CN108768602B - 独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈csi的方法 - Google Patents

独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈csi的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108768602B
CN108768602B CN201810449990.5A CN201810449990A CN108768602B CN 108768602 B CN108768602 B CN 108768602B CN 201810449990 A CN201810449990 A CN 201810449990A CN 108768602 B CN108768602 B CN 108768602B
Authority
CN
China
Prior art keywords
csi
base station
user
channel
sub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810449990.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108768602A (zh
Inventor
单杭冠
覃涛杰
余官定
黄爱苹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201810449990.5A priority Critical patent/CN108768602B/zh
Publication of CN108768602A publication Critical patent/CN108768602A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108768602B publication Critical patent/CN108768602B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/0001—Arrangements for dividing the transmission path
    • H04L5/0003—Two-dimensional division
    • H04L5/0005—Time-frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0048—Allocation of pilot signals, i.e. of signals known to the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0053—Allocation of signaling, i.e. of overhead other than pilot signals
    • H04L5/0055—Physical resource allocation for ACK/NACK
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0053—Allocation of signaling, i.e. of overhead other than pilot signals
    • H04L5/0057—Physical resource allocation for CQI
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0446—Resources in time domain, e.g. slots or frames
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0833—Random access procedures, e.g. with 4-step access
    • H04W74/0841—Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment
    • H04W74/085—Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment collision avoidance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0833—Random access procedures, e.g. with 4-step access
    • H04W74/0841—Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment
    • H04W74/0858—Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment collision detection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0808—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using carrier sensing, e.g. carrier sense multiple access [CSMA]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈CSI的方法，包括：(1)基站对用户反馈的CSI进行接收和反馈时延的计算；(2)基站根据用户上报的CSI和反馈时延通过优化目标模型决策选择给哪些用户下发授权信令反馈CSI。本发明考虑了在LTE‑U独立***与Wi‑Fi***共存时授权用户反馈CSI资源受限的前提，***可依据该资源的多少做出授权反馈CSI用户数的自适应调整；同时考虑了每个用户自己可能不同的效用需求，当吞吐量相关指标为优化目标时，可根据用户已反馈的CSI和反馈时延来优化选择授权反馈CSI的用户来有效提升LTE‑U独立***吞吐量性能。

Description

独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈CSI的 方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈CSI的方法。
背景技术
独立的免许可频段的长期演进(Long term evolution in unlicensed band，LTE-U)是一种在没有许可频段辅助的将传统的LTE部署于免许可频段的技术，可用于提升蜂窝网络容量和缓解许可频段流量增长带来的压力。为了获得较高的频谱利用率，LTE-U独立***可仍然沿用LTE***信道状态信息(Channel state information，CSI)的上报方式：基站先选择授权用户反馈CSI；接收到该授权信令的用户在指定的位置测量信道，再把获得的CSI在上行子帧中指定的位置反馈给基站；基站接收到用户反馈的CSI并推算出该CSI的反馈时延，然后在下行子帧中依据CSI和其时延进行数据传输。在这个过程中，由于数据和信令都是在免许可频段中传输的，这将使其面临多个挑战：
挑战一：为了与Wi-Fi等***公平地共存，国际标准化组织第三代合作伙伴计划(3rd generation partnership project，3GPP)规定LTE-U独立***采用类似于Wi-Fi***的载波侦听LBT(Listenbefore talk)的信道竞争方式接入免许可频段的信道。同时，3GPP还规定每次接入免许可频段信道的时长不能超过规定时长，由此，LTE-U独立***的信令交互和数据传输过程需要多次信道接入才能完成。与LTE***相比，这使LTE-U独立***每次信道接入时刻是不确定的且反馈时延较大。区别于LTE***固定的反馈时延，LTE-U独立***中用户反馈CSI的时延具有随机性，进而影响到基站选择授权用户反馈CSI的决策。
挑战二：为了兼容LTE***时分双工(Time Division Duplexing，TDD)的特性，LTE-U独立***每次信道接入后应在子帧对齐时刻传输信令/数据。因采用LBT的信道接入方式，LTE-U独立***接入信道时刻不一定恰好子帧对齐，从该时刻到子帧对齐时刻，很可能Wi-Fi等***会接入信道，造成LTE-U独立***和其他***间信令/数据传输冲突，冲突的子帧会使LTE-U独立***的基站下发的信令和用户反馈的CSI都可能被冲突而无法成功接收。
在蜂窝***中，专利PCT/US2013/03283公开了一种用户参考信号和信道状态信息反馈的***和方法，为无线通信用信号通知参考信号和CSI反馈提供***和方法实施例。专利PCT/US2016/015464公开了一种用于免许可频段中的LTE的上行链路操作，即使无线发射/接收单元(Wireless transmit/receive unit，WTRU)从辅助小区中接收配置信息，以在上行子帧执行相应操作。专利WO2016/191091A1公开了一种适用于LTE-U***控制域的***、方法和装置，包括传输时间间隔的控制域处理、增强型物理控制信道、非周期CSI上报和非连续接收等操作，且这些操作可以拓展到LTE-U独立***中使用。然而，由于LTE-U独立***的信令在免许可频段中传输且需要与Wi-Fi共享信道，相比于独占信道的LTE***，LTE-U独立***接入信道的时频资源相对较少，从而使得本来就比较稀缺的控制资源进一步减少。上述专利虽然针对蜂窝***提出了各种CSI反馈方案，但没有考虑在授权用户反馈CSI消耗的资源受限的前提下对反馈CSI用户的选择做出设计。
发明内容
鉴于上述，本发明提供了一种独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈CSI的方法，可以明显提升LTE-U独立***的吞吐量。
一种独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈CSI的方法，包括如下步骤：
(1)LTE-U独立***中的基站接收用户已反馈的CSI并在基站接入信道进行下行传输时推算出各用户CSI的反馈时延，进而构建得到CSI矩阵以及反馈时延矩阵；
(2)建立选择授权用户反馈CSI的模型，LTE-U独立***的基站通过优化求解该模型决策选择出下一次授权反馈CSI的用户，从而生成授权信令并发送给各用户；
(3)用户对接收到的授权信令进行解析，对于被选择授权的用户则根据授权信令中相应的时频位置在信道内检测参考信号并获得CSI，进而通过上行子帧将CSI反馈给基站。
进一步地，所述步骤(1)中关于各用户CSI反馈时延的推算是根据授权信令中指定的信道测量时刻与基站给用户实际传输数据时刻的差值进行计算的。
进一步地，所述CSI矩阵的大小为K×S，反馈时延矩阵的大小为K×N，K为当前接入基站的用户数量，S为信道中的子带数量，N为基站最近一次占用信道的子帧数量，CSI矩阵中的元素值为对应用户最近一次反馈信道增益时在对应子带上的CSI，反馈时延矩阵中的元素值为从对应用户最近一次测量获得CSI的时刻至基站最近一次占用信道内对应子帧开始时刻的时延。
进一步地，所述授权信令包含了检测参考信号和反馈CSI两者行为在信道内的时频位置以及基站选择下一次授权反馈CSI的用户名单。
进一步地，所述步骤(2)中建立选择授权用户反馈CSI的模型，具体过程如下：
2.1基站通过侦听Wi-Fi节点的控制帧和数据帧帧头信息，统计当前Wi-Fi节点数量Nw并计算出各Wi-Fi节点的发包概率τw；
2.2基站根据LTE-U独立***的MAC(Medium access control，媒体接入控制)层参数以及步骤2.1中得到的Nw和τw，计算出LTE-U独立***信道竞争时延的概率分布；
2.3根据LTE-U独立***信道竞争时延的概率分布，通过计算获得基站下一次接入信道开始各个子帧被Wi-Fi冲突的概率；
2.4确定基站下一次授权反馈CSI的用户数上限；
2.5根据LTE-U独立***信道竞争时延的概率分布、CSI矩阵以及反馈时延矩阵，评估出各用户在被授权和未被授权反馈CSI两种情况下在基站下一次接入信道开始各子帧中各子带上期望的数据传输速率；
2.6基于上述获得的数据，建立以下模型用于基站选择授权用户反馈CSI；
Figure BDA0001658199510000031
Figure BDA0001658199510000041
其中：
Figure BDA0001658199510000042
表示当自变量为
Figure BDA0001658199510000043
情况下第k个用户的资源分配效用函数，Ik为基站选择授权第k个用户反馈CSI的指示变量且Ik＝0或1，Ik＝1则表示第k个用户被授权反馈CSI，Ik＝0则表示第k个用户未被授权反馈CSI，Nsel为基站下一次授权反馈CSI的用户数上限，
Figure BDA0001658199510000044
为基站下一次接入信道开始第α个子帧的第s个子带预分配给第k个用户的指示变量且
