CN103338519A - CoMP协作簇、CoMP用户划分方法及频谱资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CoMP协作簇、CoMP用户划分方法及频谱资源分配方法，为提高通信***的通信容量以及通信质量而设计。所述CoMP协作簇，设置在三个相邻的小区内；每一所述小区以基站为中心等分为三个扇区，包括第一协作簇以及第二协作簇；所述第一协作簇由位于不同所述小区的三相邻扇区构成；基站在构成第一协作簇的三个扇区内同时向所述第一协作簇的CoMP用户发送信号；所述第二协作簇由位于不同小区中两相邻扇区构成；基站在构成第二协作簇的两个扇区内同时向所述第二协作簇的CoMP用户发送信号。本发明在保证非CoMP用户获得了固定频谱资源分配外，还根据信道选择了最优的频谱分配方法，有效的提高了用户吞吐量，优化了资源利用率。

Description

CoMP协作簇、CoMP用户划分方法及频谱资源分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种CoMP协作簇及CoMP用户划分方法及资源分配方法。

背景技术

协同多点传输技术CoMP（Coordinate Multiple Point）是LTE-Advanced关键增强型技术之一，可以在多个小区间共享信道信息和数据信息，优化多个小区的整体***性能。

如图1所示，所述CoMP协作簇由来自三个相邻的小区的三个扇区构成；构成所述协作簇的扇区包括扇区1、扇区2以及扇区3；所述相邻三个小区内分别设有基站1、基站2以及基站3。如用户1为在该CoMP协作簇下的CoMP用户，则其在进行通信时，基站1向扇区1内发射信号、同时基站2向扇区2内发射信号且同时基站3向扇区3内发射信号。这样用户1接收到的信号增益高，信号质量好。

显然这种划分方法，小区中的用户仅存在着三个扇区构成的协作簇下CoMP用户或非CoMP用户，显然不利于通信的吞吐量、资源的最优调配。

发明内容

（一）发明目的

针对上述问题，本发明了旨在提供一种提高边缘用户吞吐量的情况下，尽可能地优化小区的平均吞吐量，提高资源调度的公平性的CoMP协作簇、CoMP用户划分方法及频谱资源分配方法。

（二）技术方案

为达上述目的，本发明CoMP协作簇，设置在三个相邻的小区内；每一所述小区以基站为中心等分为三个扇区，包括第一协作簇以及第二协作簇；

所述第一协作簇由位于不同所述小区的三相邻扇区构成；基站在构成第一协作簇的三个扇区内同时向所述第一协作簇的CoMP用户发送信号；

所述第二协作簇由位于不同小区中两相邻扇区构成；基站在构成第二协作簇的两个扇区内同时向所述第二协作簇的CoMP用户发送信号。

优选地，所述小区为六边形小区；所述基站上设有分别朝向三个扇区的智能天线矩阵。

为达上述目的，本发明CoMP用户划分方法，包括以下步骤：

步骤S1：用户根据接收的信号分别计算其在非CoMP通信模式下的信噪比SINR_no-CoMP以及在第一协作簇的CoMP通信模式下的信噪比SINR_three-CoMP；

步骤S2：用户判断SINR_three-CoMP是否不小于三倍SINR_no-CoMP，

若是则其为第一协作簇CoMP用户，通信时基站在构成第一协作簇的三个扇区内同时向所述第一协作簇的CoMP用户发送信号,

若否则进入步骤S3;

