CN106130609A - 一种波束通信的协作增强传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种波束通信的协作增强传输方法,涉及无线通信技术领域,站点依照非波束交叠区UE的传输需求,利用OFDM将非波束交叠区UE所需频率带宽资源分配给非波束交叠区UE,并将剩余的系统频率带宽资源分配给波束边缘交叠区的UE,发送端将数据调制到分配的频率带宽上进行数据传输,接收端在相应的频率带宽上进行数据解调,完成数据传输,本发明在单波束服务多UE的服务方式下,避免了单波束服务单UE服务方式下服务效率低、存在资源浪费的问题;多波束协作,可以在保障非波束交叠区UE通信需求的同时,提升波束交叠区UE性能,单站点内多波束进行协作服务,故波束间易于协同,实现简单。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,具体是一种在采用波束通信中的协作增强传输方法。
背景技术
本发明研究场景为单站点(BS或AP)波束通信场景,单站点为基站BS(BaseStation)或无线访问接入点AP(Wireless Access Point),站点具备形成多波束与用户终端UE(User Equipment)通信的能力。
5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统。根据移动通信的发展规律,5G将具有超高的频谱利用率和能效,在传输速率和资源利用率等方面较4G移动通信提高一个量级或更高,其无线覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也将得到显著的提高。Massive-MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入多输出)作为5G中的备选关键技术之一,己经取得了广泛的研究。Massive-MIMO是指在基站安装几十根到几百根天线,同时服务几十个用户的系统。研究结果表明Massive-MIMO具有极高的频率效率和能量效率,可以在很大程度上抑制小区内和小区间的干扰,极大地提高系统的总容量。波束成形的原理是利用空间信道的强相关性以及波的干涉技术,通过调整天线阵元的输出,从而产生强方向性的辐射方向图,使辐射方向图的主瓣指向移动终端所在的地方,从而提高接收信噪比,减小用户之间的干扰,增加系统的吞吐量和提高整个系统的覆盖范围。
现有的长期演进的演进版本(LTE-A,Long Term Evolution-Advanced)标准中已有协作多点传输/接收(CoMP,Coordinated Multiple Point Transmission andReception)技术。在CoMP技术中,多个基站进行协作,通过各个协作基站间的协调处理,对小区间干扰进行有效的抑制,提高小区边缘UE的性能。但由于CoMP为多基站间协作,各个基站之间必须共享必要信道状态信息、调度信息和数据信息等,交互复杂并存在多基站间同步问题。针对处于同一个基站多个波束交叠区中的UE,本发明提出使用该基站内多个波束协作为这些UE提供服务,本发明方法的优点在于:(1)多波束协作不需要基站间的信息交互与同步,易于实现;(2)通过多波束协作可提高处于多波束交叠区内的UE的性能(比如吞吐量)。
现有的适用于波束通信场景的接入机制为站点和UE建立关联后,站点以波束和UE进行数据传输。Eun Soo Bae和Jun Suk Kim等人在《Radio Resource Management forMulti-Beam Operating Mobile Communications》中提出了一种利用CoMP技术的多波束资源分配方法,增加了调度UE的平均数据传输速率。但是仅考虑了单波束服务单UE的服务方式,其服务效率较低,存在资源浪费的情况。蒋晓琪在《基于波束成形的多用户MIMO-OFDM系统资源分配的研究》中提出了在单波束中利用OFDM技术将系统频率资源分给多个UE,实现了单波束服务多UE的服务方式。在单波束服务多UE的服务方式下,文章提出了一种基于最小传输能量准则的在算法复杂度和系统效率之间折衷的联合资源分配算法,可以以较小的算法复杂度达到近似最优的分配结果。但其未曾考虑波束边缘UE可能存在的性能下降问题。本发明提出了一种在单波束服务多UE的服务方式下,多波束协作为波束交叠区的UE提供服务的方法,不仅避免了单波束服务单UE服务方式下服务效率低,存在资源浪费的问题,还解决了单波束服务多UE服务方式下波束边缘UE性能下降的问题。
