時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法
【專利摘要】本發明提供了一種時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，包括如下步驟：步驟1：用戶設備傳輸其信號處理能力給基站；步驟2：基站端在用戶設備上行傳輸的時候測量基站到用戶設備之間的信道狀態；步驟3：基站在下行傳輸時，根據其測量得到的基站到用戶設備之間的信道狀態、用戶設備傳輸的信號處理能力，估計出合適的下行傳輸速率，并用此下行傳輸速率進行下行傳輸。本發明可以有效地減小用戶設備的信道狀態反饋開銷，提升系統傳輸性能，增強基站調度的靈活性。
【專利說明】時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種無線通信【技術領域】的方法，具體是一種在時分雙工的蜂窩網絡中，基站端根據上下行信道的時間互易性進行的下行自適應傳輸速率的控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著移動無線蜂窩網絡通信技術的發展、智能終端的大量使用，人們對于蜂窩通信的傳輸速率的需求與日俱增。為了滿足人們日益增長的速率要求，無線蜂窩網絡的技術不停地在發展。我國在近年來加大了對于時分雙工的蜂窩網絡的支持力度，由此產生了具有自主知識產權的TD-SCDMA、TD-LET等第三代、第四代的基于時分雙工的移動蜂窩網絡技術。3GPP組織在未來第五代移動蜂窩網絡技術標準化進程中，也對時分雙工系統表現出了極大的關注。
[0003]在基于時分雙工的蜂窩網絡系統中，其上下行的傳輸信道具有極強的互易性。但是基于與原來的頻分復用系統兼容性的考慮，這種在時分雙工中出現的信道互易性并沒有被使用。在以往的發明中，時分雙工的蜂窩網絡中仍然使用基于用戶設備的信道反饋來做下行傳輸速率控制。
[0004]在本發明中，我們提出了一個全新的自適應控制協議來使用時分雙工的蜂窩網絡帶來的傳輸信道互易性進行下行傳輸速率控制。相比原來的傳輸速率控制方法，我們的發明可以有效地減小用戶設備的信道狀態反饋開銷，提升系統傳輸性能，增強基站調度的靈活性。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法。
[0006]我們討論一個基于時分雙工(上下行傳輸使用時分復用的方法)的蜂窩通信系統的下行傳輸。由于基站到用戶設備的信道狀態與干擾情形隨著時間不停在變化，為了控制傳輸誤碼率，同時盡可能地提高傳輸速率，基站會使用不同的星座圖調制方式與不同的信道編碼方式進行傳輸。
[0007]根據本發明提供的時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，包括如下步驟:
[0008]步驟1:用戶設備傳輸其信號處理能力給基站；
[0009]步驟2:基站端在用戶設備上行傳輸的時候測量基站到用戶設備之間的信道狀態；
[0010]步驟3:基站在下行傳輸時，根據其測量得到的基站到用戶設備之間的信道狀態、用戶設備傳輸的信號處理能力，估計出合適的下行傳輸速率，并用此下行傳輸速率進行下行傳輸。
[0011 ] 優選地，還包括在步驟2和步驟3之間執行的如下步驟:[0012]步驟A:用戶設備周期性反饋其所受干擾狀況給基站；
[0013]相應地，在步驟3中，基站根據基站到用戶設備之間的信道狀態、用戶設備傳輸的信號處理能力、用戶設備周期性反饋的干擾狀況，估計出合適的下行傳輸速率。
[0014]優選地，還包括如下步驟:
[0015]步驟4:基站在使用步驟3中所述下行傳輸速率進行下行傳輸后，記錄用戶設備報告的重傳請求，然后根據記錄結果，調整下次的傳輸速率。
[0016]從而可以補償由于反饋、傳輸、估計過程中的誤差提高基站對于下行傳輸速率控制的精確程度。
[0017]優選地，所述用戶設備的信號處理能力的表現形式與傳輸方法為如下任一種方式:
[0018]-方式(I):用戶設備在不同傳輸速率的星座圖調制方式與信道編碼方式的組合下，需要保持90%以上塊正確率(10%以下誤塊率)的最小SINR，使用量化值傳輸；
[0019]-方式(2):用戶設備在不同的星座圖調制方式與信道編碼方式的組合下的誤塊率和SINR曲線，使用曲線擬合量化后傳輸，用于擬合誤塊率和SINR曲線的函數為
y =丄+二)，其中X是SINR，單位是dB，y為誤塊率，a和b為量化參數，e為自然對數的底
數；
