CN103414505A - 一种具有模式切换的lte家庭基站用户配对方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有模式切换的LTE家庭基站用户配对方法,按调度周期进行用户配对,每个调度周期采用轮询方法选取一个未配对的家庭基站用户HUE作为配对用户组的第一个用户;根据跨层干扰大小选择层内与HUE配对或跨层与宏基站用户MUE配对,在保证误比特率的前提下进行最大化配对;配对完成,家庭基站通知所有参与配对用户在下个调度周期发送数据。本发明采用信干比阈值判定的方式自适应选择与HUE的层内配对或与MUE的跨层配对,平均误比特率的未超过误比特率增长控制系数时继续增加配对用户,进一步提高了有限频带的信道利用率,在保证误码率的前提下,利用家庭基站缓解宏基站工作压力。
Description
技术领域
本发明涉及到无线通信接收技术领域,具体涉及一种具有模式切换的LTE家庭基站用户配对方法。
背景技术
据调查,超过50%的语音业务和超过70%的数据业务发生在室内环境中,包括家里、办公室、咖啡厅、购物广场等。但是,由于墙壁的穿透损耗,宏基站网络难以很好地满足室内通信的需求。为解决这一问题,利用家庭基站(femtocell)辅助宏基站通信的技术应运而生了。家庭基站又称毫微微小区,在LTE***中称为Home eNode B,简称HeNB。家庭基站是一种小型低功率基站,覆盖范围为10-50m,主要用于解决室内覆盖问题,具有接入简单、低功耗、低成本等特点。家庭基站通过数字用户线路(DSL)或光纤等宽带方式接入到电信运营商的网络。
家庭基站支持的用户数量为4至8个。上行链路的传输中采用虚拟多输入多输出(Virtual MIMO,Virtual Multiple Input Multiple Output)技术。即将多个不同用户的单天线组合在一起,同一时间发射信号,与家庭基站的多根接收天线构成虚拟MIMO,在接收端看来发射端就相当于单个用户配置有多天线一样,故称为虚拟MIMO。既然虚拟MIMO是让不同用户同时发射信号,那么不同的用户配对方式便会产生的不同的***性能。另外,由于目前业界广泛关注的频率资源分配方案是部分共信道配置,即宏基站(MeNB)和家庭基站共用部分频带,共信道干扰成为一个亟待解决的问题。当HeNB与MeNB工作在相同的频带上时,宏基站用户(MUE)对HeNB会造成干扰。HeNB接收机除了接收到家庭基站用户(HUE)的有用信号之外,还会接收到来自MUE的干扰信号,称为跨层干扰。当MUE的发射功率较小以至于对HeNB的干扰可以忽略不计时,主要考虑femtocell中各HUE相互间的共道干扰,在HUE之间进行用户配对,这里简称层内配对;当MUE功率较大而对HeNB产生较强干扰,此时须考虑来自MUE的跨层干扰问题而在HUE和MUE间进行用户配对,简称跨层配对。因此,研究家庭基站中用户的配对问题很有必要。一个优良的、干扰自适应的HeNB用户配对方法,将使***的误码率(BER)性能得到很大的改善。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于克服现有技术的不足提供一种具有模式切换的LTE家庭基站用户配对方法。
技术方案:本发明所述的具有模式切换的LTE家庭基站用户配对方法,按调度周期进行用户配对,每个调度周期执行如下步骤:
(1)采用轮询方法选取一个未配对的家庭基站用户HUE作为配对用户组的第一个用户;
(2)根据跨层干扰大小选择层内与HUE配对或跨层与宏基站用户MUE配对;
(3)比较已加入配对用户组的用户数Nq与接收天线数NR的大小,若Nq<NR,执行步骤(4);否则执行步骤(5);
(4)比较配对用户平均误比特率的增长率η(i)与误比特率增长控制系数ηc的大小,若η(i)≤ηc,令i=i+1并通过跨层配对继续下一轮配对;否则执行步骤(5);
(5)配对完成,家庭基站通知所有参与配对用户在下个调度周期发送数据。
SA-BPS算法寻找配对天线组的方法如下:
其中,Q是N×1的配对指示向量,N为家庭基站内包括HUE和MUE在内所有用户数量;是所有可能的指示向量的集合;表示整个配对过程中用户平均误比特率的变化,qn为第n个用户配对指示向量Q(n)的对应元素。
配对指示向量Q的第n个元素qn满足:若第n个用户的天线被选作配对,则qn=1,否则,qn=0;还需满足条件:
NR是家庭基站接收天线的数量。
其中Nmin指调制图中每个星座点的相邻星座点数量的平均值。M0表示调制图中星座点的个数。系数ξ=3/(R(M0-1)),其中R表示码率。Gc为信道编码增益。为无偏信干噪比,表示为:
其中,是信号的方差。是误差的方差,满足下面的公式:
其中0≤m≤M–1,M为子载波数量。H[m]为第i轮配对中,参与配对的用户在子载波m上的频域信道矩阵,是噪声方差。
步骤(2)选取配对方式如下:
当实际信干比高于临界信干比时家庭基站选择层内配对模式,即家庭基站在未配对的HUE中选取一个用户加入配对用户组,使平均误比特率的增长最小化;选取用户后,令配对指示向量Q(i)中的元素其中ni表示第i轮配对所选的HUE的序号;
当实际信干比低于临界信干比时家庭基站选择跨层配对模式,即家庭基站在未配对的MUE中选取一个用户加入配对用户组,使平均误比特率的增长最小化;选取用户后,令配对指示向量Q(i)中的元素其中ni表示第i轮配对所选的MUE的序号。
步骤(3)中Nq需满足:
Nq为已加入配对用户组的用户数,N0表示HeNB中所有HUE用户的数量,qn为第n个用户配对指示向量Q(n)的对应元素。
有益效果:1、本发明采用信干比阈值判定的方式自适应选择与HUE的层内配对或与MUE的跨层配对,平均误比特率的未超过误比特率增长控制系数时继续增加配对用户,进一步提高了有限频带的信道利用率,在保证误码率的前提下,利用家庭基站缓解宏基站工作压力。2、采用轮询配对方式配对保证用户不会被遗漏。3、根据指向向量Q与配对过程中用户平均误比特率的变化相关算法,通过指向向量Q决定是否与下一用户进行配对,直接的反应平均误比特率的变化与配对用户的关系,平均误比特率可控制在阈值内。4、一组配对用户应不超过用户组中的全部接收天线,以防止外界的杂波频率干扰。5、通过实际信干比与临界信干比关系选择层内配对跨层配对更加直观,流程上更简洁。6、已加入配对用户组的用户数与指向向量为1的用户集合相同,进一步校准配对,确保不会被其他外界杂波频率干扰。
附图说明
图1为具有模式切换的LTE家庭基站用户配对算法流程图;
图2为干扰功率服从[PM–5,PM+5]均匀分布场景下的模式切换性能;
图3为干扰功率服从[PM–10,PM+10]均匀分布场景下的模式切换性能;
图4为干扰功率服从[PM–20,PM+20]均匀分布场景下的模式切换性能。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
本发明所述具有模式切换的LTE家庭基站用户配对方法,按调度周期进行用户配对。实施例的仿真场景中,HeNB和MeNB之间采用了CoMP技术相互交换信道信息和调度决策信息。假设HUE和MUE的数量均为8个。仿真场景设置为femtocell的低信道相关性场景。其它仿真参数见表1。
表1 仿真参数
参数 | 设置 |
HUE数量 | 8 |
MUE数量 | 8 |
HUE的发射天线数 | 1 |
HeNB的接收天线数 | 2 |
***带宽 | 20MHz |
子载波间隔 | 15kHz |
采样频率 | 30.72MHz |
载波频率 | 2GHz |
总子载波数 | 2048 |
用户子载波数 | 1200 |
信道模型 | 基于3GPP EPA的femtocell信道 |
层内配对的调制方式 | QPSK |
跨层配对的调制方式 | 16QAM |
编码方式 | Turbo 1/3 |
信道估计 | 理想 |
噪声功率 | -14dB |
误比特率增长控制系数 | 0.1 |
在不同跨层干扰功率条件下分别取一个调度周期的数据进行比较,每个调度周期执行如下步骤:
(1)采用轮询方法选取一个未配对的家庭基站用户HUE作为配对用户组的第一个用户;
(2)根据跨层干扰大小选择层内与HUE配对或跨层与宏基站用户MUE配对;
(3)比较已加入配对用户组的用户数Nq与接收天线数NR的大小,若Nq<NR,执行步骤(4);否则执行步骤(5);
(4)比较配对用户平均误比特率的增长率η(i)与误比特率增长控制系数ηc的大小,若η(i)≤ηc,令i=i+1并通过跨层配对继续下一轮配对;否则执行步骤(5);
(5)配对完成,家庭基站通知所有参与配对用户在下个调度周期发送数据。
图2、图3和图4是不同跨层干扰功率分布下的配对算法模式切换的仿真性能图。图2、图3和图4中各MUE的跨层干扰功率都满足均匀分布且均值同为PM=0dB,但方差不同,三种仿真场景中跨层干扰功率的分布区间分别为[PM–5,PM+5]、[PM–10,PM+10]和[PM–20,PM+20],单位为dB,其功率参考值为HUE的平均发射功率。在三张仿真图中得到了不同的临界信干比分别为12dB、17.5dB和23.8dB。即当实际信干比大于临界信干比时HeNB选择层内配对模式,当实际信干比小于临界信干比时HeNB切换成跨层配对模式。以这种方式进行配对模式切换,可以使***在保证误比特率性能的前提下获得较高的配对效率。
如上所述,尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明,但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下,可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (5)
1.一种具有模式切换的LTE家庭基站用户配对方法,其特征在于:按调度周期进行用户配对,每个调度周期执行如下步骤:
(1)采用轮询方法选取一个未配对的家庭基站用户HUE作为配对用户组的第一个用户;
(2)根据跨层干扰大小选择层内与HUE配对或跨层与宏基站用户MUE配对;
(3)比较已加入配对用户组的用户数Nq与接收天线数NR的大小,若Nq<NR,执行步骤(4);否则执行步骤(5);
(4)比较配对用户平均误比特率的增长率η(i)与误比特率增长控制系数ηc的大小,若η(i)≤ηc,令i=i+1并通过跨层配对继续下一轮配对;否则执行步骤(5);
(5)配对完成,家庭基站通知所有参与配对用户在下个调度周期发送数据。
5.根据权利要求4所述具有模式切换的LTE家庭基站用户配对方法,其特征在于:步骤(3)中Nq需满足:
Nq为已加入配对用户组的用户数,N0表示HeNB中所有HUE用户的数量,qn为第n个用户配对指示向量Q(n)的对应元素。
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