CN102098091A - 多小区协作下行传输模式自适应切换的方法 - Google Patents

多小区协作下行传输模式自适应切换的方法 Download PDF

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CN102098091A CN2011100037248A CN201110003724A CN102098091A CN 102098091 A CN102098091 A CN 102098091A CN 2011100037248 A CN2011100037248 A CN 2011100037248A CN 201110003724 A CN201110003724 A CN 201110003724A CN 102098091 A CN102098091 A CN 102098091A
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Abstract

本发明公开了一种在多小区协作下行系统中利用信道统计状态信息进行传输模式自适应切换的方法，该切换方法按以下步骤进行：1）用户利用接收信噪比确定小区服务基站，并计算用户到协作小区簇内其他基站之间的候选协作因子，在协作小区簇内确定候选协作基站；2）用户估计与小区服务基站和候选协作基站之间的信道信息，计算出信道统计状态信息，包括发送和接收相关阵，并反馈或隐反馈给各基站，各基站将信道统计状态信息传递给中央处理单元；3）中央处理单元根据信道统计状态信息，计算发送模式切换门限，通过比较用户与小区服务基站间的接收信噪比和发送模式切换门限进行基站协作发送模式和非协作发送模式的切换。

Description

多小区协作下行传输模式自适应切换的方法
技术领域
本发明涉及3GPP LTE（第三代合作伙伴计划的长期演进）标准化进程领域，特别是涉及一种基于信道统计状态信息的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法。
背景技术
协作多点传输（Coordinated Multi Point, CoMP）技术通过基站间相互协作来减少小区边缘干扰、提高小区边缘吞吐量、增加有效覆盖，以达到高频谱利用率的要求。
在协作多点传输过程中，各个协作基站需要将用户反馈回来的信道信息传递给中央处理单元，中央处理单元实现用户的调度和预编码，然后再将调度和预编码的结果传递给各协作基站。随着协作基站个数的增加，对协作基站与中央处理单元之间的信息传递量大大增加，协作所需的信令和反馈开销迅速增加，但协作所带来的性能增益却在减小。为了在减少各基站和中央处理单元之间的信息交互，降低系统传输的复杂度的前提下，有效提高频谱效率和可靠通信，需要进行协作发送模式和非协作发送模式之间的切换。
传输模式自适应切换需要在各基站利用信道的先验信息。由于无线信道的时变性、信道估计和反馈的时延以及频率的偏移，使得在基站难以获得完全的信道状态信息。一种行之有效的方法是利用信道统计状态信息。在典型的移动通信坏境下，特别是高速移动环境下，信道瞬时信息是快速时变的，而信道统计状态信息在相当长一段时间内是近似不变的，基站可以可靠的获得信道统计状态信息。近些年来的研究结果表明，利用信道统计状态信息进行预编码传输，可以有效地提高MIMO系统的信道容量和传输可靠性。
发明内容
技术问题：本发明提供一种多小区协作下行系统中传输模式自适应切换的方法，能够根据信道统计状态信息自适应调整发送模式，在降低基站间信息交互开销的同时提高小区边缘吞吐量，达到高频谱利用率的要求。
技术方案：本发明实施例提供了一种基于信道统计状态信息的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，包括如下步骤：步骤一、根据接收信噪比从协作小区簇内选择小区服务基站和候选协作基站。
首先用户估计与协作小区簇内各基站之间的接收信噪比，将最大的接收信噪比对应的基站确定为小区服务基站；然后计算协作小区簇内其他基站的候选协作因子，并反馈给各基站，候选协作因子                                                
Figure 465648DEST_PATH_IMAGE001
定义如下：
Figure 390879DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 552870DEST_PATH_IMAGE003
表示用户与小区服务基站之间的接收信噪比，
Figure 879946DEST_PATH_IMAGE004
表示用户与协作小区簇内第
Figure 584203DEST_PATH_IMAGE005
个基站之间的接收信噪比，
Figure 996730DEST_PATH_IMAGE006
表示用户所在小区服务基站的发送功率，
Figure 962412DEST_PATH_IMAGE007
表示用户与所在小区服务基站之间的大尺度信道响应，
Figure 143995DEST_PATH_IMAGE008
表示协作小区簇内第
Figure 786198DEST_PATH_IMAGE005
个基站的发送功率，
Figure 420441DEST_PATH_IMAGE009
表示用户与协作小区簇内第
Figure 924235DEST_PATH_IMAGE005