Figure BDA0001658199510000045
或1，
Figure BDA0001658199510000046
则表示基站下一次接入信道开始第α个子帧的第s个子带被分配给第k个用户，
Figure BDA0001658199510000047
则表示基站下一次接入信道开始第α个子帧的第s个子带未被分配给第k个用户，
Figure BDA0001658199510000048
为对应指示变量Ik情况下第k个用户在基站下一次接入信道时通过时频资源预分配期望获得的吞吐量，K为当前接入基站的用户数量，α和s均为自然数且1≤α≤Nd，1≤s≤S，S为信道中的子带数量，Nd为基站下一次占用信道的子帧数量。
进一步地，所述步骤2.1通过以下表达式计算各Wi-Fi节点的发包概率τw：
Figure BDA0001658199510000049
进一步地，所述吞吐量
Figure BDA00016581995100000410
的计算表达式如下：
Figure BDA00016581995100000411
其中：B为信道带宽，pc,α表示基站下一次接入信道开始第α个子帧被Wi-Fi冲突的概率，
Figure BDA00016581995100000412
为对应指示变量Ik情况下第k个用户在基站下一次接入信道开始第α个子帧中第s个子带上期望的数据传输速率。
基于上述技术方案，本发明具有以下有益技术效果：
(1)本发明提出的LTE-U独立***的选择授权用户反馈CSI的方法考虑了在LTE-U独立***与Wi-Fi***共存时授权用户反馈CSI资源受限的前提，***可依据该资源的多少做出授权反馈CSI用户数的自适应调整。
(2)本发明提出的LTE-U独立***的选择授权用户反馈CSI的方法考虑了每个用户自己可能不同的效用需求，当吞吐量相关指标为优化目标时，可根据用户已反馈的CSI和反馈时延来优化选择授权反馈CSI的用户来有效提升LTE-U独立***吞吐量性能。
附图说明
图1为本发明LTE-U独立***基站和用户进行信令和CSI交互的流程图。
图2为本发明LTE-U独立***基站接收CSI和下发授权信令的流程示意图。
图3为本发明LTE-U独立***基站选择授权反馈CSI用户的模型构建流程示意图。
图4为本发明LTE-U独立***与Wi-Fi共存的模型示意图。
图5为本发明LTE-U独立***信道竞争和接入示意图。
图6为本发明LTE-U独立***吞吐量仿真结果曲线图。
图7为本发明LTE-U独立***选择授权用户反馈CSI的算法流程图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明是基于LTE-U独立***与Wi-Fi***共存的场景提出的，该共存场景为：(a)LTE-U独立***中的基站和用户采用LBE(Load based equipment)方案接入免许可频段；(b)在接入信道后，基站或用户将发送预留信号给其他***直到传输数据的首个子帧对齐时刻；(c)基站和用户交替接入信道，每次为传输数据而接入信道的子帧数由LTE-U独立***上下行业务以及3GPP的相关规定决定。
如图1所示，本发明设计了一种独立的免许可频段蜂窝移动通信***的选择授权用户反馈CSI的方法，该方法包括如下步骤：
(1)LTE-U独立***中的基站在上行传输阶段接收用户反馈的CSI并在基站接入信道进行下行传输时推算出各用户CSI的反馈时延，将用户反馈的CSI组成的矩阵和反馈时延组成的矩阵存储在基站的本地。
在LTE***中，从用户测量获得CSI到实际给该用户传输数据的反馈时延是一个固定值，而在LTE-U独立***中，反馈时延是可变的。对于任意一个用户的反馈时延，基站可以通过记录该用户测量信道的时刻和当前基站给该用户传输数据的时刻的差值获得，其操作步骤如图2所示。
(2)建立选择授权用户反馈CSI的模型，LTE-U独立***的基站通过该模型决策选择授权反馈CSI的用户，授权信令包含了测量信道以及反馈CSI的时频位置。
建立选择授权反馈CSI用户模型，基站通过预估下一次接入信道时，在给定时频资源分配方案下LTE-U独立***能够获得的吞吐量来衡量本次选择授权反馈CSI用户决策的优略。其中，该模型构建过程如图3所示，基站可以通过如下过程来获得选择反馈CSI用户的决策：
2.1LTE-U独立***基站通过侦听Wi-Fi节点的控制帧和数据帧帧头信息统计Wi-Fi节点数Nw和Wi-Fi节点的发包概率τw，该概率计算如下：
Figure BDA0001658199510000061
2.2基站根据LTE-U独立***的MAC层参数和a中所述的Wi-Fi参数计算独立***信道竞争时延的概率分布。
2.3根据b中计算的信道竞争延迟的概率分布，计算并获得下一次基站接入信道时各个子帧被Wi-Fi冲突的概率pc,α。
2.4根据基站当前时刻接入信道下行传输的子帧数和下一次用户接入信道上行传输的子帧数计算当前时刻能够授权反馈CSI用户数的上界Nsel。
2.5根据独立***信道竞争时延的概率分布、CSI矩阵和反馈时延矩阵，评估出各个用户在选择授权和不被选择授权反馈CSI两种情况下在下一次基站接入信道时的各个子帧中各个子带上的期望数据传输速率。
2.6根据以下优化模型决策当前时刻选择授权反馈CSI的用户。
Figure BDA0001658199510000062
Figure BDA0001658199510000063
Figure BDA0001658199510000064
其中：k表示用户索引；K表示基站覆盖范围内的用户数；Ik表示基站是否授权用户k反馈CSI的指示变量，Ik＝1表示授权用户k反馈，Ik＝0表示不授权用户k反馈；
Figure BDA0001658199510000071
表示指示变量为Ik时用户k(＝1,2,…,K)在下一次基站接入信道时通过时频资源预分配期望获得的吞吐量，其中基站为传输数据而接入信道的子帧数为Nd，每个子帧在频域上带宽为B且被分为S个互相正交的子带，pc,α表示下一次基站接入信道开始的第α个子帧被Wi-Fi冲突的概率，
Figure BDA0001658199510000072
表示下一次基站接入信道开始的第α个子帧的第s个子带被预分配给用户k的指示变量，
Figure BDA0001658199510000073
表示第α个子帧的第s个子带被分配给了用户k，
Figure BDA0001658199510000074
表示第α个子帧的第s个子带没有被分配给了用户k，
Figure BDA0001658199510000075
表示在指示变量为Ik的条件下用户k在下一次基站接入信道开始的第α个子帧中第s个子带上期望数据传输速率；
