CN103684686B - 时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法 - Google Patents

时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，包括如下步骤：步骤1：用户设备传输其信号处理能力给基站；步骤2：基站端在用户设备上行传输的时候测量基站到用户设备之间的信道状态；步骤3：基站在下行传输时，根据其测量得到的基站到用户设备之间的信道状态、用户设备传输的信号处理能力，估计出合适的下行传输速率，并用此下行传输速率进行下行传输。本发明可以有效地减小用户设备的信道状态反馈开销，提升系统传输性能，增强基站调度的灵活性。

Description

时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法
技术领域
本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种在时分双工的蜂窝网络中，基站端根据上下行信道的时间互易性进行的下行自适应传输速率的控制方法。
背景技术
随着移动无线蜂窝网络通信技术的发展、智能终端的大量使用，人们对于蜂窝通信的传输速率的需求与日俱增。为了满足人们日益增长的速率要求，无线蜂窝网络的技术不停地在发展。我国在近年来加大了对于时分双工的蜂窝网络的支持力度，由此产生了具有自主知识产权的TD-SCDMA、TD-LET等第三代、第四代的基于时分双工的移动蜂窝网络技术。3GPP组织在未来第五代移动蜂窝网络技术标准化进程中，也对时分双工系统表现出了极大的关注。
在基于时分双工的蜂窝网络系统中，其上下行的传输信道具有极强的互易性。但是基于与原来的频分复用系统兼容性的考虑，这种在时分双工中出现的信道互易性并没有被使用。在以往的发明中，时分双工的蜂窝网络中仍然使用基于用户设备的信道反馈来做下行传输速率控制。
在本发明中，我们提出了一个全新的自适应控制协议来使用时分双工的蜂窝网络带来的传输信道互易性进行下行传输速率控制。相比原来的传输速率控制方法，我们的发明可以有效地减小用户设备的信道状态反馈开销，提升系统传输性能，增强基站调度的灵活性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法。
我们讨论一个基于时分双工（上下行传输使用时分复用的方法）的蜂窝通信系统的下行传输。由于基站到用户设备的信道状态与干扰情形随着时间不停在变化，为了控制传输误码率，同时尽可能地提高传输速率，基站会使用不同的星座图调制方式与不同的信道编码方式进行传输。
根据本发明提供的时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：用户设备传输其信号处理能力给基站；
步骤2：基站端在用户设备上行传输的时候测量基站到用户设备之间的信道状态；
步骤3：基站在下行传输时，根据其测量得到的基站到用户设备之间的信道状态、用户设备传输的信号处理能力，估计出合适的下行传输速率，并用此下行传输速率进行下行传输。
优选地，还包括在步骤2和步骤3之间执行的如下步骤：
步骤A：用户设备周期性反馈其所受干扰状况给基站；
相应地，在步骤3中，基站根据基站到用户设备之间的信道状态、用户设备传输的信号处理能力、用户设备周期性反馈的干扰状况，估计出合适的下行传输速率。
优选地，还包括如下步骤：
步骤4：基站在使用步骤3中所述下行传输速率进行下行传输后，记录用户设备报告的重传请求，然后根据记录结果，调整下次的传输速率。
从而可以补偿由于反馈、传输、估计过程中的误差提高基站对于下行传输速率控制的精确程度。
优选地，所述用户设备的信号处理能力的表现形式与传输方法为如下任一种方式：
-方式（1）：用户设备在不同传输速率的星座图调制方式与信道编码方式的组合下，需要保持90%以上块正确率（10%以下误块率）的最小SINR，使用量化值传输；
-方式（2）：用户设备在不同的星座图调制方式与信道编码方式的组合下的误块率和SINR曲线，使用曲线拟合量化后传输，用于拟合误块率和SINR曲线的函数为其中x是SINR，单位是dB，y为误块率，a和b为量化参数，e为自然对数的底数；
