CN102656815A - 用于协调多点传送的速率分配方案 - Google Patents

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Abstract

在从多个天线向多个用户传送的通信***中，通过更改指派给用户的权重来在所调度的用户上分配数据传送速率。用户权重确定用于传送的传送预编码向量，其确定了数据速率。在一个实施例中，从多组权重中选择使每个用户的瞬时数据速率与先前帧上的平均速率的比值在所有调度的用户上之和最大化的一组预定的权重。在另一个实施方案中，权重、预编码向量和数据速率是频率相关的。在另一个实施方案中，通过指派初始权重、确定与权重关联的预编码向量、确定使用所确定的预编码向量的传送的信道状况以及基于其相对信道状况来调整用户权重的迭代过程来确定用户权重。

Description

用于协调多点传送的速率分配方案
背景技术
无线蜂窝通信网络几乎是无处不在的，并且向数百万订户提供移动语音和数据通信。在蜂窝网络中，固定收发器或接入点（AP）提供与地理区域或小区内多个订户的双向无线电通信。在现代无线蜂窝通信网络中，小区间干扰或来自非服务AP的在用户设备（UE）的干扰一直是性能减损的主要源头，使数据速率、***容量和送达的通信服务的质量受限。当从在单个AP的多个天线向多个UE传送时发生类似的干扰。
发表在2004年1月IEEE汇刊VT 53卷1号（IEEE Trans, VT, vol. 53, no.1, Jan. 2004）中的M. Schubert和H. Roche所著标题为“具有各个SINR约束的多用户波束成形问题的解决方案”（“Solution of the multiuser beamforming problem with individual SINR constraints”）的文献中公开一种从多天线AP到多个UE的联合自适应波束成形的***，其公开通过引用其全部并入本文。根据此***，联合地调整波束成形器和传送功率以满足在UE的各个平均信号干扰噪声比（SINR）要求。推导了一种算法，其在总传送功率约束下将可联合地实现的SINR余量（高于SINR要求）最大化。
协调多点（CoMP）传送是一种将多个AP之间的干扰最小化的***体系结构。CoMP不同于常规蜂窝体系结构，因为在地理位置中的多种AP的天线依靠快速回程（backhaul）连接到中央CoMP控制器。CoMP控制器通过协调调度到小区内的用户设备（UE）的传送和/或使用信号处理技术主动性地抑制干扰来将干扰最小化。在CoMP信号处理中，对从每个传送天线到每个UE的传送加权以将干扰最小化并将吞吐量最大化。与常规蜂窝网络相比，在下行链路中来自多个AP的这种协调的传送允许CoMP***实现非常高的谱效率。CoMP***在2006年8月的IEE通信会议153卷4期548-555页（1EE Proc.-Commun.,vol.153, issue 4, pp. 548-555, Aug. 2006）中发表的G. J. Fosehini、K. Karakayali和R. A. Valenzuela所著标题为“协调多个天线蜂窝网络以实现极大谱效率”的文献（“Coordinating multiple antenna cellular networks to achieve enormous spectral efficiency”）中以及2008年6月30日在波兰华沙的3GPPP规范“协调的多点传送/接收”（“Coordinated multipoint transmission / reception”）TSG-RAN WG1 #53bis, R1-082469中予以公开，其二者的公开通过引用其全部并入本文。
A. Hafeez于2008年9月提交的美国临时专利申请序列号61/094108，标题为“在每个传送器功率约束下的多用户波束成形”（“Multiuser beamforming under per transmitter power constraints”）中公开一种在CoMP小区中从多个AP进行联合自适应波束成形的***，该临时专利申请的公开通过引用其全部并入本文。推导了一种算法，其在每传送器（即，AP）功率约束下为CoMP小区中的UE将可联合地实现的SINR余量最大化。
Schubert等人和Hafeez公开的多用户波束成形方案将UE的各个SINR目标以上的可联合地实现的SINR余量最大化。但是，这些方法未解决设置UE的各个SINR目标的问题。在确定这些目标时，如UE服务质量（QoS）要求和业务状况的实际考虑起作用。此外，如公平度和吞吐量优化的***方面也必须予以考虑。
具有相等UE SINR目标的多用户波束成形未确保UE的相等位速率。这是因为在相等UE SINR目标的情况下，多用户波束成形算法将给定帧中调度的UE的平均SINR均衡，而不考虑过往帧中UE所实现的位速率。换言之，独立于波束成形方案实施的调度影响了平均UE位速率。
设置相等的UE位速率目标对于***吞吐量来说一般不好，因为具有有利信道状况的UE受到处罚，而具有不利信道状况的UE受到奖励。另一方面，仅基于UE的信道状况（例如，SINR）来设置UE位速率目标可能导致UE之间的总体不公平。例如，在差信道状况中的UE将在长时间段内仅接收到低位速率。相似地，向好信道状况中的UE提供高位速率改进了***吞吐量，但是在长期内是不公平的。
发明内容
根据本文公开且要求保护的实施例，通过更改指派给用户的权重，在所调度的用户上分配数据传送速率。用户权重确定用于传送的传送预编码向量，其确定了数据速率。在一个实施例中，从多组权重中选择使每个用户的瞬时数据速率与先前帧上的平均速率的比值在所有调度的用户上之和最大化的一组预定的权重。在另一个实施例中，权重、预编码向量和数据速率是频率相关的。在另一个实施例中，通过指派初始权重、确定与权重关联的预编码向量、确定使用所确定的预编码向量的传送的信道状况以及基于其相对信道状况来调整用户权重的迭代过程来确定用户权重。
附图说明
图1是CoMP无线通信网络的功能框图。
图2是CoMP网络中从多个天线在多个用户之间分配数据速率的方法的流程图。
图3是描绘CoMP网络的模拟结果的曲线图。
具体实施方式
图1描绘CoMP无线通信网络10。网络10包括多个AP天线12a-12e。虽然按每个AP塔单个天线12来描绘，但是在其它实施例中，AP可以具有多个同在一处的天线12。AP天线12在下行链路上向多个UE 14a-14b传送通信信号。AP天线12全部连接到中央CoMP控制器16，中央CoMP控制器16协调AP天线12之间的调度和传送参数二者以控制在UE 14的干扰。如图1中所描绘，CoMP控制器16协调从AP天线12a、12b和12c到UE 14a的传送，例如对传送加权以将在UE 14a的SINR最大化。相似地，CoMP控制器16协调从AP天线12c、12d和12e到UE 14b的传送。当然，能够考虑CoMP控制器16来控制从所有CoMP天线12到每个UE 14的传送，虽然在实际实现中，这些传送路径中的许多传送路径将被赋予0的权重，从而有效地消除它们。