Figure BDA0001658199510000076
为与
Figure BDA0001658199510000077
相对应的用户k的资源分配效用函数；为了控制选择授权用户反馈CSI资源的开销，Nsel表示基站在本次接入信道的过程中能够授权反馈CSI用户数的上界。
(3)用户接收来自基站的授权信令，根据信令的指示，用户进行信道的测量并获得CSI，最后在上行子帧根据特定的反馈方案将CSI反馈给基站。
按LTE-U独立***基站和用户交替接入信道的特性而周期性的执行步骤(1)～(3)，基站在接入信道后决策被选择授权反馈CSI的用户。
以下为本发明的一个实施例，具体过程如下：
图4给出了本实施方式LTE-U独立***共存的场景，其中LTE-U独立***由一个基站和K个用户组成，Wi-Fi***由Nw个节点组成，它们共享带宽为B的信道。两***都为饱和业务模型。LTE-U独立***将该信道分成了S个正交且带宽相同的子带。在本实施例中，约定LTE-U独立***中用户反馈CSI的方式为门限反馈方案，λ表示用户归一化的反馈CSI的门限，如果用户测量的子带信道增益与其信道增益的均值的比值不小于λ，该子带的CSI将被用户反馈；否则不被反馈。图5给出了LTE-U独立***的信道竞争和接入的示意图。LTE-U独立***中，用户和基站竞争信道时分别执行类似于Wi-Fi***的载波侦听信的LBT的信道竞争方案，其中退避窗长Z为固定值且每次接入完信道后都需要等待一个分布式帧间间隔(Distributed inter-frame spacing，DIFS)。令td表示下行信道竞争阶段的时长。基站会在下一个子帧到来之前发送预留信号表明自己已占用信道。该阶段的时长定义为td,r，该阶段称为下行预留阶段。定义基站接入信道前的总时长(称为下行预传输阶段)为
Figure BDA0001658199510000081
其中
Figure BDA0001658199510000082
是向上取整函数，Tsb为占用信道单个子帧的时长。当传输数据(定义为下行有效传输阶段)时，令基站接入信道可以连续占用信道Nd个子帧。对于上行数据传输，信道竞争过程类似于之前下行传输的情形，其中最主要的区别是退避值是由基站选择(从0到Z-1之间随机选择)并且所有的用户共享同一个退避值。基站在下行数据传输中将该退避值发送给所有用户。此外，在为上行数据传输而发送预留信号时，是用户而非基站发送预留信号。类似于下行数据传输的情形，令tu、tu,r、tu,p和Nu分别表示上行信道竞争阶段的时长、上行预留阶段的时长、上行预传输阶段的时长和上行有效传输阶段的子帧数。在本实施例中，令Nd＝Nu＝Nsb。定义qd和qu分别表示单个下行子帧中基站能够授权反馈CSI的用户数的上界和单个上行子帧中能够反馈CSI的用户数的上界。
依据图3中描述的LTE-U独立***基站选择授权反馈CSI用户的模型，依次求解：
a.计算LTE-U独立***信道竞争时延的概率分布。
给定LTE-U独立***的固定竞争窗长Z和Wi-Fi***的节点数Nw及发包概率τw，LTE-U独立***的下行传输的信道竞争时延td或上行传输的信道竞争时延tu的概率质量函数相同，都用p(t)表示，它可以通过文献“Modelling of synchronisation and energyperformance ofFBE-and LBE-based standalone LTE-U networks”(作者J.Li等，发表于The Journal ofEngineering,vol.2017,no.7,2017)中提出的基于概率生成函数的泊松网格算法求得。
b.下一个下行有效传输阶段各个子帧被冲突的概率。
一次Wi-Fi冲突传输的时长(定义为Tc w)是小于一个子帧的时长Tsb的，因此只有下行或者上行有效数据传输中的第一个子帧可能与Wi-Fi***发生冲突。用pc,1和pL分别表示有效数据传输阶段中第一个子帧的冲突概率和基站或者用户在预留时期发送预留信号的概率，则：
Figure BDA0001658199510000091
其中：i∈{d,u}，
Figure BDA0001658199510000092
表示bi是正整数，pL的数值解可以通过文献“Modellingof synchronisation and energy performance of FBE-and LBE-based standaloneLTE-U networks”(作者J.Li等，发表于The Journal ofEngineering,vol.2017,no.7,2017)中的方法求得。
综上，对于下一个下行有效传输阶段各子帧的冲突概率可以归纳为：
Figure BDA0001658199510000093
c.计算下行传输阶段能够授权的最大用户数。
由于第一个子帧可能被Wi-Fi冲突，因此控制信令和用户反馈的CSI都将不被安排在第一个子帧中传输。则任意一个下行传输阶段能够授权的最大的用户数为：
Nsel≤min{qd(Nd-1),qu(Nu-1)}
d.计算用户在下一个下行传输阶段的期望传输速率。
在指示变量为Ik的条件下，用户k在下一次基站接入信道开始的第α个子帧中第s个子带上传输数据的期望传输速率可以表示为：
Figure BDA0001658199510000094
由于指示变量Ik＝0或Ik＝1，需要分别对
Figure BDA0001658199510000095
和
Figure BDA0001658199510000096
这两种传输速率进行计算。
在任何时刻，在LTE-U独立***的基站存储了用户最近上报的CSI和其到当前时刻的反馈时延。令矩阵C和矩阵d分别表示由所有用户已经上报的CSI组成的矩阵和它们的反馈时延构成的矩阵，其中元素Ck,s位于矩阵C的第k行和第s列，表示用户k最近一次反馈信道增益时子带s上的CSI。元素dk,α位于矩阵d的第k行和第α列，表示从Ck,s被用户测量获得到当前下行传输阶段的第α个子帧开始时刻的时延。
在当前下行传输阶段中，如果用户k不被选择授权反馈CSI，即Ik＝0，则用户k在下一个下行传输阶段的第α个子帧中的第s个子带上的期望数据速率为：
Figure BDA0001658199510000101
其中：λ是用户与基站约定的门限反馈方案的反馈门限值；Gk,s表示用户k测量信道s时得到的信道功率增益；
Figure BDA0001658199510000102
表示在基站在接下来的下行有效传输阶段的子帧α中用子带s给用户k传输数据时的实际信道增益；τk,α表示用户k从信道测量到数据传输的反馈时延。在瑞利信道衰落模型下，由文献“Digital communication over fading channels”(作者M.Simon等，出版于John Wiley Sons，2000)可知在给定反馈时延τk,α条件下的Gk,s和