随着业务数据流量急剧增长,5G移动通信系统需要满足未来10年移动互联网流量增加1000倍的发展需求,因而波束接入传输机制正备受关注。但是,虽然现有的适用于波束通信场景的波束接入传输机制可以提高系统频谱与空间资源效率、增大系统吞吐量,但仍然存在资源浪费、波束边缘UE性能下降的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明在波束通信场景中利用单站点内多波束协作,解决边缘UE性能下降问题。
在本发明提出的波束通信的协作增强传输方法中,站点具备多波束通信能力,每个波束可以为多个UE提供服务。
站点依照非波束交叠区UE的传输需求,利用正交频分复用OFDM(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)技术将非波束交叠区UE所需频率带宽资源分配给非波束交叠区UE,并将剩余的系统频率带宽资源分配给波束边缘交叠区的UE,多个相邻波束利用单基站多个波束易于协同的特点,通过协作共同为波束边缘交叠区的UE提供服务,增强波束边缘UE性能。发送端将数据调制到分配的频率带宽上进行数据传输,接收端在相应的频率带宽上进行数据解调,完成数据传输。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
步骤1:设在一个站点中存在站点波束i,i=1,2,...,n,n>1,分别服务非波束交叠区UEij,其中j=1,2,...,mi mi>1,n为参与同一协作的站点波束个数,mi为站点波束i服务的非波束交叠区UE个数,同时UEk处于n个站点波束的共同交叠区,其中k=1,2,...,1,1>0,1为波束交叠区UE的总数,系统总频率资源带宽为BW;
当下行时,即站点有数据向UE发送时,站点发起传输请求,UE同意后,站点波束i关联到待服务UE上,建立传输链路,转入步骤2;
当上行时,即UE有数据向站点发送时,UE发起传输请求,站点同意后,站点波束i关联到待服务UE上,建立传输链路,转入步骤5;
步骤2:站点波束i确定自己服务的所有非波束交叠区UEij所需的最小频率带宽资源总和为BWi,转入步骤3;
步骤3:每个站点波束服务的所有非波束交叠区UE均共同分配max(BWi)频率带宽,max(BWi)为各波束内非波束交叠区UE所需最小频率带宽总和的最大值,所有波束交叠区UE共同分配剩余系统频率带宽BWR=BW-max(BWi),通过OFDM,站点波束i将自己服务的所有非波束交叠区UEij的数据对应调制到频率带宽BWij上,并将共同协作增强的波束交叠区UEk的数据调制到频率带宽BWRk上,BWRk为波束共同的交叠区用户k分配的带宽,发送数据,转入步骤4,其中,k=1,2,..,1m≥1>0;
步骤4:各个UE接收数据,并在相应的频率带宽上对数据进行解调;
步骤5:站点波束i确定自己服务的所有非波束交叠区UEij所需的最小频率带宽资源总和为BWi,转入步骤6;
步骤6:每个站点波束服务的所有非波束交叠区UE均共同分配max(BWi)频率带宽,所有波束交叠区UE共同分配剩余系统频率带宽BWR=BW-max(BWi),通过OFDM,非波束交叠区UEij将自己的数据调制到频率带宽BWij上,波束交叠区UEk将自己的数据调制到频率带宽BWRk上,发送数据,转入步骤7;
步骤7:各个站点波束接收数据,并在相应的频带上对数据进行解调。
