CN102547744A - 一种协作集的动态划分方法及用户设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协作集的动态划分方法及用户设备，其中所述方法包括：检测用户设备到接入节点及各相邻节点的RSRP，根据设定的功率差值门限和用户设备到接入节点的RSRP对用户设备到各相邻节点的RSRP进行筛选从而选取协作节点；获取所选取的协作节点中k个协作节点的RSRP之和与用户设备接收的总干扰的比例，其中k个协作节点中任一者的RSRP大于所选取的协作节点中剩余的任一者的RSRP，如果比例大于等于设定的干扰比例门限，则将k个协作节点和用户设备的接入节点划分构成协作集。本发明根据干扰节点的影响选取合适的协作节点，极大的增强小区边缘吞吐量，同时控制了系统的协作传输的开销和复杂度，保证系统的频谱效率。

Description

一种协作集的动态划分方法及用户设备

技术领域

本发明涉及通信领域，涉及一种协作集的动态划分方法及用户设备。

背景技术

目前无线接入网的主要设计目标包括提高系统的频谱利用率，提高小区的覆盖范围，提高小区边缘用户的吞吐量。在基于OFDMA技术的蜂窝移动小区中，通过正交的子载波区分不同用户，虽然基本不存在小区内干扰，但是对于处于小区边缘的用户，却受到不同小区间信号的干扰，经历比较严重的共道干扰(Co-Channel Interference，CCI)，使得其性能难以保证。由于系统容量是干扰受限的，因而不能通过增加发射功率来解决小区间的干扰(Inter-cell Interference，ICI)问题。无线接入网采用多小区的信号协作收发，集中式无线资源动态调度便成为改善小区边缘用户吞吐量的最有效手段之一。

多点协作(Coordinated Multiple Point，CoMP)传输作为LTE-Advanced系统的一项重要传输模式，利用多个地理位置相互独立分散的传输点通过相互协作的传输方式对某一用户或多个用户(SU-CoMP或MU-CoMP)同时进行数据传输。根据协作集合小区之间是否共享用户面数据，CoMP可分为联合处理(Joint Processing，JP)和协作调度/波束赋型(CoordinatedScheduling/Beamforming，CS/CB)。JP利用不同小区基站天线到用户的空间分集来提高小区边缘用户的性能，包括联合传输(Joint Transmission，JT)和动态小区选择(Dynamic Cell Selection，DCS)。CS/CB利用不同小区之间的信息交互，通过对资源(时间、频率、空间等)的调度，包括波束赋形向量的调度来减少小区间干扰(ICI)，从而改善小区边缘性能，提高系统吞吐量。

由CoMP传输技术的组成特点可知，为了减少小区间同频干扰以达到更好的系统性能，需要针对CoMP传输技术中的协作节点选择、协作用户的确定、协作集的划分、无线资源调度算法以及MIMO等方面进行研究。

目前在协作集划分方面，常用的方法是静态协作集划分。该方法在进行通信的过程中将邻近的小区划分成一个固定的协作集，这种方法不能很好的对协作集进行优化，每个小区边缘用户所处的协作集并不完全合理，并不能完全发挥协作的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种协作集的动态划分方法及用户设备，根据干扰节点的影响选取合适的协作节点，极大的增强小区边缘吞吐量，同时控制了系统的协作传输的开销和复杂度，保证系统的频谱效率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种协作集的动态划分方法，包括：检测用户设备到接入节点及各相邻节点的参考信号接收功率(RSRP)，根据一设定的功率差值门限和所述用户设备到接入节点的RSRP对所述用户设备到各相邻节点的RSRP进行筛选从而由各相邻节点中选取协作节点；获取所选取的协作节点中k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例，其中所述k个协作节点中任一者的RSRP大于所选取的协作节点中剩余的任一者的RSRP，如果所述比例大于等于一设定的干扰比例门限，则将所述k个协作节点和所述用户设备的接入节点划分构成协作集。

