CN102186178B - 一种用于协作多点***的小区间干扰协调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，提供了一种用于协作多点***的小区间干扰协调方法。所述方法包括：根据用户所处的地理位置，将其分为联合传输用户和非联合传输用户；每个小区按照一定准则，各自独立地进行初始资源调度；根据所有小区的初始调度结果及最大化信泄噪比准则，计算所有被调度用户的预编码矩阵；各小区按一定顺序，依次逐个更新调度和预编码结果，所有小区的调度和预编码结果更新一次视为一次迭代，可进行一次或多次迭代。本发明针对协作多点传输***中的小区间干扰进行有效的协调，能够显著增强***性能，特别是小区边缘用户的服务质量。

Description

一种用于协作多点***的小区间干扰协调方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种用于协作多点***的小区间干扰协调方法。

背景技术

在3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划)LTE(long term evolution，长期演进)***中，为了提高频谱效率，***频率复用因子设定为1或接近1。这意味着所有的小区都会在相同的时频资源上发射信号，从而造成严重的小区间干扰。为了有效抑制小区间干扰，特别是提高小区边缘用户性能，协作多点传输/接收(coordinated multiple point transmission/reception，CoMP)技术被第到LTE-Advanced(先进的LTE)的框架中。下行CoMP支持两种传输方式：联合传输(joint transmission，JT)和协调波束赋形(coordinatedbeamforming，CB)。

对于JT，有多个小区同时向一个用户(UE)发射数据，从而能有效增强UE的接收信号质量。但是，在JT模式中，由于多个小区都需要分配相同的资源给一个UE，此UE占用的资源随着小区数目成倍提升，***在同一时刻可服务的UE数目减少。因此，JT虽然能提升小区边缘性能，却并不能增强小区平均吞吐量。

CB模式中，每个UE仍由一个小区服务，但是UE的波束赋形矩阵是通过多个小区协调决定的。采用适当的CB方案，能够降低小区间干扰，提高***性能。但是，传统的CB预编码向量是通过迭代方式得到的，其计算量很高，并不适用于实际的LTE-Advanced***。如何设计CB算法，使***性能增强的同时，有效控制计算复杂度也是一个至关重要的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中联合传输方式不能带来小区平均吞吐量增益的问题，提出将联合传输和协调波束赋形的方式进行结合，以同时增强***小区平均性能和小区边缘性能。

(二)技术方案

为此，本发明具体地采用如下技术方案进行：

首先，本发明提供一种用于协作多点***的小区间干扰协调方法，所述方法包括步骤：

根据用户所处的地理位置，将其分为联合传输用户和非联合传输用户；

每个小区按照一定准则，各自独立地进行初始资源调度；

根据所有小区的初始调度结果及最大化信泄噪比准则，计算所有被调度用户的预编码矩阵；

各小区按一定顺序，依次逐个更新调度结果和预编码结果，所有小区的调度结果和预编码结果更新一次视为一次迭代，进行一次或多次迭代。

优选地，所述根据用户所处的地理位置，将其分为联合传输用户和非联合传输用户的步骤具体为：

小区边缘用户归类为联合传输用户，联合传输用户由两个以上小区为其传输数据信息；

小区中心用户归类为非联合传输用户，非联合传输用户由一个小区为其传输数据信息。

优选地，进行所述资源调度的准则包括：轮询、比例公平、和/或最大化信干比。

优选地，所述最大化信泄噪比准则中：

所述信泄噪比是指信号功率与泄漏功率和噪声功率之和的比例，其中，所述信号功率是指本小区所调度用户接收到的信号功率；所述泄漏功率指本小区下行发射信号对其他小区调度到相同资源上的用户造成的干扰功率之和；所述噪声功率为热噪声和接收端干扰系数在线性域的乘积。

优选地，所述调度结果的更新目标是，尽量避免把相邻小区中、两个地理位置相近的用户调度到相同的资源上；

所述预编码结果的更新目标是，根据各小区最新的调度结果，重新计算当前小区的预编码矩阵。

优选地，所述迭代中预编码矩阵的计算准则为所述最大化信泄噪比准则。

(三)有益效果

本发明提供的方法中，针对协作多点传输***中的小区间干扰进行了有效的协调，特别适用于下行CoMP***中，能够显著增强***性能，特别是小区边缘用户的服务质量。

附图说明

图1为本发明中用于协作多点***的小区间干扰协调方法流程图；

图2为本发明的实施例中联合传输用户和非联合传输用户的***示意图；

图3为本发明的实施例中进行协调波束赋形时的***示意图；

图4a为本发明的实施例中进行迭代协调调度之前的***示意图；

图4b为本发明的实施例中进行迭代协调调度之后的***示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提出一种适用于下行CoMP***的小区间干扰协调方法，以提高***性能，特别是小区边缘用户吞吐量。为实现上述目的，本发明提供了一种能有效降低***中小区间干扰的协调方法，包括：