步骤S3：用户计算在第二协作簇的CoMP通信模式下的信噪比SINR_two-CoMP；

步骤S4：用户判断SINR_two-CoMP是否不小于两倍SINR_no-CoMP，

若是则该用户为第二协作簇CoMP用户，通信时基站在构成第二协作簇的两个扇区内同时向所述第一协作簇的CoMP用户发送信号,

若否则该用户为非CoMP用户，通信时基站向其所在扇区发送信号；

其中，所述第一协作簇由位于不同小区中三相邻扇区构成；

所述第二协作簇由位于不同小区中两相邻扇区构成。

进一步地，还包括步骤S5：

用户将划分结果返回基站。

为达上述目的，本发明频谱资源分配方法，用于如上所述的CoMP协作簇中，每一小区内的频谱资源分配为第一频谱资源、第二频谱资源以及第三频谱资源；

所述第一频谱资源用于第一协作簇CoMP用户通信；

所述第二频谱资源用于第二协作簇CoMP用户通信；

所述第一频谱资源用于非CoMP用户通信。

优选地，具体包括以下步骤：

步骤1：基站分别计算每一频带上CoMP用户的调度优先因子p_c、第一扇区内的CoMP用户的调度优先因子p₁、第二扇区内的CoMP用户的调度优先因子p₂以及第三扇区内的CoMP用户的调度优先因子p₃；

步骤2：基站判断同一频带的调度优先因子之间是否存在3p_c≥p₁+p₂+p₃，

若存在则该频带为第一频谱资源；

若不存在则进行步骤3：

步骤3：基站判断同一频带的调度优先因子之间是否存在2p_c≥p₁+p₂或2p_c≥p₁+p₃或2p_c≥p₂+p₃，

若存在则该频带为第二频谱资源；

若不存在则该频带为第三频谱资源；

其中所述CoMP用户包括第一协作簇CoMP用户以及第二协作簇CoMP用户。

优选地，采用比例公平计算p_c、p₁、p₂以及p₃。

优选地，所述频谱资源分配方法为周期性的动态频谱分配方法。

（三）本发明的有益效果

本发明CoMP协作簇、CoMP用户划分方法及资源分配方法。在CoMP协作簇中叠加了第一协作簇以及第二协作簇，从而进一步的降低了边缘用户的小区间的干扰，且仅两个扇区为第二协作簇CoMP用户同时发送信号，则进一步的提高了边缘用户的吞吐量；且通过资源分配方法的在提高边缘用户的吞吐量的同时，保证了频谱资源调度的公平性和最优化。

附图说明

图1为现有的CoMP协作簇的结构示意图；

图2为本发明实施例一所述的CoMP协作簇的结构示意图；

图3为本发明实施例二所述的CoMP用户划分方法的流程图；

图4为本发明实施例三所述的

图5为本发明所述的CoMP协作簇在本发明频谱资源分配方法的频谱分配下通信容量与传统的CoMP协作簇在轮询调度方法的下通信容量的比较图；

图6为本发明所述的CoMP协作簇在本发明频谱资源分配方法的频谱分配下通信容量、传统CoMP协作簇在频谱固定分配方法以及传统CoMP协作簇在频谱轮询调度方法下通信容量的比较图。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及实施例对本发明做进一步的说明。

实施例一：

如图2所示，本实施例CoMP协作簇，设置在三个相邻的小区内，小区11、小区12以及小区13；每一所述小区以基站为中心等分为三个扇区，包括第一协作簇21以及第二协作簇22；其中，构成中第一协作簇21的三个扇区用实线进行填充，构成第二协作簇22的两个扇区用虚线线进行填充；由图示可知用于构成第一协作簇21的扇区还可以用于构建第二协作簇22，在具体实施时第一协作簇与第二协作簇也可以是采用完全不同的扇区构成；

所述第一协作簇21由位于不同所述小区的三相邻扇区构成；基站在构成第一协作簇21的三个扇区内同时向所述第一协作簇21的CoMP用户发送信号；

所述第二协作簇22由三个相邻小区中两相邻扇区构成；基站在构成第二协作簇22的两个扇区内同时向所述第二协作簇的CoMP用户发送信号。

图中用户31属于第一协作簇21CoMP用户。

进一步地，所述小区为六边形小区；所述基站上设有分别朝向三个扇区的智能天线矩阵。

所述智能天线优选波束转换天线，采用波束赋形在指定扇区内向用户发射信号。

相对于传统的CoMP协作簇引入了由两个相邻扇区构成的第二协作簇，从而能尽可能的将边缘用户划为CoMP用户，从而有效的减少边缘用户通信时的小区间的干扰，从而有利于提升边缘用户的吞吐来那个。

