CN104219709A - 一种针对lte-a comp协作集合的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，根据路损，将用户所在的服务小区和服务小区的邻区划分候选协作样式集；用户根据上报邻区列表，并根据邻区列表判断用户是否为边缘用户；确定邻区列表中的非协作元素，并将候选协作样式集中非协作元素删除形成优化协作集；分别计算优化协作集中各样式集的信噪比，并选择具有最大信噪比的样式集作为最优协作集；当最优协作集中的样式小于1时，放弃协作，当最优协作集中的样式大于等于1时，协作选择完成。本发明通过半动态协作集合选择方式，解决LTE-A***多点协作过程中协作小区的选择问题，改善边缘用户的性能和小区用户的平均性能。

Description

一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法

技术领域

本发明涉及移动通信长期演进(LTE-A)***技术领域，具体地指一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法。

背景技术

近年来，随着移动通信技术的发展，尽管通信***对无线通信业务的支持能力有了明显的提高，同时用户对高速率、高质量的多媒体业务也有了更高的需求。因此，在下一代移动通信技术的研究中，对频谱效率、传输速率、***吞吐量和小区边缘性能等方面也提出了更高的要求。

LTE-A***采用同频组网技术，OFDM的接入方式使小区内用户的信息承载在相互正交的不同子载波上，有效避免了小区内用户间的多址干扰，但是小区间干扰无法抑制。对于小区边缘用户而言，有用信号强度小，同时来自相邻小区的干扰信号强度大，这限制了小区边缘用户的信噪比(SINR)，导致其吞吐量下降，使得边缘用户得不到满意的服务质量，严重制约了***性能和***公平性的提高。因此，小区间干扰抑制成为了LTE-A***中亟待解决的问题。

协作多点(CoMP)传输技术能有效改善小区边缘用户性能，提高***吞吐量，在近年来引起了业界的广泛关注和研究，并成为3GPPLTE-Advanced标准化工作的重要研究项目之一。

协作集合的选择主要有静态协作方式以及动态协作方式。静态协作集合是根据一定的准则固定地选择几个eNodeB进行协作，一般是选择干扰较大的几个eNodeB，静态协作方式在网络设计时已经将协作集合按固定的形式划分，用户在接入其主服务小区后，已经根据小区的位置和网络的规划进入了一个固定的协作区域中。静态协作方式实现简单，对于用户位置变化，不能够很好地做到协作集的切换。

动态协作方式则是每个用户根据信道状态，选择若干个适合的基站组成协作集合，随着用户位置的变化，需要对所选择协作的基站进行动态更新。网络侧需要知道每一个协作用户选择了哪些基站作为协作集合，并且需要定时跟踪用户协作集合的变化情况，做到实时更新和维护，***实现的复杂性将大大提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有协作集合选择方式中静态协作方式不适用于用户位置变化、动态协作方式***复杂度比较大的缺陷，提出了一种半动态协作集合选择方式，用以解决LTE-A***多点协作过程中协作小区的选择问题，改善边缘用户的性能和小区用户的平均性能。

为实现上述目的，本发明所设计的一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，包括如下步骤：

1)根据路损，将用户所在的服务小区和服务小区的邻区划分候选协作样式集；

2)所述用户上报邻区列表，并根据邻区列表判断所述用户是否为边缘用户，若所述用户为非边缘用户，放弃协作，若所述用户为边缘用户，转步骤3)；

3)确定所述邻区列表中的非协作元素，并将所述候选协作样式集中非协作元素删除形成优化协作集；

4)分别计算优化协作集中各样式的信噪比，并选择具有最大信噪比的样式集作为最优协作集；

5)当最优协作集中的样式小于1时，放弃协作，当最优协作集中的样式大于等于1时，协作选择完成。

优选地，所述步骤1)中候选协作样式集为静态协作集合，其触发和启动是由网络侧发起的。所述候选协作样式集中的样式为三个元素一组。

优选地，所述步骤2)中所述用户上报邻区列表的具体步骤为：依次判断用户是否满足服务小区的每个邻区进入36.331协议A3事件的条件，如果满足则该邻区列入邻区列表，如果不满足则忽略。所述进入36.331协议A3事件的条件为邻区参考信号的接收功率RSRP的测量结果Mn减去该事件的滞后参数Hys的结果大于服务小区的RSRP测量结果Ms加上该事件的偏移参数Off，即Mn-Hys>Ms+Off；所述A3事件的离开条件为邻区的RSRP测量结果Mn，加上该事件的滞后参数Hys后的结果大于服务小区的RSRP测量结果Ms加上该事件的偏移参数Off，即Mn+Hys<Ms+Off。