个基站之间的大尺度信道响应，，表示协作小区簇内基站数；表示用户接收到的噪声功率。
定义候选协作门限
Figure 969496DEST_PATH_IMAGE013
，如果候选协作因子
Figure 312622DEST_PATH_IMAGE014
，则基站作为候选协作基站，记为
Figure 656196DEST_PATH_IMAGE015
，其中，
Figure 564109DEST_PATH_IMAGE016
表示候选基站集合，
Figure 260276DEST_PATH_IMAGE017
表示属于；如果候选协作因子
Figure 228232DEST_PATH_IMAGE018
，则基站
Figure 262047DEST_PATH_IMAGE005
不作为候选协作基站，记为
Figure 973651DEST_PATH_IMAGE019
，其中表示不属于。
步骤二、所在小区服务基站和各候选协作基站信道统计状态信息的获取。
将用户与所在小区服务基站之间的小尺度信道响应表示为
Figure 164647DEST_PATH_IMAGE021
，用户与各候选协作基站之间的小尺度信道响应表示为
Figure 685758DEST_PATH_IMAGE022
，当采用反馈模式时，用户利用信道参数的估计值，用和
Figure 201053DEST_PATH_IMAGE023
计算发送相关阵和接收相关阵，
Figure 609163DEST_PATH_IMAGE024
，其中，表示求期望，上标
Figure 856605DEST_PATH_IMAGE025
代表共轭转置，
Figure 927329DEST_PATH_IMAGE026
表示集合的并集；接下来分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解：，，其中，
Figure 7466DEST_PATH_IMAGE028
分别表示发送相关阵和接收相关阵
Figure 425809DEST_PATH_IMAGE029
的特征向量，
Figure 983830DEST_PATH_IMAGE030
分别表示对角元素由发送相关阵和接收相关阵的特征值所构成的对角阵；最后，用户将和
Figure 809944DEST_PATH_IMAGE032
反馈给各基站。
当采用隐反馈模式时，各基站利用接收链路
Figure 589681DEST_PATH_IMAGE033
的信道估计结果以及信道的互易性
Figure 171841DEST_PATH_IMAGE034
，采用与反馈模式相同的方法计算出发送相关阵和接收相关阵，
Figure 746359DEST_PATH_IMAGE024
；然后分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解：，
Figure 13392DEST_PATH_IMAGE027
。
基站将所获取的所有信道统计状态信息传递给中央处理单元。
步骤三、中央处理单元根据基站传递过来的信道统计状态信息，选择基站协作发送模式和非协作发送模式。
上述的方法，其中，所述步骤二中，所述各基站信道统计状态信息的获取分为反馈和隐反馈两种模式，采用反馈模式时，各基站通过用户的反馈获得信道统计状态信息；当采用隐反馈模式时，直接在各基站计算信道统计状态信息。
上述的方法，其中，所述步骤二中，所述各基站信道统计状态信息是指发送相关阵和接收相关阵。
上述的方法，其中，所述步骤三中，所述基站协作发送模式和非协作发送模式的切换具体包括：
步骤a）、中央处理单元获得基站传递过来的信道统计状态信息后，计算发送模式切换门限
Figure 900708DEST_PATH_IMAGE035
。
步骤b）、比较用户与所在服务小区间的信噪比
Figure 507270DEST_PATH_IMAGE036
与发送模式切换门限
Figure 500633DEST_PATH_IMAGE035
的关系，如果，则采用协作发送模式，否则采用非协作发送模式。
上述的方法，其中，步骤a）中，发送模式切换门限
Figure 178925DEST_PATH_IMAGE038
，其中
Figure 639994DEST_PATH_IMAGE039
Figure 69838DEST_PATH_IMAGE040
表示小区服务基站与候选协作基站的总基站个数；表示对角阵的最大对角元素，
Figure 853227DEST_PATH_IMAGE024
。
上述的方法，其中，步骤b）中，在当前用户与所在服务小区之间的信噪比
Figure 188393DEST_PATH_IMAGE036
小于或等于发送模式切换门限
Figure 104266DEST_PATH_IMAGE035
的条件下，如果发送模式为非协作发送模式则中央处理单元发送信令通知基站切换到协作模式，如果发送模式为协作发送模式则不做任何处理。
在当前用户与所在服务小区之间的信噪比
Figure 183080DEST_PATH_IMAGE036
大于发送模式切换门限
Figure 618740DEST_PATH_IMAGE035
的条件下，如果发送模式为非协作发送模式则不做任何处理，如果发送模式为协作发送模式则中央处理单元发送信令通知基站切换到非协作模式。
有益效果：本发明实施例提供的基于信道统计状态信息的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，具有如下优点：