实施例二：

采用实施例一所述的CoMP协作簇时，相对于传统的CoMP协作簇中是否为CoMP用户的划分方法不同。如图3所示，在本实施例中提供了一种优选地CoMP用户划分方法，包括以下步骤：

步骤S1：用户根据接收的信号分别计算其在非CoMP通信模式下的信噪比SINR_no-CoMP以及在第一协作簇的CoMP通信模式下的信噪比SINR_three-CoMP；

步骤S2：用户判断SINR_three-CoMP是否不小于三倍SINR_no-CoMP，

若是则其为第一协作簇CoMP用户，通信时基站在构成第一协作簇的三个扇区内同时向所述第一协作簇的CoMP用户发送信号,，

若否则进入步骤S3;

步骤S3：用户计算在第二协作簇的CoMP通信模式下的信噪比SINR_two-CoMP；

步骤S4：用户判断SINR_two-CoMP是否不小于两倍SINR_no-CoMP，

若是则该用户为第二协作簇CoMP用户，通信时基站在构成第二协作簇的两个扇区内同时向所述第一协作簇的CoMP用户发送信号；

若否则该用户为非CoMP用户，通信时基站向其所在扇区发送信号；

其中，所述第一协作簇由位于不同小区中三相邻扇区构成；

所述第二协作簇由位于不同小区中两相邻扇区构成。

当用户应用于实施例一所述的CoMP协作簇时，需要相应的修改其CoMP用户划分的方法，而本实施例提供了一种优选的、基于用户信噪比的划分方法。所述CoMP用户信噪比的计算如下:

$\mathrm{SINR}=\frac{p_k{\left|H_{m,k}{w}_m\right|}^2+\underset{n\∈C,n\∉m}{\mathrm{\Σ}}{p}_n{\left|H_{n,k}{w}_n\right|}^2}{N_0+\underset{j\∈\mathrm{\γ}}{\mathrm{\Σ}}{p}_j{\left|H_{j,k}\left(t\right)w_j\right|}^2}$

p_k表示基站m对用户k的发送功率，H_m,k(t)为基站m对用户k的信道增益,w_m为基站m向用户k发送的信号的预编码矩阵；

p_n表示协作簇中基站对用户k的发送功率，H_n,k(t)为协作簇中基站n对用户k的信道增益，w_n为基站n向用户k发送的信号的预编码矩阵；

p_j表示协作簇外基站j对用户k的干扰功率，H_j,k(t)为协作簇外基站j对用户k的信道增益，w_j为基站j对用户k的干扰信号的预编码矩阵；

N₀为高斯白噪声；C为协作簇基站的集合，γ为协作簇外基站的集合；

所述非CoMP用户的信噪比的计算如下：

$\mathrm{SIN}{R}_K=\frac{p_k{\left|H_{m,k}{w}_m\right|}^2}{N_0+\underset{j\∈\mathrm{\γ}}{\mathrm{\Σ}}{p}_j{\left|H_{j,k}\left(t\right)w_j\right|}^2+\underset{n\∈C,n\≠m}{\mathrm{\Σ}}{p}_n{\left|H_{n,k}{w}_n\right|}^2}$