Figure BDA0001658199510000103
的联合概率密度函数为：
Figure BDA0001658199510000104
这里的Ωk是用户k信道增益的均值，I0(·)是第一类零阶修正的贝塞尔函数，
Figure BDA0001658199510000105
是相关系数，φd是最大的多普勒频移，J0(·)是第一类零阶贝塞尔函数；τk,α的下界为
Figure BDA0001658199510000106
个Tsb；
Figure BDA0001658199510000107
表示a是属于
Figure BDA0001658199510000108
的正整数。P0{τk,α＝aTsb}表示反馈时延τk,α＝aTsb的概率，可通过如下方式计算：
Figure BDA0001658199510000109
在传输数据时，如果用户被选择进行数据传输，传输速率将根据用户汇报的CSI进行选择。与每个CSI反馈相关的数据速率是由离散的信道衰落等级决定的。更进一步说，我们将子带增益的范围划分为N+1个衰落范围，Rn＝[Ln,Ln+1),n＝0,1,...,N，其中L0＝0和LN+1＝∞。如果Gk,s∈Rn，用户反馈的CSI为Ck,s＝n，基站将采用数据速率rn给用户传输数据；相应地，当用户的实际信道增益
Figure BDA0001658199510000111
时，用户可成功接收数据。
在当前下行传输阶段中，如果用户k被授权反馈CSI，即Ik＝1，那么在下一个下行传输的阶段，基站给用户k传输数据的速率将基于用户在下一个上行传输阶段反馈的新的CSI进行调度。在下一个下行传输的第α个子帧中的第s个子带上，用户k可获得的期望数据速率为：
Figure BDA0001658199510000112
其中：w为使Lw≤λΩk<Lw+1成立的离散数据速率索引；反馈时延τk,α的下界为
Figure BDA0001658199510000113
个Tsb；
Figure BDA0001658199510000114
表示e是属于
Figure BDA0001658199510000115
的正整数。P1{τk,α＝eTsb}表示反馈时延τk,α＝eTsb的概率，可通过如下方式计算：
Figure BDA0001658199510000116
e.当调度算法按比例公平原则设计时，可令效用函数
Figure BDA0001658199510000117
相应地，选择授权用户反馈CSI的优化问题可以表述为：
Figure BDA0001658199510000118
Figure BDA0001658199510000121
Figure BDA0001658199510000122
其中：x＝[x1,x2,...,xK]T，
Figure BDA0001658199510000123
I＝[I1,I2,...,IK]T。
通过固定其中一个变量而求解关于另外一个变量的问题，上述优化问题可以被拆分成如下两个子问题：
Figure BDA0001658199510000124
Figure BDA0001658199510000125
Figure BDA0001658199510000126
其中：
Figure BDA0001658199510000127
Figure BDA0001658199510000128
Figure BDA0001658199510000129
Figure BDA00016581995100001210
其中：
Figure BDA00016581995100001211
对于SOP1，该问题可以通过如下算法进行求解：
步骤1：设置迭代次数n＝1，初始化迭代停止门限ε、迭代步长u∈(0,1)、效用函数的增量
Figure BDA00016581995100001212
随机设置各个用户资源分配的指示变量
Figure BDA00016581995100001213
和
Figure BDA00016581995100001214
给定授权用户反馈CSI的指示变量向量I。
步骤2：重复计算
Figure BDA00016581995100001215
和
Figure BDA00016581995100001216
并执行下列子步骤，直至
Figure BDA0001658199510000131
其中
Figure BDA0001658199510000132
(a)对各个子帧中的子带按以下规则进行分配：
Figure BDA0001658199510000133
Figure BDA0001658199510000134
其中k*表示当前下行传输阶段的第α个子帧中的第s个子带被分配给用户k*。
(b)根据(a)中资源分配结果，采用
Figure BDA0001658199510000135
计算用户在下一个有效下行传输阶段中所有子帧和所有子带上累积的传输速率。
(c)更新效用函数的增量：
Figure BDA0001658199510000136
步骤3：算法结束，输出资源分配指示变量向量xopt＝x(n)；上述算法描述中出现的(·)(n)表示变量(·)在第n次迭代时设置的值。
对于SOP2，该问题可以通过如下算法进行求解：
步骤1：给定各个用户资源分配的指示变量，记为xk。
步骤2：根据各个用户的指示变量xk，计算
Figure BDA0001658199510000137
和
Figure BDA0001658199510000138
步骤3：按βk,1/βk,0从大到小对用户进行排序，并设置前Nsel个用户的指示变量Ik＝1，其他用户的指示变量为0。
步骤4：算法结束，输出最优的授权用户反馈CSI的指示变量向量Iopt＝I。
那么原优化问题可以通过联立SOP1和SOP2的算法迭代求解得到授权用户反馈CSI的指示变量向量。该求解算法DUS(Dynamic user selection)解法流程如图7所示，其步骤如下：
步骤1：在执行调度决策前基站需要获得用户的CSI矩阵C和对应CSI的时延矩阵d。
步骤2：设置迭代次数指示变量n＝1，初始化迭代停止门限ε、迭代步长u∈(0,1)、效用函数的增量
Figure BDA0001658199510000141
随机设置各个用户资源分配的指示变量
Figure BDA0001658199510000142
和
Figure BDA0001658199510000143
与授权用户反馈CSI的指示变量向量I(n)。
步骤3：重复计算
Figure BDA0001658199510000144