进一步地，根据一设定的功率差值门限和所述用户设备到接入节点的RSRP对所述用户设备到各相邻节点的RSRP进行筛选从而由各相邻节点中选取协作节点的步骤，包括：分别将当前用户设备到各相邻节点的RSRP与当前用户设备到接入节点的RSRP相比，其中差值小于所述功率差值门限的相邻节点判定为协作节点。

进一步地，所述用户设备接收的总干扰，包括：所述用户设备接收到的全部相邻节点的干扰之和以及噪声。

进一步地，k取值不超过所述协作集内的协作节点的个数上限且不小于1。

进一步地，获取所选取的协作节点中k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例，其中所述k个协作节点中任一者的RSRP大于所选取的协作节点中剩余的任一者的RSRP的步骤，包括：将所选取的协作节点按照RSRP由大到小的顺序进行排序，获取其中前k个协作节点，检测前k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例。

进一步地，还包括：检测所述协作集内的节点数量，如果所述节点数量未达到一设定范围，调整功率差值门限和干扰比例门限的取值使所述协作集中的节点数量处于所述设定范围内。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种动态划分协作集的用户设备，包括：协作节点选取模块，用于检测用户设备到接入节点及各相邻节点的参考信号接收功率(RSRP)，根据一设定的功率差值门限和所述用户设备到接入节点的RSRP对所述用户设备到各相邻节点的RSRP进行筛选从而由各相邻节点中选取协作节点；协作集划分模块，用于获取所选取的协作节点中k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例，其中所述k个协作节点中任一者的RSRP大于所选取的协作节点中剩余的任一者的RSRP，如果所述比例大于等于一设定的干扰比例门限，则将所述k个协作节点和所述用户设备的接入节点划分构成协作集。

进一步地，所述协作节点选取模块，用于分别将当前用户设备到各相邻节点的RSRP与当前用户设备到接入节点的RSRP相比，其中差值小于所述功率差值门限的相邻节点判定为协作节点。

进一步地，所述协作集划分模块，用于检测所述用户设备接收到的总干扰，包括：所述用户设备接收到的全部相邻节点的干扰之和以及噪声。

进一步地，所述协作集划分模块，用于将所选取的协作节点按照RSRP由大到小的顺序进行排序，获取其中前k个协作节点，检测前k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例。

进一步地，还包括：动态调整模块，用于检测所述协作集内的节点数量，调整功率差值门限和干扰比例门限的取值并对应通知所述协作节点选取模块和协作集划分模块使协作集中的节点数量处于一设定范围内。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

从整个小区优化角度出发，在较小的反馈开销和低复杂度的情况下，根据小区内所有协作用户的需求选择合理的协作集从而完成动态划分，使小区边缘用户所在的协作集得以优化；

用户所处小区的系统在95％的几率下都能够保证提供最低吞吐量，这个最低吞吐量代表着所述用户所处小区的系统的边缘用户性能，说明绝大多数用户在现有场景可以保证得到稳定的用户感受；

基于干扰消除技术，自动识别选取用户设备周边的相邻节点的强干扰作为协作传输对象，将其转换为有效信号，因而使得平均吞吐量和边缘用户的吞吐量都有所增益；

利用一小部分损失的平均频谱效率换取了边缘频谱效率的大幅提升。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的协作集的动态划分方法的方法流程图；

图2为本发明实施例的动态划分协作集的用户设备的结构图；

图3为本发明实施例的采用多点协作传输与不采用多点协作传输时的系统有效吞吐量的累积分布曲线(CDF)；

图4为本发明实施例的采用多点协作传输与不采用多点协作传输的系统吞吐量的对比示意图；

图5为本发明实施例的采用多点协作传输与不采用多点协作传输的频谱效率的绝对值的对比示意图。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

以下描述下本发明的设计原理

本发明自动识别选取用户设备周边的相邻节点的强干扰作为协作传输对象，将其转换为有效信号，因而使得平均吞吐量和边缘用户的吞吐量都有所增益。

以下描述下本发明的核心构思

接入节点，即用户设备(UE)当前所处的服务扇区/小区的节点；相邻节点，即用户设备当前所处的服务扇区/小区的相邻扇区/小区内的节点。所述节点(eNB)包括但不限于宏基站(Macro eNB)、远端无线设备(RemoteRadio Head)、微基站(Pico eNB)、中继节点(Relay Node)和家用基站(HomeeNB)。

