CN101621835A

CN101621835A - 一种基于空中接口的CoMP分布式下行多用户调度方法

Info

Publication number: CN101621835A
Application number: CN200910089628A
Authority: CN
Inventors: 韩圣千; 张千; 杨晨阳
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: CN101621835B

Abstract

本发明提供一种基于空中接口的CoMP分布式下行多用户调度方法，属于无线通信、移动通信领域。该方法在无线帧结构中加入空中接口即OTAC时隙用于基站间交互信息，OTAC时隙划分为多个时间单元，每个时间单元可供一个基站向其它基站传输一个用户的信道信息；基站间通过无线链路交换用户的信道状态信息，实现分布式下行多用户调度和预编码，而无需中心处理器。本发明大大减小了CoMP下行多用户调度时基站间的交互信息传输量和传输延时。

Description

一种基于空中接口的CoMP分布式下行多用户调度方法

(一)技术领域

本发明是一种蜂窝通信系统多小区协作传输的下行多用户调度方法，尤其涉及一种基于空中接口的协作多点传输(Coordinated Multi-Point，CoMP)分布式下行多用户调度方法，属于移动通信、无线通信领域。

(二)背景技术

随着通信业务的发展以及人们需求的增长，未来的无线通信系统需要支持高速率、大容量。目前的蜂窝通信系统存在若干问题，小区间干扰(OCI)是其中较为严重的一个。位于小区边缘的用户容易受到相邻小区的干扰，于是小区边缘用户的性能很差，成为制约系统整体性能的瓶颈。

协作多点传输(CoMP)是指将多个小区通过骨干网链接，采用小区间的协作处理来有效抑制或消除OCI的方案。它根据协作程度的不同可分为两类，包括联合处理和波束协调。其中，联合处理(或称为相干传输)能充分利用多基站、多用户和多天线资源，从而极大地提高小区平均吞吐量和小区边缘用户吞吐量。但是，联合处理的性能潜力需要以理想的数据和信道状态信息交换为前提，这对骨干网的传输延迟和容量提出了苛刻的要求。

为了能够进行CoMP的联合处理，每个协作基站需要已知所有用户的下行数据，并且这些数据需要同步地达到各个协作基站。在未来的网络结构中，下行数据是由高级网关通过S1接口直接传输至各个基站。通过一定的数据同步方法，下行数据能够近似同步地到达各个协作基站。

除了数据共享，联合处理还须基站间共享信道状态信息(CSIT)，用于联合多用户调度和预编码设计。通常联合处理要求在CoMP系统中存在一个中心处理器，所有基站将用户CSIT传送给中心处理器，中心处理器进行多用户调度和预编码，并将结果传回各个基站。我们将这种通过中心处理器实现联合处理的方法称为中心式联合处理。

传统网络结构中的无线网络控制器(RNC)可以充当中心处理器。而在未来通信网络结构的扁平化演进中，RNC作为物理实体不复存在，其部分功能由基站执行。基站之间需要通过X2接口进行CSIT共享。但是，X2接口的时延很大，这一传输时延将使得CSIT严重过时，极大地降低CoMP系统的性能，甚至使CoMP的性能低于不协作系统。

与以上基于X2接口的CoMP中心式联合处理相比，我们提出一种基于空中接口(Over-the-Air Communication，OTAC)、用于多小区联合处理的分布式多点协作传输方案。

(三)发明内容

1、目的

本发明的目的在于提供一种基于空中接口(OTAC)的CoMP分布式下行多用户调度方法，以减小基站间共享信道信息时的传输量和传输延时。

2、技术方案

本发明的基本思想是：利用空中接口代替X2接口，基站间通过无线链路传递CSIT等信息，从而减小接口时延，保证CSIT的实时性；采用分布式联合处理，不需中心处理器，不需要各个基站向中心处理器传送全部CSIT，仅需基站间交换部分CSIT，从而减小了CSIT的传输量。

本发明的具体技术方案如下：假设有Nc个小区进行CoMP联合处理，小区基站有Nt根天线，每小区包含Nu个用户。本发明需要基站之间利用空中接口传递信息，图1中是基于本发明的时分双工(TDD)无线通信系统的传输帧结构，其中UL是上行时隙，DL是下行时隙，UDG是保护时间间隔。与传统系统的帧结构相比，在每帧内的上行时隙和下行时隙之间加入一个OTAC时隙用于基站间交互信息。在这一时隙内，基站间通过无线链路交换CSIT，实现分布式下行多用户调度和预编码。OTAC时隙被划分为多个时间单元(TU)，每个时间单元可供一个基站向其它基站传输一个用户的信道信息。

