CN111953390A - 一种实施协作多点的资源管理方法和基站系统 - Google Patents

一种实施协作多点的资源管理方法和基站系统 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种实施协作多点的资源管理方法和基站系统。把时频资源划分成两个互不重叠的资源组，两个相邻小区中的每个小区选取一个资源组为主资源组（Primary Radio Group，PRG），另外一个为辅资源组（Secondary Radio Group，SRG），两个小区的PRG互不重叠；每个小区负责对PRG当中的RB发起用户配对过程，但不允许对SRG当中的RB发起用户配对过程，并采用边缘用户与中心用户的配对方法。本发明使得用户配对决策点均匀分布在每个基站上，能够并行决策且不发生决策冲突，降低配对算法的复杂度，并提高了协作多点技术的频谱效率。

Description

一种实施协作多点的资源管理方法和基站系统
技术领域
本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种实施协作多点的资源管理方法和基站系统。。
背景技术
协作多点（Coordinated Multiple Points，CoMP）是指多个基站协同为用户终端（UE）进行数据发送，或者联合接收一个UE的数据。采用CoMP可以降低小区间干扰，提升小区边缘用户的频谱效率。
CoMP一般也称作网络MIMO（Network multiple input multiple output），能够实现在一个时频资源块（radio block，RB）上为一个或者多个UE传输数据。把一个RB分配给一个或者多个UE的过程叫做用户配对。
在现有技术当中，用户配对算法是一个分布式算法，在系统中的多个决策点同时进行。由于多个决策点之间缺少有效的协同，在各个决策点控制范围的交界处会发生冲突。并且，只有小区边缘的用户才参与用户配对，而小区中心的用户信号比较强，受到的干扰比较小，因此不参与CoMP用户配对。。
发明内容
为了解决CoMP技术当中的实际问题，本发明提出一种用户配对方法和基站系统。本发明的有益效果在于易于实现用户配对决策点的设置，并优化了用户配对算法，提升了CoMP技术的性能。
本发明考虑的无线通信系统包含至少两个相邻的小区，记为C1和C2, 以及若干个UE；每个小区有一个基站；用时频资源S进行通信。
在本发明当中，若干个UE可以是零个，一个或者多个UE。
在本发明当中，一个小区是全向小区或者一个扇区，或者是多用户MIMO（MU-MIMO）系统当中的一个地理区域。
本发明的基站是逻辑实体，其物理实体可以有多种实现方式。一个逻辑实体可以是一个物理实体，也可以分布在多个物理实体当中。多个逻辑实体可以共存于一个物理实体，在此情况下，逻辑实体之间的信息共享已经自然实现，他们之间的消息发送和接收过程可以省略。
在本发明当中，把时频资源S划分成两个互不重叠的资源组（Radio Group，RG），记为RG1和RG2；每个RG包含一个或者多个RB。
在小区C1和C2当中，设置一个RG为主资源组（Primary Radio Group，PRG），另外一个RG为辅资源组（Secondary Radio Group，SRG），两个小区的PRG互不重叠。每个小区不允许对其SRG当中的RB发起用户配对过程。
每个UE注册到一个小区，并被该小区所管辖。
小区C1的基站把其PRG当中的一个RB分配给一个管辖的UE，并向小区C2发送用户配对请求（User Pairing Request，UPR）消息，其中包含该RB的分配结果。小区C2的基站收到UPR消息后，把该RB分配给一个其管辖的UE，或者不把该RB分配给一个其管辖的UE。
两个小区的基站根据配对结果，联合发送或者接收配对UE的数据。
在本发明当中，每个小区单独发送和接收所管辖UE的数据是联合发送或者接收的一种特例。本发明中特定的用户配对方式也可以优化单独方式的干扰，提高频谱效率。
本发明的方法还进一步包括，每个小区测量其所管辖的UE到该小区基站的距离，并把管辖的UE划分成边缘UE和中心UE。小区C1把其PRG当中的一个RB分配给一个边缘UE，并把分配结果通过UPR消息发送给小区C2；当小区C2收到UPR消息后，把该RB分配给所管辖的一个中心UE。