检测用户设备到接入节点及各相邻节点的参考信号接收功率(RSRP)，根据一设定的功率差值门限和所述用户设备到接入节点的RSRP对所述用户设备到各相邻节点的RSRP进行筛选从而由各相邻节点中选取协作节点；获取所选取的协作节点中k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例，其中所述k个协作节点中任一者的RSRP大于所选取的协作节点中剩余的任一者的RSRP，如果所述比例大于等于一设定的干扰比例门限，则将所述k个协作节点和所述用户设备的接入节点划分构成协作集，否则，将当前用户设备的协作集置为空集。

下面以一实施例对本发明的协作集的动态划分方法作进一步说明。

如图1所示，为本发明实施例的协作集的动态划分方法的方法流程图，包括：步骤1至3。

步骤1，检测用户设备到接入节点及各相邻节点的参考信号接收功率(RSRP)，根据一设定的功率差值门限和所述用户设备到接入节点的RSRP对所述用户设备到各相邻节点的RSRP进行筛选从而由各相邻节点中选取协作节点。

此步骤主要包括两部分的操作：

S1，检测当前用户设备到接入节点及各相邻节点的参考信号接收功率(RSRP)；在实际操作中，一般认为，当前用户设备到接入节点的RSRP作为信号接收功率，当前用户设备到每个相邻节点的RSRP作为干扰；

S2，设置一功率差值门限，分别将各相邻节点的干扰与所述信号接收功率相比，其中差值小于所述功率差值门限(即落在所述功率差值门限限定的落差范围内)的相邻节点判定为CoMP(非多点协作传输模式)的协作节点，即

RSRP_{eNB_macro}-RSRP_threshold＜RSRP_{eNBCoMP_i}    (1)

其中，RSRP_{eNB_macro}为所述用户设备到其接入节点eNB_macro的RSRP，RSRP_threshold为功率差值门限，RSRP_{eNBCoMP_i}为所述用户设备到某一协作节点eNB_CoMP_i的RSRP。

因此根据公式(1)对所有相邻节点的RSRP进行筛选，将所有符合公式关系要求的RSRP全部选出来，这些RSRP符合要求的相邻节点即为协作节点eNB_CoMP_i。

步骤2，获取步骤1所选取的协作节点中k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例，其中所述k个协作节点中任一者的RSRP大于所选取的协作节点中剩余的任一者的RSRP，如果所述比例大于等于一设定的干扰比例门限，则将所述k个协作节点和所述用户设备的接入节点划分构成协作集。

此步骤主要包括两部分的操作：

S3，将S2所选取的协作节点按照RSRP由大到小的顺序进行排序，获取其中前k个协作节点，检测前k(1≤k≤M，M为设定的协作集内的协作节点的个数上限)个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收到的总干扰I_sum的比例；

所述用户设备接收到的总干扰包括所述用户设备接收到的全部相邻节点的干扰之和以及噪声，即

$I_{\mathrm{sum}}=\underset{i\≠\mathrm{macro}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{RSRP}}_{\mathrm{eNB}\_i}+N---\left(2\right)$

其中，RSRP_{eNB_i}所述用户设备到某一相邻节点的RSRP，

表示所述用户设备接收到的全部相邻节点的干扰之和，N为噪声功率，注意，所述用户设备接收到的总干扰I_sum不包括RSRP_{eNB_macro}；

S4，如果所述比例大于等于一设置的干扰比例门限R_threshold，则判定前k个协作节点和所述用户设备的接入节点构成协作集，即

$\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\max \_i}}{I_{\mathrm{sum}}}\≥R_{\mathrm{threshold}}---\left(3\right)$