CoMP网络10中的下行链路多用户传送方案一般设计成使总用户吞吐量（位速率）或最小用户吞吐量最大化。为了赋予不同用户不同的优先级，可以对用户吞吐量加权。此外，可以使用其它度量来取代吞吐量，如SINR或均方误差（MSE）。
令当前帧（即，预定的时间期间）中调度用于传送的用户有J组权重。假定这些权重组是固定且预定的。令                                               
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE002
是当前帧中调度用于下行链路传送的用户1、2、…K的第j个权重组。令
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE004
是与第j个权重组对应的根据多用户传送方案指定传送天线系数的传送预编码向量。令
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE006
是在将预编码向量
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
用于传送的情况下当前帧中的用户速率。令
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE008
是最近过往帧中相同用户的平均速率的估算。可以通过在例如两个或多个先前帧上对瞬时（每帧）用户速率过滤或平滑来获得平均用户速率。
根据一个实施例，权重组j 0选为
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE010
以及选择对应的一组预编码向量
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE012
并将其用于传送。
在相干多用户传送方案中，传送预编码向量
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE014
是频率相关的（或与频带相关的）。在此情况中，用户权重
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE016
也是频率相关的。令
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE018
是在将预编码向量
Figure 11715DEST_PATH_IMAGE014
用于传送的情况下当前帧中频率f的用户速率。令是最近过往帧中相同用户的频率f的平均速率的估算。
根据另一个实施例，权重组对于频率f选为
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE024
以及选择对应的一组预编码向量
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE026
并将其用于传送。
在另一个实施例中，根据用户信道状况来确定用户权重。注意在多用户信道中用户信道状况彼此耦合。因此，我们使用迭代方法20，如图2中所描绘。选择一组初始权重并将其指派给用户（框22）。在一个实施例中，初始权重在所有用户之间均是相等的。确定对应于指派的（即初始）用户权重的传送预编码向量（框24）。对于第一次迭代，穿过判定框26，并且确定与使用选择的传送预编码向量的至用户的传送关联的相对信道状况（框28）。可以由如实现的数据速率、SINR、MSE等的度量来指示信道状况。基于相对信道状况来调整用户权重（框30）。例如，对于处于有利信道状况中的用户可以提高权重，对于处于不利信道状况中的用户可以降低权重，或二者兼有。在比较用户的信道状况时，可以将与用户关联的信道状况度量与预定的阈值比较。备选地，因为重要的是用户之间的相对信道状况，所以可以将一个用户的信道状况度量与其它用户所关联的信道状况度量比较。确定对应新权重的传送预编码向量（框24）。如果已执行了预定次数的迭代，或如果如加权的用户吞吐量之和的度量超过预定阈值（框26），则在当前帧期间使用最佳权重将数据传送到所调度的用户，其中最佳权重是获得最高加权总用户吞吐量的权重。备选地，方法100再次迭代（框28、30、24）。
进行了***级模拟以将本发明的实施例的益处进行量化。考虑3GPP案例1（3GPP Case 1）所对应的宏蜂窝市区环境。参见，2006年9月的3GPP TR 25.814“演进通用地面无线电接入（UTRA）的物理层方面”（“Physical layer aspects for evolved Universal Terrestrial Radio Access（UTRA）”）V7.1.0，其公开通过引用其全部并入本文。模拟了包括九个子小区（120度扇区）的三个CoMP小区的网络。站间距离是500 m。假定全缓冲（Full-buffer）业务和3 km/hr UE速度。在模拟中，UE配备有一个天线，而AP配备有单元间间距为0.5λ的四单元天线阵列。假定基于（4个）波束的固定网格的轮询（round robin）UE调度。使用了实际的调制/编码和链路自适应。载波频率是2 GHz以及信道带宽是9 MHz。
模拟的多用户传送方案是多用户波束成形（根据上文引述的Hafeez的临时专利申请），其联合地调适CoMP小区中调度用户的波束成形权重和传送功率以将可联合地实现的平均UE SINR余量最大化，其中是在所有频率上进行平均。SINR余量定义为每个UE的平均SINR与SINR目标之比。可联合地实现的SINR余量是能够被所有UE实现的SINR余量。已模拟图2的方法20，其中将初始UE SINR目标（用户权重）设为相等的（等于标称值）。在多用户波束成形算法的每次迭代（j）之后，SINR目标被调适为
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE028
其中
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE030
是迭代j中服务UE k的AP的传送功率，以及
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE032
是AP所允许的最大传送功率。使用四次迭代，并且根据等式（1）找到最佳用户权重组和对应的传送预编码向量，其中第k个用户速率计算为
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE034
其中
Figure 2010800590403100002DEST_PATH_IMAGE036
是最优可联合地实现的SINR余量。
图3描绘有和无速率分配的多用户波束成形的***吞吐量对小区边缘（百分之5）用户吞吐量。
当然，在不背离本发明的基本特征的前提下，本发明可以采用非本文确切地阐述的那些方式的其它方式来实施。此外，虽然本发明是参考若干示范实施例来描述的，但是要理解所使用的词汇是描述和说明的词汇，而非限制性的词汇。本文描述的实施例在所有方面中均应视为说明性而非限制性的，并且进入所附权利要求书的含义和等效范围内的所有变更均打算被包含在其中。

