CN102056177A - 协作多点传输技术中协作节点选择及无线资源调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协作多点传输技术中协作节点选择及无线资源调度方法。该方法首先初步确定协作用户集合和非协作用户集合；然后进行协作集的初步划分；最后进一步确定每个用户的协作集并进行无线资源调度。本发明通过对协作集的分步优化，并在资源调度时对未分配到资源的协作用户进行再调度等方法，在协作集内对资源调度进行优化，在较小的复杂度的情况下，降低小区间的同频干扰，提高小区边缘用户的吞吐量，并保证了用户的公平性。

Description

协作多点传输技术中协作节点选择及无线资源调度方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其是一种协作多点传输技术(CoMP，Coordinated multi-point transmission)中的协作节点选择及无线资源调度方法。该方法可以提高小区边缘用户的吞吐量，提高***的性能。

背景技术

随着无线通信技术的发展，人们对无线通信***性能的要求也随之提高。在LTE(Long Term Evolution)中，小区中心用户受邻近小区的干扰较小，而小区边缘用户受到的干扰较大，并且这种干扰处理起来相对棘手。而CoMP技术可以消除邻近小区对小区边缘用户产生的干扰，提高小区边缘用户的吞吐量，因此在LTE-A中将协作节点传输技术作为其重要的候选技术之一。

协作多点传输技术分为基站内协作和基站间协作，基站内协作主要是指同一个基站内的多个小区进行协作，而基站间协作是指属于不同基站内的多个小区进行协作，如图(2)所示。协作多点传输技术将用户分为协作用户和非协作用户，对于协作用户，需要由多个小区协作对其通信，这种进行协作的多个小区称为一个协作集。因此在CoMP***中要构建合理的协作集，才能更好的发挥CoMP技术的优势。目前构建CoMP协作集的主要方法有两种，一种是基于小区构成协作集，另一种是基于用户构成协作集。在以小区为中心构成CoMP协作集中，协作集中的小区是固定的，协作集中的边缘用户从固定的协作集中选择需要协作的小区，这种方法比较简单，对***的性能的提升也是有限的。在基于UE构成协作集中，能够根据UE的需求确定自己协作集，这种方法对***的性能地提升比较大，但由于协作集是交叠的，在后面资源调度时复杂度也比较高。

目前在协作多点传输技术中，资源调度常有两种方式，一种是将整个频带分层两个区域，CoMP区域和非CoMP区域，然后分别在不同的区域对CoMP用户和非CoMP用户进行资源调度，这种方法因为不是在对用户在整个频带上进行优化，所以在提升***性能上是有限的。另外一种是在整个频带，先对协作用户进行PF(Proport ional Fairness)调度，然后再剩余的频段对非协作用户进行PF调度，这个方法因为是在整个频带内对进行优化，所以能有效地提高***的性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的CoMP技术中协作节点选择和无线资源管理的不合理性，在复杂度较小的情况下，提出一种协作多点传输技术中协作节点选择及无线资源调度方法，该调度方法能有效的消除小区间的同频干扰，提高小区边缘用户的吞吐量，从而提高整个***的性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种协作多点传输技术中协作节点选择及无线资源调度方法，包括以下步骤：

1)确定协作用户集合和非协作用户集合；

2)划分CoMP协作集；

3)进一步确定协作用户和每个协作用户的的CoMP协作集并进行无线资源调度。

2、根据权利要求1所述的协作多点传输技术中协作节点选择及无线资源调度方法，其特征在于，步骤1)的具体方法如下：

2-1)计算每个用户的信干噪比SINR_WideBand，其计算公式如下：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{WideBand}}=\frac{P_{\mathrm{receive}}}{P_{\mathrm{Noise}}}---\left(1\right)$

其中P_receive表示用户接收到的功率，表示公式如下所示：

P_receive＝P_Trans-P_PathLoss-L_Shadow    (2)

这里P_Trans表示发射功率，P_PathLoss表示路径损耗，L_Shadow表示阴影衰落；

用户接收到的干扰为除了服务小区外的所有小区的功率之和，如下所示：

其中P_receive表示来来自干扰小区的功率大小，P_White表示热噪声，表示如下所示：

P_White＝KTNB＝-174dB+10log10(B)+NF  (4)

其中KTNB表示接受机的热噪声，NF表示噪声系数；

2-2)设定信干噪比门限SINR_gate，并根据仿真实际情况，在多个TTI(Transmission Time Interval)内实时的改变该门限；这里协作用户占总用户的n％，n为1-10，然后根据协作用户的比例来确定SINR_gate；

