一種波束賦形中基于有效速率的單雙流切換方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及單雙流切換方法，特別涉及一種波束賦形中基于有效速率的單雙流切 換方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，在LTE的背景之下，無線通信發展突飛猛進。隨著智能手機用戶的激增， 無線通信對于多媒體業務的需求持續增高。為了給用戶提供更好的體驗，Mnro技術被引入。 Mnro技術是LTE最早提出的核心技術之一。它在接收機和發射機上采用多根天線，并與一 些先進的信號處理技術相結合。MMO技術可以用來獲得改進的系統性能，包括提高系統容 量（單小區支持更多用戶）和擴展小區覆蓋范圍，以及對所提供業務進行改進，例如提高單 用戶數據速率等。多天線Mnro技術最早由E. Telatar和G. J. Foshini等通過理論證明得 出該技術所能獲得的信道容量遠超山農給出的單天線傳輸容量極限，因此M頂0技術在LTE 和LTE-A中都得到了廣泛應用。
[0003] 目前，M頂0的傳輸模式主要分為三類：發射分集、空間復用和波束賦形。波束賦形 技術作為一項重要的核心技術，早在中國移動TD-SCDM網絡中就有所應用。在3GPP的LTE 技術規范R8版本中，引入了單流波束賦形技術（TM7)，該技術可顯著提升小區邊緣吞吐量 并降低小區間干擾。2009年3月，由大唐移動和中國移動公司共同推動的雙流波束賦形技 術立項。2010年3月，其標準化工作順利完成，并被寫入3GPPLTE技術規范R9版本中。雙 流波束賦形技術（TM8)定義了新的雙端口專用導頻與相應的控制、反饋機制，可以認為是 智能天線技術和空間復用技術的一種結合。在FDD模式的雙工模式之下，上下行鏈路的頻 譜是不共享的，其衰落特性是不相關的，經常需要用戶上報PMI，再在碼本中選擇有限的幾 種波束賦形方案來進行。而得益于TDD雙工模式下上下行信道頻率共享的特性，其信道具 有上下行互易特性，基站在下行傳輸時可利用上行估計的信道信息，這樣信道估計的開銷 將會大大減小，信道信息的獲取變得非常便捷，這也使得基于信道質量反饋而實時改變波 束賦形策略的非碼本波束賦形得以實現，這也是本發明主要研究的波束賦形形式。非碼本 波束賦形經過多年發展，經過各種測試和驗證，8天線雙流波束賦形技術的性能優勢已經得 到充分證明，目前越來越多的運營商傾向于在室外宏基站中選擇具有優勢的8天線波束賦 形技術。
[0004] TM7與TM8比較而言，TM7支持的單流波束賦形傳輸的數據速率較低，適用于用戶 對速率要求不高的場景，TM8支持的雙流波束賦形得益于每個用戶可以傳輸兩個不同的數 據流，所以單個用戶可以獲得較高的數據速率，但是兩流之間存在流間干擾，所以會導致總 的數據速率稍低于兩個單流用戶之和，因此適用于用戶信道條件好且對數據速率要求較高 的場合。
[0005] 目前多用戶MMO的天線選擇與調度算法主要基于單流用戶，對單流與多流混合 的場景研究較少。針對不同流數的傳輸模式的特點，現有的一部分算法給出了流數選擇 的方法。文南犬[1]《Capacitymaximizationforzero-forcingMIM0-0FDMAdownlink systemswithmultiuserdiversity》（包含分集的MIMO-OFDM下行鏈路中基于ZF的容 量最大化算法）以最大化系統吞吐量為目的，給出了在迫零波束賦形條件下單雙流的選擇 標準，通過為不同用戶組合選取合適的天線組合來決定每個用戶的流數，這樣的流數與天 線組合將使得注水算法的最佳注水線易于達到，從而極大提升了系統吞吐量。但是這一 算法的問題在于不能確保用戶的公平性，信道條件較差的用戶將會難以獲得服務機會，而 信道條件好的用戶會得到過多資源，使得資源分配不合理，同時很多信道條件差的用戶由 于得不到資源而難以達到目標速率，這對于實時業務來說是影響極大的。文獻[2]《Rank adaptivetransmissiontoimprovethedetectionperformanceoftheBLASTin spatiallycorrelatedMIMOchannel》(BLAST編碼空間相關MIMO信道中用于改進檢測性 能的秩自適應傳輸算法）給出的算法在公平性上有所改進，但是依然沒有確保具體用戶的 傳輸速率可以達到目標速率，這種算法對于非實時業務來說可以接受，但是對于實時業務 來說無法達到目標速率將會導致業務的傳輸出現極大問題。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是為了解決現有技術對單流或雙流波束賦形傳輸的數據速率較低、 不能確保用戶的公平性以及不能確保具體用戶的傳輸速率達到的目標速率而提出的一種 波束賦形中基于有效速率的單雙流切換方法。
[0007] 上述的發明目的是通過以下技術方案實現的：
[0008] 步驟一、假設LTE移動蜂窩通信系統的單小區中共有K個用戶，每個用戶配備隊根 接收天線，小區基站配備Nt根發射天線；通過用戶k的反饋信息獲得用戶k在RBn上時所 有接收天線的信道矩陣
[0009]
[0010] 其中，RBn為第n個資源塊，n= 1，2, 3.".，N;N為總的資源塊數： 表用戶k在第n個資源塊上第i根接收天線的傳輸向量；k= 1，2, 3，…，K;
[0011] 步驟二、利用計算信道范數Hi，％比較信道范數和閾值H。確定在所 有隊根接收天線中選擇用戶k在第n個資源塊實際使用的接收天線數;根據iVf確定 實際使用的接收天線；
[0012] 步驟三、建立實際使用的接收天線的用戶k與RBn對應關系Pk,n;
[0013] 步驟四、利用實際使用的接收天線的用戶k與RBn對應關系Ptn計算有效速率 Kko
[0014] 發明效果
[0015] 本發明方案與傳統的固定流數的單流波束賦形、雙流波束賦形以及文獻 《Capacitymaximizationforzero-forcingMIM0-0FDMAdownlinksystemswith multiuserdiversity》的算法進行對比，從而綜合比較性能。
[0016] 仿真基于5M帶寬配置的LTE-A系統，信道模型采取TU3模型；圖1描述了幾種算法 有效速率的對比情況。當用戶數較少時，由于RB資源非常充足，幾乎所有的用戶都可以滿 足自己的目標速率，此時系統的有效速率和合速率幾乎是相等的，所以以最大化速率為目 標的文南犬[1]《Capacitymaximizationforzero-forcingMIMO-OFDMAdownlinksystems withmultiuserdiversity》中的算法實現了最高的有效速率。而隨著用戶數開始增多， 資源開始逐漸不能滿足所有用戶的有效速率，此時我們算法的優勢開始逐漸體現。當用戶 數大于15時，本發明算法始終保持最高的有效速率。對于雙流算法來說，由于每個用戶傳 輸兩個數據流，本身允許支持的用戶數就少于單流算法，而雙流算法中沒有獲得資源的用 戶這一時刻的速率即為0,很難使平均速率達到目標速率。而隨著用戶數增長，資源的匱乏 越來越嚴重，會出現很多用戶難以達到目標速率，所以其性能差于本發明算法，且這種差距 隨著用戶蘇增長會進一步拉大。對于單流算法，每個用戶只分配一個數據流，當用戶數較多 時，雖然不會出現很多用戶速率為0的情況，但是由于其流數固定，不能根據用戶與目標速 率的需求動態調整，所以其效果依然差于本發明算法。
[0017] 圖2進一步描述了算法對用戶QoS需求的滿足能力。如果用戶的平均速率達到 目標速率，則認為該用戶是一個滿足的用戶。圖2給出的即為在不同激活用戶數條件下不 同算法的滿意用戶數。當用戶較少時，資源充足，幾乎所有用戶的速率需求都可以被滿足， 故當K= 10時，因此四種算法幾乎沒有差異。而隨著用戶數增多，RB開始逐漸無法滿足所 有用戶時，本發明算法可實現最高的滿足用戶數。文獻[1]《Capacitymaximizationfor zero-forcingMIMO-OFDMAdownlinksystemswithmultiuserdiversity》算法由于給信 道較好的用戶分配大量資源，而信道差的用戶幾乎無法獲得資源，所以導致只有少數用戶 可以滿足速率要求，其他用戶始終速率較低無法滿足要求。傳統的流數固定單流或者雙流 算法由于無法動態根據用戶需求進行匹配，所以滿足用戶數也要低于我們的算法。
[0018] 公平性則是算法的另一項評價指標。在此我們用加權