一种基于空中接口的CoMP分布式下行多用户调度方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：各个用户根据接收到的来自所有基站的导频信号，估计出它与Nc个基站间的信道，并通过上行反馈将这些信道信息上报给所在小区的基站。

步骤二：第1个基站根据本小区用户上报的CSIT，在第一个小区内的用户中挑出信道条件最好的用户作为调度的第一个用户u₁。基站1利用OTAC时隙中的一个时间片将u₁的标号及信道信息传递给其余Nc-1个基站。

基站2根据接收到的u₁的信道信息，按照和数据率最大的原则，在小区2中挑选一个用户u₂作为调度的第二个用户，并利用OTAC时隙中的一个时间单元将u₂的标号及信道信息传递给其余Nc-1个基站。和数据率最大原则是指：选出一个用户，将该用户加入已调度用户集合后，所有用户可达到的总数据率最大，且大于未将该用户加入已调度用户集合时的总数据率。若依据和数据率最大原则无法从小区2的用户中调度出用户，则基站2不须传递用户CSIT，仅需通知第3个小区继续调度过程。

按这样的方法依次在各个小区内调度用户，并由各个基站将调度出用户的信道信息通过OTAC时隙的一个时间单元通知其他基站。当进行到第Nc个小区时，共调度出u₁，u₂，…，u_K共K个用户，占用OTAC时隙中的K个时间单元。

步骤三：依据步骤二中已经调度出来的K个用户，按照和数据率最大的原则，继续从第1个基站到第Nc个基站在尚未被调度到的用户集合中进行用户调度。直至用户数目达到Nc×Nt，或者从所有的基站中均已无法调度出用户时，停止调度过程。设共调度出M个用户u₁，u₂，…，u_M，占用OTAC时隙中的M个时间单元。

步骤四：由于每调度出一个用户，本地基站都会将这个用户的信道信息通知给其它基站，所以，调度过程结束后，每个基站都已获得M个被调度用户的信道信息。各个基站利用被调度用户的信道信息计算出Nc个基站所有天线的预编码，并结合从高级网关通过S1接口传输过来的所有用户的下行数据，计算出本基站Nt个天线上的实际发射数据。于是，Nc个基站便可进行下行协作传输。

3、优点

本发明提供的技术方案包括但不限于以下各项优点：

(1)各基站间利用空中接口传递CSIT，克服了原有X2接口延时过大、导致CSIT过时的问题。

(2)调度过程由各个基站分布式完成，不需要中心处理器。

(3)分布式调度只需基站间传递被调度到用户的CSIT，与传统方法中传递所有用户的CSIT相比，大大减小了调度过程需要基站之间传递的信息量。

(四)附图说明

图1为本发明所采用的无线传输帧结构示意图。

图2为3个小区协作下行传输的网络结构示意图。

图3是本发明所提出的方法，即基于空中接口的CoMP分布式下行多用户调度方法的流程示意图。

图中符号说明如下：图1中的Frame为无线帧；UL表示上行时隙；DL表示下行时隙；UDG表示上下行保护时间间隔；OTAC表示空中接口；TU表示OTAC中的时间单元；图2中的1、2、3表示小区标号。

(五)具体实施方式

本发明给出了一种基于空中接口的CoMP分布式下行多用户调度方法，其具体实施例子如下：

如图2所示，有3个小区，每个小区内的基站有两根天线，每个小区内有4个用户。按照本发明的要求，为实现下行CoMP传输，须进行以下步骤。

步骤一，第i个小区内的第j个用户u_i，j(i＝1，2j＝1，2，3，4)接收来自各个基站的导频信号，估计出它与3个基站间的无线信道h_i，j ¹，h_i，j ²，h_i，j ³，并将这些信道信息上行反馈给基站i。

步骤二，基站1从小区1内的四个用户u_1，1，u_1，2，u_1，3，u_1，4中选择信道条件最好的用户，即选出|h_1，j ¹|²+|h_1，j ²|²+|h_1，j ³|²最大的用户作为调度的第一个用户。在本实例中，选出u_1，2作为调度的第一个用户。基站1将u_1，2的信道h_1，2 ¹，h_1，2 ²，h_1，2 ³通过无线帧内OTAC时隙的一个时间单元传递给基站2和基站3。