优选地，所述步骤3)中所述非协作元素为邻区列表中X2接口传输超负载的元素或\和传输点的信号时延大于循环长度CP的元素。

优选地，所述步骤4)中信噪比的计算公式为：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{CoMP}-C_k}=\frac{{\left|W_k^b{H}_k^b\right|}^2+\underset{i\&Element;C_k,i\&NotEqual;b}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|W_k^i{H}_k^i\right|}^2}{\underset{k\&NotEqual;k^{/}}{\underset{j\&Element;c,c\&NotEqual;C_k}{\underset{--}{\mathrm{\&Sigma;}}}}{\left|W_{k^{/}}^j{H}_k^j\right|}^2+N_0}$

其中：k为用户，k^/是协作集合中的其他用户，C_k为优化协作集，为候选协作样式集中基站b到用户k的信道矩阵，W_k ^b为用户k数据矢量的联合预编码矩阵，W_k ⁱ为用户i数据矢量的联合预编码矩阵，为用户k^/数据矢量的联合预编码矩阵，N₀为高斯白噪声是候选样式集中其它基站i到用户k的信道矩阵，是基站群中非候选样式集中的基站j到用户k的信道矩阵，C为整个基站簇。

本发明的原理如下：

1、建立***模型

虚拟MIMO***的混合信道矩阵为：

$H={\left[\begin{array}{cccc}{H}_1^{b^T}& H_2^{b^T}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& H_k^{b^T}\end{array}\right]}^T---\left(1\right)$

指的是小区协作中的用户组中基站b到用户k的信道矩阵，是的转置矩阵，见图1。用户k的数据矢量矩阵为X_k，具体公式如下：

$X_k=\left[\begin{array}{cccc}{x}_{k,1}& x_{k,2}& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& x_{k,L_k}\end{array}\right]---\left(\text{2}\right)$

L_k为用户k的层数，用户k是属于协作用户集C_k，用户k数据矢量的联合预编码矩阵为W_k ^b。k用户接收的信号，y_k为信道矩阵乘以预编码矩阵再乘以接收的用户数据矢量，具体公式表示如下：

$y_k=H_k^b{W}_k^b{x}_k+\underset{i\&Element;C_k,i\&NotEqual;b}{\mathrm{\&Sigma;}}{H}_k^i{W}_k^i{x}_k+\underset{k\&NotEqual;k^{/}}{\underset{j\&Element;c,c\&NotEqual;C_k}{\underset{--}{\mathrm{\&Sigma;}}}}{H}_k^j{W}_{k^{/}}^j{x}_k+n_k---\left(3\right)$

其中第二项为协作集内其他用户信号对k用户的干扰，第三项为非协作集内其他用户信号对k用户的干扰，n_k指的是方差为的高斯白噪声。因此在没有协作时，信噪比SINR可以表示为：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{NC}}=\frac{{\left|W_k^b{H}_k^b\right|}^2}{\underset{i\&Element;C_k,i\&NotEqual;b}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|W_k^i{H}_k^i\right|}^2+\underset{k\&NotEqual;k^{/}}{\underset{j\&Element;c,c\&NotEqual;C_k}{\underset{--}{\mathrm{\&Sigma;}}}}{\left|W_{k^{/}}^j{H}_k^j\right|}^2+N_0}---\left(4\right)$

采用小区间合作可以把干扰信号变成有用信号，因此公式可以表示为：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{CoMP}-C_k}=\frac{{\left|W_k^b{H}_k^b\right|}^2+\underset{i\&Element;C_k,i\&NotEqual;b}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|W_k^i{H}_k^i\right|}^2}{\underset{k\&NotEqual;k^{/}}{\underset{j\&Element;c,c\&NotEqual;C_k}{\underset{--}{\mathrm{\&Sigma;}}}}{\left|W_{k^{/}}^j{H}_k^j\right|}^2+N_0}---\left(5\right)$