1、本方法仅需要信道统计状态信息，适用于各种典型的无线通信系统；
2、本方法能够根据信道环境的变化进行多小区下行传输模式的切换，优于单一模式发送；
 附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅表明本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多基站协作示意图。
图2为本发明实施例提供的一种两基站协作下行传输模式切换实例。
图3为本发明实施例提供的一种多小区协作下行传输模式切换方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明实施例提供的多小区协作下行传输模式切换的方法，可以根据不同的信道状态信息和用户的位置可以确定不同的发送模式：协作发送模式和非协作发送模式。在降低基站间信息交互开销的同时提高小区边缘吞吐量，达到高频谱利用率的要求。小区服务基站和候选服务基站结构如图1所示。
如图3所示，本发明实施例提供的一种多小区协作下行传输模式切换方法的流程图，所属方法包括以下步骤：
步骤201：用户估计与协作小区簇内各基站之间的接收信噪比，将最大的接收信噪比对应的基站确定为小区协作基站；计算协作小区簇内其他基站的候选协作因子，并反馈给各基站，候选协作因子定义如下：
其中，
Figure 911947DEST_PATH_IMAGE003
表示用户与小区服务基站之间的接收信噪比，
Figure 202114DEST_PATH_IMAGE004
表示用户与协作小区簇内第
Figure 331613DEST_PATH_IMAGE005
个基站之间的接收信噪比，
Figure 769547DEST_PATH_IMAGE006
表示用户所在小区服务基站的发送功率，
Figure 127847DEST_PATH_IMAGE007
表示用户与所在小区服务基站之间的大尺度信道响应，
Figure 600417DEST_PATH_IMAGE008
表示协作小区簇内第
Figure 399352DEST_PATH_IMAGE005
个基站的发送功率，
Figure 324583DEST_PATH_IMAGE009
表示用户与协作小区簇内第
Figure 486574DEST_PATH_IMAGE005
个基站之间的大尺度信道响应，，
Figure 19373DEST_PATH_IMAGE011
表示协作小区簇内基站数；
Figure 431899DEST_PATH_IMAGE012
表示用户接收到的噪声功率。
步骤202：定义候选协作门限，比较候选协作门限
Figure 579164DEST_PATH_IMAGE013
与候选协作因子
Figure 457252DEST_PATH_IMAGE001
的大小关系。
步骤203：如果候选协作因子
Figure 357075DEST_PATH_IMAGE018
，则基站
Figure 860869DEST_PATH_IMAGE005
不作为候选协作基站，记为
Figure 349488DEST_PATH_IMAGE019
，其中
Figure 710062DEST_PATH_IMAGE016
表示候选基站集合。
步骤204：如果候选协作因子
Figure 34864DEST_PATH_IMAGE014
，则基站
Figure 404666DEST_PATH_IMAGE005
作为候选协作基站，记为
Figure 4185DEST_PATH_IMAGE015
。
步骤205：各基站选取用户反馈信道统计状态信息的两种方式：反馈和隐反馈。
步骤206：采用反馈模式时，将用户与所在小区服务基站和各候选协作基站之间的小尺度信道响应表示为
Figure 801239DEST_PATH_IMAGE043
，用户利用信道参数的估计值，用和
Figure 347758DEST_PATH_IMAGE023
计算发送相关阵和接收相关阵，
Figure 521251DEST_PATH_IMAGE024
，其中表示求期望，上标代表共轭转置，
Figure 686839DEST_PATH_IMAGE026
表示集合的并集。
步骤207：用户分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解：，
Figure 720654DEST_PATH_IMAGE027
，其中，分别表示发送相关阵和接收相关阵
Figure 985861DEST_PATH_IMAGE029
的特征向量，
Figure 124719DEST_PATH_IMAGE030
分别表示对角元素由发送相关阵和接收相关阵
Figure 645830DEST_PATH_IMAGE029
的特征值所构成的对角阵。
步骤208：用户将和
Figure 67770DEST_PATH_IMAGE032
反馈给各基站。
步骤209：当采用隐反馈模式时，各基站利用接收链路
Figure 315211DEST_PATH_IMAGE033
的信道估计结果以及信道的互易性
Figure 385936DEST_PATH_IMAGE034
，采用与反馈模式相同的方法计算出发送相关阵和接收相关阵
Figure 124828DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 964608DEST_PATH_IMAGE024
