專利名稱：高速移動3g-hsdpa通信系統自適應資源分配方法
技術領域：
本發明屬于通信技術領域，尤其涉及一種高速移動3G-HSDPA通信系統自適 應資源分配方法。
技術背景傳統的HSDPA系統是基于UE端(UE端為用戶端)，根據導頻的信噪比的測 量進行分組調度和自適應調制編碼(AMC)，然而UE端將信噪比上報給NodeB端 (NodeB端指基站)和NodeB端進行分組調度都需要花費時間，即UE端的導頻 測量和NodeB端進行分組調度后數據的傳送之間存在一定延遲。當UE端處于中 高速運動的時候(100公里/小時至250公里/小時)，信道在這段延遲時間內發 生快衰落，且隨著UE端運動速度的提升，快衰落變化的速度也會加大，使UE 端上報的信噪比和NodeB端調度后實際數據傳輸過程中的信噪比之間存在較大 誤差，從而影響HSDPA系統的分組調度和自適應調制編碼，造成系統誤碼率提 升，吞吐量下降。如圖1所示，由于UE測量信噪比的時間與數據傳輸的時間之間存在延遲， UE上報的SNR1，…，SNR4與實際傳輸信道的SNR1'，…，SNR4，不相等，從而造 成了系統的誤差。 發明內容針對現有技術的不足，本發明所采取的一種提高系統吞吐量、降低系統誤 碼率的高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方法。為實現上述目的，本發明的技術方案為 一種高速移動3G-HSDPA通信系 統自適應資源分配方法，該系統包括互相傳遞通信信號的NodeB端及UE端，其 包括以下歩驟a. UE端按一定時間間隔T上報其信噪比值給NodeB端；b. NodeB端根據UE相隔上報的信噪比建立線性預測模型；C.根據模型進行線性預測，得
到NodeB端調度后實際數據傳輸過程中的信噪比值;d. NodeB根據線性預測得到 的信噪比值進行多用戶資源調度；e.最后根據預測的信噪比值將被調度上用戶 對應的數據進行自適應調制并發送到對應的UE端;f. NodeB端每間隔時間T根據 收到的UE端上報的信噪比調整預測模型參數。 在歩驟a禾Q b中，上述時間間隔T為0. 1ms。
在步驟c中，通過AR模型最小均方誤差的線性預測方法對插值后得到的信 噪比數據進行預測。
AR模型最小均方誤差的線性預測方法如下
假設y(n)為UE間隔時間T上報給NodeB的SNR序列，n=0,l,..，N-1， AR
模型的階數為IP，&為反射系數， 《(")分別為前、后向預測誤差，
(")+ A,"("-l)，《("X("-1) + (")
預測誤差的平均功率為A=|0^+/V)，其中~ —ALpS^(")'，
^ 一0
利用5、，求得使預測誤差平均功率最小的反射系數4 —2乞《1)
'Z(le"(")「+卜"("-1)12) 初始化e〈("X")，《("X")，此時p二0，
p = p + 1代入&推導式得到A ，然后再代入《(")，《(")推導式得到V(")
，之后根據""=、， =i = i, 2，…，p-i
通過多次迭代，直到P二IP，則可得到IP階AR模型的全部系數"w， i : 1,2，…，IP，將AR模型系數代入<formula>formula see original document page 6</formula>得到預測到的信噪比序列z (n)。 在步驟e中，當信噪比值的誤碼率要求在l(T級別時，將信噪比序列值進 行QPSK、 16QAM的自適應調制。
在信噪比值誤碼率要求為1()—2數量級時，自適應調制過程為當SNR^25dB 時，采用QPSK調制方式；當信噪比值SNR〉25dB時，采用16QAM調制方式。 相對現有技術，本發明的有益效果在于
根據仿真結果可以看出發明所提出的在高速移動增強型3G-HSDPA通信系統 中利用信道線性預測技術，可以使NodeB端的調度和自適應調制依據更為準確 的實際數據傳輸過程中信噪比的預測值，從而在保證系統吞吐量的基礎上，降 低了系統的誤碼率，有效改善高速UE端，即移動用戶端的服務質量。另外由于 發明所提方案對與傳統3G-HSDPA通信系統改動較少，且線性預測計算都由NodeB 端完成，可以保證復雜算法的完成，具有較高的可行性和應用意義。