2-3)将每个用户的SINR值和SINR_gate进行比较，如果用户的SINR值小于SINR_gate，则将该用户划分为协作用户，否则划分为非协作用户。

进一步，上述步骤2)的具体步骤如下：

确定小区间的协作模式，这里分为基站内协作和基站间协作，基站内协作是初步确定每个基站内3个小区进行协作；基站间协作是指初步确定属于不同基站的3个相邻小区作为一个协作集。

进一步，上述步骤3)的具体步骤如下：

4-1)计算各协作用户在其所在CoMP协作集中的每个资源块上的优先级，然后选择优先级最高的用户，资源调度原则如下：

$\mathrm{Max}\left(\frac{{\mathrm{Ti}}_k\left(t\right)}{{\mathrm{Ta}}_k\left(t\right)}\right),(k=\mathrm{1,2,3},\·\·\·\·\·\·M_c)---\left(5\right)$

其中Max为选取最大值，Ti_k(t)表示用户k在时刻t时的瞬时吞吐量，Ta_k(t)表示用户k在时刻t时的平均吞吐量，M_c为协作集内协作用户的数目；

4-2)计算非协作用户在其所在小区的每个资源块上的优先级，然后选择优先级最高的用户，资源调度原则如下：

$\mathrm{Max}\left(\frac{{\mathrm{Ti}}_k\left(t\right)}{{\mathrm{Ta}}_k\left(t\right)}\right),(k=\mathrm{1,2,3},\·\·\·\·\·\·M)---\left(6\right)$

其中Max为选取最大值，Ti_k(t)表示用户k在时刻t时的瞬时吞吐量，Ta_k(t)表示用户k在时刻t时的平均吞吐量，M为小区内非协作用户的数目；

4-3)比较协作用户和非协作用户的优先级大小，如果满足下面公式，则该资源块为协作用户占据：

3*p_c，m＞p_1，m+p_2，m+p_3，m    (7)

其中，p_c，m为协作用户在资源块m上的调度等级，p_m为第一个协作小区内资源块m的调度等级，p_2，m为第二个协作小区内资源块m的调度等级，p_3，m为第三个协作小区内资源块m的调度等级；

4-4)对于协作用户占用的资源块，再通过下面公式确定协作用户的具体协作集：

${\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2,3}}>\mathrm{\γ}*\max ({\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2}},{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{2,3}},{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,3}})---\left(8\right)$

如果上式成立，那么协作集则由3个小区共同组成，否则，协作集由最大SINR所对应的2个小区组成；

这里第k个用户的SINR的计算公式如下：

${\mathrm{SINR}}_k=\frac{p_k{\left|G_k{H}_k{v}_k\right|}^2}{\underset{i=1,i\≠k}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i{\left|G_k{H}_k{v}_i\right|}^2+{\left|G_k\right|}^2(N_0+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{all}}-N_k}{\mathrm{\Σ}}}{p}_j{\left|H_{\mathrm{jk}}{v}_j\right|}^2)}---\left(9\right)$

其中， $G_k={\left[H_k{v}_k\right]}_k{(H_k{v}_k{v}_k^H{H_k}^H+\frac{R_{\mathrm{\η}}}{p_0})}^{-1};$

其中p_k表示第k个用户的发射功率，H_k表示第k个用户的信道矩阵，H_jk表示基站j到用户k的信道矩阵，v_k表示第k个用户的预编码矩阵，N_all表示整个***中用户总数，N_k表示用户所在协作集内的用户总数，R_η表示噪声的协方差矩阵，R_η＝E[η(m，l)·η^H(m，l)]，这里η(m，l)表示第l个OFDM符号上第m的资源粒子上的加性高斯白噪声，p₀表示噪声功率；

4-5)将本时隙内未分配到资源的协作用户划分为非协作用户；

4-6)对于未被协作用户占用的资源块，将其用于非协作用户的资源调度，采用的调度算法同样是正比公平调度算法；

4-7)判断是否所有的资源块已分配，若还有未分配，则再按上述步骤继续分配，否则分配完成。

本发明具有以下有益效果：

本发明首先初步确定协作用户集合和非协作用户集合，然后进行协作集的初步划分，在划分协作集时，先以小区为中心构成固定的协作集，然后再以用户为中心，在所处的协作集中选择具体的协作小区，这种方法在计算复杂度较低的情况下，较合理的确定每个用户的协作集，从而能够有效的消除同频干扰，提高小区边缘用户的吞吐量。在无线资源调度时，基本采用正比公平调度，先对协作用户进行正比公平调度，并初步确定协作用户占用户的子载波，然后再将未分配到资源的协作用户划分到非协作用户中去，再在剩下的资源中对非协作用户进行资源调度，这种方法可以对协作用户进行合理的优化，从而提高通信***的性能。