其中P_{max_i}表示所述用户设备接收到的在由大到小的排序中第i个协作节点的干扰。

以下以一应用实例对S4的处理进行说明。

当前用户设备从排序上的第一个协作节点开始检测，即k＝1，此时如果满足公式(3)的条件，则可以确定协作集合为接入节点和第一个协作节点；如果k＝1不满足条件，则检测第二个节点，如果第二个依然不满足条件，则检测第三个节点，以此对k(1≤k≤M)循环累加，如满足公式(3)条件，则确定协作集为接入节点和前k个协作节点，如直至k＝m依然不满足公式(3)的条件，则将当前用户设备的协作集置为空集，此时可以认为当前用户设备不进行多点协作传输操作。

步骤3，检测所述协作集内的节点数量，调整功率差值门限和干扰比例门限的取值使协作集中的节点数量处于一设定范围内。

此步骤主要包括三部分的操作：

S5，检测所述协作集内的节点数量是否处于一设定范围内；

S6，如果所述节点数量未达到所述设定范围，则调整功率差值门限RSRP_threshold和干扰比例门限R_threshold的大小，使协作集中的节点数量处于所述设定范围，返回执行S2；

S7，如果所述节点数量达到所述设定范围，协作集的动态划分完成，流程结束。

一般来说，在实际做操作中所述范围可以取总节点数量的10％-20％。

下面再以一实施例对本发明动态划分协作集的用户设备作进一步说明。

如图2所示，为本发明实施例的动态划分协作集的用户设备的结构图，包括：

协作节点选取模块1，用于检测用户设备到接入节点及各相邻节点的参考信号接收功率(RSRP)，根据一设定的功率差值门限和所述用户设备到接入节点的RSRP对所述用户设备到各相邻节点的RSRP进行筛选从而由各相邻节点中选取协作节点；具体来说，进一步用于分别将当前用户设备到各相邻节点的RSRP与当前用户设备到接入节点的RSRP相比，其中差值小于所述功率差值门限的相邻节点判定为协作节点；

协作集划分模块2，用于获取所选取的协作节点中k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例，其中所述k个协作节点中任一者的RSRP大于所选取的协作节点中剩余的任一者的RSRP，如果所述比例大于等于一设定的干扰比例门限，则将所述k个协作节点和所述用户设备的接入节点划分构成协作集；具体来说，进一步用于将所选取的协作节点按照RSRP由大到小的顺序进行排序，获取其中前k个协作节点，检测前k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例；所述所述用户设备接收到的总干扰包括：所述用户设备接收到的各相邻节点的干扰之和以及噪声；

动态调整模块3，用于检测所述协作集内的节点数量，调整功率差值门限和干扰比例门限的取值并对应通知协作节点选取模块1和协作集划分模块2，使协作集中的节点数量处于一设定范围内，一般来说，在实际做操作中所述范围可以取总节点数量的10％-20％。

性能验证

本部分通过计算机仿真的方法进行了验证。采用系统级仿真方法，对蜂窝网络进行建模，网络由19个蜂窝小区构成，每小区分为3个扇区且由一个节点管辖。系统仿真参数参考3GPP[1]，详见表1。

表1

在双重分集MIMO下采用多点协作传输操作，对某一用户进行数据传输时在JT模式下所述用户所处小区的系统吞吐量与不进行多点协作传输操作时所述用户所处小区的系统吞吐量的性能对比。参见图3为本发明实施例的采用多点协作传输与不采用多点协作传输时的系统有效吞吐量的累积分布曲线(CDF)，图4为采用多点协作传输与不进行多点协作传输的系统吞吐量的对比示意图，其中，分别示出了系统平均吞吐量和边缘吞吐量的对比。图5采用多点协作传输与不进行多点协作传输的频谱效率的绝对值的的对比示意图。

其中，参见图3，累积分布曲线(CDF)5％处的指标表征的是所述用户所处小区的系统在95％的几率下都能够保证提供最低吞吐量，这个最低吞吐量代表着所述用户所处小区的系统的边缘用户性能，它说明绝大多数用户在现有场景可以保证得到稳定的用户感受。