-方式（3）：用户设备使用的信号处理技术的列表，通过对现有的接收机信号处理技术编号后使用编号传输。
优选地，所述用户设备传输其信号处理能力给基站的时机是如下任一种或任多种时机：
时机（1）：用户设备首次接入或者切换到基站时；
时机（2）：基站需要用户设备的信号处理能力时；
时机（3）：用户设备的信号处理能力改变时。
优选地，所述干扰状况为如下任一种或任多种状况：
状况（1）：用户设备在某个频率块上所受到的多个天线上的干扰功率；
状况（2）：用户设备在某个频率块上所受到的每根天线上的干扰功率；
状况（3）：用户设备在多个频率块上所受到的多个天线上的平均干扰功率，其中频率块的带宽为100KHz-1MHz。
优选地，所述的干扰状况的反馈方法如下任一种或任多种方式：
-反馈干扰功率的量化值；
-给不同的干扰状况编码，反馈干扰状况对应的码字。
优选地，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：基站使用用户设备传输的信号处理能力重构出用户设备真实的星座图调制方式与信道编码方式的组合所对应的误块率和SINR曲线；
步骤3.2：基站使用上行传输的阶段测量到的基站到用户设备之间的信道状态，利用时分双工系统中的信道互易性，估算出基站到用户设备之间下行阶段的信道状态；
步骤3.3：基站使用估计的下行阶段的信道状态和得到的、或者基站间协作估计出的基站间协作估计的用户设备的干扰状况，计算出用户设备的SINR；
步骤3.4：基站使用得到的不同星座图调制方式与信道编码方式的组合所对应的误块率和SINR曲线和用户设备的SINR，计算出合适的传输速率，即星座图调制方式与信道编码方式的组合。
优选地，在步骤3.3中，利用SINR估计偏移量调整估算出的用户设备的SINR。
优选地，根据用户设备的重传请求来调整下次的传输速率的方法，具体为：如果重传请求的频率高于或等于预期，则说明传输速率被高估，额外降低估计的传输速率；如果重传请求的频率低于预期，则说明传输速率被低估，额外提高估计的传输速率。
优选地，信号处理能力的具体表现中所述的星座图调制方式包括：BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、256QAM。
优选地，信号处理能力的具体表现中所述的信道编码方式包括：具有不同编码冗余度的Turbo码及其变种、具有不同编码冗余度的LDPC码及其变种。
优选地，信号处理能力的具体表现中所述的误块率和SINR曲线是指通过离线仿真或者实际测量得到的在不同的SINR下可以达到的误包率。
优选地，信号处理能力的具体表现中所述的信号处理技术是指接收机用于抑制干扰，增加解码成功率的先进信号处理技术，例如：迭代的干扰自消除技术，非迭代的干扰自消除技术，线性干扰抑制技术等，迭代的信道编码解码技术等。
优选地，所述的信道状态信息包括：（1）某个频率块上的多个天线平均的信道衰弱，（2）某个频率块上的多个天线分别的信道衰弱与相位信息，（3）在多个频率块范围内的多个天线上的平均信道衰弱。
优选地，信道状态信息中所述的频率块的带宽为100KHz-1MHz。
优选地，用户设备反馈干扰状况的周期的间隔为1ms-100ms。
优选地，下行传输速率是用对应的星座图调制方式与信道编码方式的组合来实现的。
优选地，所述预期的重传请求是指基站通过使用信道状态、信号处理能力、干扰状况（如果有）、使用的传输速率联合估计出的误块率。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）在本发明中，用户设备不用频繁地反馈其信道状态信息给基站。此方法可以有效地减少用户设备的反馈信息量，减少传输中的额外传输消耗，增加有效的传输速率。
（2）现有技术是测量当前下行的信道状态信息，作为下次下行传输的信道状态信息反馈给基站。由于在时分双工系统中，相邻的下行传输时隙之间可能会间隔较长时间，现有技术会造成信道状态信息与实际信道不匹配。在本发明中，基站测量最近的上行信道状态，利用时分双工系统中的信道互易性，可以得到更准确的信道状态信息。
