一种具有模式切换的LTE家庭基站用户配对方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103414505 A (43)申请公布日 2013.11.27 CN 103414505 A *CN103414505A* (21)申请号 201310386221.2 (22)申请日 2013.08.29 H04B 7/04(2006.01) H04W 72/12(2009.01) (71)申请人 南京先锋硕通无线技术有限公司 地址 211111 江苏省南京市江宁开发区秣周 东路 9 号 (72)发明人 王捷 缪开济 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32204 代理人 缪友菊 (54) 发明名称 一种具有模式切换的 LTE 家庭基站。

2、用户配对 方法 (57) 摘要 本发明公开一种具有模式切换的 LTE 家庭基 站用户配对方法， 按调度周期进行用户配对， 每个 调度周期采用轮询方法选取一个未配对的家庭基 站用户 HUE 作为配对用户组的第一个用户 ； 根据 跨层干扰大小选择层内与 HUE 配对或跨层与宏基 站用户 MUE 配对， 在保证误比特率的前提下进行 最大化配对 ； 配对完成， 家庭基站通知所有参与 配对用户在下个调度周期发送数据。本发明采用 信干比阈值判定的方式自适应选择与 HUE 的层内 配对或与 MUE 的跨层配对， 平均误比特率的未超 过误比特率增长控制系数时继续增加配对用户， 进一步提高了有限频带的信道利用率。

3、， 在保证误 码率的前提下， 利用家庭基站缓解宏基站工作压 力。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103414505 A CN 103414505 A *CN103414505A* 1/2 页 2 1. 一种具有模式切换的 LTE 家庭基站用户配对方法， 其特征在于 ： 按调度周期进行用 户配对， 每个调度周期执行如下步骤 ： （1） 采用轮询方法选取一个未配对的家庭基站用户 HUE 作为配对用户组的第一个用 户 ； （2） 根据。

4、跨层干扰大小选择层内与 HUE 配对或跨层与宏基站用户 MUE 配对 ； （3） 比较已加入配对用户组的用户数 Nq与接收天线数 NR的大小， 若 Nq NR， 执行步骤 （4） ； 否则执行步骤 （5） ； （4） 比较配对用户平均误比特率的增长率 (i) 与误比特率增长控制系数 c的大小， 若 (i) c， 令 i i+1 并通过跨层配对继续下一轮配对 ； 否则执行步骤 （5） ； （5） 配对完成， 家庭基站通知所有参与配对用户在下个调度周期发送数据。 2. 根据权利要求 1 所述具有模式切换的 LTE 家庭基站用户配对方法， 其特征在于 ： 步 骤 （1） 中配对用户组的第一个用户配对。

5、指示向量 Q(1) 的对应元素其中 n1表示被选 取的 HUE 在所有 N0个 HUE 用户中的序号 ； SA-BPS 算法寻找配对天线组的方法如下 ： 其中， Q 是 N1 的配对指示向量， N 为家庭基站内包括 HUE 和 MUE 在内所有用户数量 ； 是所有可能的指示向量的集合 ；表示整个配对过程中用户平均误比特率的变化， qn为第 n 个用户配对指示向量 Q(n) 的对应元素。 3. 根据权利要求 2 所述具有模式切换的 LTE 家庭基站用户配对方法， 其特征在于 ： 所 述配对指示向量Q的第n个元素满足 ： 若第n个用户的天线被选作配对， 则否则， 还需满足条件 ： NR是家庭基站接。

6、收天线的数量。 4. 根据权利要求 3 所述具有模式切换的 LTE 家庭基站用户配对方法， 其特征在于 ： 步 骤 （2） 选取配对方式如下 ： 当实际信干比高于临界信干比时家庭基站选择层内配对模式， 即家庭基站在未配对的 HUE 中选取一个用户加入配对用户组， 使平均误比特率的增长最小化 ； 选取用户 后， 令配对指示向量 Q(i) 中的元素其中 ni表示第 i 轮配对所选的 HUE 的序号 ； 当实际信干比低于临界信干比时家庭基站选择跨层配对模式， 即家庭基站在未配对的 MUE 中选取一个用户加入配对用户组， 使平均误比特率的增长最小化 ； 选取用户 后， 令配对指示向量 Q(i) 中的元。