[0020]-方式(3):用戶設備使用的信號處理技術的列表，通過對現有的接收機信號處理技術編號后使用編號傳輸。
[0021]優選地，所述用戶設備傳輸其信號處理能力給基站的時機是如下任一種或任多種時機:
[0022]時機(I):用戶設備首次接入或者切換到基站時；
[0023]時機(2):基站需要用戶設備的信號處理能力時；
[0024]時機(3):用戶設備的信號處理能力改變時。
[0025]優選地，所述干擾狀況為如下任一種或任多種狀況:
[0026]狀況(I):用戶設備在某個頻率塊上所受到的多個天線上的干擾功率；
[0027]狀況(2):用戶設備在某個頻率塊上所受到的每根天線上的干擾功率；
[0028]狀況(3):用戶設備在多個頻率塊上所受到的多個天線上的平均干擾功率，其中頻率塊的帶寬為ΙΟΟΚΗζ-ΙΜΗζ。
[0029]優選地，所述的干擾狀況的反饋方法如下任一種或任多種方式:
[0030]-反饋干擾功率的量化值；
[0031]-給不同的干擾狀況編碼，反饋干擾狀況對應的碼字。
[0032]優選地，所述步驟3包括如下步驟:
[0033]步驟3.1:基站使用用戶設備傳輸的信號處理能力重構出用戶設備真實的星座圖調制方式與信道編碼方式的組合所對應的誤塊率和SINR曲線；
[0034]步驟3.2:基站使用上行傳輸的階段測量到的基站到用戶設備之間的信道狀態，利用時分雙工系統中的信道互易性，估算出基站到用戶設備之間下行階段的信道狀態；
[0035]步驟3.3:基站使用估計的下行階段的信道狀態和得到的、或者基站間協作估計出的基站間協作估計的用戶設備的干擾狀況，計算出用戶設備的SINR ；[0036]步驟3.4:基站使用得到的不同星座圖調制方式與信道編碼方式的組合所對應的誤塊率和SINR曲線和用戶設備的SINR，計算出合適的傳輸速率，即星座圖調制方式與信道編碼方式的組合。
[0037]優選地，在步驟3.3中，利用SINR估計偏移量調整估算出的用戶設備的SINR。
[0038]優選地，根據用戶設備的重傳請求來調整下次的傳輸速率的方法，具體為:如果重傳請求的頻率高于或等于預期，則說明傳輸速率被高估，額外降低估計的傳輸速率；如果重傳請求的頻率低于預期，則說明傳輸速率被低估，額外提高估計的傳輸速率。
[0039]優選地，信號處理能力的具體表現中所述的星座圖調制方式包括:BPSK、QPSK、16QAM,64QAM,256QAMo
[0040]優選地，信號處理能力的具體表現中所述的信道編碼方式包括:具有不同編碼冗余度的Turbo碼及其變種、具有不同編碼冗余度的LDPC碼及其變種。
[0041]優選地，信號處理能力的具體表現中所述的誤塊率和SINR曲線是指通過離線仿真或者實際測量得到的在不同的SINR下可以達到的誤包率。
[0042]優選地，信號處理能力的具體表現中所述的信號處理技術是指接收機用于抑制干擾，增加解碼成功率的先進信號處理技術，例如:迭代的干擾自消除技術，非迭代的干擾自消除技術，線性干擾抑制技術等，迭代的信道編碼解碼技術等。
[0043]優選地，所述的信道狀態信息包括:(1)某個頻率塊上的多個天線平均的信道衰弱，(2)某個頻率塊上的多個天線分別的信道衰弱與相位信息，(3)在多個頻率塊范圍內的多個天線上的平均信道衰弱。
[0044]優選地，信道狀態信息中所述的頻率塊的帶寬為ΙΟΟΚΗζ-ΙΜΗζ。
[0045]優選地，用戶設備反饋干擾狀況的周期的間隔為Ims-1OOms。
[0046]優選地，下行傳輸速率是用對應的星座圖調制方式與信道編碼方式的組合來實現的。
[0047]優選地，所述預期的重傳請求是指基站通過使用信道狀態、信號處理能力、干擾狀況(如果有)、使用的傳輸速率聯合估計出的誤塊率。
[0048]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0049]( I)在本發明中，用戶設備不用頻繁地反饋其信道狀態信息給基站。此方法可以有效地減少用戶設備的反饋信息量，減少傳輸中的額外傳輸消耗，增加有效的傳輸速率。
[0050](2)現有技術是測量當前下行的信道狀態信息，作為下次下行傳輸的信道狀態信息反饋給基站。由于在時分雙工系統中，相鄰的下行傳輸時隙之間可能會間隔較長時間，現有技術會造成信道狀態信息與實際信道不匹配。在本發明中，基站測量最近的上行信道狀態，利用時分雙工系統中的信道互易性，可以得到更準確的信道狀態信息。