（3）在本发明中，基站拥有更多的信息，可以实现更加复杂与灵活的调度方法、协作方法、多用户多天线传输方法、负载转移方法、资源分配方法等用于提高蜂窝网络容量的先进方法。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是实施例中系统平均传输速率和其他方案的平均传输速率的比较。
图2是实施例中在不同的干扰估计精度下的系统平均传输速率的比较。
图3是实施例中使用重传请求进行传输速率修正的方法和完美信息下的传输速率的比较。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的时分双工蜂窝网络中基站自动控制下行传输速率的方法，可以有效地减小用户设备的信道状态反馈开销，提升系统传输性能，增强基站调度的灵活性。主要步骤为：首先用户设备传输其信号处理能力给基站，然后基站测量基站到用户设备之间的信道状态并且用户设备周期性反馈其所受干扰状况给基站，最后基站根据上述信息估计出合适的下行传输速率，此外基站的下行传输速率可以根据用户设备报告的重传请求进行修正。
具体实现步骤包括下列几步：
第一步，用户设备首次接入或者切换到新基站时,它传输其信号处理能力给基站。传输的信号处理能力是用户设备在不同的星座图调制方式与信道编码方式的组合下的误块率和SINR曲线（完美的）。星座图调制方式与信道编码方式的组合方式采用3GPP组织的LTE-A标准中规定的15个调制编码方式（MCS）。
第二步，基站端在用户设备上行传输的时候，通过使用解码出的用户设备传给基站的上行数据与接收到的信号进行比对得出信道状态。信道状态信息采用的是在某个频率块上的多个天线平均的信道衰弱，频率块的带宽为180KHz。
第三步，用户设备周期性反馈其所在某个频率块上所受到的多个天线上的干扰功率给基站。反馈干扰状况的周期的间隔为5ms。
第四步，基站在下行传输时，根据其得到的基站到用户设备之间的上行信道状态作为下行信道状态，用户设备周期性反馈的干扰状况，计算出用户设备的SINR（包括SINR估计偏移），然后利用用户设备传输的不同的调制编码方式所对应的误块率和SINR曲线，在LTE-A标准中规定的15个调制编码方式中挑选合适的星座图调制方式与信道编码方式的组合，并用此进行下行传输。
第五步，基站在使用第四步中所述的传输速率进行下行传输后，记录用户设备报告的重传请求，然后根据记录结果，调整下次的传输速率。如果重传请求的频率高于根据对应的误块率和SINR曲线得到的预期，则通过减少SINR估计偏移来降低估计的传输速率。如果重传请求的频率低于根据对应的误块率和SINR曲线得到的预期，则通过增加SINR估计偏移来提高估计的传输速率。
其他仿真条件：3个基站，9个小区，1个资源块（180KHz），瑞利快衰落，阴影慢衰落，50000次实现。
图1展示了基站端得到不同程度的信息时系统平均的传输速率。从图中可以看出，本发明在正确的估计偏移的情形下可以达到系统传输容量的最大值。相比部分信息反馈，本发明可以达到更好的性能。相比完美信息反馈，此发明可以减小反馈开销。
图2展示了基站端得到的干扰信息有误差时，系统的平均传输速率。从图中可以看出，本发明可以忍受较小的干扰信息误差，具有较强的鲁棒性。
图3展示了本发明中的基站根据用户设备报告的重传请求进行传输速率修正的方法的有效性。从图中可以看出，经过多次修正后，本发明可以减少由于反馈信息的不准确性带来的性能损失。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：用户设备传输其信号处理能力给基站；
步骤2：基站端在用户设备上行传输的时候测量基站到用户设备之间的信道状态；
步骤3：基站在下行传输时，根据其测量得到的基站到用户设备之间的信道状态、用户设备传输的信号处理能力，估计出合适的下行传输速率，并用此下行传输速率进行下行传输；
基站端在用户设备上行传输的时候，通过使用解码出的用户设备传给基站端的上行数据与接收到的信号进行比对得出信道状态。
2.根据权利要求1所述的时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，其特征在于，还包括在步骤2和步骤3之间执行的如下步骤：
