CN101389115B - 一种多小区基站动态成簇的协作通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种多小区基站动态成簇的协作通信方法，属于无线信息传输领域，如无线局域网、宽带无线接入、移动通信等。该方法把所有基站分成若干个包含较少数量基站的基站簇，在基站簇内的基站之间进行协作通信。同时，为保证协作基站和用户间能正确通信，根据导频信号强度选取能够与该基站簇内的基站进行协作通讯的用户簇。采用本发明提出的方法能有效实现协作及提高蜂窝系统容量。

Description

一种多小区基站动态成簇的协作通信方法

技术领域

本发明是一种多小区基站动态成簇的协作通信方法，属于无线信息传输领域，如无线局域网、宽带无线接入、移动通信等。

背景技术

随着通信业务的蓬勃发展，要求未来的无线/移动通信网络能支持高速率大容量的数据、多媒体等业务。目前的蜂窝移动通信网络采用了频率复用技术提高频谱效率，但会导致小区间的同道干绕(CCI)，这也是蜂窝系统所面临的瓶颈问题。近年来，文献M.K.Karakayali，G.J.Foschini，and R.A.Valenzuela，Network coordination for spectrally efficientcommunication in cellular systems，IEEE Wireless CommunicationsMagazine，vol.13，no.4，pp.56-61，Aug.2006中提出多小区基站协作通信能降低CCI的影响，提高蜂窝系统的平均容量。

目前的蜂窝通信系统中，基站(BS)间大多工作在非合作情况下，移动台接收到的相邻基站信号视作为干扰。而基站合作的目标是把通过基站间相互交换信息，能够把接收到的相邻基站信号作为有益信息加以利用，从而提高系统的频谱效率。

自多小区基站协作通信的概念提出以来，人们对它作了深入研究，如文献H.Weingarten，Y.Steinberg，and S.S.(Shitz)，The capacity regionof the Gaussian multiple-input multiple-output broadcast channel，IEEETrans.IT，vol.52，no.9，pp.3936-3964，Sept.2006等，获得了协作处理的信息容量界等有益结果。但是，这些研究大多从理论分析的角度出发，未能结合蜂窝系统的实际情况提出可行的基站协作处理方法。且一般的以基站为中心的静态基站成簇方法是把地理位置上相邻小区基站组成一簇。但实际系统中，由于信道衰落的随机性和地理环境影响，离BS距离远的用户信道条件可能更好。这时，对用户而言，选择对该用户信道条件好的BS协作可获得更好性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低复杂度的多小区基站动态成簇的协作通信方法，该方法从目前蜂窝网络的物理架构、骨干网络的传输速率出发，形成了一种以用户为中心的动态成簇协作通信系统。

本发明的基本思想是：根据蜂窝无线网络容量最大化原则，把所有基站分成若干个包含较少数量基站的基站簇，簇内的基站进行协作通信。同时，为保证参加协作基站和用户间能正常通信，还形成了能够在基站簇内协作通信的用户簇。

本发明采取的具体技术方案如下：该方法把所有基站分成若干个基站簇，每个基站簇内包含有设定数量的基站，簇内的基站进行协作通信；同时为保证协作基站和用户间能正确通信，根据用户接收到的基站导频信号的强度选取协作通信的用户簇，使得协作用户能正确接收基站簇内的每个基站的信号，具体包括以下步骤：

1)设系统中基站的数量为N，用户的数量为M。

2)从N个基站中任意选择一个基站n，设基站n所属小区中的用户数为m，其中：n≤N，m≤M；然后从剩余的N-1个基站中选择出可与基站n组成协作基站集的基站，选择方法如下：

从基站n所属小区的m个用户中任意选择一个用户，记为：用户1，用户1接收除基站n外的其余N-1个基站发送的导频信号并测量其强度，当接收到的导频信号强度超过给定门限时，则把该基站加入到相对于用户1来说，以基站1为中心的协作基站集中，记为：协作基站集1；

按照用户1测量的方法，基站n所属小区的剩余m-1个用户分别测量其它N-1个基站发送的导频信号强度，得到自己的协作基站集，分别记为协作基站集2、协作基站集3……协作基站集m。