2、协作用户的选择

测量配置中的报告配置是基于A3事件的周期性触发上报，当用户服务小区的测量结果满足事件触发条件，则进行测量结果上报，如图2所示。在不考虑邻区和服务小区的频率偏置和小区特定偏置的情况下，进入A3事件的条件是：邻区RSRP的测量结果Mn，减去该事件的滞后参数Hys(Hys为了限制事件触发报告的个数设定的参数)的结果大于服务小区的RSRP测量结果Ms加上该事件的偏移参数Off；离开A3事件的条件是：邻区的RSRP测量结果Mn，加上该事件的滞后参数Hys后的结果大于服务小区的RSRP测量结果Ms加上该事件的偏移参数Off。具体的进入和离开这个事件的条件如下所示：

进入这个事件的条件：Mn-Hys>Ms+Off  (6)

离开这个事件的条件：Mn+Hys<Ms+Off  (7)

如果服务小区的测量值满足进入这个事件的条件，并且持续Time-To-Trigger时间，则进行测量上报。

根据A3事件测量上报，当上报的小区列表为空时，该用户为中心用户，不需要进行多点协作；当上报的小区列表非空时，该用户为边缘用户，针对该用户进行协作集合的选择。

3、协作集合的选择

3.1、静态划分协作集合

网络侧根据路损将用户所在的服务小区和相邻的小区固定分为几种最大可能的候选样式集，根据协议3GPP TR25.942中的定义，具体的路损公式如下：

L＝40×(1-4×10^-3Δh_b)log₁₀(R)-18×log₁₀(Δh_b)+21×log(f)+80dB  (8)

R是用户和基站之间的距离(Km)，f是载波频率(Hz)，Δh_b是基站天线高度和建筑物平均高度的相对高度(Km)。

3.2、协作集合Φ确定

当用户被确定为边缘用户时，Φ为边缘用户上报的小区集合，即协作簇。根据邻区上报的RSRP(参考信号的接收功率)排列顺序，服务小区根据上报的小区中当前的X2口(X2接口实现eNB之间的互连，相当于是基站与基站的接口)的传输负载比较大或者传输点的信号时延大于循环长度CP，删除一部分候选小区，缩小候选小区Φ的范围。

3.3、协作集的选择

分别计算协作集合样式集的选择最大的的样式集作为整个候选集合，该集合中的小区作为协作小区；计算所述区域内的计算公式如下：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{CoMP}-C_k}=\frac{{\left|W_k^b{H}_k^b\right|}^2+\underset{i\&Element;C_k,i\&NotEqual;b}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|W_k^i{H}_k^i\right|}^2}{\underset{k\&NotEqual;k^{/}}{\underset{j\&Element;c,c\&NotEqual;C_k}{\underset{--}{\mathrm{\&Sigma;}}}}{\left|W_{k^{/}}^j{H}_k^j\right|}^2+N_0}---\left(9\right)$

其中：k为用户，C_k为优化协作集，为候选协作样式集中基站b到用户k的信道矩阵，W_k ^b为用户k数据矢量的联合预编码矩阵，W_k ⁱ为用户i数据矢量的联合预编码矩阵，为用户k^/数据矢量的联合预编码矩阵，N₀为高斯白噪声。是候选样式集中其它基站i到用户k的信道矩阵，是基站群中非候选样式集中的基站j到用户k的信道矩阵，k^/是协作集合中的其他用户。C为整个基站簇。

本发明的优点在于：克服现有技术中静态协作方式不适用于用户位置变化以及动态协作方式***复杂度比较大的缺陷，采用半动态协作方式。半动态协作方式在***的技术实现复杂性和协作的灵活性之间做了折中，可以针对用户的位置变化实现协作集合的切换，同时解决了动态协作集合选择中实时更新的问题，实现了减小***复杂度同时提高边缘用户吞吐量和***平均吞吐量。