[0051](3)在本發明中，基站擁有更多的信息，可以實現更加復雜與靈活的調度方法、協作方法、多用戶多天線傳輸方法、負載轉移方法、資源分配方法等用于提高蜂窩網絡容量的先進方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0052]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:[0053]圖1是實施例中系統平均傳輸速率和其他方案的平均傳輸速率的比較。
[0054]圖2是實施例中在不同的干擾估計精度下的系統平均傳輸速率的比較。
[0055]圖3是實施例中使用重傳請求進行傳輸速率修正的方法和完美信息下的傳輸速率的比較。
【具體實施方式】
[0056]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0057]根據本發明提供的時分雙工蜂窩網絡中基站自動控制下行傳輸速率的方法，可以有效地減小用戶設備的信道狀態反饋開銷，提升系統傳輸性能，增強基站調度的靈活性。主要步驟為:首先用戶設備傳輸其信號處理能力給基站，然后基站測量基站到用戶設備之間的信道狀態并且用戶設備周期性反饋其所受干擾狀況給基站，最后基站根據上述信息估計出合適的下行傳輸速率，此外基站的下行傳輸速率可以根據用戶設備報告的重傳請求進行修正。
[0058]具體實現步驟包括下列幾步:
[0059]第一步，用戶設備首次接入或者切換到新基站時，它傳輸其信號處理能力給基站。傳輸的信號處理能力是用戶設備在不同的星座圖調制方式與信道編碼方式的組合下的誤塊率和SINR曲線(完美的)。星座圖調制方式與信道編碼方式的組合方式采用3GPP組織的LTE-A標準中規定的15個調制編碼方式(MCS)。
[0060]第二步，基站端在用戶設備上行傳輸的時候，通過使用解碼出的用戶設備傳給基站的上行數據與接收到的信號進行比對得出信道狀態。信道狀態信息采用的是在某個頻率塊上的多個天線平均的信道衰弱，頻率塊的帶寬為180KHZ。
[0061]第三步，用戶設備周期性反饋其所在某個頻率塊上所受到的多個天線上的干擾功率給基站。反饋干擾狀況的周期的間隔為5ms。
[0062]第四步，基站在下行傳輸時，根據其得到的基站到用戶設備之間的上行信道狀態作為下行信道狀態，用戶設備周期性反饋的干擾狀況，計算出用戶設備的SINR (包括SINR估計偏移)，然后利用用戶設備傳輸的不同的調制編碼方式所對應的誤塊率和SINR曲線，在LTE-A標準中規定的15個調制編碼方式中挑選合適的星座圖調制方式與信道編碼方式的組合，并用此進行下行傳輸。
[0063]第五步，基站在使用第四步中所述的傳輸速率進行下行傳輸后，記錄用戶設備報告的重傳請求，然后根據記錄結果，調整下次的傳輸速率。如果重傳請求的頻率高于根據對應的誤塊率和SINR曲線得到的預期，則通過減少SINR估計偏移來降低估計的傳輸速率。如果重傳請求的頻率低于根據對應的誤塊率和SINR曲線得到的預期，則通過增加SINR估計偏移來提高估計的傳輸速率。
[0064]其他仿真條件:3個基站，9個小區，I個資源塊(180KHZ)，瑞利快衰落，陰影慢衰落，50000次實現。
[0065]圖1展示了基站端得到不同程度的信息時系統平均的傳輸速率。從圖中可以看出，本發明在正確的估計偏移的情形下可以達到系統傳輸容量的最大值。相比部分信息反饋，本發明可以達到更好的性能。相比完美信息反饋，此發明可以減小反饋開銷。
[0066]圖2展示了基站端得到的干擾信息有誤差時，系統的平均傳輸速率。從圖中可以看出，本發明可以忍受較小的干擾信息誤差，具有較強的魯棒性。
[0067]圖3展示了本發明中的基站根據用戶設備報告的重傳請求進行傳輸速率修正的方法的有效性。從圖中可以看出，經過多次修正后，本發明可以減少由于反饋信息的不準確性帶來的性能損失。
[0068]以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
【權利要求】
1.一種時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:用戶設備傳輸其信號處理能力給基站； 步驟2:基站端在用戶設備上行傳輸的時候測量基站到用戶設備之間的信道狀態；步驟3:基站在下行傳輸時，根據其測量得到的基站到用戶設備之間的信道狀態、用戶設備傳輸的信號處理能力，估計出合適的下行傳輸速率，并用此下行傳輸速率進行下行傳輸。