本发明当中UE到基站的距离不限于地理距离，测量的方法可以有多种。例如可以根据UE的地理位置，也可以根据UE接收到的基站发送的参考信号的强度，也可以根据UE和基站之间信道增益的强度。
本发明的方法还包括，小区C1把其PRG当中标记为RB1，RB2，…，RBN的N个RB，按照序号对应地分配给所管辖的标记为U11，U12，…，U1N的N个UE，N是大于1的整数；不失一般性地假定，d11>=d12>=…>=d1N，其中d1n是U1n到小区C1基站的距离，n=1，2，…，N；把分配结果以及d11，d12，…，d1N通过UPR消息发送给小区C2；当小区C2收到UPR消息后，把RB1，RB2，…，RBN按照序号对应地分配给所管辖的标记为U21，U22，…，U2N的N个UE，并且满足， d21<=d22<=…<=d2N，其中d2n是U2n到小区C2基站的距离，n=1，2，…，N。
本发明的方法还进一步包括，N大于2，还进一步包括N大于3。
本发明还揭示一个基站系统，包括两个基站，形成两个相邻的小区，标记为C1和C2；每个小区管辖若干个UE，该基站系统用时频资源S与UE进行通信。把时频资源S划分成两个互不重叠的资源组（Radio Group，RG），记为RG1和RG2；每个RG包含一个或者多个RB。在小区C1和C2当中，设置一个RG为主资源组（Primary Radio Group，PRG），另外一个RG为辅资源组（Secondary Radio Group，SRG），两个小区的PRG互不重叠。每个小区不允许对其SRG当中的RB发起用户配对过程。每个基站包括以下模块：
测量模块：测量本小区的UE到基站的距离；
用户配对发起模块：把本小区PRG当中的一个RB分配给一个管辖的UE，并向小区C2发起用户配对请求（User Pairing Request，UPR）消息，其中包含该RB的分配结果。
l 用户配对响应模块：收到另外一个小区的UPR消息后，把UPR消息中的RB分配给一个其管辖的UE，或者不把该RB分配给一个其管辖的UE。
l 信号处理模块：两个小区的基站根据配对的结果，联合发送或者接收配对UE的数据。
本发明的基站系统还进一步包括以下功能：
测量模块：把管辖的UE划分成边缘UE和中心UE；
小区C1的用户配对发起模块：把本小区PRG当中的一个RB分配给所管辖的一个边缘UE；
小区C2的用户配对响应模块：把UPR消息中的RB分配给所管辖的一个中心UE。
本发明的基站系统还包括以下功能：
小区C1的用户配对发起模块：把其PRG当中标记为RB1，RB2，…，RBN的N个RB，按照序号对应地分配给所管辖的标记为U11，U12，…，U1N，的N个UE，N是大于1的整数；不失一般性地假定，d11>=d12>=…>=d1N，其中d1n是U1n到本小区基站的距离，n=1，2，…，N；把分配结果以及d11，d12，…，d1N通过UPR消息发送给小区C2；
小区C2的用户配对响应模块：收到UPR消息后，把RB1，RB2，…，RBN按照序号对应地分配给所管辖的标记为U21，U22，…，U2N的N个UE，并且满足， d21<=d22<=…<=d2N，其中d2n是U2n到本小区基站的距离，n=1，2，…，N。
本发明的基站系统，还进一步包括，N大于2，还进一步包括，N大于3。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1. 一个MU-MIMO基站虚拟化成多个SU-MIMO基站
图2. 一个四小区的场景
图3. 基站的结构框图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
本发明的小区可以是平常意义下的全向小区或者扇区，也可以是MU-MIMO系统的一个地理区域，在这个地理区域当中，一个RB只能分配给一个用户。如图1所示的MU-MIMO基站，基站BS1的覆盖区域被划分成6个虚拟扇区，一个RB在每个虚拟扇区当中只能分配给一个用户。这6个虚拟扇区可能共享一个cell-id，但是在本发明当中，每个虚拟扇区可以称为一个小区。通过这种虚拟扇区的划分，一个MU-MIMO基站被虚拟成为多个单用户MIMO（SU-MIMO）基站。
