CN102098091B - 多小区协作下行传输模式自适应切换的方法 - Google Patents

多小区协作下行传输模式自适应切换的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在多小区协作下行***中利用信道统计状态信息进行传输模式自适应切换的方法，该切换方法按以下步骤进行：1）、用户利用接收信噪比确定小区服务基站，并计算用户到协作小区簇内其他基站之间的候选协作因子，在协作小区簇内确定候选协作基站；2）、用户估计与小区服务基站和候选协作基站之间的信道信息，计算出信道统计状态信息，包括发送和接收相关阵，并反馈或隐反馈给各基站，各基站将信道统计状态信息传递给中央处理单元；3）、中央处理单元根据信道统计状态信息，计算发送模式切换门限，通过比较用户与小区服务基站间的接收信噪比和发送模式切换门限进行基站协作发送模式和非协作发送模式的切换。

Description

多小区协作下行传输模式自适应切换的方法
技术领域
本发明涉及3GPP LTE（第三代合作伙伴计划的长期演进）标准化进程领域，特别是涉及一种基于信道统计状态信息的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法。
背景技术
协作多点传输（Coordinated Multi Point, CoMP）技术通过基站间相互协作来减少小区边缘干扰、提高小区边缘吞吐量、增加有效覆盖，以达到高频谱利用率的要求。
在协作多点传输过程中，各个协作基站需要将用户反馈回来的信道信息传递给中央处理单元，中央处理单元实现用户的调度和预编码，然后再将调度和预编码的结果传递给各协作基站。随着协作基站个数的增加，对协作基站与中央处理单元之间的信息传递量大大增加，协作所需的信令和反馈开销迅速增加，但协作所带来的性能增益却在减小。为了在减少各基站和中央处理单元之间的信息交互，降低***传输的复杂度的前提下，有效提高频谱效率和可靠通信，需要进行协作发送模式和非协作发送模式之间的切换。
传输模式自适应切换需要在各基站利用信道的先验信息。由于无线信道的时变性、信道估计和反馈的时延以及频率的偏移，使得在基站难以获得完全的信道状态信息。一种行之有效的方法是利用信道统计状态信息。在典型的移动通信坏境下，特别是高速移动环境下，信道瞬时信息是快速时变的，而信道统计状态信息在相当长一段时间内是近似不变的，基站可以可靠的获得信道统计状态信息。近些年来的研究结果表明，利用信道统计状态信息进行预编码传输，可以有效地提高MIMO***的信道容量和传输可靠性。
发明内容
技术问题：本发明提供一种多小区协作下行***中传输模式自适应切换的方法，能够根据信道统计状态信息自适应调整发送模式，在降低基站间信息交互开销的同时提高小区边缘吞吐量，达到高频谱利用率的要求。
技术方案：本发明实施例提供了一种基于信道统计状态信息的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，包括如下步骤：步骤一、根据接收信噪比从协作小区簇内选择小区服务基站和候选协作基站。
首先用户估计与协作小区簇内各基站之间的接收信噪比，将最大的接收信噪比对应的基站确定为小区服务基站；然后计算协作小区簇内其他基站的候选协作因子，并反馈给各基站，候选协作因子                                                
Figure 2011100037248100002DEST_PATH_IMAGE002
定义如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示用户与小区服务基站之间的接收信噪比，表示用户与协作小区簇内第
Figure DEST_PATH_IMAGE010
个基站之间的接收信噪比，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示用户所在小区服务基站的发送功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
表示用户与所在小区服务基站之间的大尺度信道响应，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示协作小区簇内第
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
个基站的发送功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
表示用户与协作小区簇内第个基站之间的大尺度信道响应，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，表示协作小区簇内基站数；表示用户接收到的噪声功率。
定义候选协作门限
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，如果候选协作因子，则基站
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAA
作为候选协作基站，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
表示候选基站集合，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
表示属于；如果候选协作因子
Figure DEST_PATH_IMAGE036
，则基站
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAA
不作为候选协作基站，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE040
表示不属于。
步骤二、所在小区服务基站和各候选协作基站信道统计状态信息的获取。
将用户与所在小区服务基站之间的小尺度信道响应表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，用户与各候选协作基站之间的小尺度信道响应表示为，当采用反馈模式时，用户利用信道参数的估计值，用
Figure DEST_PATH_IMAGE046
计算发送相关阵和接收相关阵