步骤A：用户设备周期性反馈其所受干扰状况给基站；
相应地，在步骤3中，基站根据基站到用户设备之间的信道状态、用户设备传输的信号处理能力、用户设备周期性反馈的干扰状况，估计出合适的下行传输速率。
3.根据权利要求1所述的时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤4：基站在使用步骤3中所述下行传输速率进行下行传输后，记录用户设备报告的重传请求，然后根据记录结果，调整下次的传输速率。
4.根据权利要求1所述的时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，其特征在于，所述用户设备的信号处理能力的表现形式与传输方法为如下任一种方式：
-方式(1)：用户设备在不同传输速率的星座图调制方式与信道编码方式的组合下，需要保持90％以上块正确率的最小信号与干扰加噪声比SINR，使用量化值传输；
-方式(2)：用户设备在不同的星座图调制方式与信道编码方式的组合下的误块率和SINR曲线，使用曲线拟合量化后传输，用于拟合误块率和SINR曲线的函数为其中x是SINR，单位是dB，y为误块率，a和b为量化参数，e为自然对数的底数；
-方式(3)：用户设备使用的信号处理技术的列表，通过对现有的接收机信号处理技术编号后使用编号传输。
5.根据权利要求1所述的时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，其特征在于，所述用户设备传输其信号处理能力给基站的时机是如下任一种或任多种时机：
时机(1)：用户设备首次接入或者切换到基站时；
时机(2)：基站需要用户设备的信号处理能力时；
时机(3)：用户设备的信号处理能力改变时。
6.根据权利要求2所述的时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，其特征在于，所述干扰状况为如下任一种或任多种状况：
状况(1)：用户设备在某个频率块上所受到的多个天线上的干扰；
状况(2)：用户设备在某个频率块上所受到的每根天线上的干扰；
状况(3)：用户设备在多个频率块上所受到的多个天线上的平均干扰，其中频率块的带宽为100KHz-1MHz。
7.根据权利要求6所述的时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，其特征在于，所述的干扰状况的反馈方法如下任一种或任多种方式：
-反馈干扰功率的量化值；
-给不同的干扰状况编码，反馈干扰状况对应的码字。
8.根据权利要求1所述的时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：基站使用用户设备传输的信号处理能力重构出用户设备真实的星座图调制方式与信道编码方式的组合所对应的误块率和SINR曲线；
步骤3.2：基站使用上行传输的阶段测量到的基站到用户设备之间的信道状态，利用时分双工系统中的信道互易性，估算出基站到用户设备之间下行阶段的信道状态；
步骤3.3：基站使用估计的下行阶段的信道状态和得到的、或者基站间协作估计出的基站间协作估计的用户设备的干扰状况，计算出用户设备的SINR；
步骤3.4：基站使用得到的不同星座图调制方式与信道编码方式的组合所对应的误块率和SINR曲线和用户设备的SINR，计算出合适的传输速率，即星座图调制方式与信道编码方式的组合。
9.根据权利要求8所述的时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，其特征在于，在步骤3.3中，利用SINR估计偏移量调整估算出的用户设备的SINR。
10.根据权利要求3所述的时分双工蜂窝网络中基站下行自适应传输速率的控制方法，其特征在于，根据用户设备的重传请求来调整下次的传输速率的方法，具体为：如果重传请求的频率高于或等于预期，则说明传输速率被高估，额外降低估计的传输速率；如果重传请求的频率低于预期，则说明传输速率被低估，额外提高估计的传输速率。
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