附图说明

图1为协作节点选择及资源调度示意图；

图2为CoMP的工作模式图；

图3为无线资源调度流程图；

图4为初始协作用户资源调度后频带分配示意图；

图5为所有作用户资源调度后频带分配示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明做进一步的详细说明。

在一个无线通信***中，包括多个基站，这里每个基站有3个小区组成，如果用户处于小区的边缘，则受到邻近小区的干扰较大。为了消除邻近小区的干扰，需要邻近小区和服务小区形成一个协作集，共同为小区边缘用户服务。本发明是对小区边缘用户所处的协作集进行划分并对资源调度进行优化的方法。

进行协作节点选择和无线资源调度时，如图1所示，包括下述步骤：

1)、初步划分协作用户集合和非协作用户集合，具体步骤如下：

1-1)、首先根据无线场景布置的结果，确定每个用户的信号质量，这里用SINR_WideBand表示用户的信号质量。每个用户的SINR_WideBand的计算公式可以表示为：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{WideBand}}=\frac{P_{\mathrm{receive}}}{P_{\mathrm{Noise}}}---\left(1\right)$

其中P_receive表示用户接收到的功率，表示公式如下所示：

P_receive＝P_Trans-P_PathLoss-L_Shadow    (2)

这里P_Trans表示发射功率，P_PathLoss表示路径损耗，L_Shadow表示阴影衰落。

用户接收到的干扰为除了服务小区外的所有小区的功率之和，如下所示：

其中P_receive表示来自干扰小区的功率，P_White表示热噪声功率，表示如下：

P_White＝KTNB＝-174dB+10log10(B)+NF  (4)

其中KTNB表示接受机的热噪声功率，NF表示噪声系数。

1-2)、设定信干噪比门限SINR_gate，并根据实际仿真情况，在多个TTI内实时的改变该门限；这里协作用户占总用户的n％，n为1-10，根据协作用户的比例来确定SINR_gate；

1-3)、比较每个用户的SINR和SINR_gate门限的大小，如果小于门限则将其归到协作用户集合中，反之则将其归到非协作用户集合中。

在这里只是初步确定协作用户，对于每个协作用户是否会参与协作，还要在第3步中进一步确定。

2)、初步进行协作集划分，如果协作集合过大，则使资源调度的复杂度很高，这里进行协作集的初步划分，每个协作集中包含3个小区。

确定CoMP的协作模式，CoMP技术的协作模式可以分为基站内协作和基站间协作两种，图2分别为基站内协作和基站间协作的实例。基站内协作是初步确定每个基站内3个小区进行协作；基站间协作是指初步确定属于不同基站的3个相邻小区作为一个协作集；

在上述技术方案中，只是初步确定协作集，而每个用户的协作小区集，还要在下面步骤中进一步确定。

3)、在对用户的协作集进行初步划分之后，再对无线资源进行PF调度，具体实施流程图如图3所示，包括以下步骤。

3-1)、首先计算每个协作用户在其所在协作集内每个资源块上的优先级，然后选择优先级最高的用户，资源调度准则按下式进行：

$\mathrm{Max}\frac{{\mathrm{Ti}}_k\left(t\right)}{{\mathrm{Ta}}_k\left(t\right)},(k=\mathrm{1,2,3},\·\·\·\·\·\·M_c)---\left(5\right)$

其中Ti_k(t)表示用户k在时刻t时的瞬时吞吐量，Ta_k(t)表示用户k在时刻t时的平均吞吐量，M_c为协作集内协作用户的数目。

3-2)、计算非协作用户在其所在小区中每个资源块上的优先级，然后选择优先级最高的用户；

$\mathrm{Max}\frac{{\mathrm{Ti}}_k\left(t\right)}{{\mathrm{Ta}}_k\left(t\right)},(k=\mathrm{1,2,3},\·\·\·\·\·\·M)---\left(6\right)$

其中Ti_k(t)表示用户k在时刻t时的瞬时吞吐量，Ta_k(t)表示用户k在时刻t时的平均吞吐量，M为小区内非协作用户的数目。

3-3)、比较协作和非协作两种情况下优先级的大小，按下面的公式确定协作集中各个资源块上的用户：

3*p_c，m＞p_1，m+p_2，m+p_3，m    (7)

其中，p_c，m为协作用户在资源块m上的调度等级，p_1，m为第一个协作小区内资源块m的调度等级，p_2，m为第二个协作小区内资源块m的调度等级，p_3，m为第三个协作小区内资源块m的调度等级。