圖1是現有技術UE端上報信噪比和NodeB端調度后實際數據傳輸過程中的 信噪比的比較圖2是本發明信噪比的處理流程；
圖3是瑞利信道中，UE移動速度分別為100公里/小時，150公里/小時以 及250公里/小時，載波頻率為2GHz， fd (多普勒頻移)=185Hz、 278Hz、 500Hz 時，信號包絡隨時間的自相關性曲線；
圖4是發明系統中NodeB根據SNR序列值利用AR模型進行線性預測的過程；
圖5是在高速移動增強型3G-HSDPA通信系統，UE移動速度為150公里/小 時，使用本發明的插值并線性預測后的信噪比與系統實際信噪比之間的比較圖6是瑞利信道下QPSK、 16QAM調制方式在誤碼率要求為10—2數量級時的誤 碼率性能曲線；
圖7是在誤碼率為10-2數量級，UE移動速度為150公里/小時，本發明與傳統HSDPA系統在吞吐量相同的情況下，系統誤碼率的比較曲線。
具體實施例方式
本發明提供一種高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方法，該系統 包括互相傳遞通信信號的NodeB端及UE端，如圖2所示，其包括以下步驟
a. UE端按一定時間間隔T上報其信噪比值給NodeB端；
b. NodeB端根據相隔上報的信噪比(SNR)建立線性預測模型；
c. 根據模型進行線性預測，得到NodeB端調度后實際數據傳輸過程中的信 噪比值；
d. 再根據線性預測得到的信噪比值進行多用戶資源調度；
e. 最后根據預測的信噪比值將被調度上用戶對應的數據進行自適應調制并 發送到對應的UE端；
f. NodeB端每間隔時間T根據收到的UE端上報的信噪比調整預測模型參數。 本發明采用信道線性預測技術，可以使NodeB端的調度和自適應調制依據
更為準確的實際數據傳輸過程中信噪比的預測值，從而在保證系統吞吐量的基 礎上，降低了系統的誤碼率，有效改善高速的UE端。 在步驟a和b中，上述時間間隔T為O. lms。
如圖3所示，本發明中，信號的載波頻率為2GHz， fd(多普勒頻移)二 185Hz、 278Hz、 463Hz時，分別對應的UE端移動速度為100公里/小時，150公里/小時 以及250公里/小時。當時間間隔T，即調度數據單位為2ms時，相鄰調度單位 之間衰落的線性相關性均小于O. 5，說明在高速HSDPA系統中，以2ms為幀長的
每幀之間衰落的線性相關性太小，因此不能直接利用模型進行線性預測。然而， 當調度單位小于2ms時，例如當調度單位為0. lms時，UE移動速度為100公里/ 小時，相鄰調度單位之間衰落的線性相關性為0.9966;當UE移動速度為150公 里/小時，相鄰調度單位之間衰落的線性相關性為0. 9924;當UE移動速度為250 公里/小時，相鄰調度單位之間衰落的線性相關性為0. 9790。且如圖3可見調度 單位越小，相鄰調度單位之間衰落線性相關性越高。為了保證下一步線性預測的可行性，相鄰調度單位之間衰落的線性相關性要求當UE移動速度達到250公 里/小時的上限時不小于0.9，即UE至少每隔O. lms上報一次測量的信噪比。
在步驟c中，通過AR模型最小均方誤差的線性預測方法根據得到的信噪 比數據進行預測。
AR模型為一種線性預測，即已知N個數據，可由模型推出第N點前面或后 面的數據，設推出P點，其本質類似于插值，其目的都是為了增加有效數據， 只是AR模型是由N點遞推，而插值是由兩點(或少數幾點)去推導多點。 本發明屮，AR模型最小均方誤差的線性預測方法具體如下-假設y(n)為UE間隔時間T上報的SNR序列，n= 0， 1，…，N_l， AR模型的
階數為IP，kp為反射系數，《(")、《(")分別為前、后向預測誤差， e;(")= <—1) ， eX("-l) +《,(")
預測誤差的平均功率為Pp=|(/V。+/V)，其中~ —p§le>)l ， ~ =^~"
利用氣，求得使預測誤差平均功率最小的反射系數&，其中P,、 A 及e,等中的p指代相同的參數，
<formula>formula see original document page 8</formula>