。
步骤210：各基站分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解：，
Figure 382951DEST_PATH_IMAGE027
。
步骤211：基站将所获取的所有信道统计状态信息传递给中央处理单元。
步骤212：中央处理单元计算发送模式切换门限
Figure 675392DEST_PATH_IMAGE038
，其中
Figure 719440DEST_PATH_IMAGE039
Figure 413727DEST_PATH_IMAGE040
表示小区服务基站与候选协作基站的总基站个数；
Figure 2971DEST_PATH_IMAGE041
表示对角阵
Figure 48288DEST_PATH_IMAGE042
的最大对角元素，
Figure 131912DEST_PATH_IMAGE024
。
并比较用户与所在服务小区间的信噪比
Figure 618389DEST_PATH_IMAGE036
与发送模式切换门限
Figure 893381DEST_PATH_IMAGE035
的关系。
步骤213：如果
Figure 160414DEST_PATH_IMAGE044
，则采用非协作发送模式。
步骤214：确认当发送前模式是否为非协作发送模式。
步骤215：如果发送模式为协作发送模式，则中央处理单元发送信令通知基站切换到非协作模式。
步骤216：如果发送模式为非协作发送模式则不做任何处理
步骤217：如果
Figure 296998DEST_PATH_IMAGE037
，则采用协作发送模式。
步骤218：确认当发送前模式是否为协作发送模式。
步骤219：如果发送模式为非协作发送模式则中央处理单元发送信令通知基站切换到协作模式。
步骤220：如果发送模式为协作发送模式则不做任何处理。
如图2所示，本发明实施例提供的一种两基站协作下行传输模式切换的实例。该实例作为本发明实施例的一种特殊情况，将对接收信噪比大小的切换转化为用户到小区服务基站间距离的切换，具体参数设置如下：
总基站数                 2
基站天线数               8
用户天线数               2
基站间距离               1000m
路径损耗模型             31.5+35log10(d), d(m)
天线间距                0.5
Figure 700297DEST_PATH_IMAGE045
信道带宽                 10MHz
发送功率                 16dBm  
用户接收噪声功率密度     -174dBm/Hz
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、根据接收信噪比从协作小区簇内选择小区服务基站和候选协作基站：
首先用户估计与协作小区簇内各基站之间的接收信噪比，将最大的接收信噪比对应的基站确定为小区服务基站；然后计算协作小区簇内其他基站的候选协作因子，并反馈给各基站，候选协作因子                                                
Figure 473169DEST_PATH_IMAGE001
定义如下：
Figure 928421DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 765927DEST_PATH_IMAGE003
表示用户与小区服务基站之间的接收信噪比，
Figure 332037DEST_PATH_IMAGE004
表示用户与协作小区簇内第
Figure 555077DEST_PATH_IMAGE005
个基站之间的接收信噪比，
Figure 181231DEST_PATH_IMAGE006
表示用户所在小区服务基站的发送功率，
Figure 240454DEST_PATH_IMAGE007
表示用户与所在小区服务基站之间的大尺度信道响应，表示协作小区簇内第
Figure 451916DEST_PATH_IMAGE005
个基站的发送功率，
Figure 186653DEST_PATH_IMAGE009
表示用户与协作小区簇内第
Figure 795489DEST_PATH_IMAGE005
个基站之间的大尺度信道响应，
Figure 890353DEST_PATH_IMAGE010
，表示协作小区簇内基站数；表示用户接收到的噪声功率；定义候选协作门限
Figure 902806DEST_PATH_IMAGE013
，如果候选协作因子
Figure 302825DEST_PATH_IMAGE014
，则基站
Figure 433592DEST_PATH_IMAGE005
作为候选协作基站，记为
Figure 510133DEST_PATH_IMAGE015
，其中，表示候选基站集合，
Figure 153396DEST_PATH_IMAGE017
表示属于；如果候选协作因子，则基站
Figure 386111DEST_PATH_IMAGE005
不作为候选协作基站，记为
Figure 191256DEST_PATH_IMAGE019
，其中
Figure 431614DEST_PATH_IMAGE020