7、素其中 ni表示第 i 轮配对所选的 MUE 的序号。 5. 根据权利要求 4 所述具有模式切换的 LTE 家庭基站用户配对方法， 其特征在于 ： 步 骤 （3） 中 Nq需满足 ： 权 利 要 求 书 CN 103414505 A 2 2/2 页 3 Nq为已加入配对用户组的用户数， N0表示 HeNB 中所有 HUE 用户的数量， qn为第 n 个用 户配对指示向量 Q(n) 的对应元素。 权 利 要 求 书 CN 103414505 A 3 1/5 页 4 一种具有模式切换的 LTE 家庭基站用户配对方法 技术领域 0001 本发明涉及到无线通信接收技术领域， 具体涉及一种具有模式切换的。

8、 LTE 家庭基 站用户配对方法。 背景技术 0002 据调查， 超过 50% 的语音业务和超过 70% 的数据业务发生在室内环境中， 包括家 里、 办公室、 咖啡厅、 购物广场等。但是， 由于墙壁的穿透损耗， 宏基站网络难以很好地满足 室内通信的需求。为解决这一问题， 利用家庭基站 （femtocell） 辅助宏基站通信的技术应 运而生了。家庭基站又称毫微微小区， 在 LTE 系统中称为 Home eNode B， 简称 HeNB。家庭 基站是一种小型低功率基站， 覆盖范围为 10-50m， 主要用于解决室内覆盖问题， 具有接入简 单、 低功耗、 低成本等特点。家庭基站通过数字用户线路 （D。

9、SL） 或光纤等宽带方式接入到电 信运营商的网络。 0003 家庭基站支持的用户数量为 4 至 8 个。上行链路的传输中采用虚拟多输入多输出 （Virtual MIMO， Virtual Multiple Input Multiple Output） 技术。即将多个不同用户的 单天线组合在一起， 同一时间发射信号， 与家庭基站的多根接收天线构成虚拟 MIMO， 在接收 端看来发射端就相当于单个用户配置有多天线一样， 故称为虚拟MIMO。 既然虚拟MIMO是让 不同用户同时发射信号， 那么不同的用户配对方式便会产生的不同的系统性能。 另外， 由于 目前业界广泛关注的频率资源分配方案是部分共信道配。

10、置， 即宏基站 （MeNB） 和家庭基站共 用部分频带， 共信道干扰成为一个亟待解决的问题。当 HeNB 与 MeNB 工作在相同的频带上 时， 宏基站用户 （MUE） 对 HeNB 会造成干扰。HeNB 接收机除了接收到家庭基站用户 （HUE） 的 有用信号之外， 还会接收到来自 MUE 的干扰信号， 称为跨层干扰。当 MUE 的发射功率较小以 至于对 HeNB 的干扰可以忽略不计时， 主要考虑 femtocell 中各 HUE 相互间的共道干扰， 在 HUE 之间进行用户配对， 这里简称层内配对 ； 当 MUE 功率较大而对 HeNB 产生较强干扰， 此时 须考虑来自 MUE 的跨层干扰问。

11、题而在 HUE 和 MUE 间进行用户配对， 简称跨层配对。因此， 研 究家庭基站中用户的配对问题很有必要。一个优良的、 干扰自适应的 HeNB 用户配对方法， 将使系统的误码率 （BER） 性能得到很大的改善。 发明内容 0004 发明目的 ： 本发明的目的在于克服现有技术的不足提供一种具有模式切换的 LTE 家庭基站用户配对方法。 0005 技术方案 ： 本发明所述的具有模式切换的 LTE 家庭基站用户配对方法， 按调度周 期进行用户配对， 每个调度周期执行如下步骤 ： 0006 （1） 采用轮询方法选取一个未配对的家庭基站用户 HUE 作为配对用户组的第一个 用户 ； 0007 （2） 。