如果上式成立，则由协作用户占用该资源块；反之则由非协作用户占用户该资源块。

3-4)、对于协作用户占用的资源块，再通过下面的公式判断协作用户的具体协作集；

${\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2,3}}>\mathrm{\γ}*\max ({\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2}},{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{2,3}},{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,3}})---\left(8\right)$

如果上式成立，那么该用户的协作集则由3个小区共同组成，否则，协作集由最大SINR所对应的2个小区组成；

这里

表示在协作集c中资源块r上3个小区同时协作得到的值，而是分别取协作集c中的两个小区在资源块r上进行协作得到的值，γ为调节因子，取值范围为1-2，可以根据需要具体确定。

例如，如果

$\max ({\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2}},{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{2,3}},{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,3}})={\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2}}$

并且

${\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2,3}}>\mathrm{\γ}*\max ({\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2}},{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{2,3}},{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,3}}),$

也即

${\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2,3}}<\mathrm{\&gamma;}*{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2}},$

那么该协作集包含的小区为1和2。

其中表示在协作集c资源块r上3个小区同时协作得到的值，而

是分别取其中的两个小区进行协作得到的值，γ是调节因子，一般的取值在1到2之间。

第k个用户的信干噪比的计算公式如下所示：

${\mathrm{SINR}}_k=\frac{p_k{\left|G_k{H}_k{v}_k\right|}^2}{\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{N_k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i{\left|G_k{H}_k{v}_i\right|}^2+{\left|G_k\right|}^2(N_0+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{all}}-N_k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_j{\left|H_{\mathrm{jk}}{v}_j\right|}^2)}---\left(9\right)$

其中， $G_k={\left[H_k{v}_k\right]}_k{(H_k{v}_k{v}_k^H{H_k}^H+\frac{R_{\mathrm{\&eta;}}}{p_0})}^{-1}.$

上式中分子表示第k个用户接收到的有用信号，分母中第一项表示协作集内的用户产生的干扰信号(包括多个数据流、多用户产生的干扰)，第二项表示协作集外的用户产生的同频干扰和噪声，由于在CoMP算法中，每个移动终端的协作集的选择是依据信道条件的好坏去选择的，因此来自协作集之外的干扰信号可以认为是高斯干扰信号。

其中p_k表示第k个用户的发射功率，H_k表示第k个用户的信道矩阵，H_jk表示基站j到用户k的信道矩阵，v_k表示第k个用户的预编码矩阵，N_all表示整个***中用户总数，N_k表示用户所在协作集内的用户总数，R_η表示噪声的协方差矩阵，R_η＝E[η(n，l)·η_H(n，l)]，这里η(n，l)表示第l个OFDM符号上第n的资源粒子上的加性高斯白噪声，p₀表示噪声功率。

3-5)、将未分配到资源的协作用户划分到非协作用户中去；

3-6)、在未被协作用户占用的资源块中，再对非协作用户进行正比公平调度，并将资源块分配给相应的非协作用户用户；

3-7)、判断是否所有的资源块已分配，若还有未分配，则再按上述步骤继续分配，否则分配完成。

图4和图5是无线资源分配过程示意图，在图4中，先对协作用户进行了资源调度，协作用户占用了资源块2、5、7，在图5中对图4的无线资源进一步进行分配，小区C中的资源块5和小区A中的资源块7分配给了非协作用户，而资源块1、3、4、6、8分别由相应小区的的非协作用户占用。

Claims (4)

1.一种协作多点传输技术中协作节点选择及无线资源调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定协作用户集合和非协作用户集合；

2)划分CoMP协作集；

3)进一步确定协作用户和每个协作用户的的CoMP协作集并进行无线资源调度。

2.根据权利要求1所述的协作多点传输技术中协作节点选择及无线资源调度方法，其特征在于，步骤1)的具体方法如下：

2-1)计算每个用户的信干噪比SINR_WideBand，其计算公式如下：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{WideBand}}=\frac{P_{\mathrm{receive}}}{P_{\mathrm{Noise}}}---\left(1\right)$

其中P_receive表示用户接收到的功率，表示公式如下所示：

P_receive＝P_Trans-P_PathLoss-L_Shadow    (2)

这里P_Trans表示发射功率，P_PathLoss表示路径损耗，L_Shadow表示阴影衰落；

用户接收到的干扰为除了服务小区外的所有小区的功率之和，如下所示：

其中P_receive表示来来自干扰小区的功率大小，P_White表示热噪声，表示如下所示：

P_White＝KTNB＝-174dB+10log10(B)+NF  (4)