表示不属于；步骤二、所在小区服务基站和各候选协作基站信道统计状态信息的获取：将用户与所在小区服务基站之间的小尺度信道响应表示为
Figure 209077DEST_PATH_IMAGE021
，用户与各候选协作基站之间的小尺度信道响应表示为
Figure 689737DEST_PATH_IMAGE022
，当采用反馈模式时，用户利用信道参数的估计值，用和
Figure 936173DEST_PATH_IMAGE023
分别计算发送相关阵和接收相关阵，
Figure 425240DEST_PATH_IMAGE025
，其中，表示求期望，上标
Figure 76801DEST_PATH_IMAGE026
代表共轭转置，
Figure 43489DEST_PATH_IMAGE027
表示集合的并集；接下来分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解：，
Figure 438698DEST_PATH_IMAGE028
，其中，
Figure 190753DEST_PATH_IMAGE029
分别表示发送相关阵和接收相关阵的特征向量，
Figure 965735DEST_PATH_IMAGE030
分别表示对角元素由发送相关阵和接收相关阵
Figure 164635DEST_PATH_IMAGE024
的特征值所构成的对角阵；最后，用户将
Figure 771197DEST_PATH_IMAGE031
和
Figure 889195DEST_PATH_IMAGE032
反馈给各基站；当采用隐反馈模式时，各基站利用接收链路
Figure 331940DEST_PATH_IMAGE033
的信道估计结果以及信道的互易性
Figure 334531DEST_PATH_IMAGE034
，采用与反馈模式相同的方法计算出发送相关阵和接收相关阵
Figure 795599DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 959864DEST_PATH_IMAGE025
；然后分别对发送相关阵和接收相关阵进行特征分解：，
Figure 388440DEST_PATH_IMAGE028
；基站将所获取的所有信道统计状态信息传递给中央处理单元，步骤三、中央处理单元根据基站传递过来的信道统计状态信息，选择基站协作发送模式和非协作发送模式。
2.根据权利要求1所述的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，所述步骤二中，所述各基站信道统计状态信息的获取分为反馈和隐反馈两种模式，采用反馈模式时，各基站通过用户的反馈获得信道统计状态信息；当采用隐反馈模式时，直接在各基站计算信道统计状态信息。
3.根据权利要求1所述的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，所述步骤二中，所述各基站信道统计状态信息是指发送相关阵和接收相关阵。
4.根据权利要求1所述的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，所述步骤三中，所述基站协作发送模式和非协作发送模式的切换具体包括：
步骤a）、中央处理单元获得基站传递过来的信道统计状态信息后，计算发送模式切换门限
Figure 929143DEST_PATH_IMAGE035
；
步骤b）、比较用户与所在服务小区间的信噪比
Figure 244718DEST_PATH_IMAGE036
与发送模式切换门限
Figure 845463DEST_PATH_IMAGE035
的关系，如果
Figure 994292DEST_PATH_IMAGE037
，则采用协作发送模式，否则采用非协作发送模式。
5.根据权利要求4所述的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，所述步骤a）中，发送模式切换门限
Figure 338685DEST_PATH_IMAGE038
，其中
Figure 508767DEST_PATH_IMAGE039
，表示小区服务基站与候选协作基站的总基站个数；
Figure 418003DEST_PATH_IMAGE041
表示对角阵
Figure 300508DEST_PATH_IMAGE042
的最大对角元素，
Figure 590675DEST_PATH_IMAGE025
。
6.根据权利要求4所述的多小区协作下行传输模式自适应切换的方法，其特征在于，所述步骤b）中，在当前用户与所在服务小区之间的信噪比
Figure 533223DEST_PATH_IMAGE036
小于或等于发送模式切换门限
Figure 659573DEST_PATH_IMAGE035
的条件下，如果发送模式为非协作发送模式则中央处理单元发送信令通知基站切换到协作模式，如果发送模式为协作发送模式则不做任何处理；在当前用户与所在服务小区之间的信噪比
Figure 345770DEST_PATH_IMAGE036
大于发送模式切换门限
Figure 490443DEST_PATH_IMAGE035
的条件下，如果发送模式为非协作发送模式则不做任何处理，如果发送模式为协作发送模式则中央处理单元发送信令通知基站切换到非协作模式。
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