12、根据跨层干扰大小选择层内与 HUE 配对或跨层与宏基站用户 MUE 配对 ； 0008 （3） 比较已加入配对用户组的用户数 Nq与接收天线数 NR的大小， 若 Nq NR， 执行 说 明 书 CN 103414505 A 4 2/5 页 5 步骤 （4） ； 否则执行步骤 （5） ； 0009 （4） 比较配对用户平均误比特率的增长率 (i) 与误比特率增长控制系数 c的 大小， 若 (i) c， 令 i i+1 并通过跨层配对继续下一轮配对 ； 否则执行步骤 （5） ； 0010 （5） 配对完成， 家庭基站通知所有参与配对用户在下个调度周期发送数据。 0011 步骤 （1） 中配对用户组。

13、的第一个用户配对指示向量 Q(1) 的对应元素其中 n1表示被选取的 HUE 在所有 N0个 HUE 用户中的序号 ； 0012 SA-BPS 算法寻找配对天线组的方法如下 ： 0013 0014 其中， Q 是 N1 的配对指示向量， N 为家庭基站内包括 HUE 和 MUE 在内所有用户数 量 ；是所有可能的指示向量的集合 ；表示整个配对过程中用户平均误比特率的变 化， qn为第 n 个用户配对指示向量 Q(n) 的对应元素。 0015 配对指示向量 Q 的第 n 个元素 qn满足 ： 若第 n 个用户的天线被选作配对， 则 qn=1， 否则， qn=0 ； 还需满足条件 ： 0016 0。

14、017 NR是家庭基站接收天线的数量。 0018 表示整个配对过程中用户平均误比特率的变化， 它满足下式 ： 0019 0020 其中， NT表示配对完成时参与配对的天线数量。表示第 i 轮寻找配对天线 结束后， 已配对天线平均误比特率的变化， (i) 表示已配对天线平均误比特率的变化率， 它们可以表示为 ： 0021 0022 0023 其中，表示第 i 轮寻找配对天线完成后， 已配对天线的平均误比特率， 可以 表示为 ： 0024 0025 其中，表示第 i 轮寻找配对天线后， 已配对的 i 个用户中， 第 j 个用户的 误比特率。它满足下面的公式 ： 说 明 书 CN 103414505。

15、 A 5 3/5 页 6 0026 0027 其中 Nmin指调制图中每个星座点的相邻星座点数量的平均值。M0表示调制图中星 座点的个数。系数 =3/(R(M0-1)， 其中 R 表示码率。Gc为信道编码增益。为无偏 信干噪比， 表示为 ： 0028 0029 其中，是信号的方差。是误差的方差， 满足下面的公式 ： 0030 0031 其中， 1 j i， 中间变量满足如下公式 ： 0032 0033 其中 0 m M1， M 为子载波数量。Hm 为第 i 轮配对中， 参与配对的用户在 子载波 m 上的频域信道矩阵， 是噪声方差。 0034 步骤 （2） 选取配对方式如下 ： 0035 当实际。

16、信干比高于临界信干比时家庭基站选择层内配对模式， 即家庭基站在未配 对的 HUE 中选取一个用户加入配对用户组， 使平均误比特率的增长最小化 ； 选取 用户后， 令配对指示向量 Q(i) 中的元素其中 ni表示第 i 轮配对所选的 HUE 的序号 ； 0036 当实际信干比低于临界信干比时家庭基站选择跨层配对模式， 即家庭基站在未配 对的 MUE 中选取一个用户加入配对用户组， 使平均误比特率的增长最小化 ； 选取 用户后， 令配对指示向量 Q(i) 中的元素其中 ni表示第 i 轮配对所选的 MUE 的序号。 0037 步骤 （3） 中 Nq需满足 ： 0038 0039 Nq为已加入配对用。

17、户组的用户数， N0表示 HeNB 中所有 HUE 用户的数量， qn为第 n 个用户配对指示向量 Q(n) 的对应元素。 0040 有益效果 ： 1、 本发明采用信干比阈值判定的方式自适应选择与 HUE 的层内配对或 与 MUE 的跨层配对， 平均误比特率的未超过误比特率增长控制系数时继续增加配对用户， 进一步提高了有限频带的信道利用率， 在保证误码率的前提下， 利用家庭基站缓解宏基站 工作压力。2、 采用轮询配对方式配对保证用户不会被遗漏。3、 根据指向向量 Q 与配对过程 说 明 书 CN 103414505 A 6 4/5 页 7 中用户平均误比特率的变化相关算法， 通过指向向量 Q 。