附图说明

图1为小区间干扰模型。

图2为A3时间上报模式图。

图3为本发明实施例中19个小区网络结构拓扑图。

图4为本发明选择方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，以19个小区为例的具体实施例如下，其小区网络结构拓扑图如图3所示。如图4所示，本发明包括如下步骤：

1)根据路损，将用户所在的服务小区和服务小区的邻区划分候选协作样式集。候选协作样式集为静态协作集合，其触发和启动是由网络侧发起的。每三个元素分为一组，三个元素分别为服务小区和两个邻区。

以小区2中的一个用户UE1为例，根据路损，网络侧将服务小区2的邻区静态分为{1、2、3}、{1、2、6}、{2、7、9}、{2、6、7}、{2、3、7}、{2、9、10}和{2、3、10}等几种候选协作样式集，其中包含了全部站点内的小区协作，部分站点内的小区协作和站点间的小区协作，针对不同的用户，静态分布的邻区协作样式集不完全相同。

2)依次判断用户UE1是否满足服务小区的每个邻区进入36.331协议A3事件的条件，如果满足则该邻区列入邻区列表，如果不满足则忽略。进入36.331协议A3事件的进入条件为邻区参考信号的接收功率RSRP的测量结果Mn减去该事件的滞后参数Hys的结果大于服务小区的RSRP测量结果Ms加上该事件的偏移参数Off，即Mn-Hys>Ms+Off，A3事件的离开条件为邻区的RSRP测量结果Mn，加上该事件的滞后参数Hys后的结果大于服务小区的RSRP测量结果Ms加上该事件的偏移参数Off，即Mn+Hys<Ms+Off。

判断用户UE1是否为边缘用户，是否适合参与多点协作。当上报的邻区列表为空时，此时该用户为中心用户，已经具有较好的性能，不需要参与多点协作；当上报的邻区列表非空时，该用户为边缘用户，可以对用户进行协作小区的选择。

3)确定所述邻区列表中的非协作元素，并将所述候选协作样式集中非协作元素删除形成优化协作集。当用户UE1被确定为边缘用户时，Φ为边缘用户上报的小区集合。本次假设Φ包括{1、3、6、7、9、10}，删除当前的X2口的传输负载比较大的小区，例如3、6；删除上报的小区中传输点的信号时延大于循环长度CP，例如10。则非协作元素包括3、6、10。候选邻小区Φ的范围缩小为{1、7、9}。

确定非协作元素为3、6、10，因此在候选协作样式集{1、2、3}、{1、2、6}、{2、3、7}、{2、6、7}、{2、9、10}中删除元素3、6、10，形成优化协作集{1、2}、{2、7}、{2、9}、{2、7、9}。

4)分别计算优化协作集中各样式的信噪比值，并选择具有最大信噪比的样式集作为最优协作集。

信噪比值的计算公式为：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{CoMP}-C_k}=\frac{{\left|W_k^b{H}_k^b\right|}^2+\underset{i\&Element;C_k,i\&NotEqual;b}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|W_k^i{H}_k^i\right|}^2}{\underset{k\&NotEqual;k^{/}}{\underset{j\&Element;c,c\&NotEqual;C_k}{\underset{--}{\mathrm{\&Sigma;}}}}{\left|W_{k^{/}}^j{H}_k^j\right|}^2+N_0}$

其中：k为用户，k^/是协作集合中的其他用户，C_k为优化协作集，为候选协作样式集中基站b到用户k的信道矩阵，W_k ^b为用户k数据矢量的联合预编码矩阵，W_k ⁱ为用户i数据矢量的联合预编码矩阵，为用户k^/数据矢量的联合预编码矩阵，N₀为高斯白噪声。是候选样式集中其它基站i到用户k的信道矩阵，是基站群中非候选样式集中的基站j到用户k的信道矩阵，C为整个基站簇。

分别计算优化协作集{1、2}、{2、7}、{2、9}、{2、7、9}的信噪比值。因在候选协作样式集{1、2、3}、{1、2、6}、{2、3、7}、{2、6、7}、{2、9、10}中删除元素3、6、10，形成优化协作集{1、2}、{2、7}、{2、9}，因此计算{1、2}、{2、7}、{2、9}两元素的{2、7、9}三个元素而{2、7}、{2、9}是集合{2、7、9}的子集，协作效果差于{2、7、9}，本例选择只计算{2、7、9}三个元素综上所述，本例计算样式集{2、7、9}和{1、2}的经计算{1、2}的优于{2、7、9}的本例选择的协作样式集为{1、2}，因此小区2的协作小区为小区1。