初始化"("x") ， e"")=x(")，此時p二0，
p = p +1代入、推導式得到A，然后再代入《(")，《(")推導式得到^(")，
《(")，之后根據""=、， ="/>-i,' +、";-1,"i = 1， 2，…，p-l，
通過多次迭代，直到P二IP，則可得到IP階AR模型的全部系數"w， i =1，2，…，IP，
將AR模型系數代入"")')得到預測到的信噪比序列z(n)。 如圖4所示，發明采用AR模型利用UE端上報的SNR，進行預測得到基站 調度后實際數據傳輸過程中的信噪比，從而解決了如圖1所示UE的導頻測量和 NodeB進行分組調度后數據的傳送之間存在一定延遲的問題。此處假設AR模型 為20階，則根據UE上報的SNR序列的最后20個數據預測到下一時刻SNR值。
采用本發明所提出的預測方案在高速移動增強型3G-HSDPA通信系統中仿 真，結果如圖5，預測的SNR可以很好的跟蹤實際系統SNR的變化，系統誤碼率 在l(T2數量級時，預測值與實際值之間的均方誤差MSE〈4dB (MSE 二 (實阮Wi -預測SA^)2)，比傳統3G-HSDPA系統中UE上報信噪比值與實際值之間
的均方誤差平均降低了 60dB。
在本發明前面的步驟中通過線性預測得到了 0. lms為間隔的當前信道SNR 值，因此可在此基礎上做自適應調制，從而提高系統吞吐量和數據傳輸的可靠 性。
如圖6所示，瑞利信道下QPSK、 16QAM調制方式的誤碼率性能可知，在步 驟e中，當信噪比值的誤碼率要求在10—2級別時，可根據預測的信噪比序列值進 行傳輸數據的QPSK、 16QAM自適應調制。
在瑞利信道下仿真QPSK、 16QAM調制方式的誤碼率性能，如圖6，我們可 以得到表l，其中表1為誤碼率為10-2數量級時，調制方式與信道信噪比(SNR) 的關系表。考慮到系統吞吐量的提升，我們選取QPSK、 16QAM作為自適應調制 方式，得到在誤碼率要求為10-2數量級時自適應調制方案當SNR《25dB時，采 用QPSK調制方式；當SNR〉25dB時，采用16QAM調制方式。
信噪比(dB)誤碼率數量級為10-3時可選調制 方式
SNRs25QPSK
SNR>2516QAM， QPSK
表l采用本發明所提出方案在高速移動增強型3G-HSDPA通信系統中，以插值 并線性預測方法得到實際數據傳送過程中的SNR為基礎，采用最大SNR算法進 行多用戶之間資源調配和自適應調制，在誤碼率為10_2數量級時，如圖7所示， 系統吞吐量與傳統HSDPA系統相同的情況下，誤碼率降低了 68%左右。
為了進一步詳細說明，本發明列舉了一具體實施例，現以20階AR預測模 型，誤碼率要求為10-2數量級為例說明
步驟1. NodeB收到UE每隔0. lms上報的SNR值，8ms 一共得到80個SNR
值；
步驟2取第一步得到的80個SNR值進行20階AR模型系數計算得到"2。,，， i = 1，2…，20;
步驟3.取第一步得到的80個SNR值的最后20位作為W") (n二l, 2…，20) 代入咖)=|>2。,,;<"-/)，得到預測的第80. lms信道的SNR值；
步驟4.根據預測得到80. lms信道SNR值作為NodeB此時數據包調度的依 據，可采用最大CI算法或者正比公平算法進行多用戶數據包調度；
歩驟5.調度上的用戶，根據其預測得到80. lms信道SNR值依照表1自適 應調制并傳輸，在誤碼率要求為10-2數量級時當SNM25dB時，采用QPSK調制 方式；當25dB〈SNR時，采用16QAM調制方式。
步驟6. NodeB收到UE上報的80. lms的SNR值，調整預測模型參數
步驟7.重復2-5歩，即可預測80. 2ms信道SNR值，并進行數據包調度和 自適應傳輸；
歩驟8.重復步驟1-7，即可完成發明所提出高速移動增強型3G-HSDPA通 信系統資源自適應資源分配方法。
10
權利要求
