一种骨干网容量受限时的多基站协作传输方法
【专利摘要】本发明公开了一种异构网中骨干网容量受限的多基站下行协作传输方法，包括步骤1：计算等效信道、CoMP-JP模式、CoMP-CB模式基于P-ZFBF的归一化等效预编码；步骤2：构造混合协作预编码；将CoMP-JP、CoMP-CB模式进行复数加权组合，得到基站0和基站1对用户k的混合预编码向量；步骤3：根据用户0和用户1的数据率加权系数α0和α1，骨干网容量Cbh，基站0和基站1的最大发射功率和计算在满足骨干网有限容量、基站端最大发射功率的条件下，最大的加权和数据率α0R0+α1R1以及对应的协作传输方法；步骤4：根据步骤3的结果计算最优加权和数据率；本发明自适应地选择加权和数据率最大的协作模式，从而达到最优的性能。
【专利说明】一种骨干网容量受限时的多基站协作传输方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信领域，涉及异构网下行传输场景，具体涉及一种骨干网容量受限时的多基站协作传输方法。
【背景技术】
[0002]研究数据表明，全球移动数据流量在2011年至2016年期间可能会增长18倍，平均每年增长比例为78%，增大网络容量最直接的方法就是部署更多的基站。为了满足数据业务需求，移动网络运营商在数据量需求高的地区布置额外的基站，为了减少开销，在布置基站的同时还要与现有的网络结构兼容[2]。因此，未来移动通信系统将具有异构网(HetNet, Heterogeneous Network)结构，即系统将由传统的宏(Macro)基站和不同类型的低功率基站构成。常见的低功率基站包括微(Micro)基站、毫微(Pico)基站、家庭(Femto)基站和远程射频节点(RRH，Remote Radio Head)，将其统称为微基站。通过引入低功率基站，异构网能够获得更大的小区分裂增益，进而提高整个网络的容量。
[0003]目前的移动通信系统中，小区使用频分复用或部分频率复用或软频率复用，未来的移动通信系统为了提高频谱效率，使用全频复用，导致小区间干扰(ICI，Inter-CellInterference)非常严重。尤其是异构网中宏基站与微基站的发射功率差异很大，宏小区与微小区之间的小区间干扰是异构网中需要解决的关键问题之一 [2]。第3代合作伙伴计划(3GPP, 3rdGeneration Partnership Project)的 Release8 和 ReleaselO 分别在频域和时域提出消除干扰的方法，在3GPP LTE的Releasell中提出协作多点(CoMP，CoordinatedMult1-Point)传输技术，能够充分利用系统的时频资源，通过基站间的相互协作在空域消除小区间干扰， 具有较大的系统性能提升潜力[2]。CoMP下行传输可以分为两类:联合处理(Joint Processing, JP)和协作波束成型(Coordinated Beamforming, CB) [3]? 对于CoMP-JP,协作基站之间共享所有用户的全部数据信息和信道信息，通过对所有用户的数据进行联合传输，在消除小区间干扰的同时，有效地增强了信号能量。对于CoMP-CB，协作基站之间只需要共享信道信息，而不需要共享用户的数据信息，因此每个基站只需计算其服务用户的单小区预编码，用于消除小区间干扰。
[0004]在理论分析中，如果假设骨干网理想，即骨干网容量不受限而且具有零延时，那么当协作基站使用最优传输方案时，CoMP-JP可以提供比CoMP-CB更好的数据率性能。但是在许多实际系统中，骨干网容量受限而且有很大的延时，此时CoMP-JP的性能不一定会优于CoMP-CB，这种非理想骨干网成为实现下行CoMP传输潜在性能增益的瓶颈。而异构网中部署的低成本小基站会面临更严峻的骨干网问题，进而会造成更严重的瓶颈。
[0005]比较两种技术的特点可知，CoMP-JP的阵列增益高，但是需要已知所有协作用户的数据信息，因此共享数据量较大；CoMP-CB的阵列增益低，但是只需已知服务用户的数据信息，因此共享数据量较少。在现有的文献中，有一些文献研究了如何有效地利用CoMP系统中有限容量骨干网的问题，并提出了一些方法。例如，可以自适应地选择CoMP传输节点，或者合理地选择协作基站以及协作簇大小。从信息论的角度考虑，充分利用骨干网的最优方法是进行与rate splitting有关的部分数据共享，但是这种方法的复杂度过高，不适用于实际系统。
[0006]参考文献:
[0007][1]Cisc0.Cisco visual networking index:Global mobile data trafficforecast update, 2011-2016[0L].[0008]http://www.cisco, com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/ns537/ns705/ns827/white paper cll_520862.html.2012.2
[0009][2] Ho Ima H and Toskala A.LTE-Advanced: 3GPP solution forIMT-Advanced[M].New York:John ffiley&Sons, 2012.[0010][3]Yang Chen-yang, Han Sheng-qian, Hou Xue-ying, et al..How to DesignCoMP to Achieve its Promised Potential?[J].1EEE Wireless CommunicationMagazine, 2012, Accepted.