本发明的有益效果是提出了的波束通信的协作增强传输方法,在单波束服务多UE的服务方式下,单站点多波束协作为波束交叠区的UE提供服务,采用单波束服务多UE的服务方式,避免了单波束服务单UE服务方式下服务效率低、存在资源浪费的问题;多波束协作,可以在保障非波束交叠区UE通信需求的同时,提升波束交叠区UE性能,单站点内多波束进行协作服务,故波束间易于协同,实现简单。
附图说明
图1是本发明的技术方案场景。
图2是本发明的技术方案原理,其中图2(a)是总频率资源带宽分配示意图,图2(b)是各波束内非波束交叠区UE所需最小带宽总和示意图,图2(c)是波束i中非波束交叠区UE频率带宽分配示意图。
其中,BW为系统总带宽,max(BWi)为各波束内非波束交叠区UE所需最小频率带宽总和的最大值,BWR为分配完max(BWi)后系统的剩余频率带宽,BWR1到BWR1为波束共同的交叠区中用户1到1分配到的带宽,BW1到BWn为波束1到波束n内非波束交叠区UE所需最小频率带宽总和,BWi1到为波束i中非波束交叠区UEi1到分配到的带宽。
图3是本发明UE采用全向天线时的实施实例场景。其中,UE11、UE12与UE21分别为BS波束1与波束2的非波束交叠区UE,UE1处于两个波束的交叠区,由BS波束1和波束2共同服务。
图4是本发明UE采用全向天线时的频率资源带宽分配,图4(a)是总频率资源带宽分配示意图,图4(b)是波束1中UE频率带宽分配示意图,其中,BW为系统总带宽,BW1为波束1内UE11与UE12所需最小频率带宽的总和,BW2为波束2内UE21所需最小频率带宽,BW3为UE1分配到的带宽,max(BW1,BW2)为BW1与BW2的最大值,BW11与BW12分别为UE11、UE12分配到的带宽。
图5是是本发明UE采用阵列天线的实施实例场景。其中UE1、UE2分别为BS波束1与波束2的非波束交叠区UE,UE3处于两个波束的交叠区,由BS波束1和波束2共同服务
图6是本发明UE采用阵列天线的频率资源带宽分配示意图,BW为系统总带宽,BW1为波束1内UE1所需最小频率带宽,BW2为波束2内UE2所需最小频率带宽,BW3为UE3分配到的带宽。
图7是本发明波束交叠区存在多个UE实施实例场景,其中UE1、UE2分别为BS波束1与波束2的非波束交叠区UE,UE3与UE4处于两个波束的交叠区,由BS波束1和波束2共同服务。
图8是本发明波束交叠区存在多个UE的频率资源带宽分配示意图。其中,BW为系统总带宽,BW1为波束1内UE1所需最小频率带宽,BW2为波束2内UE2所需最小频率带宽,BW3为UE3分配到的带宽,BW4为UE4分配到的带宽
图9是本发明无线局域网环境实施实例场景,其中,UE1、UE2分别为AP波束1与波束2的非波束交叠区UE,UE3处于两个波束的交叠区,由AP波束1和波束2共同服务。
图10是本发明无线局域网环境的频率资源带宽分配示意图,其中,BW为系统总带宽,BW1为波束1内UE1所需最小频率带宽,BW2为波束2内UE2所需最小频率带宽,BW3为UE3分配到的带宽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
步骤1:如图1所示,假设在一个站点中存在站点波束i,i=1,2,...,n,n>1,分别服务非波束交叠区UEij,其中j=1,2,...,mimi>1,n为参与同一协作的站点波束个数,mi为站点波束i服务的非波束交叠区UE个数,同时UEk处于n个站点波束的共同交叠区,其中k=1,2,...,l,l>0,1为波束交叠区UE的总数,系统总频率资源带宽为BW;
当下行时,即站点有数据向UE发送时,站点发起传输请求,UE同意后,站点波束i关联到待服务UE上,建立传输链路,转入步骤2;
当上行时,即UE有数据向站点发送时,UE发起传输请求,站点同意后,站点波束i关联到待服务UE上,建立传输链路,转入步骤5;
步骤2:站点波束i确定自己服务的所有非波束交叠区UEij所需的最小频率带宽资源总和为BWi,如图2(c)所示,转入步骤3;
