3d-mimo系統中應用三維波束賦形的多小區間干擾協調方法
【技術領域】：
[0001] 本發明屬于無線通信領域，具體涉及一種在蜂窩網絡多小區多用戶3D-MM0系統 中應用三維波束賦形的多小區間干擾協調方法。
【背景技術】：
[0002] 近年來智能移動設備所需求的數據量遠超于前，因而3GPP(3rd Generation Partnership Project)致力于在其標準中研宄尖端技術來提高頻譜效率和用戶體驗。 Three dimensional Multiple-Input Multiple-Output (3D-MIM0)是目前 3GPP 在下一代長 期演進（LTE)無線通信系統中研宄的關鍵技術之一。3D-MIM0不需要大容量的回程鏈路和 更多的頻譜資源，它利用大量天線排布在空間天線陣列進行三維的波束賦形信號傳輸，極 大的提升了系統性能。
[0003] 在蜂窩網絡中多小區組網時，下行傳輸鏈路經常面臨小區間同頻干擾的問題，尤 其是對于小區邊緣用戶尤為嚴重。現有的干擾協調（ICIC)和增強型干擾協調（eICIC)等 方法通過在頻域或者時域上調度不同小區的不同用戶，使得不同小區的信號時頻域上針對 某些用戶是正交的，以此降低用戶受到的同頻干擾。已有的干擾協調方法都是基于2D信道 和用戶分布，然而，3D-MM0系統相較之前的系統模型，不僅僅在于使用了三維空間信道模 型，更在小區拓撲、場景，用戶分布，天線陣列排布等方面與之前大不相同。因此以往的干擾 協調策略完全無法適用于新的3D-MIM0系統，應該根據系統的特性來制定新的干擾協調方 法，特別是利用用戶的三維空間分布特性，通過額外的空間自由度降低用戶間干擾。
【發明內容】
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[0004] 本發明的目的是在3GPP組織最新提出的3D-MM0技術及其模型基礎上，應用三維 波束賦形技術，結合其小區拓撲結構以及用戶分布的特點，為多小區多用戶的下行蜂窩網 絡提出了一種3D-MM0系統中應用三維波束賦形的多小區間干擾協調方法，該方法有效的 降低了用戶收到的臨小區同頻干擾，提升網絡吞吐量的同時大幅改善了系統邊緣用戶的服 務性能。
[0005] 為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案予以實現：
[0006] 3D-MM0系統中應用三維波束賦形的多小區間干擾協調方法，包括以下步驟： [0007] 1)根據用戶在3D場景中的高度、位置、基站到用戶的距離以及基站天線高度，來 計算全部服務用戶的頂角，并據此將用戶劃分為高層用戶和低層用戶兩類；
[0008] 2)結合多小區的拓撲結構和用戶所處的小區平面上的地理位置，將低層用戶進一 步劃分為小區邊緣用戶和小區中心用戶兩類，在調度小區邊緣用戶時，相鄰的所有小區采 用協作傳輸的策略；
[0009] 3)所有基站分別將調度用戶的時隙分為三類，每類時隙各個基站都調度各自小區 中的同一類用戶，傳輸時基站的天線陣列進行三維波束賦形服務調度用戶，最終提升網絡 的吞吐量并改善小區邊緣用戶的性能。
[0010] 本發明進一步的改進在于，步驟1)中，具體劃分用戶的方法具體如下：
[0011] 考慮被提出于3GPP標準中包含高層建筑的新3D城市宏小區場景，計算用戶直視 徑的頂角，用戶距離服務基站的相對位置為（x，y)，x，y分別為用戶到基站在水平面X軸和 y軸上的相對距離，用戶所處高度為hu，基站天線高度為tv因此，用戶的頂角θ為：
【主權項】
1. 3D-MM0系統中應用三維波束賦形的多小區間干擾協調方法，其特征在于，包括以下 步驟： 1) 根據用戶在3D場景中的高度、位置、基站到用戶的距離以及基站天線高度，來計算 全部服務用戶的頂角，并據此將用戶劃分為高層用戶和低層用戶兩類； 2) 結合多小區的拓撲結構和用戶所處的小區平面上的地理位置，將低層用戶進一步劃 分為小區邊緣用戶和小區中心用戶兩類，在調度小區邊緣用戶時，相鄰的所有小區采用協 作傳輸的策略； 3) 所有基站分別將調度用戶的時隙分為三類，每類時隙各個基站都調度各自小區中的 同一類用戶，傳輸時基站的天線陣列進行三維波束賦形服務調度用戶，最終提升網絡的吞 吐量并改善小區邊緣用戶的性能。
2. 根據權利要求1所述的3D-MM0系統中應用三維波束賦形的多小區間干擾協調方 法，其特征在于，步驟1)中，具體劃分用戶的方法具體如下： 考慮被提出于3GPP標準中包含高層建筑的新3D城市宏小區場景，計算用戶直視徑的 頂角，用戶距離服務基站的相對位置為（x，y)，x，y分別為用戶到基站在水平面x軸和y軸 上的相對距離，用戶所處高度為hu，基站天線高度為因此，用戶的頂角0 2為：
將場景中的用戶根據其頂角大小劃分為高層用戶和低層用戶；在場景中，高層建筑到 基站的最小距離為M，兩個高層建筑之間的平均距離為N，高層建筑的最大高度為hM;劃分 的臨界頂角9 〇為：
其中，頂角9 z〈 9 〇的用戶屬于高層用戶，其他用戶屬于低層用戶。
3. 根據權利要求1所述的3D-MM0系統中應用三維波束賦形的多小區間干擾協調方 法，其特征在于，步驟2)中，進一步劃分低層用戶的方法具體如下： 用戶距離服務基站的相對位置為（x，y)，基站天線的主射方向為巾B，因此用戶所在水 平方向上的方位角與基站天線主射方向的夾角巾<!為：
所處場景的拓撲為六邊形小區，小區邊長為S，設低層用戶的距離因子為fd，fd表示為：
其中，fd>〇的低層用戶被定義為小區邊緣用戶，其余低層用戶被定義為小區中心用戶； 小區中心用戶由所處小區的基站單獨服務，小區邊緣用戶由距離其最近的三個基站進行協 作傳輸。
4. 根據權利要求1所述的3D-MM0系統中應用三維波束賦形的多小區間干擾協調方 法，其特征在于，步驟3)中，調度用戶和傳輸信息的具體方法如下： 第一類時隙所有小區調度其高層用戶，第二類時隙所有小區調度其低層用戶的邊緣用 戶，第三類時隙所有小區調度其低層用戶的中心用戶；所有小區都采用輪詢的調度方式依 次調度小區中的所有用戶，在同一時刻所有小區都存在于同一類時隙中；傳輸時基站的天 線陣列對服務用戶進行三維波束賦形的傳輸。
5.根據權利要求4所述的3D-MM0系統中應用三維波束賦形的多小區間干擾協調方 法，其特征在于，步驟3)中，具體的三維波束賦形方法為： 基站使用aMXaN個天線元素排布成的矩形天線陣列，每個天線陣列的一列作為一個單 獨的天線端口；傳輸時對每個天線端口進行預編碼加權，天線端口中第m個天線元素使用 的預編碼為
其中，m= 1，2,. . .，aM，人為載波波長，<為天線陣列的行間距，
0etilt是定義 在0°到180°之間的電子下傾角，其中90°表示垂直于天線陣列平面，同一個天線端口中 的天線元素使用的預編碼都有著相同的電子下傾角0rtilt;在傳輸中使用《 m來進行三 維波束賦形中垂直方向上的波束賦形，將用戶的頂角0Z用作預編碼的電子下傾角0 rtilt， 即 Q etilt= Q Z⑶ 同時，根據用戶所在水平方向上的方位角與基站天線主射方向的夾角巾d，在不同的天 線端口上進行功率分配，使得天線陣在服務用戶方向上增益最大，實現水平方向上的波束 賦形。
【專利摘要】本發明公開了一種3D-MIMO系統中應用三維波束賦形的多小區間干擾協調方法，通過不同時隙上調度不同類型的分布在三維空間中用戶，同時使用三維波束賦形傳輸技術，極大的降低了用戶受到的小區間同頻干擾；具體包括以下步驟：1)根據用戶在三維空間的分布，計算基站到用戶直視徑的頂角，并據此將用戶分為高層用戶和低層用戶；2)根據用戶所在小區的平面上的位置，將低層用戶再分為小區邊緣用戶和小區中心用戶；3)將調度用戶的時隙分為三類，在每一類時隙中所有基站都調度同一類用戶，并使用三維波束賦形傳輸技術服務該用戶，進一步增強用戶接收的有用信號功率，降低干擾。本發明在提升了網絡整體吞吐量的同時極大的改善了小區邊緣用戶的服務質量。
【IPC分類】H04B7-08, H04B7-06, H04W74-06, H04W16-14
【公開號】CN104779986
【申請號】CN201510161678
【發明人】任品毅, 張逸炎, 孫黎
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月7日