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
表示求期望，上标↑代表共轭转置，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
表示集合的并集；接下来分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE060
分别表示发送相关阵
Figure DEST_PATH_IMAGE062
和接收相关阵
Figure DEST_PATH_IMAGE048A
的特征向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE064
分别表示对角元素由发送相关阵
Figure DEST_PATH_IMAGE062A
和接收相关阵的特征值所构成的对角阵；最后，用户将
Figure DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure DEST_PATH_IMAGE068
反馈给各基站；
当采用隐反馈模式时，各基站利用接收链路
Figure DEST_PATH_IMAGE070
的信道估计结果以及信道的互易性
Figure DEST_PATH_IMAGE072
，采用与反馈模式相同的方法计算出发送相关阵和接收相关阵
Figure DEST_PATH_IMAGE048AAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE050A
；然后分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解： 
Figure DEST_PATH_IMAGE056A
,
Figure DEST_PATH_IMAGE058A
。
基站将所获取的所有信道统计状态信息传递给中央处理单元。
步骤三、中央处理单元根据基站传递过来的信道统计状态信息，选择基站协作发送模式和非协作发送模式。
上述的方法，其中，所述步骤二中，所述各基站信道统计状态信息的获取分为反馈和隐反馈两种模式，采用反馈模式时，各基站通过用户的反馈获得信道统计状态信息；当采用隐反馈模式时，直接在各基站计算信道统计状态信息。
上述的方法，其中，所述步骤二中，所述各基站信道统计状态信息是指发送相关阵和接收相关阵。
上述的方法，其中，所述步骤三中，所述基站协作发送模式和非协作发送模式的切换具体包括：
步骤a）、中央处理单元获得基站传递过来的信道统计状态信息后，计算发送模式切换门限
Figure DEST_PATH_IMAGE074
。
步骤b）、比较用户与所在服务小区间的信噪比
Figure DEST_PATH_IMAGE076
与发送模式切换门限
Figure DEST_PATH_IMAGE074A
的关系，如果
Figure DEST_PATH_IMAGE078
，则采用协作发送模式，否则采用非协作发送模式。
上述的方法，其中，步骤a）中，发送模式切换门限
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，其中
表示小区服务基站与候选协作基站的总基站个数；
Figure DEST_PATH_IMAGE086
表示对角阵
Figure DEST_PATH_IMAGE088
的最大对角元素，
Figure DEST_PATH_IMAGE050AA
。
上述的方法，其中，步骤b）中，在当前用户与所在服务小区之间的信噪比
Figure DEST_PATH_IMAGE076A
小于或等于发送模式切换门限
Figure DEST_PATH_IMAGE074AA
的条件下，如果发送模式为非协作发送模式则中央处理单元发送信令通知基站切换到协作模式，如果发送模式为协作发送模式则不做任何处理。
在当前用户与所在服务小区之间的信噪比大于发送模式切换门限
Figure DEST_PATH_IMAGE074AAA
的条件下，如果发送模式为非协作发送模式则不做任何处理，如果发送模式为协作发送模式则中央处理单元发送信令通知基站切换到非协作模式。
有益效果：本发明实施例提供的基于信道统计状态信息的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，具有如下优点：
1、本方法仅需要信道统计状态信息，适用于各种典型的无线通信***；
2、本方法能够根据信道环境的变化进行多小区下行传输模式的切换，优于单一模式发送；
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅表明本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多基站协作示意图。
图2为本发明实施例提供的一种两基站协作下行传输模式切换实例。
图3为本发明实施例提供的一种多小区协作下行传输模式切换方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明实施例提供的多小区协作下行传输模式切换的方法，可以根据不同的信道状态信息和用户的位置可以确定不同的发送模式：协作发送模式和非协作发送模式。在降低基站间信息交互开销的同时提高小区边缘吞吐量，达到高频谱利用率的要求。小区服务基站和候选服务基站结构如图1所示。
如图3所示，本发明实施例提供的一种多小区协作下行传输模式切换方法的流程图，所属方法包括以下步骤：
步骤201：用户估计与协作小区簇内各基站之间的接收信噪比，将最大的接收信噪比对应的基站确定为小区协作基站；计算协作小区簇内其他基站的候选协作因子，并反馈给各基站，候选协作因子
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
定义如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
表示用户与小区服务基站之间的接收信噪比，
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
表示用户与协作小区簇内第
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAA
个基站之间的接收信噪比，
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