步骤3:每个站点波束服务的所有非波束交叠区UE均共同分配max(BWi)频率带宽,如图2(b)所示,所有波束交叠区UE共同分配剩余系统频率带宽BWR=BW-max(BWi),如图2(a)所示。通过OFDM,站点波束i将自己服务的所有非波束交叠区UEij的数据对应调制到频率带宽BWij上,并将共同协作增强的波束交叠区UEk的数据调制到频率带宽BWRk上,发送数据,转入步骤4,其中,k=1,2,...,lm≥l>0;
步骤4:各个UE接收数据,并在相应的频率带宽上对数据进行解调;
步骤5:站点波束i确定自己服务的所有非波束交叠区UEij所需的最小频率带宽资源总和为BWi,如图2(c)所示,转入步骤6;
步骤6:每个站点波束服务的所有非波束交叠区UE均共同分配max(BWi)频率带宽,如图2(b)所示,所有波束交叠区UE共同分配剩余系统频率带宽BWR=BW-max(BWi),如图2(a)所示。通过OFDM,非波束交叠区UEij将自己的数据调制到频率带宽BWij上,波束交叠区UEk将自己的数据调制到频率带宽BWRk上,发送数据,转入步骤7;
步骤7:各个站点波束接收数据,并在相应的频带上对数据进行解调。
由于是单站点内多波束进行协作服务,故波束间易于协同,实现简单;站点可在保障为非波束交叠区UE服务不浪费资源的同时提升波束交叠区UE性能。
实施实例1
实例场景如图3所示,在蜂窝网小区中,UE采用全向天线,UE11、UE12与UE21分别为BS波束1与波束2的非波束交叠区UE。UE1处于两个波束的交叠区,由BS波束1和波束2共同服务,系统总频率资源带宽为BW。
步骤1:当BS有数据向UE发送时,站点发起传输请求,UE同意后,BS波束资源1关联到待服务用户UE11、UE12、UE1,波束资源2关联到待服务用户UE21、UE1,建立传输链路,转入步骤2;当UE有数据向BS发送时,UE发起传输请求,站点同意后,BS波束资源1关联到待服务用户UE11、UE12、UE1,波束资源2关联到待服务用户UE21、UE1,建立传输链路,转入步骤5;
步骤2:BS波束1确定UE11、UE12所需的最小频率带宽资源总和为BW1;BS波束2确定UE21所需的最小频率带宽资源为BW2,转入步骤3;
步骤3:通过OFDM,BS的波束1将UE11数据调制到BW11上发送,将UE12数据调制到BW12上发送,将UE1数据调制到BW3=BW-max(BW1,BW2)上发送,BS的波束2将UE21数据调制到max(BW1,BW2)上发送,将UE1数据调制到BW3上发送,频率带宽分配示意如图4(a)、图4(b)所示。转入步骤4;
步骤4:各个UE接收数据。UE11在BW11上对数据进行解调,UE12在BW12上对数据进行解调,UE21在max(BW1BW2)上对数据进行解调,UE1在BW3上对数据进行解调。
步骤5:BS波束1确定UE11、UE12所需的最小频率带宽资源总和为BW1;BS波束2确定UE21所需的最小频率带宽资源为BW2,转入步骤6;
步骤6:UE11将数据调制到BW11上发送,UE12数据调制到BW12上发送,UE21数据调制到max(BW1,BW2)上发送,UE1将数据调制到BW3=BW-max(BW1,BW2),频率带宽分配示意如图4(a)和图(b)所示。上发送转入步骤7;
步骤7:各个BS波束接收数据。BS的波束1在BW11上对UE11的数据进行解调,在BW12上对UE12的数据进行解调,在BW3上对UE1的数据进行解调。波束2在max(BW1,BW2)上对UE21的数据进行解调,在BW3上对UE1的数据进行解调。
实施实例2
实例场景如图5所示,在蜂窝网小区中,UE采用阵列天线,UE1、UE2分别为BS波束1与波束2的非波束交叠区UE。UE3处于两个波束的交叠区,由BS波束1和波束2共同服务,系统总频率资源带宽为BW。
步骤1:当BS有数据向UE发送时,站点发起传输请求,UE同意后,BS波束资源1关联到待服务用户UE1、UE3,波束资源2关联到待服务用户UE2、UE3,建立传输链路,转入步骤2;