其中KTNB表示接受机的热噪声，NF表示噪声系数；

2-2)设定信干噪比门限SINR_gate，并根据仿真实际情况，在多个TTI(Transmission Time Interval)内实时的改变该门限；这里协作用户占总用户的n％，n为1-10，然后根据协作用户的比例来确定SINR_gate；

2-3)将每个用户的SINR值和SINR_gate进行比较，如果用户的SINR值小于SINR_gate，则将该用户划分为协作用户，否则划分为非协作用户。

3.根据权利要求1所述的一种协作多点传输技术中无线节点选择及资源调度方法，所述步骤2)的具体步骤如下：

确定小区间的协作模式，这里分为基站内协作和基站间协作，基站内协作是初步确定每个基站内3个小区进行协作；基站间协作是指初步确定属于不同基站的3个相邻小区作为一个协作集。

4.根据权利要求1所述的一种协作多点传输技术中无线节点选择及资源调度方法，所述步骤3)的具体步骤如下：

4-1)计算各协作用户在其所在CoMP协作集中的每个资源块上的优先级，然后选择优先级最高的用户，资源调度原则如下：

$\mathrm{Max}\left(\frac{{\mathrm{Ti}}_k\left(t\right)}{{\mathrm{Ta}}_k\left(t\right)}\right),(k=\mathrm{1,2,3},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;M_c)---\left(5\right)$

其中Max为选取最大值，Ti_k(t)表示用户k在时刻t时的瞬时吞吐量，Ta_k(t)表示用户k在时刻t时的平均吞吐量，M_c为协作集内协作用户的数目；

4-2)计算非协作用户在其所在小区的每个资源块上的优先级，然后选择优先级最高的用户，资源调度原则如下：

$\mathrm{Max}\left(\frac{{\mathrm{Ti}}_k\left(t\right)}{{\mathrm{Ta}}_k\left(t\right)}\right),(k=\mathrm{1,2,3},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;M)---\left(6\right)$

其中Max为选取最大值，Ti_k(t)表示用户k在时刻t时的瞬时吞吐量，Ta_k(t)表示用户k在时刻t时的平均吞吐量，M为小区内非协作用户的数目；

4-3)比较协作用户和非协作用户的优先级大小，如果满足下面公式，则该资源块为协作用户占据：

3*p_c，m＞p_1，m+p_2，m+p_3，m    (7)

其中，p_c，m为协作用户在资源块m上的调度等级，p_m为第一个协作小区内资源块m的调度等级，p_2，m为第二个协作小区内资源块m的调度等级，p_3，m为第三个协作小区内资源块m的调度等级；

4-4)对于协作用户占用的资源块，再通过下面公式确定协作用户的具体协作集：

${\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2,3}}>\mathrm{\&gamma;}*\max ({\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,2}},{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{2,3}},{\mathrm{SINR}}_{c,r}^{\mathrm{1,3}})---\left(8\right)$

如果上式成立，那么协作集则由3个小区共同组成，否则，协作集由最大SINR所对应的2个小区组成；

这里第k个用户的SINR的计算公式如下：

${\mathrm{SINR}}_k=\frac{p_k{\left|G_k{H}_k{v}_k\right|}^2}{\underset{i=1,i\&NotEqual;k}{\overset{N_k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i{\left|G_k{H}_k{v}_i\right|}^2+{\left|G_k\right|}^2(N_0+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{all}}-N_k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_j{\left|H_{\mathrm{jk}}{v}_j\right|}^2)}---\left(9\right)$

其中， $G_k={\left[H_k{v}_k\right]}_k{(H_k{v}_k{v}_k^H{H_k}^H+\frac{R_{\mathrm{\&eta;}}}{p_0})}^{-1};$

其中p_k表示第k个用户的发射功率，H_k表示第k个用户的信道矩阵，H_jk表示基站j到用户k的信道矩阵，v_k表示第k个用户的预编码矩阵，N_all表示整个***中用户总数，N_k表示用户所在协作集内的用户总数，R_η表示噪声的协方差矩阵，R_η＝E[η(m，l)·η^H(m，l)]，这里η(m，l)表示第l个OFDM符号上第m的资源粒子上的加性高斯白噪声，p₀表示噪声功率；

4-5)将本时隙内未分配到资源的协作用户划分为非协作用户；

4-6)对于未被协作用户占用的资源块，将其用于非协作用户的资源调度，采用的调度算法同样是正比公平调度算法；

4-7)判断是否所有的资源块已分配，若还有未分配，则再按上述步骤继续分配，否则分配完成。

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