如图2所示场景。这个系统当中包括四个基站BS1～BS4，时频资源S包括RB1，RB2和RB3，BS1～BS4的PRG分别是RB1，RB2，RB3和 RB1， 其余的RB是SRG。每个基站负责在自己的PRG上向其相邻小区发起用户配对请求，而不在自己的SRG上发起用户配对请求。例如，BS1负责向BS2和BS3请求，BS2负责向BS1，BS3和BS4请求，BS3向BS1，BS和BS4请求，BS4向BS2和BS3请求。 这样，用户配对的决策点均匀地分布在每个基站上，负荷在设备间的分担比较容易实施。由于相邻小区的PRG不重叠，所以用户配对算法能够并发地进行并且不会产生决策冲突。如果BS4是一个新增加的基站，它只需要设置自己的PRG，并且建立与BS2和BS3的邻区关系，而不对BS1有任何影响，有很好的系统扩展性能。
图2当中有四个UE，U11和U12由BS1管辖，U21和U22由BS2管辖。 一种实施方式是，BS2把RB2分配给小区边缘的U22，并且向BS1发起UPR消息。BS1收到消息后，把RB2分配给边缘用户U12。这样就实现了两个边缘用户的在RB2上的配对。
但是更好的方式是，BS1收到消息后，把RB2分配给中心用户U11。这样就实现了一个边缘UE和一个中心UE在RB2上的配对。
如果两个边缘UE配对在一起，他们到两个协作基站的增益差别不大，需要靠相位 来实现空间的区分。如果相位区分不开的时候，就会形成比较严重的干扰。假设UE和基站都 是单天线，每个UE到两个基站的增益都是1，这个时候的信道矩阵是
Figure 822567DEST_PATH_IMAGE001
，是奇异矩阵， 会产生严重的干扰。
而如果把一个边缘UE和一个中心UE配对，由于中心UE到两个基站的信道增益相差 很大，比如分别是10和0.1，那么信道矩阵为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，即使信道增益系数在相位上完全 相同，这个矩阵也是一个良态矩阵。在用户配对算法当中，一般会用到信道增益系数的幅度 相位特性，并考察配对用户的信道不相关性。由于用户很多，用户配对算法的复杂度很高。 利用边缘UE和中心UE配对的方法，就已经能够得到性质较好的信道矩阵。并且，信道增益系 数的相位变化很快而幅度变化较慢，边缘与中心UE配对的结果可以在较长的时间内应用。 这可以大大降低配对算法的复杂度。
如果两个基站单独地接收自己管辖UE的数据，两个边缘UE配在一起也会形成强烈的干扰，把边缘UE和中心UE配对能够优化干扰，提高容量。
BS2还可以进一步向BS3发起UPR消息。由于BS3内没有UE，因此BS3不会把RB2分配给任何UE，但是BS3也参与对U22的信号的发送或者接收。
图3是本发明的基站设备的一种实现方式。
测量模块300用于测量基站和所管辖的UE之间的距离，并把测量结果通知给用户配对发起模块301和用户配对响应模块302。一种测量方法是基站发送一个参考信号，UE测量接收到的信号强度并且报告给基站。接收到的参考信号的强度越大表明UE离基站越近。另外一种测量方法是，UE发送一个Sounding信号，基站根据接收到的Sounding信号进行信道估计，信道的幅度越大说明UE离基站越近。
用户配对发起模块301用于向另外一个基站发起用户配对请求。一种实现方式是，查看一个所管辖UE的CoMP激活集，该激活集存储该UE测量的与其通信的协作基站列表。如果该激活集当中存在一个与本基站相邻的基站，则分配PRG当中的一个RB给该UE，并向该相邻基站发送UPR消息。如果本小区是一个MU-MIMO小区，可能会把该RB分配给管辖的另外一个或者多个UE。
用户配对响应模块302用于响应一个相邻基站发来的UPR消息。收到消息之后，把UPR消息中的RB分配给管辖的一个UE，实现配对。也可以选择不把该RB分配给任何UE，但是仍然参与该RB上的协作发射或者接收。如果本基站是一个MU-MIMO基站，也可以将该RB分配给两个或者以上所管辖的UE。用户配对的一般要求是两个用户的信道有较好的不相关性，这样联合接收或者发射会有比较好的性能。除了利用基站与UE的距离信息，配对过程还可能需要额外的信息，比如配对的两个UE到两个基站的信道信息。
信号处理模块303用于对配对UE进行信号接收或者发射。完成配对之后，信号处理模块对配对UE进行信号发送和接收。 联合接收的过程可以采用多户用检测算法，比如破零算法。联合发射的过程也叫做预编码，可以采用破零算法。也可以采用单独接收或者发射本小区管辖UE信号的算法。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种在无线通信系统中实施协作多点的资源管理方法；本发明考虑的无线通信系统包含至少两个相邻的小区，记为C1和C2, 以及若干个UE；每个小区有一个基站；用时频资源S进行通信；特征是