5)当最优协作集中的样式小于1时，放弃协作，当最优协作集中的样式大于等于1时，协作选择完成。本例完成协作，当遇特殊情况时放弃协作。情况如下：由于第三步删除的非协作元素导致第四步计算协作集合时，Φ数目小于1，或者上报的小区没有第三步静态划分集合中的任何一个小区，则该用户放弃多点协作。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)根据路损，将用户所在的服务小区和服务小区的邻区划分候选协作样式集；

2)所述用户根据上报邻区列表，并根据邻区列表判断所述用户是否为边缘用户，若所述用户为非边缘用户，放弃协作，若所述用户为边缘用户，转步骤3)；

3)确定所述邻区列表中的非协作元素，并将所述候选协作样式集中非协作元素删除形成优化协作集；

4)分别计算优化协作集中各样式的信噪比，并选择具有最大信噪比的样式集作为最优协作集；

5)当最优协作集中的样式小于1时，放弃协作，当最优协作集中的样式大于等于1时，协作选择完成。

2.根据权利要求1所述的一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，其特征在于：所述步骤2)中所述用户上报邻区列表的具体步骤为：依次判断用户是否满足服务小区的每个邻区进入36.331协议A3事件的条件，如果满足则该邻区列入邻区列表，如果不满足则忽略。

3.根据权利要求1所述的一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，其特征在于：所述步骤3)中所述非协作元素为邻区列表中X2接口传输超负载的元素。

4.根据权利要求1所述的一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，其特征在于：所述步骤3)中所述非协作元素为邻区列表中传输点的信号时延大于循环长度CP的元素。

5.根据权利要求1所述的一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，其特征在于：所述步骤3)中所述非协作元素为邻区列表中X2接口传输超负载的元素或\和传输点的信号时延大于循环长度CP的元素。

6.根据权利要求1所述的一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，其特征在于：所述步骤1)中候选协作样式集为静态协作集合，其触发和启动是由网络侧发起的。

7.根据权利要求1所述的一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，其特征在于：所述步骤4)中信噪比的计算公式为：

${\mathrm{SINR}}_{\mathrm{CoMP}-C_k}=\frac{{\left|W_k^b{H}_k^b\right|}^2+\underset{i\&Element;C_k,i\&NotEqual;b}{\mathrm{\&Sigma;}}{\left|W_k^i{H}_k^i\right|}^2}{\underset{k\&NotEqual;k^{/}}{\underset{j\&Element;c,c\&NotEqual;C_k}{\underset{--}{\mathrm{\&Sigma;}}}}{\left|W_{k^{/}}^j{H}_k^j\right|}^2+N_0}$

其中：k为用户，C_k为优化协作集，为候选协作样式集中基站b到用户k的信道矩阵，W_k ^b为用户k数据矢量的联合预编码矩阵，W_k ⁱ为用户i数据矢量的联合预编码矩阵，为用户k^/数据矢量的联合预编码矩阵，N₀为高斯白噪声，是候选样式集中其它基站i到用户k的信道矩阵，是基站群中非候选样式集中的基站j到用户k的信道矩阵，k^/是协作集合中的其他用户。C为整个基站簇。

8.根据权利要求2所述的一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，其特征在于：所述进入36.331协议A3事件的条件为邻区参考信号的接收功率RSRP的测量结果Mn减去该事件的滞后参数Hys的结果大于服务小区的RSRP测量结果Ms加上该事件的偏移参数Off，即Mn-Hys>Ms+Off；所述A3事件的离开条件为邻区的RSRP测量结果Mn，加上该事件的滞后参数Hys后的结果大于服务小区的RSRP测量结果Ms加上该事件的偏移参数Off，即Mn+Hys<Ms+Off。

9.根据权利要求6所述的一种针对LTE-A COMP协作集合的选择方法，其特征在于：所述候选协作样式集中的样式为三个元素一组。