和
Figure BDA0001658199510000145
并重复执行下列子步骤，直至
Figure BDA0001658199510000146
(a)对各个子帧中的子带按以下规则进行分配：
Figure BDA0001658199510000147
Figure BDA0001658199510000148
(b)根据(a)中的资源分配结果，计算
Figure BDA0001658199510000149
和
Figure BDA00016581995100001410
(c)按
Figure BDA00016581995100001411
从大到小对用户进行排序，并设置前Nsel个用户的指示变量
Figure BDA00016581995100001412
其他用户的指示变量为0。
(d)根据(a)中资源块的分配和(c)中选择授权用户反馈CSI的决策结果，根据
Figure BDA00016581995100001413
计算用户在下一个下行有效传输阶段中所有子帧和所有子带上累积的传输速率。
(e)更新效用函数增量：
Figure BDA00016581995100001414
步骤5：算法结束，输出最优的授权用户反馈CSI的指示变量向量Iopt＝I(n)。
本实施方式技术方案的有益效果可以通过以下仿真进行验证。
我们假设LTE-U独立***内有一个基站和多个用户，并与Wi-Fi***共享中心频率为5.75GHz的20MHz的带宽，LTE-U独立***将该信道均分成互不重叠的20个子带。LTE-U独立***中子帧的长度Tsb和一次占用信道的连续传输的子帧数Nsb(上行有效传输和下行有效传输的子帧数相同)分别为1ms和3。LTE-U独立***的竞争窗长Z的大小被设置为64。为了模拟不同用户的时变Rayleigh衰落，考虑用户采用不同的移动速度vk＝0.6+0.14·(k-1)m/s。关于用户的信道增益，类似于文献“Joint evaluation ofchannel feedbackschemes,rate adaptation,and scheduling in OFDMA downlinks with feedbackdelays”(作者S.Guharoy等，发表于IEEE Trans.Veh.Technol.vol.62,no.4,pp.1719-1732,2013)，所有用户的信道增益均值都设置为Ωk＝Ω，在本实施例中Ω＝7.78dB。对于LTE-U独立***中的数据速率，参考文献“Evolveduniversal terrestrial radio access(E-UTRA):Physical layerprocess”(LTE-U Forum，Tech.Spe.36.300v.13.3.0)，我们假设存在15种不同的速率，分别为rn，n＝1,2,...,15。根据文献“Performancecharacteristics of cellular systems with different link adaptationstrategies”(作者K.Baum等，发表于IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.52,no.6,pp.1497-1507,2003)，与速率自适应相关的门限由
Figure BDA0001658199510000151
求得，其中
Figure BDA0001658199510000152
为实际编码中的编码损失。门限反馈方案的反馈门限为λ＝0.2。Wi-Fi***的参数设置遵循IEEE802.11ac标准，退避时隙的时长、Wi-Fi最大的退避阶数和Wi-Fi的最小的竞争窗长分别为9us、5和32。参考文献“Modeling ofsynchronization and energy performance ofFBE-and LBE-based standalone LTE-U networks”(作者J.Li等，发表于The JournalofEngineering,vol.2017,no.7,2017)，在仿真中，我们设置Wi-Fi传输冲突时占用信道的时长Tc w和Wi-Fi成功占用信道的时长分别为284.72us和540.72us。针对所提的算法，设置u＝0.1和ε＝0.001。为了保证数值结果与仿真结果的准确性，我们的仿真结果是5000次下行和上行传输重复试验的平均值。
为了体现信道质量反馈用户选择方法的优势，在实际分配资源作数据传输时可按照SOP1的算法进行资源分配然后统计吞吐量。从而，在图6中给出了所提算法和对比算法的LTE-U独立***吞吐量的结果。区别于所提算法，对比算法在选择授权反馈CSI用户时采用了随机选择用户进行CSI反馈的方案。随着用户数的增加，每个用户被选择反馈CSI的频率会降低，相应地反馈时延会增大，导致基站发送数据时用户成功接收的概率以及LTE-U独立***的下行吞吐量都会下降。但是与使用对比算法相比，当LTE-U独立***使用所提的选择授权反馈CSI用户的方法后下行吞吐量下降可以得到更大的缓解。以K＝10为例，当Nw＝6时，所提算法使***的下行吞吐量比对比算法提高了4.6％；而当Nw＝10时，所提算法比对比算法提高了5.5％。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈CSI的方法，包括如下步骤：
(1)LTE-U独立***中的基站接收用户已反馈的CSI并在基站接入信道进行下行传输时推算出各用户CSI的反馈时延，进而构建得到CSI矩阵以及反馈时延矩阵；
(2)建立选择授权用户反馈CSI的模型，具体过程如下，LTE-U独立***的基站通过优化求解该模型决策选择出下一次授权反馈CSI的用户，从而生成授权信令并发送给各用户；
2.1基站通过侦听Wi-Fi节点的控制帧和数据帧帧头信息，统计当前Wi-Fi节点数量Nw并通过以下表达式计算出各Wi-Fi节点的发包概率τw；
Figure FDA0002317363290000011
2.2基站根据LTE-U独立***的MAC层参数以及步骤2.1中得到的Nw和τw，计算出LTE-U独立***信道竞争时延的概率分布；
2.3根据LTE-U独立***信道竞争时延的概率分布，通过计算获得基站下一次接入信道开始各个子帧被Wi-Fi冲突的概率；
2.4确定基站下一次授权反馈CSI的用户数上限；
2.5根据LTE-U独立***信道竞争时延的概率分布、CSI矩阵以及反馈时延矩阵，评估出各用户在被授权和未被授权反馈CSI两种情况下在基站下一次接入信道开始各子帧中各子带上期望的数据传输速率；
2.6基于上述获得的数据，建立以下模型用于基站选择授权用户反馈CSI；
