基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式，其實現方法是：引入X2接口為基站間傳輸數據信息，聯合S1接口和X2接口，將CoMP用戶根據其所使用的協作傳輸技術分為CoMP-CB用戶和CoMP-JP用戶，再根據用戶類型將數據細分為CoMP-CB數據、CoMP-JP數據和exchange數據，exchange數據為CoMP-JP用戶數據的一部分，由中心控制單元完成為各個基站分配各類型數據大小的任務，通過求解線性最優方程，得到最優的數據分配方案，中心控制單元根據方案將各類型數據通過S1接口傳輸到各基站，各基站間再通過X2接口完成exchange數據的交互，最終在S1和X2接口容量受限的條件下，最大化利用接口容量，提高網絡吞吐量。可用于LTE網絡中CoMP技術的數據傳遞方式制定。
【專利說明】基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通信【技術領域】，具體涉及一種基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞 方式。
【背景技術】
[0002] 隨著無線通信設備數量和種類的迅猛增長，移動無線應用種類的日益豐富，人們 對無線網絡的吞吐量和數據傳輸速率提出了更高的要求，LTE(Long Time Evolution)移動 通信標準應運而生。在LTE網絡中，宏小區間采用同頻組網以最大化頻譜利用率，處于小區 邊緣的用戶因此受到嚴重的同頻干擾，降低了網絡整體的吞吐量。
[0003] 協作多點傳輸技術（CoMP, Coordinated Multipoint)是一種降低小區間干擾， 提高邊緣小區用戶的數據速率，并提高整個系統吞吐量的一種重要技術。C0MP包含兩種 數據傳輸類型，協同聯合傳輸技術（C0MP-JP, Joint Processing)和聯合波束賦形技術 (C0MP-CB, Coordinated Beamforming)。C0MP-JP允許多個小區同時向單個用戶發送數據的 方式，將來自同頻基站的干擾信號轉換為有用信號，提高邊緣用戶的數據速率，從而提高整 體系統性能。C0MP-CB是同頻基站通過設計不同的編碼向量來區分彼此用戶的數據信息，從 而避免同頻用戶間的干擾，提高邊緣用戶的信干噪比來提高其數據速率。
[0004] 現有的LTE架構由核心網（EPC)和接入網（E-UTRAN)組成，核心網包括多個邏輯 節點，而接入網只由基站構成。接入網中，不同基站之間通過X2接口連接進行信息交互； 基站與EPC通過S1接口相連，進行用戶數據與控制信令的傳遞。對于C0MP兩種不同的數 據傳輸類型而言，參與C0MP-JP的基站和參與C0MP-CB的基站需要通過X2接口交互控制信 息、信道狀態信息和同步信息，不同的是，所有參與C0MP-JP的基站需要為C0MP用戶傳輸數 據，不區分該用戶是否屬于該基站，而C0MP-CB的基站只需要為本基站下用戶傳輸數據。故 C0MP-JP的基站需要通過S1接口傳輸所有C0MP-JP用戶的數據，而C0MP-CB基站只需要S1 接口傳輸該基站下用戶的數據。簡而言之，C0MP帶來的邊緣用戶數據速率的提升是以增加 接口負荷為代價的，而C0MP-JP傳輸帶來的速率提升比較大，其對S1接口帶來的負擔也較 重。
[0005] 現今網絡，在移動用戶的數據速率要求日益增加的條件下，EPC通過S1接口為基 站傳輸的數據量也隨之增加，而實際網絡中S1和X2的接口的容量都是有限的，因此小區網 絡的瓶頸正漸漸從用戶無線傳輸速率問題轉向基站接口容量問題。隨著LTE4G技術的到 來，對于接口容量的需求將是5年前的8-16倍。從實用性和經濟性角度考慮，如何合理利 用接口容量，以提高系統容量，為用戶提供優質服務，成為一個重要的研究問題，尤其是在 LTE4G網路中。
[0006] 目前，關于LTE系統中接口容量受限下的協作傳輸問題的研究主要單一地關注 于基站與上層間的S1接口或基站彼此間的X2接口，對于聯合S1和X2接口卻少有研 究。如 Mehryar S 等在 IEEE International Conference on Communications (ICC)，2012 《Dynamic cooperation link selection for network ΜΙΜ0 systems with limited backhaul capacity》一文中，研究了下行多小區的OFDMA系統中動態接口選擇技術，在基站間接口容 量受限情況下，動態選擇協作基站，進行用戶調度和功率控制以提高網絡吞吐量，但是此方 法主要研究的是基站間的X2接口容量受限的問題。Zhang Qian等在IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, 2013《Downlink Base Station Cooperative Transmission Under Limited-Capacity Backhaul)) 一文中，研究了 CoMP中基站與上層SI接口容量受限 下的數據傳遞技術，根據每個用戶的衰落增益，為每個用戶設計劃分合適的數據類型，以提 高系統吞吐量，但是研究的主要是基站與上層間S1接口容量受限的問題。
【發明內容】
[0007] 針對現有技術的不足，本發明旨在提供一種在接口容量受限情況下的LTE網絡基 站CoMP模式數據傳遞方法，該方法通過為每個基站設計分配合理的數據大小，聯合使用S1 接口和X2接口的接口容量進行數據信息傳遞，提高了接口使用效率，從而提升了系統的吞 吐量。
[0008] 本發明的核心思想是：在LTE系統中基站接口容量有限的條件下，由于基站在 CoMP-CB傳輸類型和CoMP-JP傳輸類型下的用戶數據量大小有所不同，本發明在考慮了接 口容量受限的條件下，引入X2接口為基站間傳輸數據信息，聯合S1接口和X2接口，將CoMP 用戶根據其所使用的協作傳輸技術分為CoMP-CB用戶和CoMP-JP用戶，再根據用戶類型將 數據細分為3類，分別為CoMP-CB數據、CoMP-JP數據和exchange數據，exchange數據為 CoMP-JP用戶數據的一部分，由中心控制單元完成為各個基站分配各類型數據大小的任務， 該分配方案是一個線性最優解問題。通過求解線性最優方程，得到最優的數據分配方案，中 心控制單元根據方案將各類型數據通過S1接口傳輸到各基站，各基站間再通過X2接口完 成exchange數據的交互。最終在S1和X2接口容量受限的條件下，最大化利用接口容量， 提高網絡吞吐量。
[0009] 為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0010] 基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式包括如下步驟：
[0011] 步驟1，用戶的信道狀態信息上報給協作集合中的各自所屬基站；
[0012] 步驟2,所述基站將其所有用戶的信道狀態信息整合后，通過S1接口上報給中心 控制單兀；
[0013] 步驟3,所述中心控制單元根據所述信道狀態信息，選取符合條件的用戶作為 CoMP用戶，并統計各所述基站下的CoMP用戶數；
[0014] 步驟4,所述中心控制單元在考慮容量有限的情況下，根據協作集合內總CoMP用 戶數確定應發送給各所述基站的數據量大小；
[0015] 步驟5,所述中心控制單元根據所述步驟4中分配給各所述基站的數據量大小確 定各基站下的CoMP-CB用戶和CoMP-JP用戶，及其各用戶的編碼向量；
[0016] 步驟6,確定各基站的公有CoMP-JP用戶和私有CoMP-JP用戶；；
[0017] 步驟7,所述中心控制單元和所述基站之間、所述各基站之間完成用戶數據的傳 輸。
[0018] 需要說明的是，所述步驟1實施的具體過程為：記協作集合共有B個基站，基站 j e {1，2, 3···，B}下有％個用戶，每個基站配有Nt個發射天線，每個用戶配有N。個接收天 線；定義A/,a為基站j與用戶jk間的NtXN。大小的信道矩陣，其中用戶j k表示第j個基站 下的第k個用戶，則有/ιλ二I為用戶jk的BNt XN。大小的全局信道矩陣；用戶 收集所述信道狀態信息，其中包含用戶的全局信道矩陣\并上報給各自基站j。
[0019] 需要說明的是，所述步驟3中具體按照如下步驟進行：
[0020] 步驟3. 1，所述中心控制單元統計所述基站上報的所有用戶的參考信號接收功率 信息；
[0021] 步驟3. 2,所述中心控制單元根據以下判決公式，選取滿足所述判決公式的用戶作 為CoMP用戶：
[0022]
【權利要求】
1. 基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，用戶的信道狀態信息上報給協作集合中該用戶所屬的基站； 步驟2,所述基站將其所有用戶的信道狀態信息整合后，通過S1接口上報給中心控制 單元； 步驟3,所述中心控制單元根據所述信道狀態信息，選取符合條件的用戶作為CoMP用 戶，并統計各所述基站下的CoMP用戶數； 步驟4,所述中心控制單元在考慮容量有限的情況下，根據所述協作集合內的總CoMP 用戶數確定應發送給各所述基站的數據量大小； 步驟5,所述中心控制單元根據所述步驟4中分配給各所述基站的數據量大小，確定各 基站下的CoMP-CB用戶和CoMP-JP用戶，及其用戶的編碼向量； 步驟6,確定各基站的公有CoMP-JP用戶和私有CoMP-JP用戶； 步驟7,所述中心控制單元和所述基站之間、所述各基站之間完成用戶數據的傳輸。
2. 根據權利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式，其特征在于， 所述步驟1實施的具體過程為：記協作集合共有B個基站，基站j e {1，2, 3···，B}下有％ 個用戶，每個基站配有Nt個發射天線，每個用戶配有N。個接收天線；定義Am為基站j與 用戶j k間的NtXN。大小的信道矩陣，其中用戶jk表示第j個基站下的第k個用戶，則有
為用戶jk的BNtXN。大小的全局信道矩陣；用戶收集所述信道狀態信 息，其中包含用戶的全局信道矩陣并上報給各自基站j。
3. 根據權利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式，其特征在于，所 述步驟3中具體按照如下步驟進行： 步驟3. 1，所述中心控制單元統計所述基站上報的所有用戶的參考信號接收功率信 息； 步驟3. 2,所述中心控制單元根據以下判決公式，選取滿足所述判決公式的用戶作為 CoMP用戶：
其中RSRP表示用戶到基站的參考信號接收功率，參考信號接收功率差值的判 決門限；所述判決公式表示當用戶jk到基站j的參考信號接收功率與用戶jk到其他基站S 的參考信號接收功率的差值小于判決門限Λ &_時，用戶jk將作為CoMP用戶； 步驟3. 3,所述中心控制單元統計各所述基站下的CoMP用戶數，并記基站j下的CoMP 用戶數記為ej。
4. 根據權利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式，其特征在于，所 述步驟4的具體步驟如下： 步驟4. 1，計算各所述基站下用戶全部為CoMP-CB用戶時的總速率并作為該基站 CoMP-CB速率的理論上限：記基站j下所有CoMP用戶使用CoMP-CB技術時的總速率為， 則
，此時基站j中每個用戶的CoMP-CB速率公式為
其中：^為用戶jk的白噪聲干擾，P為基站的發射功率，ν,+ 是 CoMP-CB用戶的編碼向 量； 步驟4. 2,計算所述協作集合內全部用戶均為CoMP-JP用戶時的總速率，作為所述協作 集合的CoMP-JP速率的理論上限：記協作集合內所有CoMP用戶使用CoMP-JP技術時的總速 率為Ri則
，此時所述協作集合內的每個用戶的CoMP-JP速率公式為
其中，<為用戶jk的白噪聲干擾，p為基站的發射功率，％是CoMP-JP用戶的編碼向 量； 步驟4. 3,建立優化目標函數：定義基站j下的用戶數據類型分別為CoMP-CB數據、 CoMP-JP數據和exchange數據三種類型，其中所述中心控制單元為基站j分配的CB數據單 元量用+表示，所述中心控制單元為基站j分配的JP數據單元量用1)^表示，基站j需要 通過X2接口傳遞給其余各基站的exchange數據單元量用表示；定義Cf表示基站j 與中心控制單元間的S1接口容量大小，表示基站i與基站j間的X2接口容量大小，則 目標函數如下： s. t.
步驟4. 4,求解優化目標函數，求得、1?和盡的最優解。
5. 根據權利要求4所述的基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式，其特征在于，所 述步驟4. 1中的所述編碼向量是所述中心控制單元采用迫零波束賦形技術為用戶jk設 計得到的，具體方式為： 步驟4. 1. 1，找到所述協作集合內對該用戶jk造成同頻干擾的全部基站，假設有 m個干擾基站，記為集合U = ，…，UJ，從而得到該用戶jk的聯合信道狀態矩陣
步驟4. 1. 2,根據公式
得到編碼矩陣; 步驟4. 1. 3,從編碼矩陣Γ(|中選取滿足條件^414 =〇，ViV_/的列向量作為用戶jk的 編碼向量
。
6. 根據權利要求4所述的基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式，其特征在于，所 述步驟4. 2中的編碼向量是所述中心控制單元采用迫零波束賦形技術為用戶設計得到 的，具體方式如下： 步驟4. 2. 1，找到協作集合內與該用戶同頻的全部用戶，假設有m個同頻用戶，記為集 合S = {Sp S2，…，Sm}，從而得到他們的聯合信道狀態矩陣
步驟4. 2. 2,根據公式
得到編碼矩陣VJP ; 步驟4. 2. 3,從編碼矩陣VTP中選取滿足條件<1^ #丄的列向量作為該用戶的 編碼向量η、"
7. 根據權利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式，其特征在于，所 述步驟5的具體實施步驟如下： 步驟5. 1，對于所述基站j，將所述基站內的&個CoMP用戶按照接收信號強度由高到 低進行排序，定義排序后的所述CoMP用戶為集合，其中(γ為信號強度最高 用戶，為信號強度最低用戶； 步驟5. 2,由于CoMP-JP技術相比于CoMP-CB技術可以帶來更大的速率提升，考慮用戶 速率的公平性，將速率較高用戶采用CoMP-CB技術，速率較低用戶采用CoMP-JP技術；定義 X為邊界數，則用戶ic/，C2;，…,C0的集合為CoMP-CB用戶集合；初始化令X = 0,表示當前 沒有CoMP-CB用戶； 步驟5. 3,計算基站j內CoMP-CB用戶集合的速率之和
步驟5. 4,若
小于試ξ的最優解，則可以繼續向CoMP-CB用戶集合中添加用戶，即 令X = x+1并返回執行步驟5. 3 ;若
大于或等于的最優解，執行步驟5. 5 ; 步驟5. 5,根據步驟5. 4得出的滿足
大于或等于";的最優解的最小X值，指定 所述基站j內用戶為CoMP-CB用戶，并將剩余X/J用戶指定為 CoMP-JP 用戶； 步驟5. 6,根據步驟5. 5得出CoMP-CB用戶集合{C/^'，…，以及CoMP-JP用戶集合 f ,(?所述中心控制單元再分別根據步驟4. 1和步驟4. 2中計算各用戶速率 時所使用的編碼向量來確定最終每個用戶對應的編碼向量。
8.根據權利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式，其特征在于，所 述步驟6的具體實施步驟如下： 步驟6. 1,將各基站的CoMP-JP用戶，…，合并,組成協作集合內所有 CoMP-JP用戶的大集合代…,d，其中If表示協作集合內的第q個CoMP-JP 用戶，協作集合內共有s個CoMP-JP用戶； 步驟6. 2,對于基站j,初始化j = 1 ; 步驟6. 3,對于基站j，定義邊界數V，基站j的私有CoMP-JP用戶集合用
表示，其中
>中心控制單元需 要通過S1接口將這部分CoMP-JP用戶
的數據傳遞給基站j，且基站j 需要將這部分CoMP-JP用戶
的數據通過X2接口傳遞給其它基站；對于 基站j = 1，有yH = y° = 0,初始化y·3 = yt1，表示當前沒有CoMP-JP用戶的數據需要基站 j通過X2接口遞給其余基站； 步驟6. 4,計算基站j內CoMP-JP用戶子集合
的速率之和
步驟6. 5,若 小于或等于胃e的最優解，則可以繼續向CoMP-JP用戶子集 合frj,, τ.". 丨中添加用戶，即令y·3 = yM并返回執行步驟6. 4 ;若 大于
{*.·' ''it'1}· st2'r"'_y· j 的最優解，執行步驟6. 6; 步驟6. 6,根據步驟6. 5得出滿浞
的最優解的最小V值，由于Χ2接 口容量的限制，令V = ?-1，從而得到滿足
d、于或等于代;：/胃的最優解的最大？ 值，即相應地得出基站j的私有CoMP-JP用戶; 步驟6. 7,判斷基站j是否已經是最后一個基站，若j〈B，則令j = j+1并返回執行步驟 6. 3;若j = B，執行步驟6. 8; 步驟6. 8,定義邊界數u，從剩余CoMP-JP用戶(J；U：f+2，…J，}中選出了一個 CoMP-JP用戶子集合，…，中心控制單元需要通過S1接口將這部分CoMP-JP 用戶的數據傳遞給每個基站，且各基站不需要將這部分CoMP-JP用戶 的數據通過X2接口傳遞給其它基站； 步驟6. 9,初始化u = yB，表示當前沒有CoMP-JP用戶的數據需要中心控制單元通過S1 接口傳遞給每個基站； 步驟6. 10，計算CoMP-JP用戶子集合的速率之和
:丨' 步驟6. 11，若小于或等于敗.的最優解（ν/?υ )且u〈s，則可以繼續向 CoMP-JP用戶子集合中添加用戶，即令u = U+1并返回執行步驟6. 10 ; If 若大于故的最優解（W = 1,2,3,…,5 )或者u = s，執行步驟6. 12 W+, 步驟6. 12,根據步驟6. 11得出滿足
大于的最優解（V/ = U3n# ) 的最小u值，由于S1接口容量的限制，令u = u-1，從而得到滿足
小于或等 于的最優解（Y/ = UA…B )的最大u值，相應得出基站j的公有CoMP-JP用戶
〇
9.根據權利要求1所述的基于容量受限下的CoMP模式數據傳遞方式，其特征在于，所 述步驟7按照如下具體步驟進行： 步驟7. 1，所述中心控制單元將通過步驟5中得出的各個基站CoMP-CB用戶 的用戶數據和步驟5中得到的各用戶編碼向量通過S1接口發送給各個基 站； 步驟7. 2,各基站將獲取后的CoMP-CB用戶jCtq，…的用戶數據進行編碼后通過 無線鏈路發送給本基站內的各個CoMP-CB用戶； 步驟7. 3，所述中心控制單元將通過步驟6中得出的每個基站的公有CoMP-JP用戶 的用戶數據通過S1接口傳遞給每個基站，再將基站j = 1，2,…，B私 有CoMP-JP用戶，…的用戶數據通過S1接口傳遞給相應的基站j = 1，2,…，B，最后將通過步驟5中得到的各用戶編碼向量通過S1接口發送給各所述基站； 步驟7. 4,所述基站j = 1，2,…，B通過X2接口向協作集合內的其他基站傳遞其私有 CoMP-JP用戶{7= u. rf <….7；"'f的用戶數據，完成基站間的數據交互； 步驟7. 5,各所述基站將交互后獲取得到的全部CoMP-JP用戶數據進行編碼后通過無 線鏈路發送給協作集合內的各個CoMP-JP用戶。
【文檔編號】H04W72/04GK104066186SQ201410292847
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】趙林靖, 馮天一, 張崗山, 李釗, 劉勤, 鄭琳, 張燕 申請人:西安電子科技大學