3)从协作基站集中选出能够协作通信的基站簇

分别比较步骤2)中得到的m个协作基站集，将具有公共基站的协助基站集合并，取其中的公共基站为一个基站簇，而那些与其它协作基站集没有公共基站的协作基站集，自己形成一个基站簇，基站簇内基站的数量大于等于2。

4)对每个基站簇选择协作用户簇

从基站簇内任选一基站，并从该基站所属小区用户中选择出可以同时与该基站簇内的其他基站进行通讯的用户，选择的方法为步骤2)中的测量导波信号强度的方法，具体为：选定的用户测量来自基站簇内其他基站的导频信号强度，当导频信号强度超过给定的门限值时，则认为该用户为能够与该基站簇的基站进行协作通讯用户；

对基站簇内的每个基站所属小区的用户按照上述方法进行选择，得到的所有协作通讯用户形成能够与该基站簇内的基站进行协作通讯的协作用户簇。

5)更新用户集，已经形成用户簇的用户不再参加成簇操作，即从总的用户数量M中减去已经形成协作用户簇的用户；

6)分别以基站2、基站3……基站7为中心，相对于步骤5)中形成的新的用户集，按照步骤2)～步骤5)中所述的方法，分别选出所有的基站簇和能够与该基站簇内的基站进行通讯的用户簇。

与现有的以基站为中心的静态成簇方法相比，本发明提出的以用户为中心的动态成簇方法，它基于信号干扰噪声比，可获得网络容量增益，且克服了静态方式中BS位置固定的缺陷。

附图说明

图1多小区信号传输示意图

图2本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面以7小区的基站协作为例说明。假设在协作蜂窝网络下行链路中，每个基站(BS)和移动用户(MS)均安装一幅天线。

1)设系统内包括有7个基站，分别为基站1、基站2、基站3……基站7，系统内共有28个用户MS，28个用户均匀分布在7个小区，即每个小区有4个用户。

2)从7个基站中任意选择一个基站，本实施例中选择的是基站1，然后从剩余的6个基站中选择出可与基站1组成协作基站集的基站，选择方法如下：

从基站1所属小区的4个用户中任意选择一个用户，本实施例中选择了用户1，用户1接收基站2～基站7发送的导频信号并测量其强度，当接收到的导频信号强度超过给定门限时(本实施例中的门限值为13dB)，则把该基站加入到相对于用户1来说，以基站1为中心的协作基站集中。

经过测试，本实施例中，通过用户1测得的导频信号测量结果，得到能够与基站1组成协作基站集的基站为基站2和基站3，即相对于用户1来说，基站1、基站2和基站3构成一个协作基站集，记为：协作基站集1；

按照用户1测量的方法，基站1所属小区的用户2、用户3和用户4分别测量其它基站的导频信号强度，得到自己的协作基站集，分别为：

根据用户2的导频信号测量结果，得到能够与基站1协作的基站分别为基站2、基站3和基站4，即相对于用户2来说，基站1、基站2、基站3和基站4构成了另一个协作基站集，记为协作基站集2；

根据用户3的导频信号测量结果，得到能够与基站1协作的基站分别为基站4和基站5，即相对于用户3来说，基站1、基站4和基站5构成了一个协作基站集，记为协作基站集3；

根据用户4的导频信号测量结果，得到能够与基站1协作的基站分别为基站6和基站7，即相对于用户4来说，基站1、基站6和基站7构成了一个协作基站集，记为协作基站集4；

3)从协作基站集中选出能够协作通信的基站簇

从步骤2)中可知，协作基站集1和协作基站集2中有3个公共的基站，分别为：基站1、基站2和基站3，所以协作基站集1和协作基站集2可合并为一个基站簇，记为：基站簇1，基站簇1内包括基站1、基站2和基站3。同时协作基站集3和协作基站集4也分别满足协作基站簇大小为3的条件。

故获得以基站1为基础的三个基站簇，分别为：

基站簇1：包括基站1、基站2和基站3

基站簇2：包括基站1、基站4和基站5

基站簇3：包括基站1、基站6和基站7

则：基站簇1对应的协作用户为用户1和用户2

基站簇2对应的用户为用户3

基站簇3对应的用户为用户4。

4)对每个基站簇选择协作用户簇

从簇内任选一基站，并从该基站所属小区用户中选择出可以同时与该基站簇内的其他基站进行通讯的用户，选择的方法和步骤2中的测量导波信号强度的方法，具体为：选定的用户测量来自簇内其他基站的导频信号强度，当导频信号强度超过给定的门限值时，则认为该用户为可以与该基站簇的基站进行协作通讯的用户；