p_k为基站m对用户k的发送功率，H_m,k(t)为服务基站m对用户k的信道增益，w_m为基站m向用户k发送的信号的预编码矩阵；

p_n表示协作簇中基站对用户k的干扰功率，H_n,k(t)为协作簇中基站n对用户k的信道增益，w_n为基站n发送的信号的预编码矩阵；

p_j表示协作簇外基站j对用户k的干扰功率，H_j,k(t)为协作簇外基站j对用户k的信道增益，w_j为基站j对用户k的干扰信号的预编码矩阵；

N₀为高斯白噪声；N₀为高斯白噪声；C为协作簇基站的集合，γ为协作簇外基站的集合。

进一步的，用户将划分结果返回给基站，以便于基站根据划分结果进行通信，在本实施例中所述用户为用户端，如用于通信的手机、平板等无线通信设备。

本实施例提供了一种简便易行且划分能优化边缘用户通信质量、提升通信容量、保证频谱资源优化分配的CoMP用户划分方法。

实施例三：

本实施例频谱资源分配方法，用于实施例一所述的CoMP协作簇中，每一小区内的频谱资源分配为第一频谱资源、第二频谱资源以及第三频谱资源；

所述第一频谱资源用于第一协作簇CoMP用户通信；

所述第二频谱资源用于第二协作簇CoMP用户通信；

所述第一频谱资源用于非CoMP用户通信。

对于每一小区内的频谱资源的分配，通常取出特定部分用于中心用户即非CoMP用户的通信，取出部分用于CoMP用户的通信，而本实施例中所述的CoMP用户包括第一协作簇CoMP用户以及第二协作簇CoMP用户，故用于CoMP用户通信的频谱资源相对的分为用于第一协作簇CoMP用户的第一频谱资源以及用于第二协作簇CoMP用户的第二频谱资源。具体的分配比例可以采用下述公式进行调整：

$\mathrm{\α}=\frac{{\mathrm{Num}}_{\mathrm{No}-\mathrm{CoMP}}}{{\mathrm{Num}}_{\mathrm{No}-\mathrm{CoMP}}+{\mathrm{Num}}_{\mathrm{three}-\mathrm{CoMP}}+{\mathrm{Num}}_{\mathrm{two}-\mathrm{CoMP}}}\×\mathrm{\β}$

β为比值因子，Num_No-CoMP为第三频谱资源，Num_three-CoMP为第一频谱资源，Num_two-CoMP为第二频谱资源。在具体的实施过程中，所述比值因子可以刚根据信道的状况设定不同的值，以满足不同需求，实现简单方便。

作为本实施例的进一步的改进，如图4所示，所述的频谱资源分配方法具体包括以下步骤：

步骤1：基站分别计算每一频带上CoMP用户的调度优先因子p_c、第一扇区内的CoMP用户的调度优先因子p₁、第二扇区内的CoMP用户的调度优先因子p₂以及第三扇区内的CoMP用户的调度优先因子p₃；

步骤2：基站判断同一频带的调度优先因子之间是否存在3p_c≥p₁+p₂+p₃，即同一频带上的调度优先因子之间的大小关系是否满足上述判断式；

若存在则该频带为第一频谱资源；

若不存在则进行步骤3：

步骤3：基站判断同一频带的调度优先因子之间是否存在2p_c≥p₁+p₂或2p_c≥p₁+p₃或2p_c≥p₂+p₃，即同一频带上的调度优先因子之间的大小关系是否至少满足上述判断式其中之一；

若存在则该频带为第二频谱资源；

若不存在则该频带为第三频谱资源；

其中所述CoMP用户包括第一协作簇CoMP用户以及第二协作簇CoMP用户。

在具体的实施过程中，对每一频带均进行上述步骤1至步骤3直至所有频带的划分结束。

本实施例提供了基于实施例一所述的CoMP协作簇提供了一种优选的频谱资源分配方法。

进一步地，所述的频谱资源分配方法，其特征在于，所述步骤1中采用比例公平算法计算p_c、p₁、p₂以及p₃。PF算法为技术成熟的算法，实现简便快捷，详细内容就不在此赘述。

进一步的，所述频谱资源分配方法为周期性的动态频谱分配方法。小区内的用户的移动、出入、信道质量的变更都会对通信质量、通信容量造成一定的影响，为了获得更好的通信质量和通信容量，故采用动态分配，周期性的更新频谱的分配方案。

在19个正六边形的小区中，每三个彼此相邻的小区中至少由两个小区中的三个相邻扇区构成一个第一协作簇、三个小区中任意两相邻的扇区的可构成第二协作簇，两小区间的基站的距离为500m，采用的通信频率为2GHZ，通信带宽为10MHZ,分为50个隔离的频带，每个频带内设有12个子载波，每个扇区内设有10各用户，用户的平均移动速度为3km/h，发送天线以及接收天线的数据均为2。并采用本发明所述的用户划分方法进行用户是否为CoMP用户的划分，采用本发明所述的频谱资源分配方法进行频谱资源的分配，通过仿真以及与传统方法的对比得到了如图5-图6所示的效果图。