把时频资源S划分成两个互不重叠的资源组（Radio Group，RG），记为RG1和RG2；每个RG包含一个或者多个RB；
在小区C1和C2当中，设置一个RG为主资源组（Primary Radio Group，PRG），另外一个RG为辅资源组（Secondary Radio Group，SRG），两个小区的PRG互不重叠；每个小区不允许对其SRG当中的RB发起用户配对过程。
2.基于权利要求1，特征是
每个UE注册到一个小区，并被该小区所管辖；
小区C1的基站把其PRG当中的一个RB分配给一个管辖的UE，并向小区C2发送用户配对请求（User Pairing Request，UPR）消息，其中包含该RB的分配结果；
小区C2的基站收到UPR消息后，把该RB分配给一个其管辖的UE，或者不把该RB分配给一个其管辖的UE；
两个小区的基站发送或者接收配对UE的数据。
3.基于权利要求2，特征是
每个小区测量其所管辖的UE到该小区基站的距离，并把管辖的UE划分成边缘UE和中心UE；小区C1把其PRG当中的一个RB分配给一个边缘UE，并把分配结果通过UPR消息发送给小区C2；当小区C2收到UPR消息后，把该RB分配给所管辖的一个中心UE。
4.基于权利要求2，特征是
小区C1把其PRG当中标记为RB1，RB2，…，RBN的N个RB，按照序号对应地分配给所管辖的标记为U11，U12，…，U1N的N个UE，N是大于1的整数；不失一般性地假定，d11>=d12>=…>=d1N，其中d1n是U1n到小区C1基站的距离，n=1，2，…，N；把分配结果以及d11，d12，…，d1N通过UPR消息发送给小区C2；当小区C2收到UPR消息后，把RB1，RB2，…，RBN按照序号对应地分配给所管辖的标记为U21，U22，…，U2N的N个UE，并且满足， d21<=d22<=…<=d2N，其中d2n是U2n到小区C2基站的距离，n=1，2，…，N。
5.基于权利要求4，特征是
N大于2。
6.一个基站系统，包括两个基站，形成两个相邻的小区，标记为C1和C2；每个小区管辖若干个UE，该基站系统用时频资源S与UE进行通信；把时频资源S划分成两个互不重叠的资源组（Radio Group，RG），记为RG1和RG2；每个RG包含一个或者多个RB；在小区C1和C2当中，设置一个RG为主资源组（Primary Radio Group，PRG），另外一个RG为辅资源组（SecondaryRadio Group，SRG），两个小区的PRG互不重叠；每个小区不允许对其SRG当中的RB发起用户配对过程；每个基站包括以下模块：
测量模块：测量本小区的UE到基站的距离；
用户配对发起模块：把本小区PRG当中的一个RB分配给一个管辖的UE，并向小区C2发起用户配对请求（User Pairing Request，UPR）消息，其中包含该RB的分配结果；
用户配对响应模块：收到另外一个小区的UPR消息后，把UPR消息中的RB分配给一个其管辖的UE，或者不把该RB分配给一个其管辖的UE；
信号处理模块：两个小区的基站发送或者接收配对UE的数据。
7.基于权利要求6，特征是
测量模块：把管辖的UE划分成边缘UE和中心UE；
小区C1的用户配对发起模块：把本小区PRG当中的一个RB分配给所管辖的一个边缘UE；
小区C2的用户配对响应模块：把UPR消息中的RB分配给所管辖的一个中心UE。
8.基于权利要求6，特征是
小区C1的用户配对发起模块：把其PRG当中标记为RB1，RB2，…，RBN的N个RB，按照序号对应地分配给所管辖的标记为U11，U12，…，U1N，的N个UE，N是大于1的整数；不失一般性地假定，d11>=d12>=…>=d1N，其中d1n是U1n到本小区基站的距离，n=1，2，…，N；把分配结果以及d11，d12，…，d1N通过UPR消息发送给小区C2；
小区C2的用户配对响应模块：收到UPR消息后，把RB1，RB2，…，RBN按照序号对应地分配给所管辖的标记为U21，U22，…，U2N的N个UE，并且满足， d21<=d22<=…<=d2N，其中d2n是U2n到本小区基站的距离，n=1，2，…，N。
9.基于权利要求8，特征是
N大于2。
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