CN101605384B - Lte-a中上行协作功率再分配的功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LTE-A中上行协作功率再分配的功率控制方法，该方法包括步骤1)协作用户选择；2)协作用户功率再分配。上行协作功率再分配的功率控制方法采用功率申请和功率再分配两个步骤，对协作用户在部分功率控制下得到的功率进行二次分配，分配依据用户到各自锚小区的链路情况；功率再分配方案使得接收端接收到来自不同用户信号的强度有一定的差异，使信道条件好的用户首先被检测出来，然后使用协作下的干扰消除技术，再依次检测其他用户，提高了正确检测的可能性；通过门限值的配置，可以灵活的确定系统中参与协作用户的比例，来获得计算复杂度和吞吐量性能两者之间的权衡。

Description

LTE-A中上行协作功率再分配的功率控制方法

技术领域

本发明属于移动通讯领域，具体涉及一种LTE-A中上行协作功率再分配的功率控制方法，以提高系统的吞吐量。

背景技术

在现行的LTE-A(Long Term Evolution-Advanced，高级长期演进)系统中，小区边缘UE(User Equipment，用户设备)和中心UE存在的性能差异是移动通讯领域的一个重大的难题。虽然多天线技术的使用可以提高小区中心的数据率，但是却很难提高小区边缘的性能。小区边缘由于SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信干噪比)较低，很难支持多流传输。因此随着系统采用的天线数量增多，小区中心的性能可能会不断提高，但小区边缘的性能却很难改善。此外，小区中心可以使用的高阶调制方式也很难在小区边缘使用，造成小区中心和小区边缘的性能差异越来越大。

根据存在的问题，LTE-Advanced系统将提高小区边缘性能作为其主要的指标之一。为了提高小区边缘的传输速率，3GPP(3^rd GenerationPartnership Project，第三代合作伙伴计划)推出CoMP(CoordinatedMulti Point Transmission and Reception，多点协作)技术，其主要通过小区间的协作即多个小区共同检测用户来提高边缘用户的数据传输速率，CoMP技术虽然改善了边缘用户的吞吐量，但同时也增加了网络系统的复杂度。因此，如何在不降低甚至提高系统的吞吐量性能的基础上降低系统的复杂度成为通信时考虑的一个关键问题。

在上行小区边缘用户协作中，UE根据某种预定义方式确定协作小区范围。例如根据下行RSRP(RS Received Power，导频接收功率)强度确定协作激活集(参与协作的小区的集合)。由于用户之间无法共享数据信息，上行协作的研究点主要集中在联合处理(包括分集接收、干扰消除)和功率分配等技术上。

现有的上行功率控制方法主要分为两类：单纯的单小区功率控制和小区间干扰抑制的功率控制。

单小区功率控制方法是根据路径损耗的大小给用户分配功率，只用于路径补偿，当一个UE的上行信道质量下降(如位于小区边缘时)，eNode B(Evolved Node B，演进型基站)可以完全根据该UE的需要指示UE加大发送功率。但当考虑多个小区的总频谱效率最大化时，简单地提高小区边缘UE发送功率反而会增加对相邻小区的干扰，最终造成整个系统吞吐量的下降。

小区间干扰抑制功率控制又可细分为基于HII(HighInterference Indicator，高干扰指示)和OI(Overload Indicator，过载指示)信息的ICIC(Inter-Cell Interference Coordination，小区间干扰协调)方案。一个eNode B在将一个PRB(Physical ResourceBlock，物理资源块)分配给一个小区边缘用户时，由于预测到这个用户可能干扰相邻小区(因其将使用较大功率发射)，同时也容易受到相邻小区UE的干扰(因距离小区边界较近)，便通过HII将这个敏感PRB通报给相邻小区。当eNode B监测到某个PRB已经收到上行干扰时，向相邻小区发出OI，指示该PRB已经受到干扰。相邻小区就可以通过上行功率控制抑制干扰。

但这类干扰抑制方法不足在于：它仅通过一个指示信息通知邻小区是否有干扰，然后采用相应的措施如是否使用这个资源块，按固定步长增加(减少)功率。从中可以看到这类方法控制缺乏灵活性，需要一定的循环周期才能达到一种稳定状态，并且不适应信道的快变化。

并且以上两种方法都没有针对协作方式下对用户功率的控制。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种LTE-A中上行协作功率再分配的功率控制方法。

本发明的技术解决方案是：发明一种上行协作功率再分配的功率控制方法，该方法主要包括以下步骤：

1)协作用户选择

2)协作用户功率再分配

上述步骤1)是选择参与协作的用户：在上行协作过程中，用户根据RSRP强度确定协作激活集(active CoMP set)，拥有最佳信道状态的小区称为锚小区(Anchor Cell)。激活集内最多包含3个小区，判断是否在激活集内的依据是：