图5为本发明所述的CoMP协作簇在本发明频谱资源分配方法的频谱分配下通信容量与传统的CoMP协作簇在轮询调度方法的下通信容量的比较图；

图6为本发明所述的CoMP协作簇在本发明频谱资源分配方法的频谱分配下通信容量、传统CoMP协作簇在频谱固定分配方法以及传统CoMP协作簇在频谱轮询调度方法下通信容量的比较图。

故从图5-图6可知，本发明在保证非CoMP用户获得了固定频谱资源分配外，还根据信道选择了最优的频谱分配发方法，有效的提高了用户吞吐量，优化了资源利用率。

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，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种CoMP协作簇，设置在三个相邻的小区内；每一所述小区以基站为中心等分为三个扇区，其特征在于，包括第一协作簇以及第二协作簇；

所述第一协作簇由位于不同所述小区的三相邻扇区构成；基站在构成第一协作簇的三个扇区内同时向所述第一协作簇的CoMP用户发送信号；

所述第二协作簇由位于不同小区中两相邻扇区构成；基站在构成第二协作簇的两个扇区内同时向所述第二协作簇的CoMP用户发送信号。

2.根据权利要求1所述的CoMP协作簇，其特征在于，所述小区为六边形小区；所述基站上设有分别朝向三个扇区的智能天线矩阵。

3.一种CoMP用户划分方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：用户根据接收的信号分别计算其在非CoMP通信模式下的信噪比SINR_no-CoMP以及在第一协作簇的CoMP通信模式下的信噪比SINR_three-CoMP；

步骤S2：用户判断SINR_three-CoMP是否不小于三倍SINR_no-CoMP，

若是则其为第一协作簇CoMP用户，通信时基站在构成第一协作簇的三个扇区内同时向所述第一协作簇的CoMP用户发送信号,

若否则进入步骤S3;

步骤S3：用户计算在第二协作簇的CoMP通信模式下的信噪比SINR_two-CoMP；

步骤S4：用户判断SINR_two-CoMP是否不小于两倍SINR_no-CoMP，

若是则该用户为第二协作簇CoMP用户，通信时基站在构成第二协作簇的两个扇区内同时向所述第一协作簇的CoMP用户发送信号,

若否则该用户为非CoMP用户，通信时基站向其所在扇区发送信号；

其中，所述第一协作簇由位于不同小区中三相邻扇区构成；

所述第二协作簇由位于不同小区中两相邻扇区构成。

4.根据权利要求3所述的CoMP用户划分方法，其特征在于，还包括步骤S5：

用户将划分结果返回基站。

5.一种频谱资源分配方法，用于权利要求1所述的CoMP协作簇中，其特征在于，每一小区内的频谱资源分配为第一频谱资源、第二频谱资源以及第三频谱资源；

所述第一频谱资源用于第一协作簇CoMP用户通信；

所述第二频谱资源用于第二协作簇CoMP用户通信；

所述第一频谱资源用于非CoMP用户通信。

6.根据权利要求5所述的频谱资源分配方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：基站分别计算每一频带上CoMP用户的调度优先因子p_c、第一扇区内的CoMP用户的调度优先因子p₁、第二扇区内的CoMP用户的调度优先因子p₂以及第三扇区内的CoMP用户的调度优先因子p₃；

步骤2：基站判断同一频带的调度优先因子之间是否存在3p_c≥p₁+p₂+p₃，

若存在则该频带为第一频谱资源；

若不存在则进行步骤3：

步骤3：基站判断同一频带的调度优先因子之间是否存在2p_c≥p₁+p₂或2p_c≥p₁+p₃或2p_c≥p₂+p₃，

若存在则该频带为第二频谱资源；

若不存在则该频带为第三频谱资源；

其中所述CoMP用户包括第一协作簇CoMP用户以及第二协作簇CoMP用户。

7.根据权利要求6所述的频谱资源分配方法，其特征在于，所述步骤1中采用比例公平计算p_c、p₁、p₂以及p₃。

8.根据权利要求5-7任一项所述的频谱资源分配方法，其特征在于，所述频谱资源分配方法为周期性的动态频谱分配方法。

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