CN102170699A - 双层协作簇结构下结合空分复用的单用户mimo方案和装置及基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层协作簇结构下结合空分复用的单用户MIMO方案、实现上述MIMO方案的装置以及包含上述MIMO装置的基站，包括：基站将UE分配到两个协作簇中方法的确定；根据这两个UE的大尺度信息来判断是否进行SDMA；生成协作用户的预处理矩阵；进行归一化处理并传输数据。采用本发明方案，以在复杂度增加不大的情况下，较好的获取协作式无线电系统的好处。

Description

双层协作簇结构下结合空分复用的单用户MIMO方案和装置及基站

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及双层协作簇结构下单用户MIMO方案、实现上述MIMO方案的装置以及包含上述MIMO装置的基站。

背景技术

协作式单用户MIMO(CoMP-SU-MIMO)作为一种协作式多点传输技术，其主要特点如下：

协作簇内的基站选择需要服务的用户(通常为边缘用户)并通过协作处理同时对该用户传输相同的数据。称这些选中的用户为协作用户。假设每个发送点有n_t天线，每个UE有n_r根天线。在下行链路中，M个协作发送点(基站)和一个UE形成了一个(Mn_t)×(n_r)的虚拟MIMO系统，如图1所示。对于没有被选择的非协作用户，则按照传统的方式由相应扇区的基站独立调度。

在现有的CoMP-SU-MIMO中，协作小区的选择，可以由网络(network-centric)或者UE(UE-centric)来决定，或者由二者协调(hybrid fashion)。

在UE-centric场景下，每个UE都选择一组最佳协作小区。这些小区簇的选择是动态的，并且有可能会重叠。所以协作小区的选择需要全网络的协调，从调度的角度来看这是很复杂的。一种替代的方法是把小区簇设定得大一些，UE在特定的小区簇内部进行动态选择最佳协作小区，它虽然是次优的方法，但同样能带来较大的增益。

在network-centric场景下，小区簇的选择是静态的。每个UE都只能被一组确定的小区簇服务，小区簇内的小区将相互协作，共同为UE服务。但位于小区簇边缘地区的UE的性能将会受到一定的影响。为降低复杂度，协作小区的数量一般应作限制。在这种场景下，可以允许只由小区簇的一部分小区来为某个UE服务，即并不一定始终都由小区簇内的所有小区共同来为某个UE服务。

双层协作簇的概念，其建立原则为：每一层协作簇中的协作效果较弱的区域应当被另一层能获得较佳协作效果的协作簇覆盖，这样系统中的尽可能多的区域均能获得较好的协作效果。

对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有技术存在以下缺点：

1、对于协作式无线电系统静态协作(即network-centric)的CoMP-SU-MIMO，即在网络部署时就约定好：基站1、基站2和基站3进行协作组成一个协作集合，基站1小区里的用户1、基站2小区里的用户2和基站3小区里的用户3组成一个协作用户组。

然而，用户2发射的信号到达基站2、基站3和基站4最强，即基站2、基站3和基站4接收用户2的有用信号最佳。同时，在使用基站2、基站3和基站4检测用户2的信号时，用户2的有用信号所受到的干扰主要是用户3和用户4的信号或者是其他小区用户的信号。因此静态协作存在协作较弱的区域。并且该方式的协作的频谱利用率不够高。

2、对于协作式无线电系统动态协作的过程(即UE-centric)，是从UE的角度出发选择最合适的协作基站。由于小区簇的选择是动态的，并且有可能会重叠，所以协作小区的选择需要全网络的协调，从调度的角度来看复杂度较高。尽管另一种替代的方法是把小区簇设定得大一些，UE在特定的小区簇内部进行动态选择最佳协作小区，但仍不能很明显的解决复杂度高的问题。且对频谱利用率的提升有限。

3、对于双层协作簇模型下的CoMP-SU-MIMO，由于每个基站处在两个协作簇中，进而导致这两个协作簇对共同资源的竞争。若仅仅简单的将资源正交的划分到两个协作簇中则会出现对资源使用的浪费，频谱效率不高，且带来的吞吐量增益有限。

发明内容

本发明提供了一种双层协作簇结构下结合空分复用的单用户MIMO方案，以在复杂度增加不大的情况下，较好的获取协作式无线电系统的容量和覆盖的增益。

本发明针对现有方案中静态协作和动态协作各自存在的缺点，结合双层协作簇的思想提出了一种基于基站的双层协作簇策略下利用空分复用方式传输的方案，解决了双层协作簇中簇间资源分配的问题，进而在复杂度增加不大的情况下带来对频谱效率和系统吞吐量的进一步提升，较好的获取协作式无线电系统的好处。