RSRP_celli＞RSRP_anchor-Threshold                    (1)

其中RSRP为已有的切换测量结果，RSRP_celli为需要进行判断的小区的RSRP强度，RSRP_anchor为锚小区的RSRP强度。Threshold为协作判定的门限值，该值为小区特定(Cell-specific)参数，取值范围为0～18dB。

根据上述公式，不同的用户可以得到各自所需要的协作激活集。对于这些小区边缘的用户，最终确定是否协作还要和相邻小区的同频用户的激活集进行比较，若和邻小区有相同的激活集，则这些边缘用户参与协作，并应用协作用户功率再分配方法。

上述步骤2)是根据信道条件以及用户功率进行功率再分配，具体过程为：

2.1)功率申请：eNode B s根据UEs上报的RSRP大小，得到下行路径损耗，由开环功率控制方法确定用户的发射功率。此处运用的是LTE Rel.8上行功率控制计算公式去确定用户的发送功率：

$P=\min \{P_{\max },10\·{\log }_{10}^M+P_{0\_\mathrm{PUSCH}}+\mathrm{\α}\·\mathrm{PL}+{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{MCS}}+f\left({\mathrm{\Δ}}_i\right)\}---\left(2\right)$

其中：P为所得到的功率；

P_MAX为用户的最大发射功率；

M为资源块的个数；

P_{0_PUSCH}为PUSCH信道下用户特定的参数；

α为小区特定的参数，可在0和1之间取值；

PL为路径损耗；

Δ_MCS为基站设定的MCS(调制编码方式)功率补偿；

f(Δ_i)为Δ_i的一个函数，Δ_i是指闭环命令信号；

分别运用公式(2)计算三个用户设备UE₁、UE₂、UE₃的功率，分别用p₁₁、p₂₂、p₃₃表示，功率p₁₁、p₂₂、p₃₃计算时不考虑闭环功率控制命令，发端功率值仅随用户自身的路径损耗变化而变化，没有考虑其发送功率大小对其他小区的干扰，这个过程称为功率申请。

2.2)功率再分配：协作基站互传功率配置p₁₁、p₂₂、p₃₃以及由用户到锚小区的链路状况得到的信道增益信息g₁₁、g₂₂、g₃₃。为了提高系统性能，各用户按照如下计算式重新分配申请到的功率值，重新分配后得到的功率值定义为p′₁₁、p′₂₂、p′₃₃。

$\left\{\begin{array}{c}{p}_{11}+p_{22}+p_{33}=p\\ {p^{\′}}_{11}:{p^{\′}}_{22}:{p^{\′}}_{33}=\left(g_{11}\right):\left(g_{22}\right):\left(g_{33}\right)\end{array}\right.---\left(3\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{p^{\′}}_{11}=\min \{\frac{g_{11}}{g_{11}+g_{22}+g_{33}}p,p_{\mathrm{MAX}}\}\\ {p^{\′}}_{22}=\min \{\frac{g_{22}}{g_{11}+g_{22}+g_{33}}p,p_{\mathrm{MAX}}\}\\ {p^{\′}}_{33}=\min \{\frac{g_{33}}{g_{11}+g_{22}+g_{33}}p,p_{\mathrm{MAX}}\}\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中p为三个用户总的发射功率，p_MAX用户允许的最大发射功率。通过功率申请和功率再分配实现了对协作方式下的功率控制。

与现有功率控制方法相比，本发明的功率控制方法用于协作方式下，采用了功率申请和功率再分配两个步骤，对协作用户在原有的部分功率控制下得到的功率进行二次分配，分配依据用户到各自锚小区的链路情况，从而最终提高了系统的吞吐量性能；功率再分配方法使得接收端接收到来自不同用户信号的强度有一定的差异，使信道条件好的用户首先被检测出来，然后使用协作下的干扰消除技术，再依次检测其他用户，提高了正确检测的可能性；通过门限值的配置，可以灵活的确定系统中参与协作用户的比例，来获得计算复杂度和系统吞吐量性能两者之间的权衡。