2.根據權利要求1所述的時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，其特征在于，還包括在步驟2和步驟3之間執行的如下步驟: 步驟A:用戶設備周期性反饋其所受干擾狀況給基站； 相應地，在步驟3中，基站根據基站到用戶設備之間的信道狀態、用戶設備傳輸的信號處理能力、用戶設備周期性反饋的干擾狀況，估計出合適的下行傳輸速率。
3.根據權利要求1所述的時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，其特征在于，還包括如下步驟: 步驟4:基站在使用步驟3中所述下行傳輸速率進行下行傳輸后，記錄用戶設備報告的重傳請求，然后根據記錄結果，調整下次的傳輸速率。
4.根據權利要求1所述的時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，其特征在于，所述用戶設備的信號處理能力的表現形式與傳輸方法為如下任一種方式: -方式(I):用戶設備在不同傳輸速率的星座圖調制方式與信道編碼方式的組合下，需要保持90%以上塊正確率的最小信號與干擾加噪聲比SINR，使用量化值傳輸； -方式(2):用戶設備在不同的星座圖調制方式與信道編碼方式的組合下的誤塊率和SINR曲線，使用曲線擬合量化后傳輸，用于擬合誤塊率和SINR曲線的函數為y =其中X是SINR，單位是dB，y為誤塊率，a和b為量化參數，e為自然對數的底數； -方式(3):用戶設備使用的信號處理技術的列表，通過對現有的接收機信號處理技術編號后使用編號傳輸。
5.根據權利要求1所述的時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，其特征在于，所述用戶設備傳輸其信號處理能力給基站的時機是如下任一種或任多種時機: 時機(I):用戶設備首次接入或者切換到基站時； 時機(2):基站需要用戶設備的信號處理能力時； 時機(3):用戶設備的信號處理能力改變時。
6.根據權利要求2所述的時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，其特征在于，所述干擾狀況為如下任一種或任多種狀況: 狀況(I):用戶設備在某個頻率塊上所受到的多個天線上的干擾功率； 狀況(2):用戶設備在某個頻率塊上所受到的每根天線上的干擾功率； 狀況(3):用戶設備在多個頻率塊上所受到的多個天線上的平均干擾功率，其中頻率塊的帶寬為ΙΟΟΚΗζ-ΙΜΗζ。
7.根據權利要求6所述的時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，其特征在于，所述的干擾狀況的反饋方法如下任一種或任多種方式: -反饋干擾功率的量化值； -給不同的干擾狀況編碼，反饋干擾狀況對應的碼字。
8.根據權利要求1所述的時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，其特征在于，所述步驟3包括如下步驟: 步驟3.1:基站使用用戶設備傳輸的信號處理能力重構出用戶設備真實的星座圖調制方式與信道編碼方式的組合所對應的誤塊率和SINR曲線； 步驟3.2:基站使用上行傳輸的階段測量到的基站到用戶設備之間的信道狀態，利用時分雙工系統中的信道互易性，估算出基站到用戶設備之間下行階段的信道狀態； 步驟3.3:基站使用估計的下行階段的信道狀態和得到的、或者基站間協作估計出的基站間協作估計的用戶設 備的干擾狀況，計算出用戶設備的SINR ； 步驟3.4:基站使用得到的不同星座圖調制方式與信道編碼方式的組合所對應的誤塊率和SINR曲線和用戶設備的SINR，計算出合適的傳輸速率，即星座圖調制方式與信道編碼方式的組合。
9.根據權利要求8所述的時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，其特征在于，在步驟3.3中，利用SINR估計偏移量調整估算出的用戶設備的SINR。
10.根據權利要求3所述的時分雙工蜂窩網絡中基站下行自適應傳輸速率的控制方法，其特征在于，根據用戶設備的重傳請求來調整下次的傳輸速率的方法，具體為:如果重傳請求的頻率高于或等于預期，則說明傳輸速率被高估，額外降低估計的傳輸速率；如果重傳請求的頻率低于預期，則說明傳輸速率被低估，額外提高估計的傳輸速率。
【文檔編號】H04L1/18GK103684686SQ201310554120
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】駱喆, 俞暉, 羅漢文, 張萌, 秦熠 申請人:上海交通大學