当UE有数据向BS发送时,UE发起传输请求,站点同意后,BS波束资源1关联到待服务用户UE1、UE3,波束资源2关联到待服务用户UE2、UE3,建立传输链路,转入步骤6;
步骤2:BS确定为UE1和UE2服务的最小频率带宽资源BW1和BW2,转入步骤3;
步骤3:通过波束成形技术,UE1将自身波束对准BS的波束1,UE2将自身波束对准BS的波束2,UE3通过波束扫描将自身波束对准最大增益方向。通过OFDM,BS的波束1将UE1数据调制到max(BW1,BW2)上发送,将UE3数据调制到BW3=BW-max(BW1,BW2)上发送。BS的波束2将UE2数据调制到max(BW1,BW2)上发送,将UE3数据调制到BW3上发送,频率带宽分配示意如图6所示。转入步骤4;
步骤4:各个UE接收数据。UE1在max(BW1,BW2)上对数据进行解调,UE2在max(BW1,BW2)上对数据进行解调,UE3在BW3上对数据进行解调。
步骤5:BS确定为UE1和UE2服务的最小频率带宽资源BW1和BW2,转入步骤6;
步骤6:通过波束成形技术,UE1将自身波束对准BS的波束1,UE2将自身波束对准BS的波束2,UE3通过波束扫描将自身波束对准最大增益方向。UE1将数据调制到max(BW1,BW2)上发送,UE2数据调制到max(BW1,BW2)上发送,UE3将数据调制到BW3=BW-max(BW1,BW2)上发送,频率带宽分配示意如图6所示。转入步骤7;
步骤7:各个BS波束接收数据。BS的波束1在max(BW1,BW2)上对UE1的数据进行解调,在BW3上对UE3的数据进行解调。波束2在max(BW1,BW2)上对UE2的数据进行解调,在BW3上对UE3的数据进行解调。
实施实例3
实例场景如图7所示,在蜂窝网小区中,UE采用全向天线,UE1、UE2分别为BS波束1与波束2的非波束交叠区UE。UE3与UE4处于两个波束的交叠区,由BS波束1和波束2共同服务,系统总频率资源带宽为BW。
步骤1:当BS有数据向UE发送时,站点发起传输请求,UE同意后,BS波束资源1关联到待服务用户UE1、UE3、UE4,波束资源2关联到待服务用户UE2、UE3、UE4,建立传输链路,转入步骤2;当UE有数据向BS发送时,UE发起传输请求,站点同意后,BS波束资源1关联到待服务用户UE1、UE3、UE4,波束资源2关联到待服务用户UE2、UE3、UE4,建立传输链路,转入步骤5;
步骤2:BS确定为UE1和UE2服务的最小频率带宽资源BW1和BW2,转入步骤3;
步骤3:通过OFDM,BS的波束1将UE1数据调制到max(BW1,BW2)上发送,将UE3和UE4的数据分别调制到BW3和BW4上发送。BS的波束2将UE2数据调制到max(BW1,BW2)上发送,将UE3和UE4的数据分别调制到BW3和BW4上发送,频率带宽分配示意如图8所示。转入步骤4;
步骤4:各个UE接收数据。UE1在max(BW1,BW2)上对数据进行解调,UE2在max(BW1,BW2)上对数据进行解调,UE3在BW3上对数据进行解调,UE4在BW4上对数据进行解调。
步骤5:BS确定为UE1和UE2服务的最小频率带宽资源BW1和BW2,转入步骤6;
步骤6:UE1将数据调制到max(BW1,BW2)上发送,UE2数据调制到max(BW1,BW2)上发送,UE3将数据调制到BW3上发送,UE4将数据调制到BW4上发送,频率带宽分配示意如图8所示。转入步骤7;
步骤7:各个BS波束接收数据。BS的波束1在max(BW1,BW2)上对UE1的数据进行解调,在BW3上对UE3的数据进行解调,在BW4上对UE4的数据进行解调。波束2在max(BW1,BW2)上对UE2的数据进行解调,在BW3上对UE3的数据进行解调,在BW4上对UE4的数据进行解调。
实施实例4
实例场景如图9所示,在无线局域网中,UE采用全向天线,UE1、UE2分别为AP波束1与波束2的非波束交叠区UE。UE3处于两个波束的交叠区,由AP波束1和波束2共同服务,系统总频率资源带宽为BW。