表示用户所在小区服务基站的发送功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
表示用户与所在小区服务基站之间的大尺度信道响应，
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
表示协作小区簇内第
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAA
个基站的发送功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE018A
表示用户与协作小区簇内第
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAA
个基站之间的大尺度信道响应，
Figure DEST_PATH_IMAGE020A
，
Figure DEST_PATH_IMAGE022A
表示协作小区簇内基站数；
Figure DEST_PATH_IMAGE024A
表示用户接收到的噪声功率。
步骤202：定义候选协作门限
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
，比较候选协作门限与候选协作因子
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
的大小关系。
步骤203：如果候选协作因子
Figure DEST_PATH_IMAGE036A
，则基站
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAA
不作为候选协作基站，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE038A
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE032A
表示候选基站集合。
步骤204：如果候选协作因子
Figure DEST_PATH_IMAGE028A
，则基站
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAAAA
作为候选协作基站，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE030A
。
步骤205：各基站选取用户反馈信道统计状态信息的两种方式：反馈和隐反馈。
步骤206：采用反馈模式时，将用户与所在小区服务基站和各候选协作基站之间的小尺度信道响应表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE090
，用户利用信道参数的估计值，用
Figure DEST_PATH_IMAGE046A
计算发送相关阵和接收相关阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE050AAA
，其中表示求期望，上标
Figure DEST_PATH_IMAGE092
代表共轭转置，
Figure DEST_PATH_IMAGE054A
表示集合的并集。
步骤207：用户分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解：
Figure DEST_PATH_IMAGE056AA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE058AA
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE060A
分别表示发送相关阵
Figure DEST_PATH_IMAGE062AA
和接收相关阵
Figure DEST_PATH_IMAGE048AAAA
的特征向量，
Figure DEST_PATH_IMAGE064A
分别表示对角元素由发送相关阵
Figure DEST_PATH_IMAGE062AAA
和接收相关阵
Figure DEST_PATH_IMAGE048AAAAA
的特征值所构成的对角阵。
步骤208：用户将
Figure DEST_PATH_IMAGE066A
和
Figure DEST_PATH_IMAGE068A
反馈给各基站。
步骤209：当采用隐反馈模式时，各基站利用接收链路的信道估计结果以及信道的互易性
Figure DEST_PATH_IMAGE072A
，采用与反馈模式相同的方法计算出发送相关阵
Figure DEST_PATH_IMAGE062AAAA
和接收相关阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE050AAAA
。
步骤210：各基站分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解：
Figure DEST_PATH_IMAGE056AAA
，
Figure DEST_PATH_IMAGE058AAA
。
步骤211：基站将所获取的所有信道统计状态信息传递给中央处理单元。
步骤212：中央处理单元计算发送模式切换门限
Figure DEST_PATH_IMAGE080A
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE082A
Figure DEST_PATH_IMAGE084A
表示小区服务基站与候选协作基站的总基站个数；
Figure DEST_PATH_IMAGE086A
表示对角阵
Figure DEST_PATH_IMAGE088A
的最大对角元素，
Figure DEST_PATH_IMAGE050AAAAA
。
并比较用户与所在服务小区间的信噪比
Figure DEST_PATH_IMAGE076AAA
与发送模式切换门限的关系。
步骤213：如果，则采用非协作发送模式。
步骤214：确认当发送前模式是否为非协作发送模式。
步骤215：如果发送模式为协作发送模式，则中央处理单元发送信令通知基站切换到非协作模式。
步骤216：如果发送模式为非协作发送模式则不做任何处理
步骤217：如果
Figure DEST_PATH_IMAGE078A