1、一種高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方法，該系統包括互相傳遞通信信號的基站及用戶端，其特征在于包括以下步驟a.用戶端按一定時間間隔T上報其信噪比值給基站；b.基站根據用戶端相隔上報的信噪比建立線性預測模型；c.根據線性預測模型進行線性預測，得到基站調度后實際數據傳輸過程中的信噪比值；d.根據線性預測得到的信噪比值進行多用戶資源調度；e.根據預測的信噪比值將被調度用戶對應的數據進行自適應調制并發送到對應的用戶端；
2、 根據權利要求1所述的高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方法，其特征在于還包括步驟f，基站每間隔時間T根據收到的用戶端上報的信噪比調整線性預測模型參數。
3、 根據權利要求1所述的高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方法，其特征在于在歩驟a和b中，上述時間間隔T為O. lms。
4、 根據權利要求1所述的高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方法，其特征在于在步驟c、 d中，通過線性預測模型最小均方誤差的線性預測方法對基站得到的信噪比數據進行預測。
5、 根據權利要求1所述的高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方法，其特征在于在步驟b中，線性預測模型建立方法如下假設y(n)為用戶端每隔時間T上報的信噪比序列，n=0，l，一，N-l，線性預測模型的階數為IP，&為反射系數，《(")、《(")分別為前、后向預測誤差，<formula>formula see original document page 0</formula>預測誤差的平均功率為&:4(~+/^)，其中^ — Wl^/P I ，利用^p ，求得使預測誤差平均功率最小的反射系數kp，一2g《'("01) A =__''(")「+h"("-1)12)初始化e""卜"")，《("X")，此日寸p二0，p=p + l代入、推導式得到、然后再代入e"")，《(")推導式得到^")，《(")，之后根據a"=、 ， =。p-"+'，i=i， 2，...， p-1,通過多次迭代，直到p=IP，則可得到IP階線性預測模型的全部系數 ，'，i =1, 2，…，IP。
6、 根據權利要求5所述的高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方法，其特征在于將線性預測模型系數代入"")I ""''"" 0得到預測到的信噪比z(n)。
7、 根據權利要求1所述的高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方 法，其特征在于在步驟e中，當信噪比值的誤碼率要求在10—2級別時，將信噪 比值進行QPSK、 16QAM的自適應調制。
8、 根據權利要求7所述的高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方法，其特征在于在信噪比值誤碼率要求為10—2數量級時，自適應調制過程為當SNR《25dB時，采用QPSK調制方式；當SNR〉25dB時，采用16QAM調制方式。
全文摘要
本發明涉及一種高速移動3G-HSDPA通信系統自適應資源分配方法，該系統包括互相傳遞通信信號的NodeB端及UE端，其包括以下步驟a.UE端按一定時間間隔T上報其信噪比值給NodeB端；b.NodeB端根據UE相隔上報的信噪比建立預測模型；c.利用模型進行線性預測，得到NodeB端調度后實際數據傳輸過程中的信噪比值；d.根據預測的信噪比值進行多用戶資源調度；e.根據預測的信噪比值將被調度上用戶對應的數據進行自適應調制并發送到對應的UE端；f.NodeB端每間隔時間T根據收到的UE端上報的信噪比調整預測模型參數。本發明在保證系統吞吐量基礎上，可降低系統誤碼率。
文檔編號H04W24/00GK101583146SQ20091004011
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月9日 優先權日2009年6月9日
發明者常莉莉, 戴憲華 申請人:中山大學