如图2所示为本发明双层协作簇结构下结合空分复用的单用户MIMO方案的流程图，其具体实施过程如下：

步骤1、基站将UE分配到两个协作簇中：

基站利用UE接收周围基站信号的功率值来将用户划分到不同的协作簇中。UE分别计算出接收到的两个协作簇基站信号功率和，并上报给主服务基站，主服务基站比较每个UE的上述两个功率和，再根据资源的占用情况等其他因素决定将UE分配到哪一层协作簇中。比如仅比较功率和，对于cell₀的UE₀，它可能处在的协作簇为由cell₀、cell₁、cell₂组成的协作簇cluster1和由cell₀、cell₃、cell₄组成的协作簇cluster2。UE₀可分别测出来源于cell₁、cell₂、cell₃、cell₄的基站的接收信号功率强度，分别记为P1、P2、P3和P4，基站计算出

的值。该功率的计算应考虑路径损耗、阴影衰落和天线方向性增益。基站将

的用户分配到协作簇cluster1中，其余的分配给协作簇cluster2。

步骤2、利用SDMA：

在用于协作的频段上，每个基站可对其所处的两个协作簇中选择的用户同时进行传输。也就是说利用空分复用的思想基站对需要协作的用户传输数据。为了便于使用空分复用，每层协作簇的CoMP频段应该相同。在双层协作模型中，每个协作簇独立选择若干协作用户(通常为边缘用户)。选择方式可以是传统的按照geometry的方式选择或其他方式。由于在协作频段上，每个基站要同时服务两个用户，因此基站对每个协作用户的传输功率降为在没有空分复用情况下的一半。需要说明的是，如果两个协作簇选择的UE相邻较近，则在做SDMA时会引来较大的干扰，因此一个改进方案是可根据这两个UE的

值的差别大小来判断是否进行SDMA，如设定一个门限，差别大于这个门限时才使用SDMA。如果不使用SDMA则这两个UE使用的频段应为正交的。

步骤3、生成协作用户的预处理矩阵，有两种方式：

方式1：无协作簇间共享调度信息，则每个协作簇按照现有的算法(LBF算法)独立的得到对协作簇内协作用户的预编码矩阵。

方式2：协作簇间共享调度信息，利用BD-SVD算法消除对邻协作簇的协作用户的干扰。

步骤4、进行归一化处理。

步骤5、传输数据。

根据本发明提出了一种双层协作簇结构下结合空分复用的单用户MIMO方案、实现上述MIMO方案的装置以及包含上述MIMO装置的基站，包括：分配模块，分配区域内用户到两层协作簇；调度模块，每层协作簇独立调度用户；判断模块，根据调度用户的大尺度信息，判断是否对用户进行SDMA预编码；计算模块，计算预处理矩阵并对预处理矩阵归一化。

附图说明

图1为下行CoMP-SU-MIMO系统结构示意图。

图2为本发明双层协作簇结构下结合空分复用的单用户MIMO方案流程图。

图3为为本发明双层协作簇结构下结合空分复用的单用户MIMO装置示意图。

Claims (8)

1.一种双层协作簇结构下结合空分复用的单用户MIMO，其特征在于，包括：

确定每个用户和基站的链路质量；

双层协作簇结构下每个扇区将用户分配到相应的协作簇中；

确定各协作频段上的协作用户；

生成协作用户的预处理矩阵，进行归一化处理并传输数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基站利用UE接收周围基站信号的功率值来将用户划分到不同的协作簇中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，UE分别计算出接收到的两个协作簇基站信号功率和，并上报给主服务基站，主服务基站比较每个UE的上述两个功率和，再根据资源的占用情况等其他因素决定将UE分配到哪一层协作簇中。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果一个扇区所处的两个协作簇选择的两个协作UE间的干扰较小，则使用空分复用，否则为这两个协作UE分配正交的频段。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，每个UE分别计算来自两个协作簇中协作基站的接收功率和的比值，根据两个协作UE的该比值之差来判断是否进行空分复用，如设定一个门限，差别大于这个门限时才使用空分复用。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述功率的计算应考虑路径损耗、阴影衰落和天线方向性增益。基站将各用户分配到相对于该用户来说接收功率和较大的协作簇中。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成协作用户的预处理矩阵，可以采用两种方式进行，具体包括：

协作簇间无共享调度信息，则每个协作簇按照LBF算法独立的得到对协作簇内协作用户的预编码矩阵；

协作簇间共享调度信息，则利用BD-SVD算法获得预编码矩阵消除对邻协作簇的协作用户的干扰。

8.一种双层协作簇结构下结合空分复用的单用户MIMO的装置，所述MIMO装置包括：

分配模块，分配区域内用户到两层协作簇；

调度模块，每层协作簇独立调度用户；

判断模块，根据调度用户的大尺度信息，判断是否对用户进行SDMA预编码；

计算模块，计算预处理矩阵并对预处理矩阵归一化。

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