本实施例中，以基站簇1为例，选择可以与基站簇1进行协作通讯的用户簇。

相对于基站1来说：基站1所属小区的用户中，能够与基站2和基站3同时进行通讯的用户为用户1和用户2。

相对于基站2来说：根据导频信号测量结果，基站2所属小区的用户中，可同时与基站1和基站3进行通讯的用户为用户5；

相对于基站3来说：根据导频信号测量结果，基站3所属小区的用户中，可同时与基站1和基站2进行通讯的用户为用户6；

所以，本实施例中，能够与基站簇1中的所有基站进行协作通讯的用户簇中包括用户1、用户2、用户5和用户6。

5)更新用户集，已成簇的用户不再参加成簇操作，即，新的用户集大小为28-4＝24；

6)分别与基站2、基站3……基站7为中心，相对于剩余的24个用户，按照步骤2～步骤5中所述的方法，分别选出所有的基站簇和可以与该基站簇内的基站进行通讯的用户簇。

采用这种动态BS成簇方法能保证离基站较远的信号较强的用户也能参加协作，而一般的静态成簇方法中是按照BS位置固定成簇，用户即使信号较强，但若离BS较远，则不能成簇，导致系统容量降低，提出的动态成簇方法可克服此缺陷。

在BS成簇之后，接着需要对簇内的BS和MS进行协作发射，如采用迫零波束形成方式等。

当多小区协作通信应用于传统移动网络时，实现基站间协作较为困难，为此，可采用分布式基站作为基站协作的物理架构，在基带池内完成协作信号发射。

Claims (1)

1.一种多小区基站动态成簇的协作通信方法，其特征在于，该方法把所有基站分成若干个基站簇，每个基站簇内包含有设定数量的基站，簇内的基站进行协作通信；同时为保证协作基站和用户间能正确通信，根据用户接收到的基站簇内的基站导频信号的强度选取能够协作通信的用户簇，使得用户簇能正确接收基站簇内每个基站的信号，具体包括以下步骤：

1)设系统中基站的数量为7，用户的数量为M；

2)从7个基站中任意选择一个基站n，设基站n所属小区中的用户数为m，其中：n≤7，m≤M；然后从剩余的N-1个基站中选择出可与基站n组成协作基站集的基站，选择方法如下：

从基站n所属小区的m个用户中任意选择一个用户，记为：用户1，用户1接收除基站n外的其余6个基站发送的导频信号并测量其强度，当接收到的导频信号强度超过给定门限时，则把该基站加入到相对于用户1来说，以基站1为中心的协作基站集中，记为：协作基站集1；

按照用户1测量的方法，基站n所属小区的剩余m-1个用户分别测量其它N-1个基站发送的导频信号强度，得到自己的协作基站集，分别记为协作基站集2、协作基站集3……协作基站集m；

3)从协作基站集中选出能够协作通信的基站簇

分别比较步骤2)中得到的m个协作基站集，将具有公共基站的协作基站集合并，取其中的公共基站为一个基站簇，而那些与其它协作基站集没有公共基站的协作基站集，自己形成一个基站簇，基站簇内基站的数量大于等于2；

4)对每个基站簇选择协作用户簇

从基站簇内任选一基站，并从该基站所属小区用户中选择出可以同时与该基站簇内的其他基站进行通讯的用户，选择的方法为步骤2)中的测量导频信号强度的方法，具体为：选定的用户测量来自基站簇内其他基站的导频信号强度，当导频信号强度超过给定的门限值时，则认为该用户为能够与该基站簇内的基站进行协作通讯用户；

对基站簇内的每个基站所属小区的用户按照上述方法进行选择，得到的所有协作通讯用户形成能够与该基站簇内的所有基站进行协作通讯的协作用户簇；

5)更新用户集，已经形成用户簇的用户不再参加成簇操作，即从总的用户数量M中减去已经形成协作用户簇的用户；

6)分别以基站2、基站3……基站7为中心，相对于步骤5)中形成的新的用户集，按照步骤2)～步骤5)中所述的方法，分别选出所有的基站簇和能够与该基站簇内的基站进行通讯的用户簇。

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