附图说明

图1是CoMP激活集大小为3的CoMP传输方案图

图2是小区边缘(r＞0.75R)用户协作比例随门限值变化情况图

图3是协作激活集大小为3时，假定每个小区有一个用户参与协作的情况下用户在协作激活集中的分布情况图

图4是功率在分配方案在不同门限值下的吞吐量CDF曲线图

图5是部分功率控制和功率再分配方案在不同门限值下比较图

具体实施方式

本发明以上行多点协作环境为平台，在不增加用户总发送功率的基础上，通过对协作用户的功率重新分配，利用干扰消除检测算法的特点，从而提高边缘用户吞吐量性能。小区间干扰消除的原理，是对干扰小区的干扰信号进行某种程度的解调甚至解码，然后利用接收机的处理增益从接收信号中消除干扰信号分量。当接收端接收到两个用户的信号强度存在一定差异时，强信号能够以很高的正确率先被检测出来。检测后再将这个强信号从总接收符号中删除，剩下的只有弱信号和没有干扰信号，最后对这个弱信号进行解码。这种接收强弱差异是通过功率再分配来完成的。

本发明提出的LTE-A中上行协作功率再分配的功控方法主要考虑到两个方面：一方面是根据协作用户信道增益条件的好坏对各个用户的功率进行重新分配；另一方面是根据RSRP的强度去确定参与协作的用户的比例。

参见图1、3，本发明的用户功率再分配方法即LTE-A中的上行功率再分配的功控方法的步骤如下：

S1)协作用户选择

在上行协作过程中，用户根据RSRP强度确定协作激活集(activeCoMP set)，拥有最佳信道状态的小区称为锚小区(Anchor Cell)。激活集内最多包含3个小区，判断是否在激活集内的依据是

RSRP_celli＞RSRP_anchor-Threshold

其中RSRP为已有的切换测量结果，RSRP_celli为需要进行判断的小区的RSRP强度，RSRP_anchor为锚小区的RSRP强度。Threshold为协作判定的门限值，该值为小区特定(Cell-specific)参数，取值范围为0～18dB。

在本发明中，门限值用来确定参与协作用户所占的比例。如图2所示，边缘区域(r＞0.75R)用户参与协作的比例随协作门限值的变化情况。门限值越大，对参与协作的用户要求就越低，参与协作的用户比例越高。

该方法中不同的用户可以得到各自所需要的协作激活集。对于这些小区边缘的用户，最终确定是否协作还要和相邻小区的同频用户的激活集进行比较，若和邻小区有相同的激活集，则这些边缘用户参与协作，并应用协作用户功率再分配方法。

S2)协作用户功率再分配

2.1)功率申请：eNBs根据UEs上报的RSRP大小，得到下行路径损耗，由开环功率控制计算公式确定一个用户的发送功率。

此处运用的是LTE Rel.8上行功率控制计算公式：

$P=\min \{P_{\max },10\·{\log }_{10}^M+P_{0\_\mathrm{PUSCH}}+\mathrm{\α}\·\mathrm{PL}+{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{MCS}}+f\left({\mathrm{\Δ}}_i\right)\}$

其中：P为所得到的功率；

P_MAX为用户的最大发射功率；

M为资源块的个数；

P_{0_PUSCH}为PUSCH信道下用户特定的参数；

α为小区特定的参数，可在0和1之间取值；

PL为路径损耗；

Δ_MCS为基站设定的MCS(调制编码方式)功率补偿；

f(Δ_i)为Δ_i的一个函数，Δ_i是指闭环命令信号；

分别运用公式计算三个用户设备即UE₁、UE₂、UE₃的功率，分别用p₁₁、p₂₂、p₃₃表示，功率p₁₁、p₂₂、p₃₃计算时不考虑闭环功率控制命令，发端功率值仅随用户自身的路径损耗变化而变化，没有考虑其发送功率大小对其他小区的干扰，这个过程称为功率申请。

2.2)功率再分配：协作基站互传功率配置p₁₁、p₂₂、p₃₃以及由用户到服务小区的链路情况得到的信道增益信息g₁₁、g₂₂、g₃₃。各用户按照如下计算式重新分配申请到的功率值，再分配后的功率值定义为p′₁₁、p′₂₂、p′₃₃。

$\left\{\begin{array}{c}{p}_{11}+p_{22}+p_{33}=p\\ {p^{\′}}_{11}:{p^{\′}}_{22}:{p^{\′}}_{33}=\left(g_{11}\right):\left(g_{22}\right):\left(g_{33}\right)\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{p^{\′}}_{11}=\min \{\frac{g_{11}}{g_{11}+g_{22}+g_{33}}p,p_{\mathrm{MAX}}\}\\ {p^{\′}}_{22}=\min \{\frac{g_{22}}{g_{11}+g_{22}+g_{33}}p,p_{\mathrm{MAX}}\}\\ {p^{\′}}_{33}=\min \{\frac{g_{33}}{g_{11}+g_{22}+g_{33}}p,p_{\mathrm{MAX}}\}\end{array}\right.$