步骤1:当AP有数据向UE发送时,站点发起传输请求,UE同意后,AP波束资源1关联到待服务用户UE1、UE3,波束资源2关联到待服务用户UE2、UE3,建立传输链路,转入步骤2;当UE有数据向AP发送时,UE发起传输请求,站点同意后,AP波束资源1关联到待服务用户UE1、UE3,波束资源2关联到待服务用户UE2、UE3,建立传输链路,转入步骤5;
步骤2:AP确定为UE1和UE2服务的最小频率带宽资源BW1和BW2,转入步骤3;
步骤3:通过OFDM,AP的波束1将UE1数据调制到max(BW1,BW2)上发送,将UE3数据调制到BW3=BW-max(BW1,BW2)上发送。AP的波束2将UE2数据调制到max(BW1,BW2)上发送,将UE3数据调制到BW3上发送,频率带宽分配示意如图10所示。转入步骤4;
步骤4:各个UE接收数据。UE1在max(BW1,BW2)上对数据进行解调,UE2在max(BW1,BW2)上对数据进行解调,UE3在BW3上对数据进行解调。
步骤5:AP确定为UE1和UE2服务的最小频率带宽资源BW1和BW2,转入步骤6;
步骤6:UE1将数据调制到max(BW1,BW2)上发送,UE2数据调制到max(BW1,BW2)上发送,UE3将数据调制到BW3=BW-max(BW1,BW2)上发送,频率带宽分配示意如图10所示。转入步骤7;
步骤7:各个AP波束接收数据。AP的波束1在max(BW1,BW2)上对UE1的数据进行解调,在BW3上对UE3的数据进行解调。波束2在max(BW1,BW2)上对UE2的数据进行解调,在BW3上对UE3的数据进行解调。
Claims (1)
1.一种波束通信的协作增强传输方法,其特征在于包括下述步骤:
步骤1:设在一个站点中存在站点波束i,i=1,2,...,n,n>1,分别服务非波束交叠区UEij,其中j=1,2,...,mi mi>1,n为参与同一协作的站点波束个数,mi为站点波束i服务的非波束交叠区UE个数,同时UEk处于n个站点波束的共同交叠区,其中
k=1,2,...,1,1>0,1为波束交叠区UE的总数,系统总频率资源带宽为BW;
当下行时,即站点有数据向UE发送时,站点发起传输请求,UE同意后,站点波束i关联到待服务UE上,建立传输链路,转入步骤2;
当上行时,即UE有数据向站点发送时,UE发起传输请求,站点同意后,站点波束i关联到待服务UE上,建立传输链路,转入步骤5;
步骤2:站点波束i确定自己服务的所有非波束交叠区UEij所需的最小频率带宽资源总和为BWi,转入步骤3;
步骤3:每个站点波束服务的所有非波束交叠区UE均共同分配max(BWi)频率带宽,max(BWi)为各波束内非波束交叠区UE所需最小频率带宽总和的最大值,所有波束交叠区UE共同分配剩余系统频率带宽BWR=BW-max(BWi),通过OFDM,站点波束i将自己服务的所有非波束交叠区UEij的数据对应调制到频率带宽BWij上,并将共同协作增强的波束交叠区UEk的数据调制到频率带宽BWRk上,BWRk为波束共同的交叠区用户k分配的带宽,发送数据,转入步骤4,其中,k=1,2,...,lm≥l>0;
步骤4:各个UE接收数据,并在相应的频率带宽上对数据进行解调;
步骤5:站点波束i确定自己服务的所有非波束交叠区UEij所需的最小频率带宽资源总和为BWi,转入步骤6;
步骤6:每个站点波束服务的所有非波束交叠区UE均共同分配max(BWi)频率带宽,所有波束交叠区UE共同分配剩余系统频率带宽BWR=BW-max(BWi),通过OFDM,非波束交叠区UEij将自己的数据调制到频率带宽BWij上,波束交叠区UEk将自己的数据调制到频率带宽BWRk上,发送数据,转入步骤7;
步骤7:各个站点波束接收数据,并在相应的频带上对数据进行解调。
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