从仿真结果可以看出，相对于传统的非多点协作传输模式，本文提出的多点协作集选择的方法，利用基于干扰消除技术，将用户设备接收的来自相邻小区的强干扰转换为有效信号，性能方面无论是平均吞吐量还是边缘用户的吞吐量都有所增益。其中，系统的平均吞吐量有6％的提升，系统的边缘吞吐量有20％的提升，参见图4。

从图5可以看出，系统的平均频谱效率下降了2％，但是利用这一小部分损失的平均频谱效率换取了边缘频谱效率提升了14.6％，以较小的代价换得了系统整体性能的极大提升，具有显著的进步。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种协作集的动态划分方法，其特征在于，包括：

检测用户设备到接入节点及各相邻节点的参考信号接收功率(RSRP)，根据一设定的功率差值门限和所述用户设备到接入节点的RSRP对所述用户设备到各相邻节点的RSRP进行筛选从而由各相邻节点中选取协作节点；

获取所选取的协作节点中k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例，其中所述k个协作节点中任一者的RSRP大于所选取的协作节点中剩余的任一者的RSRP，如果所述比例大于等于一设定的干扰比例门限，则将所述k个协作节点和所述用户设备的接入节点划分构成协作集。

2.如权利要求1所述的动态划分方法，其特征在于，根据一设定的功率差值门限和所述用户设备到接入节点的RSRP对所述用户设备到各相邻节点的RSRP进行筛选从而由各相邻节点中选取协作节点的步骤，进一步包括：

分别将当前用户设备到各相邻节点的RSRP与当前用户设备到接入节点的RSRP相比，其中差值小于所述功率差值门限的相邻节点判定为协作节点。

3.如权利要求1所述的动态划分方法，其特征在于，

所述用户设备接收的总干扰，包括：所述用户设备接收到的各相邻节点的干扰之和以及噪声；

k取值不超过所述协作集内的协作节点的个数上限且不小于1。

4.如权利要求1所述的动态划分方法，其特征在于，获取所选取的协作节点中k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例，其中所述k个协作节点中任一者的RSRP大于所选取的协作节点中剩余的任一者的RSRP的步骤，进一步包括：

将所选取的协作节点按照RSRP由大到小的顺序进行排序，获取其中前k个协作节点，检测前k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例。

5.如权利要求1所述的动态划分方法，其特征在于，

还包括：检测所述协作集内的节点数量，如果所述节点数量未达到一设定范围，调整功率差值门限和干扰比例门限的取值使所述协作集中的节点数量处于所述设定范围内。

6.一种动态划分协作集的用户设备，其特征在于，包括：

协作节点选取模块，用于检测用户设备到接入节点及各相邻节点的参考信号接收功率(RSRP)，根据一设定的功率差值门限和所述用户设备到接入节点的RSRP对所述用户设备到各相邻节点的RSRP进行筛选从而由各相邻节点中选取协作节点；

协作集划分模块，用于获取所选取的协作节点中k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例，其中所述k个协作节点中任一者的RSRP大于所选取的协作节点中剩余的任一者的RSRP，如果所述比例大于等于一设定的干扰比例门限，则将所述k个协作节点和所述用户设备的接入节点划分构成协作集。

7.如权利要求6所述的用户设备，其特征在于，

所述协作节点选取模块，进一步用于分别将当前用户设备到各相邻节点的RSRP与当前用户设备到接入节点的RSRP相比，其中差值小于所述功率差值门限的相邻节点判定为协作节点。

8.如权利要求6所述的用户设备，其特征在于，

所述协作集划分模块，进一步用于检测所述用户设备接收到的总干扰，包括：所述用户设备接收到的各相邻节点的干扰之和以及噪声。

9.如权利要求6所述的用户设备，其特征在于，

所述协作集划分模块，进一步用于将所选取的协作节点按照RSRP由大到小的顺序进行排序，获取其中前k个协作节点，检测前k个协作节点的RSRP之和与所述用户设备接收的总干扰的比例。

10.如权利要求6所述的用户设备，其特征在于，还包括：

动态调整模块，用于检测所述协作集内的节点数量，调整功率差值门限和干扰比例门限的取值并对应通知所述协作节点选取模块和协作集划分模块使协作集中的节点数量处于一设定范围内。

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