步骤1：根据UE所处的地理位置，将其分为JT UE和non-JT UE。

其中，小区边缘用户为JT UE，JT UE由两个或多个小区为其传输数据信息；小区中心用户为non-JT UE，non-JT UE由一个小区为其传输数据信息。

步骤2：每个小区按照一定准则，各自独立地进行初始资源调度。

小区进行资源调度的准则可以为：轮询，比例公平，最大化信干比等。

步骤3：根据所有小区的初始调度结果及最大化SLNR(信泄噪比，Signal to leakage and noise ratio)准则，计算所有被调度UE的预编码矩阵。

其中，SLNR是一种CB的实现方案，此方案能得到闭环的线性预编码矩阵，在保证***性能的同时，能有效降低处理复杂度。SLNR是指信号功率与泄漏和噪声功率之和的比例。信号功率是指本小区所调度UE接收到的信号功率。泄漏功率指本小区下行发射信号，对其他小区调度到相同资源上的UE造成的干扰功率之和。噪声功率为热噪声和接收端干扰系数在线性域的乘积。

步骤4：各小区按一定顺序，依次逐个更新调度和预编码结果。所有小区的调度和预编码结果更新一次视为一次迭代。可进行一次或多次迭代。

其中，调度结果更新的目标是，尽量避免把相邻小区中、两个地理位置相近的UE调度到相同的资源上。

预编码结果更新的目标是，根据各小区最新的调度结果，重新计算当前小区的预编码矩阵。其计算准则同步骤3。

下面结合各附图对本发明的优选实施例做进一步说明。本发明所提出的小区间干扰协调方法的流程图如图1所示，其中各步骤更进一步地采用如下优选的方式进行：

步骤1：根据UE所处的地理位置，将其分为JT UE和non-JT UE。

其中，小区边缘用户为JT UE，JT UE由两个或多个小区为其传输数据信息；小区中心用户为non-JT UE，non-JT UE由一个小区为其传输数据信息。如图2所示，UE1为小区边缘用户，因此归类为JT UE，由cell(小区)1和cell2同时为其传输数据信息；UE2为小区中心用户，归类为non-JT UE，由cell 1为其传输数据信息。

对于每个UE，将与其信道状态最好的小区定义为主小区。进一步，将为其服务的所有小区构成的集合定义为此UE的CoMP传输集。用Att_enanchor，k表示UE k为其主小区之间的信道衰减。其中，信道衰减包括路径损耗、阴影衰落、穿透损耗和扇区天线增益。定义两个信道衰减阈值Atten_thre1和Atten_thre2：

如果Atten_anchor，k≥Atten_thre1，UEk为JT UE，其CoMP传输集内有3个小区，且这3个小区为所有小区中与UE k信道衰减最小的3个小区；

如果Atten_thre1＞Atten_anchor，k≥Atten_thre2，UEk为JT UE，其CoMP传输集内有2个小区，且这2个小区为所有小区中与UE k信道衰减最小的2个小区；

如果Atten_anchor，k＜Atten_thre2，UE k为non-JT UE，其CoMP传输集内有1个小区，且这个小区为所有小区中与UE k信道衰减最小的小区。

步骤2：每个小区按照一定准则，各自独立地进行初始资源调度。

小区进行资源调度的准则可以为：轮询、比例公平、和/或最大化信干比等。对于JT UE，在为其分配资源时，要将其CoMP传输集内所有小区的相同资源分配给此UE。

步骤3：根据所有小区的初始调度结果及最大化SLNR(信泄噪比，Signal to leakage and noise ratio)准则，计算所有被调度UE的预编码矩阵。

其中，SLNR是一种CB的实现方案，此方案能得到闭环的线性预编码矩阵，在保证***性能的同时，能有效降低处理复杂度。SLNR是指信号功率与泄漏和噪声功率之和的比例。信号功率是指本小区所调度UE接收到的信号功率。泄漏功率指本小区下行发射信号，对其他小区调度到相同资源上的UE造成的干扰功率之和。噪声功率包括热噪声和接收端干扰系数。

本发明中，预编码矩阵是通过最大化SLNR来得到的。此方案不仅能够增强接收信号质量，还抑制小区间干扰，具体实施方式如图3所示：

假设每个协作集中有B个小区，K个UE。若所有的UE都只接收单层数据流，则UE k的接收信号可表示为：

$y_k={\mathrm{\Σ}}_{b=1}^B{H}_{k,b}{w}_b{s}_b+n_k---\left(1\right)$

式中，y_k为UE K接收信号向量，H_k，b为小区b到UE k间的复数信道矩阵，由UE通过下行信道测量得到；w_b为小区b的预编码矩阵，通过SLNR求取；s_b为小区b的下行发送数据，n_k表示方差为σ²的加性高斯白噪声。

将UE k的主小区记为小区a，对于UE k，其接收信号功率为||H_k，aw_a||²。将小区b(b＝1，2，...，B，b≠a)中，与UE k调度在相同无线资源上的UE记为k_b。则小区a给UEk的发送信号时，对UE k_b造成的干扰功率为