Figure FDA0002317363290000012
Figure FDA0002317363290000013
Figure FDA0002317363290000021
其中：
Figure FDA0002317363290000022
表示当自变量为
Figure FDA0002317363290000023
情况下第k个用户的资源分配效用函数，Ik为基站选择授权第k个用户反馈CSI的指示变量且Ik＝0或1，Ik＝1则表示第k个用户被授权反馈CSI，Ik＝0则表示第k个用户未被授权反馈CSI，Nsel为基站下一次授权反馈CSI的用户数上限，
Figure FDA0002317363290000024
为基站下一次接入信道开始第α个子帧的第s个子带预分配给第k个用户的指示变量且
Figure FDA0002317363290000025
或1，
Figure FDA0002317363290000026
则表示基站下一次接入信道开始第α个子帧的第s个子带被分配给第k个用户，
Figure FDA0002317363290000027
则表示基站下一次接入信道开始第α个子帧的第s个子带未被分配给第k个用户，
Figure FDA0002317363290000028
为对应指示变量Ik情况下第k个用户在基站下一次接入信道时通过时频资源预分配期望获得的吞吐量，K为当前接入基站的用户数量，α和s均为自然数且1≤α≤Nd，1≤s≤S，S为信道中的子带数量，Nd为基站下一次占用信道的子帧数量，B为信道带宽，pc,α表示基站下一次接入信道开始第α个子帧被Wi-Fi冲突的概率，
Figure FDA0002317363290000029
为对应指示变量Ik情况下第k个用户在基站下一次接入信道开始第α个子帧中第s个子带上期望的数据传输速率；
(3)用户对接收到的授权信令进行解析，对于被选择授权的用户则根据授权信令中相应的时频位置在信道内检测参考信号并获得CSI，进而通过上行子帧将CSI反馈给基站。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中关于各用户CSI反馈时延的推算是根据授权信令中指定的信道测量时刻与基站给用户实际传输数据时刻的差值进行计算的。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述CSI矩阵的大小为K×S，反馈时延矩阵的大小为K×N，K为当前接入基站的用户数量，S为信道中的子带数量，N为基站最近一次占用信道的子帧数量，CSI矩阵中的元素值为对应用户最近一次反馈信道增益时在对应子带上的CSI，反馈时延矩阵中的元素值为从对应用户最近一次测量获得CSI的时刻至基站最近一次占用信道内对应子帧开始时刻的时延。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述授权信令包含了检测参考信号和反馈CSI两者行为在信道内的时频位置以及基站选择下一次授权反馈CSI的用户名单。
CN201810449990.5A 2018-05-11 2018-05-11 独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈csi的方法 Active CN108768602B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810449990.5A CN108768602B (zh) 2018-05-11 2018-05-11 独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈csi的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810449990.5A CN108768602B (zh) 2018-05-11 2018-05-11 独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈csi的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108768602A CN108768602A (zh) 2018-11-06
CN108768602B true CN108768602B (zh) 2020-04-10

Family

ID=64010477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810449990.5A Active CN108768602B (zh) 2018-05-11 2018-05-11 独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈csi的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108768602B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11888593B2 (en) * 2021-07-21 2024-01-30 Qualcomm Incorporated Scaling and quantization for channel state information reporting

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106301720A (zh) * 2015-05-14 2017-01-04 北京三星通信技术研究有限公司 传输上行控制信息的方法和设备
CN106375044A (zh) * 2015-07-23 2017-02-01 中兴通讯股份有限公司 非授权载波的信道状态信息测量反馈方法、基站、终端
CN106717069A (zh) * 2014-09-25 2017-05-24 株式会社Ntt都科摩 用户终端、无线基站以及无线通信方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9673945B2 (en) * 2011-02-18 2017-06-06 Qualcomm Incorporated Implicitly linking aperiodic channel state information (A-CSI) reports to CSI-reference signal (CSI-RS) resources