18、决定是否与下一用户进行配对， 直 接的反应平均误比特率的变化与配对用户的关系， 平均误比特率可控制在阈值内。4、 一组 配对用户应不超过用户组中的全部接收天线， 以防止外界的杂波频率干扰。5、 通过实际信 干比与临界信干比关系选择层内配对跨层配对更加直观， 流程上更简洁。6、 已加入配对用 户组的用户数与指向向量为 1 的用户集合相同， 进一步校准配对， 确保不会被其他外界杂 波频率干扰。 附图说明 0041 图 1 为具有模式切换的 LTE 家庭基站用户配对算法流程图 ； 0042 图 2 为干扰功率服从 PM5， PM+5 均匀分布场景下的模式切换性能 ； 0043 图 3 为干扰功率服从。

19、 PM10， PM+10 均匀分布场景下的模式切换性能 ； 0044 图 4 为干扰功率服从 PM20， PM+20 均匀分布场景下的模式切换性能。 具体实施方式 0045 下面对本发明技术方案进行详细说明， 但是本发明的保护范围不局限于所述实施 例。 0046 实施例 1 0047 本发明所述具有模式切换的 LTE 家庭基站用户配对方法， 按调度周期进行用户配 对。实施例的仿真场景中， HeNB 和 MeNB 之间采用了 CoMP 技术相互交换信道信息和调度决 策信息。假设 HUE 和 MUE 的数量均为 8 个。仿真场景设置为 femtocell 的低信道相关性场 景。其它仿真参数见表 1。

20、。 0048 表 1 仿真参数 0049 参数设置 HUE 数量8 MUE 数量8 HUE 的发射天线数1 HeNB 的接收天线数2 系统带宽20MHz 子载波间隔15kHz 采样频率30.72MHz 载波频率2GHz 总子载波数2048 说 明 书 CN 103414505 A 7 5/5 页 8 0050 用户子载波数1200 信道模型基于 3GPP EPA 的 femtocell 信道 层内配对的调制方式QPSK 跨层配对的调制方式16QAM 编码方式Turbo 1/3 信道估计理想 噪声功率-14dB 误比特率增长控制系数0.1 0051 在不同跨层干扰功率条件下分别取一个调度周期的数。

21、据进行比较， 每个调度周期 执行如下步骤 ： 0052 （1） 采用轮询方法选取一个未配对的家庭基站用户 HUE 作为配对用户组的第一个 用户 ； 0053 （2） 根据跨层干扰大小选择层内与 HUE 配对或跨层与宏基站用户 MUE 配对 ； 0054 （3） 比较已加入配对用户组的用户数 Nq与接收天线数 NR的大小， 若 Nq NR， 执行 步骤 （4） ； 否则执行步骤 （5） ； 0055 （4） 比较配对用户平均误比特率的增长率 (i) 与误比特率增长控制系数 c的 大小， 若 (i) c， 令 i i+1 并通过跨层配对继续下一轮配对 ； 否则执行步骤 （5） ； 0056 （5）。

22、 配对完成， 家庭基站通知所有参与配对用户在下个调度周期发送数据。 0057 图 2、 图 3 和图 4 是不同跨层干扰功率分布下的配对算法模式切换的仿真性能 图。图 2、 图 3 和图 4 中各 MUE 的跨层干扰功率都满足均匀分布且均值同为 PM=0dB， 但方差 不同， 三种仿真场景中跨层干扰功率的分布区间分别为 PM5， PM+5、 PM10， PM+10 和 PM20， PM+20， 单位为 dB， 其功率参考值为 HUE 的平均发射功率。在三张仿真图中得到了 不同的临界信干比分别为12dB、 17.5dB和23.8dB。 即当实际信干比大于临界信干比时HeNB 选择层内配对模式， 。

23、当实际信干比小于临界信干比时 HeNB 切换成跨层配对模式。以这种方 式进行配对模式切换， 可以使系统在保证误比特率性能的前提下获得较高的配对效率。 0058 如上所述， 尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明， 但其不得解释 为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下， 可对 其在形式上和细节上作出各种变化。 说 明 书 CN 103414505 A 8 1/3 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103414505 A 9 2/3 页 10 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103414505 A 10 3/3 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 103414505 A 11 。