【发明内容】
[0011]本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种异构网中骨干网容量受限的多基站下行协作传输方法，为了充分利用有限容量的骨干网链路，同时减小算法的实现复杂度，本发明研究了 user-wise部分数据共享方法，即把部分用户的全部数据在一部分协作基站中全部共享，而不是在基站端把每个用户的数据分为公共数据和私有数据进行共享。基于信道伪逆的迫零波束成型(P-ZFBF, Pseudo-1nverse based zero-forcing beamforming)是一种可以有效地实现CoMP性能增益的低复杂度方法。基于P-ZFBF，本发明提出一种异构网中骨干网容量受限的多基站协作传输方法，本方法可以结合CoMP-JP和CoMP-CB的优点，在达到高协作增益的同时减少对骨干网的需求。
[0012]一种异构网中骨干网容量受限的多基站下行协作传输方法，包括以下几个步骤:
[0013]步骤1:计算等效信道、CoMP-JP模式、CoMP-CB模式基于P-ZFBF的归一化等效预编码；
[0014]步骤2:构造混合协作预编码；将CoMP-JP、CoMP-CB模式进行复数加权组合，得到基站O和基站I对用户k的混合预编码向量；
[0015]步骤3:根据用户O和用户1的数据率加权系数a C1和a i，骨干网容量Cbh，基站O和基站I的最大发射功率/Ta和if*，计算在满足骨干网有限容量、基站端最大发射功率的条件下，最大的加权和数据率CiciRc^a凡以及对应的协作传输方法；
[0016]步骤4:根据步骤3的结果计算最优加权和数据率；
[0017]本发明的优点在于:
[0018](I)在数据共享的角度考虑，CoMP-JP的阵列增益高，但是需要已知所有协作用户的数据信息，因此数据共享量较大；CoMP-CB的阵列增益低，但是只需已知服务用户的数据信息，因此数据共享量较少。因此对于任意的用户需求，在骨干网容量受限的条件下，单一的CoMP-JP或CoMP-CB模式并不始终是最优的选择。本发明提出的混合协作预编码方法能同时利用CoMP-JP和CoMP-CB的优点，在满足骨干网有限容量和基站端最大发射功率约束时，自适应地选择加权和数据率最大的协作模式，从而达到最优的性能；
[0019](2)本发明提出的异构网下的混合协作预编码方法，能够充分利用宏基站和微基站的发射功率，从而达到更高的频谱效率；根据异构网的特点，不同类型基站的最大发射功率差别很大，在单基站功率约束下，CoMP-JP协作模式的宏基站发射功率受限于微基站最大发射功率，导致宏基站的功率利用率较低，可达频谱效率较低；CoMP-CB协作模式的宏基站和微基站发射功率彼此不受限，但是其阵列增益低，可达频谱效率较低；本发明的混合协作预编码方法可以充分利用CoMP-JP阵列增益高和CoMP-CB基站功率充分利用的优点，达到更高的频谱效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明的方法流程图；
[0021]图2是本发明的三小区异构网示意图；
[0022]图3是本发明的单次信道实现且骨干网容量为Cbh=20bps/Hz时的容量域；
[0023]图4是本发明的单次信道实现且骨干网容量为Cbh=5bps/Hz时的容量域；
[0024]图5是本发明的方法与CoMP-JP和CoMP-CB方法在α 0=0.4，α =0.6，骨干网容量为Cbh=20bps/Hz时的平均加权数据率比较图；
[0025]图6是本发明的方法与CoMP-JP和CoMP-CB方法在α 0=0.4，α =0.6，骨干网容量为Cbh=5bps/Hz时的平均加权数据率比较图。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0027]面向多小区异构网系统，即1个宏基站和B个微基站，宏基站和微基站端分别有M和N根天线，下述中，基站O代表宏基站，基站b代表微基站，其中b=l，…，B;小区内用户使用正交接入方案，即每个基站在一个时频资源上只调度一个用户；考虑B个微小区为稀疏分布，因此微小区之间不存在干扰，微用户只受宏基站干扰，宏用户只受相邻最近的微基站干扰，假设该微基站为基站I ;宏小区和微小区组成一个协作簇；
[0028]本发明提出一种异构网中骨干网容量受限的多基站下行协作传输方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤:
[0029]步骤1:计算等效信道、CoMP-JP模式、CoMP-CB模式基于P-ZFBF的归一化等效预编码。
[0030]1.计算等效信道
[0031]基站0、基站1到宏小区用户(用户0)和第1个微小区用户(用户1)的等效信道为:
[0032]hk0=Q.gk0, hkl=gkl, (k=0, I)
[0033]其中:glU,€ Cifx^gil eC+Vxl分别表示宏基站O和微基站I到用户k的下行信道向量，e表示复数域，
【权利要求】
1.一种异构网中骨干网容量受限的多基站下行协作传输方法，面向多小区异构网系统，即I个宏基站和B个微基站，宏基站和微基站端分别有M和N根天线，设基站O代表宏基站，基站b代表微基站，其中b=l，…，B ;小区内用户使用正交接入方案，即每个基站在一个时频资源上只调度一个用户；微小区之间不存在干扰，微用户只受宏基站干扰，宏用户只受相邻最近的微基站干扰，假设该微基站为基站I ;宏小区和微小区组成一个协作簇；传输方法包括以下几个步骤: 步骤1:计算等效信道、CoMP-JP模式、CoMP-CB模式基于P-ZFBF的归一化等效预编码； .1.计算等效信道 基站O、基站I到宏小区用户(用户O)和第I个微小区用户(用户I)的等效信道为: hko=Q.gk0.hkl=gkl，(k=0, I) 其中:
2.CoMP-JP模式下的P-ZFBF归一化等效预编码
3.CoMP-CB模式下的P-ZFBF归一化等效预编码
4、计算
【文档编号】H04L1/00GK103825677SQ201410072088
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】韩圣千, 刘文佳, 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