Claims (10)

1.一种在无线通信网络中从多个天线将数据传送速率分配到多个用户的迭代方法，包括：
向每个用户指派初始权重；
为每个用户确定对应于所指派的权重的传送预编码向量；
确定与使用所确定的传送预编码向量的至每个用户的传送关联的相对信道状况；
基于关联的信道状况来调整指派给每个用户的权重；以及
为每个用户确定对应于所调整的权重的传送预编码向量。
2.如权利要求1所述的方法，其中初始权重指派是对于所有用户相等的权重。
3.如权利要求1所述的方法，还包括将如下步骤迭代一次或多次：
确定与使用所确定的传送预编码向量的至每个用户的传送关联的相对信道状况；
基于关联的信道状况来调整指派给每个用户的权重；以及
为每个用户确定对应于所调整的权重的传送预编码向量。
4.如权利要求3所述的方法，其中迭代一次或多次包括迭代预定的次数。
5.如权利要求3所述的方法，其中迭代一次或多次包括迭代直到预定的度量满足预定阈值为止。
6.如权利要求1所述的方法，其中基于关联的信道状况调整指派给每个用户的权重包括，相比于其它用户的信道状况，增加指派给高信道状况所关联的用户的权重。
7.如权利要求1所述的方法，其中基于关联的信道状况调整指派给每个用户的权重包括，相比于其它用户的信道状况，减少指派给低信道状况所关联的用户的权重。
8.如权利要求1所述的方法，还包括使用最新确定的传送预编码向量来将数据传送给所述用户。
9.一种在无线通信网络中从多个天线将数据传送速率分配到多个用户的方法，包括：
为预定时间段中调度用于传送的用户提供多组权重，与对应的一组传送预编码向量关联的每个权重组得到对应的一组用户数据传送速率；
选择满足如下条件的一组权重：当前传送时间段中每个用户的数据传送速率与在至少过往两个传送时间段上该用户的平均数据传送速率的比在所调度的用户上得到最大和；以及
使用与所选择的一组权重关联的传送预编码向量来将数据传送到所述用户。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述权重、预编码向量和数据速率是频率相关的。
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