US9825747B2 (en) * 2013-01-23 2017-11-21 Qualcomm Incorporated Efficient uplink resource indication for CSI feedback
US9565593B2 (en) * 2013-05-20 2017-02-07 Qualcomm Incorporated Techniques for selecting subframe type or for interleaving signals for wireless communications over unlicensed spectrum
CN105472743A (zh) * 2014-08-29 2016-04-06 夏普株式会社 用于支持非授权频谱上的通信的方法以及相应的基站和用户设备
EP3471307A3 (en) * 2015-01-19 2019-06-12 QUALCOMM Incorporated Csi feedback overhead reduction for fd-mimo
WO2016163709A1 (ko) * 2015-04-09 2016-10-13 삼성전자 주식회사 비면허 대역을 사용하는 셀룰러 네트워크에서의 자원할당 방법 및 그 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106717069A (zh) * 2014-09-25 2017-05-24 株式会社Ntt都科摩 用户终端、无线基站以及无线通信方法
CN106301720A (zh) * 2015-05-14 2017-01-04 北京三星通信技术研究有限公司 传输上行控制信息的方法和设备
CN106375044A (zh) * 2015-07-23 2017-02-01 中兴通讯股份有限公司 非授权载波的信道状态信息测量反馈方法、基站、终端

Also Published As

Publication number Publication date
CN108768602A (zh) 2018-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113613338B (zh) 用于上行链路laa的lbt信道接入过程的方法、无线装置以及存储器
US10292182B2 (en) Listen before talk channel access procedure for uplink LAA
Kim et al. Improving protocol capacity with model-based frame scheduling in IEEE 802.11-operated WLANs
US9706575B2 (en) Multiple access method and system with frequency multiplexing of several request to send messages per source node
Khorov et al. Several EDCA parameter sets for improving channel access in IEEE 802.11 ax networks
CN113709895A (zh) 无线通信方法、通信装置、通信方法和计算机可读介质
CN107113135A (zh) 用于多用户上行链路接入的方法和装置
US7894467B2 (en) Adaptive medium access control for wireless communication system
Khorov et al. Two-slot based model of the IEEE 802.11 ah restricted access window with enabled transmissions crossing slot boundaries
Lanante et al. Hybrid OFDMA random access with resource unit sensing for next-gen 802.11 ax WLANs
Avallone et al. Will OFDMA improve the performance of 802.11 WiFi networks?
US20220338251A1 (en) Method for sharing multilink in next-generation wireless lan
CN111328052B (zh) 一种高密度无线网络中信道资源分配方法
Lim et al. A self-scheduling multi-channel cognitive radio MAC protocol based on cooperative communications
WO2011044787A1 (zh) 基于跳频的频率物理资源调度方法及***
Saadat et al. License assisted access-WiFi coexistence with TXOP backoff for LTE in unlicensed band
Cao et al. A novel coordinated medium access control scheme for vehicular ad hoc networks in multichannel environment
KR101511150B1 (ko) 분산형 인지 무선 네트워크에서의 채널 선점을 이용한 매체 접근 제어 방법
CN110832934B (zh) Ue在具有子集限制的宽带宽上随机接入的***及方法
JP2018182405A (ja) チャネル状態予測装置、チャネル状態予測方法、無線通信装置および無線通信方法
CN108768602B (zh) 独立免许可频段蜂窝移动通信***选择授权用户反馈csi的方法
JP2019087916A (ja) 無線通信装置および無線通信方法
Khanian et al. A distributed opportunistic MAC protocol for multichannel wireless networks
US11515911B2 (en) Method and apparatus for MU-MIMO transmission
CN112584405B (zh) 一种无线网络中的多用户全双工信道接入方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant