一種波束賦形中基于有效速率的單雙流切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)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(shù)】
[0002] 近年來，在LTE的背景之下，無線通信發(fā)展突飛猛進(jìn)。隨著智能手機(jī)用戶的激增， 無線通信對于多媒體業(yè)務(wù)的需求持續(xù)增高。為了給用戶提供更好的體驗(yàn)，Mnro技術(shù)被引入。 Mnro技術(shù)是LTE最早提出的核心技術(shù)之一。它在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)上采用多根天線，并與一 些先進(jìn)的信號處理技術(shù)相結(jié)合。MMO技術(shù)可以用來獲得改進(jìn)的系統(tǒng)性能，包括提高系統(tǒng)容 量（單小區(qū)支持更多用戶）和擴(kuò)展小區(qū)覆蓋范圍，以及對所提供業(yè)務(wù)進(jìn)行改進(jìn)，例如提高單 用戶數(shù)據(jù)速率等。多天線Mnro技術(shù)最早由E. Telatar和G. J. Foshini等通過理論證明得 出該技術(shù)所能獲得的信道容量遠(yuǎn)超山農(nóng)給出的單天線傳輸容量極限，因此M頂0技術(shù)在LTE 和LTE-A中都得到了廣泛應(yīng)用。
[0003] 目前，M頂0的傳輸模式主要分為三類：發(fā)射分集、空間復(fù)用和波束賦形。波束賦形 技術(shù)作為一項(xiàng)重要的核心技術(shù)，早在中國移動TD-SCDM網(wǎng)絡(luò)中就有所應(yīng)用。在3GPP的LTE 技術(shù)規(guī)范R8版本中，引入了單流波束賦形技術(shù)（TM7)，該技術(shù)可顯著提升小區(qū)邊緣吞吐量 并降低小區(qū)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(shù)立項(xiàng)。2010年3月，其標(biāo)準(zhǔn)化工作順利完成，并被寫入3GPPLTE技術(shù)規(guī)范R9版本中。雙 流波束賦形技術(shù)（TM8)定義了新的雙端口專用導(dǎo)頻與相應(yīng)的控制、反饋機(jī)制，可以認(rèn)為是 智能天線技術(shù)和空間復(fù)用技術(shù)的一種結(jié)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(guān)的，經(jīng)常需要用戶上報(bào)PMI，再在碼本中選擇有限的幾 種波束賦形方案來進(jìn)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(shí)可利用上行估計(jì)的信道信息，這樣信道估計(jì)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(zhì)量反饋而實(shí)時(shí)改變波 束賦形策略的非碼本波束賦形得以實(shí)現(xiàn)，這也是本發(fā)明主要研究的波束賦形形式。非碼本 波束賦形經(jīng)過多年發(fā)展，經(jīng)過各種測試和驗(yàn)證，8天線雙流波束賦形技術(shù)的性能優(yōu)勢已經(jīng)得 到充分證明，目前越來越多的運(yùn)營商傾向于在室外宏基站中選擇具有優(yōu)勢的8天線波束賦 形技術(shù)。
[0004] TM7與TM8比較而言，TM7支持的單流波束賦形傳輸?shù)臄?shù)據(jù)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(gè)用戶可以傳輸兩個(gè)不同的數(shù) 據(jù)流，所以單個(gè)用戶可以獲得較高的數(shù)據(jù)速率，但是兩流之間存在流間干擾，所以會導(dǎo)致總 的數(shù)據(jù)速率稍低于兩個(gè)單流用戶之和，因此適用于用戶信道條件好且對數(shù)據(jù)速率要求較高 的場合。
[0005] 目前多用戶MMO的天線選擇與調(diào)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(shù)的傳輸模式的特點(diǎn)，現(xiàn)有的一部分算法給出了流數(shù)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(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)，通過為不同用戶組合選取合適的天線組合來決定每個(gè)用戶的流數(shù)，這樣的流數(shù)與天 線組合將使得注水算法的最佳注水線易于達(dá)到，從而極大提升了系統(tǒng)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(wù)機(jī)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(shí)很多信道條件差的用戶由 于得不到資源而難以達(dá)到目標(biāo)速率，這對于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)來說是影響極大的。文獻(xiàn)[2]《Rank adaptivetransmissiontoimprovethedetectionperformanceoftheBLASTin spatiallycorrelatedMIMOchannel》(BLAST編碼空間相關(guān)MIMO信道中用于改進(jìn)檢測性 能的秩自適應(yīng)傳輸算法）給出的算法在公平性上有所改進(jìn)，但是依然沒有確保具體用戶的 傳輸速率可以達(dá)到目標(biāo)速率，這種算法對于非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)來說可以接受，但是對于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù) 來說無法達(dá)到目標(biāo)速率將會導(dǎo)致業(yè)務(wù)的傳輸出現(xiàn)極大問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)對單流或雙流波束賦形傳輸?shù)臄?shù)據(jù)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(dá)到的目標(biāo)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(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 步驟一、假設(shè)LTE移動蜂窩通信系統(tǒng)的單小區(qū)中共有K個(gè)用戶，每個(gè)用戶配備隊(duì)根 接收天線，小區(qū)基站配備Nt根發(fā)射天線；通過用戶k的反饋信息獲得用戶k在RBn上時(shí)所 有接收天線的信道矩陣
[0009]

[0010] 其中，RBn為第n個(gè)資源塊，n= 1，2, 3.".，N;N為總的資源塊數(shù)： 表用戶k在第n個(gè)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(jì)算信道范數(shù)Hi，％比較信道范數(shù)和閾值H。確定在所 有隊(duì)根接收天線中選擇用戶k在第n個(gè)資源塊實(shí)際使用的接收天線數(shù);根據(jù)iVf確定 實(shí)際使用的接收天線；
[0012] 步驟三、建立實(shí)際使用的接收天線的用戶k與RBn對應(yīng)關(guān)系Pk,n;
[0013] 步驟四、利用實(shí)際使用的接收天線的用戶k與RBn對應(yīng)關(guān)系Ptn計(jì)算有效速率 Kko
[0014] 發(fā)明效果
[0015] 本發(fā)明方案與傳統(tǒng)的固定流數(shù)的單流波束賦形、雙流波束賦形以及文獻(xiàn) 《Capacitymaximizationforzero-forcingMIM0-0FDMAdownlinksystemswith multiuserdiversity》的算法進(jìn)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(tǒng)，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(dāng)用戶數(shù)較少時(shí)，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(biāo)速率，此時(shí)系統(tǒng)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(biāo)的文南犬[1]《Capacitymaximizationforzero-forcingMIMO-OFDMAdownlinksystems withmultiuserdiversity》中的算法實(shí)現(xiàn)了最高的有效速率。而隨著用戶數(shù)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(shí)我們算法的優(yōu)勢開始逐漸體現(xiàn)。當(dāng)用戶 數(shù)大于15時(shí)，本發(fā)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(gè)用戶傳 輸兩個(gè)數(shù)據(jù)流，本身允許支持的用戶數(shù)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(shí)刻的速率即為0,很難使平均速率達(dá)到目標(biāo)速率。而隨著用戶數(shù)增長，資源的匱乏 越來越嚴(yán)重，會出現(xiàn)很多用戶難以達(dá)到目標(biāo)速率，所以其性能差于本發(fā)明算法，且這種差距 隨著用戶蘇增長會進(jìn)一步拉大。對于單流算法，每個(gè)用戶只分配一個(gè)數(shù)據(jù)流，當(dāng)用戶數(shù)較多 時(shí)，雖然不會出現(xiàn)很多用戶速率為0的情況，但是由于其流數(shù)固定，不能根據(jù)用戶與目標(biāo)速 率的需求動態(tài)調(diào)整，所以其效果依然差于本發(fā)明算法。
[0017] 圖2進(jìn)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(dá)到 目標(biāo)速率，則認(rèn)為該用戶是一個(gè)滿足的用戶。圖2給出的即為在不同激活用戶數(shù)條件下不 同算法的滿意用戶數(shù)。當(dāng)用戶較少時(shí)，資源充足，幾乎所有用戶的速率需求都可以被滿足， 故當(dāng)K= 10時(shí)，因此四種算法幾乎沒有差異。而隨著用戶數(shù)增多，RB開始逐漸無法滿足所 有用戶時(shí)，本發(fā)明算法可實(shí)現(xiàn)最高的滿足用戶數(shù)。文獻(xiàn)[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(dǎo)致只有少數(shù)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(tǒng)的流數(shù)固定單流或者雙流 算法由于無法動態(tài)根據(jù)用戶需求進(jìn)行匹配，所以滿足用戶數(shù)也要低于我們的算法。
[0018] 公平性則是算法的另一項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)。在此我們用加權(quán)