从而，UEk的SLNR为：

${\mathrm{SLNR}}_k=\frac{{\left|\right|H_{k,a}{w}_a\left|\right|}^2}{{\mathrm{N\σ}}^2+{\mathrm{\Σ}}_{b=1,b\≠a}^B{\left|\right|H_{k_b,a}{w}_a\left|\right|}^2}---\left(2\right)$

其中，N为UE端的接收天线数目。

通过最大化UE k的SLNR来获得小区a(UE k)的预编码矩阵

即：

$w_a^{\mathrm{CB}}\text{=arg}\underset{w_a\∈C^{M\×1}}{\max }\frac{{\left|\right|H_{k,a}{w}_a\left|\right|}^2}{{\mathrm{N\σ}}^2+{\mathrm{\Σ}}_{b=1,b\≠a}^B{\left|\right|H_{k_b,a}{w}_a\left|\right|}^2}---\left(3\right)$

其中，M为每个小区的发射天线数目。w_a∈c^M×1表示w_a是大小为M×1的向量。

式(3)可改写成：

$w_a^{\mathrm{CB}}\text{=arg}\underset{w_a\∈C^{M\×1}}{\max }\frac{{\left|\right|H_{k,a}{w}_a\left|\right|}^2}{{\mathrm{N\σ}}^2{+\left|\right|{\tilde{H}}_{k,a}{w}_a\left|\right|}^2}---\left(4\right)$

式中，

是不包括H_k，a的整合信道矩阵，(·)^T表示矩阵的转置。

式(4)的解为：

$w_a^{\mathrm{CB}}=\max \mathrm{eigenvector}\left({({\mathrm{N\σ}}^{2}I+{\tilde{H}}_{k,a}^H{\tilde{H}}_{k,a})}^{+}{H}_{k,a}^H{H}_{k,a}\right)---\left(5\right)$

即

的最大特征值对应的特征向量。式中，I表示大小为M×M的单位矩阵，(·)^H表示矩阵的共轭转置，(·)⁺表示矩阵的伪逆。

步骤4：各小区按一定顺序，依次逐个更新调度和预编码结果。所有小区的调度和预编码结果更新一次视为一次迭代。可进行一次或多次迭代。

每一次迭代中，调度结果更新的目标是，尽量避免把相邻小区中、两个地理位置相近的UE调度到相同的资源上。如图4所示，图4a表示在初始调度阶段(即步骤2)，两个接入到不同小区的相邻边缘UE(UE2和UE 3)被调度到相同的资源(资源1，即Resource 1)上。由于小区1和小区2分别会对UE 3和UE 2带来较强的干扰，UE 2和UE 3的服务质量很难得到保证。相比之下，在每一次迭代中，由于小区进行资源调度结果更新时，会考虑***的实时干扰状况。从而，避免将UE 2和UE 3调度到相同的资源上，如图4b所示，UE 2和UE 3分别被调度到资源1和资源2上。

预编码结果更新的目标是，根据各小区最新的调度结果，重新计算当前小区的预编码矩阵。其计算准则同步骤3。由步骤3可以看到，预编码矩阵的计算不仅与当前小区到服务UE的信道矩阵有关，还决定于当前小区到其他小区所调度UE的信道矩阵。而在迭代调度中，各小区的调度结果会有所变化，因此，需要根据最新的调度结果，重新计算预编码矩阵。

本发明针对协作多点传输***中的小区间干扰进行有效的协调，能够显著增强***性能，特别是小区边缘用户的服务质量。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的发明保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种用于协作多点***的小区间干扰协调方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

根据用户所处的地理位置，将其分为联合传输用户和非联合传输用户；

每个小区按照一定准则，各自独立地进行初始资源调度；

根据所有小区的初始资源调度结果及最大化信泄噪比准则，计算所有被调度用户的预编码矩阵；

各小区按一定顺序，依次逐个更新调度结果和预编码结果，所有小区的调度结果和预编码结果更新一次视为一次迭代，进行一次或多次迭代；

其中所述调度结果的更新目标是，尽量避免把相邻小区中、两个地理位置相近的用户调度到相同的资源上；

所述预编码结果的更新目标是，根据各小区最新的调度结果，重新计算当前小区的预编码矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据用户所处的地理位置，将其分为联合传输用户和非联合传输用户的步骤具体为：

小区边缘用户归类为联合传输用户，联合传输用户由两个以上小区为其传输数据信息；

小区中心用户归类为非联合传输用户，非联合传输用户由一个小区为其传输数据信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述初始资源调度的准则包括：轮询、比例公平、和/或最大化信干比。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最大化信泄噪比准则中：

所述信泄噪比是指信号功率与泄漏功率和噪声功率之和的比例，其中，所述信号功率是指本小区所调度用户接收到的信号功率；所述泄漏功率指本小区下行发射信号对其他小区调度到相同资源上的用户造成的干扰功率之和；所述噪声功率为热噪声和接收端干扰系数线性域的乘积。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述迭代中预编码矩阵的计算准则为所述最大化信泄噪比准则。

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