基站2根据接收到的u_1，2的信道信息，基于和数据率最大原则，从u_2，1，u_2，2，u_2，3，u_2，4中调度用户。本实例中，发现小区2内的四个用户均不满足和数据率最大准则，于是基站2无需传递CSIT。

基站3根据u_1，2的信道信息，基于和数据率最大原则，从u_3，1，u_3，2，u_3，3，u_3，4中调度用户。本实例中，基站3选出u_3，1，并将其信道信息h_3，1 ¹，h_3，2 ²，h_3，3 ³通过OTAC时隙内的一个时间单元传递给基站1和基站2。

步骤三，继续第二轮的分布式用户调度。基站1根据u_1，2，u_3，1的信道信息，基于和数据率最大原则，选出u_1，4，并将其信道信息通过传递给基站2和基站3；基站2根据u_1，2，u_3，1，u_1，4的信道信息，基于和数据率最大原则，选出u_2，3，并将其信道信息通过传递给基站1和基站3；基站3根据u_1，2，u_3，1，u_1，4，u_2，3的信道信息，基于和数据率最大原则，选出u_3，2，并将其信道信息通过传递给基站2和基站3。

在进行第三轮分布式用户调度时发现，基于和数据率最大原则，无法从基站1、基站2、基站3中选出用户。于是调度过程结束。共选出u_1，2，u_3，1，u_1，4，u_2，3，u_3，2五个用户。

步骤四，3个基站都已经获知u_1，2，u_3，1，u_1，4，u_2，3，u_3，2的信道信息，均可以依据这些信道信息计算出3个基站里总计6根天线的迫零预编码矩阵。此外，3个基站已经从高级网关获得了所有用户的下行数据信息，于是可以计算出每个基站的每根天线上的发射数据，进行下行CoMP传输。

实践证明，本方法在移动通信、无线通信领域里具有广泛的实用价值和应用前景。

Claims

1.一种基于空中接口的CoMP分布式下行多用户调度方法，其特征在于：在无线帧的上行时隙和下行时隙之间加入一个OTAC时隙用于基站间交互信息；在这一时隙内，基站间通过无线链路交换信道状态信息，实现分布式下行多用户调度和预编码；OTAC时隙被划分为多个时间单元，每个时间单元可供一个基站向其它基站传输一个用户的信道信息；

该方法具体步骤如下：

步骤一：各个用户根据接收到的来自所有基站的导频信号，估计出它与Nc个基站间的信道，并通过上行反馈将这些信道信息上报给其所在的小区基站；

步骤二：第1个基站根据本小区用户上报的信道状态信息，在第一个小区内的用户中挑出信道条件最好的用户作为调度的第一个用户u₁；基站1利用OTAC时隙中的一个时间片将u₁的标号及信道信息传递给其余Nc-1个基站；

基站2根据接收到的u₁的信道信息，按照和数据率最大的原则，在小区2中挑选一个用户u₂作为调度的第二个用户，并利用OTAC时隙中的一个时间单元将u₂的标号及信道信息传递给其余Nc-1个基站；和数据率最大原则是指：选出一个用户，将该用户加入已调度用户集合后，所有用户可达到的总数据率最大，且大于未将该用户加入已调度用户集合时的总数据率；若依据和数据率最大原则无法从小区2的用户中调度出用户，则基站2不须传递用户信道状态信息，仅需通知第3个小区继续调度过程；

按这样的方法依次在各个小区内调度用户，并由各个基站将调度出用户的信道信息通过OTAC时隙的一个时间单元通知其他基站；当进行到第Nc个小区时，共调度出u₁，u₂，…，u_K共K个用户，占用OTAC时隙中的K个时间单元；

步骤三：依据步骤二中已经调度出来的K个用户，按照和数据率最大的原则，继续从第1个基站到第Nc个基站在尚未被调度到的用户集合中进行用户调度；直至用户数目达到Nc×Nt，或者从所有的基站中均已无法调度出用户时，停止调度过程；设共调度出M个用户u₁，u₂，…，u_M，占用OTAC时隙中的M个时间单元；

步骤四：由于每调度出一个用户，本地基站都会将这个用户的信道信息通知给其它基站，所以，调度过程结束后，每个基站都已获得M个被调度用户的信道信息；各个基站利用被调度用户的信道信息计算出Nc个基站所有天线的预编码，并结合从高级网关通过S1接口传输过来的所有用户的下行数据，计算出本基站Nt个天线上的实际发射数据；于是，Nc个基站便可进行下行协作传输。