au，则该条链路为候选协作链路；本发明中令候选协作链路为W条，每条协作链路表示为Hi, i为协作链路编号，i=l、2、3、……、W，则由W条候选协作链路构成候选协作链路集合为U =IH1, H2, H3,......，HffI ;由此，通过⑶进行迭代运算，得到在候选协作链路集合U中分别选取各协作链路添加至当前多基站协作系统后的净吞吐量 选取Si中最大值及_所对应的协作链路Hi加入当前多基站协作系统，同时将协作链路Hi从候选协作链路集合U中剔除，至第一轮迭代运算完成后，进入步骤3 ； (3)通过⑶对第η轮迭代运算后多基站协作系统的净吞吐量完二与第η-1轮迭代后系统的净吞吐的大小关系: 1.若云:时，则进一步判断候选协作链路集合U是否为空集；若非空集，则返回执行步骤(2)，再次进行下一轮迭代；若为空集，则进入步骤9 ;?.若迭代结束，进入步骤10; 步骤i与ii中，当n=l时，f即为的初始净吞吐量互W)； 步骤9:将第η轮迭代后的多基站协作系统作为最终的被调度用户MSu接入和传输模式选择结果； 步骤10:将第η-1轮迭代时的多基站协作系统作为最终的被调度用户MSu接入和传输丰吴式选择结果； 由此，通过矩阵S = [sub]KXN表示步骤2中的主服务链路建立关系；其中，S为具有K行N列的0-1矩阵，Sub为矩阵S中第u行b列的元素；且若基站BSb为被调度用户MSu的主服务基站，则Sub = I ;否则，Sub = O ； 通过矩阵C = [cub]KXN表示步骤8中协作链路的建立关系；其中，C为具有K行N列的0-1矩阵，Cub为矩阵C中第u行b列的元素；且若基站BSb是被调度用户MSu的协作基站，即BSb与MSu间存在协作链路，则Cub = I ;否则，Cub = O ； 由此，步骤9与步骤10中，被调度用户MSu协作基站集合记为Du = {b I cub = 1},接入基站集合(即协作簇)记为Eu = Du U {bj。
2.如权利要求1所述一种多基站协作系统传输模式选择与用户接入方法，其特征在于:所述步骤4中，被调度用户MSu确定上报信道集合，通过下述方式实现: 令被调度用户MSu的上报信号集合大小均等于F，0 < F < N ;则选取步骤3中得到的α b,u中大尺度信道强度最强的前F个大尺度信道Au。
3.如权利要求1所述一种多基站协作系统传输模式选择与用户接入方法，其特征在于:所述步骤4中，被调度用户MSu确定上报信道集合，通过下述方式实现: 令被调度用户MSu的上报信号集合大小取决于基站到自身的大尺度信道相对强度，则被调度用户MSu的上报信道集合Au为:
4.如权利要求1所述一种多基站协作系统传输模式选择与用户接入方法，其特征在于:所述步骤8中CU对多基站协作系统的净吞吐量估算方法为:
【文档编号】H04B7/04GK103580802SQ201310464811
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】刘栋, 张千, 韩圣千, 杨晨阳, 王刚, 雷鸣 申请人:北京航空航天大学, 日电（中国）有限公司