其中p为三个用户的总的发射功率，p_MAX为用户允许的最大发射功率。

该方法考虑了接收功率对干扰消除技术的影响，在不增加整体发送功率的前提下，对协作用户的功率进行重新分配，提高信道条件好的用户在接收端正确检测的可靠性。再通过干扰消除，为提高其他协作用户在eNode B处的SINR提供可能。

参见图1，共有27个小区，每个小区划分为边缘区域和中心区域，在其范围内的用户分别成为边缘用户和中心用户，三个小区A、B、C组成了中心协作小区，协作激活集必须在中心协作小区内选取，紧挨着中心协作小区的多个小区组成了第二圈干扰小区，最外层的各个小区组成了第三圈干扰小区。

参见图3，显示的是中心协作小区内用户的具体分布情况，是一个假定B、C是参与协作的小区、A是锚小区的特例。其中，a、b、c为假定的参与协作的三个用户，三个小区中心分别为三个基站，g代表信道增益信息。

下表为本发明的系统仿真参数：

由仿真图2可以看出，门限值用来确定参与协作用户所占的比例。门限值越大，对参与协作的用户要求就越低，参与协作的用户比例越高。

由仿真图4可以看到协作用户功率再分配方案在不同门限值选取下对应的吞吐量性能曲线，可以看到随着门限值的增加，系统的性能越来越好，这是由于参与协作的用户比例升高的原因。

由仿真图5可以看到，这种功率再分配方案相对部分功率控制能够带来一部分性能的提升，并且不会带来多少额外的开销。

本发明综合考虑了多用户协作环境下上行链路的信道质量和协作基站采用的干扰消除检测算法，通过协作下用户功率再分配，有效提高小区边缘用户上行数据传输速率，提高系统的吞吐量，并且不会带来多少额外的开销。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术思想，不脱离本发明的精神实质和方法范围的任何修改或局部替换，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种LTE-A中上行协作功率再分配的功率控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)根据导频接收功率RSRP强度选择参与协作的用户，在上行协作过程中，依据导频接收功率RSRP强度确定协作激活集，激活集内最多包含3个小区，拥有最佳信道状态的小区称为锚小区，判断用户是否在激活集内的依据是：

RSRP_celli＞RSRP_anchor-Threshold

其中RSRP为已有的切换测量结果，RSRP_celli为需要进行判定的小区的RSRP强度，RSRP_anchor为锚小区的RSRP强度，Threshold为协作判定的门限值，该值为小区特定参数，其中，不同用户可以得到各自所需要的协作激活集，对于小区边缘的用户，是否参与协作还要和相邻小区的同频用户的激活集进行比较，若与相邻小区具有相同的激活集，则小区边缘用户参与协作，并应用协作用户功率再分配方法；

2)参与协作的用户根据自身的链路情况对通过开环功率控制公式得到的功率进行再分配：

2.1)功率申请：基站eNode B s根据用户设备UEs上报的RSRP大小，得到下行路径损耗，然后由开环功率控制计算公式确定用户的发送功率；

2.2)功率再分配：在步骤2.1)所述功率申请的基础上，协作基站互传功率配置p₁₁、p₂₂、p₃₃以及由用户到锚小区的链路状况得到的信道增益信息g₁₁、g₂₂、g₃₃，各用户按照如下计算式重新分配通过功率申请得到的功率值，再分配后的功率值定义为p′₁₁、p′₂₂、p′₃₃

$\left\{\begin{array}{c}{p}_{11}+p_{22}+p_{33}=p\\ {p^{\′}}_{11}:{p^{\′}}_{22}:{p^{\′}}_{33}=\left(g_{11}\right):\left(g_{22}\right):\left(g_{33}\right)\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}{p^{\′}}_{11}=\min \{\frac{g_{11}}{g_{11}+g_{22}+g_{33}}p,p_{\mathrm{MAX}}\}\\ {p^{\′}}_{22}=\min \{\frac{g_{22}}{g_{11}+g_{22}+g_{33}}p,p_{\mathrm{MAX}}\}\\ {p^{\′}}_{33}=\min \{\frac{g_{33}}{g_{11}+g_{22}+g_{33}}p,p_{\mathrm{MAX}}\}\end{array}\right.$

其中p为三个用户的总的发射功率，p_MAX为用户允许的最大传输功率。

2.根据权利要求1所述的LTE-A中上行协作功率再分配的功控方法，其特征在于：门限值Threshold用来确定参与协作用户所占的比例，门限值越大，对参与协作的用户要求就越低，参与协作的用户比例越高，所述门限值Threshold为0～18dB。

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