，则采用协作发送模式。
步骤218：确认当发送前模式是否为协作发送模式。
步骤219：如果发送模式为非协作发送模式则中央处理单元发送信令通知基站切换到协作模式。
步骤220：如果发送模式为协作发送模式则不做任何处理。
如图2所示，本发明实施例提供的一种两基站协作下行传输模式切换的实例。该实例作为本发明实施例的一种特殊情况，将对接收信噪比大小的切换转化为用户到小区服务基站间距离的切换，具体参数设置如下：
总基站数                 2
基站天线数               8
用户天线数               2
基站间距离               1000m
路径损耗模型             31.5+35log10(d), d(m)
天线间距                 0.5
Figure DEST_PATH_IMAGE096
信道带宽                 10MHz
发送功率                 16dBm  
用户接收噪声功率密度     -174dBm/Hz
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 
步骤一、根据接收信噪比从协作小区簇内选择小区服务基站和候选协作基站： 
首先用户估计与协作小区簇内各基站之间的接收信噪比，将最大的接收信噪比对应的基站确定为小区服务基站；然后计算协作小区簇内其他基站的候选协作因子，并反馈给各基站，候选协作因子CFi定义如下： 
CFi＝SNR0/SNRi
其中，SNR0＝P0Γ0/N0表示用户与小区服务基站之间的接收信噪比，SNRi＝PiΓi/N0表示用户与协作小区簇内第i个基站之间的接收信噪比，P0表示用户所在小区服务基站的发送功率，Γ0表示用户与所在小区服务基站之间的大尺度信道响应，Pi表示协作小区簇内第i个基站的发送功率，Γi表示用户与协作小区簇内第i个基站之间的大尺度信道响应，i＝1,2,…,m，m表示协作小区簇内基站数；N0表示用户接收到的噪声功率； 
定义候选协作门限δ，如果候选协作因子CFi≤δ，则基站i作为候选协作基站，记为i∈CB，其中，CB表示候选基站集合，∈表示属于；如果候选协作因子CFi＞δ，则基站i不作为候选协作基站，记为iCB，其中
Figure FDA00002907798500012
表示不属于； 
步骤二、所在小区服务基站和各候选协作基站信道统计状态信息的获取： 
将用户与所在小区服务基站之间的小尺度信道响应表示为H0，用户与各候选协作基站之间的小尺度信道响应表示为Hi,i∈CB，当采用反馈模式时，用户利用信道参数的估计值，用
Figure FDA00002907798500013
和i
Figure FDA00002907798500014
分别计算发送相关阵Rti和接收相关阵Rri，i∈{0}∪CB，其中，E{·}表示求期望，上标↑代表共轭转置，∪表示集合的并集；接下来分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解： 
Figure FDA00002907798500015
Figure FDA00002907798500016
其中，Uti,Uri分别表示发送相关阵Rti和接收相关阵Rri的特征向量，Λti,Λri分别表示对角元素由发送相关阵Rti和接收相关阵Rri的特征值所构成的对角阵；最后，用户将Uti,Λti和Λri反馈给各基站； 
当采用隐反馈模式时，各基站利用接收链路
Figure FDA00002907798500021
的信道估计结果以及信道的互易性
Figure FDA00002907798500022
，采用与反馈模式相同的方法计算出发送相关阵Rti和接收相关阵Rri，i∈{0}∪CB；然后分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解：
Figure FDA00002907798500023
基站将所获取的所有信道统计状态信息传递给中央处理单元； 
步骤三、中央处理单元根据基站传递过来的信道统计状态信息，选择基站协作发送模式和非协作发送模式； 
所述基站协作发送模式和非协作发送模式的切换具体包括： 
步骤a）、中央处理单元获得基站传递过来的信道统计状态信息后，计算发送模式切换门限SNRs； 
步骤b）、比较用户与所在服务小区间的信噪比SNR0与发送模式切换门限SNRs的关系，如果SNR0≤SNRs，则采用协作发送模式，否则采用非协作发送模式。 
2.根据权利要求1所述的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，所述步骤二中，所述各基站信道统计状态信息的获取分为反馈和隐反馈两种模式，采用反馈模式时，各基站通过用户的反馈获得信道统计状态信息；当采用隐反馈模式时，直接在各基站计算信道统计状态信息。 
3.根据权利要求1所述的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，所述步骤二中，所述各基站信道统计状态信息是指发送相关阵和接收相关阵。 
4.根据权利要求1所述的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，所述步骤a）中，发送模式切换门限SNRs＝P0ΓsN0，其中 
Figure FDA00002907798500025
n表示小区服务基站与候选协作基站的总基站个数；λti,1表示对角阵Λti的最大对角元素，i∈{0}∪CB。 
5.根据权利要求1所述的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，所述步骤b）中，在当前用户与所在服务小区之间的信噪比SNR0小于或等于发送模式切换门限SNRs的条件下，如果发送模式为非协作发送模式则中央处理 单元发送信令通知基站切换到协作模式，如果发送模式为协作发送模式则不做任何处理；在当前用户与所在服务小区之间的信噪比SNR0大于发送模式切换门限SNRs的条件下，如果发送模式为非协作发送模式则不做任何处理，如果发送模式为协作发送模式则中央处理单元发送信令通知基站切换到非协作模式。 
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