一種基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法及裝置，涉及通信領域，將低于傳輸速率閾值的用戶存儲至待協作用戶集合；依次選擇具有最低非協作傳輸速率的待協作用戶，按照協作簇大小上限選擇具有最大干擾信道強度的干擾用戶的服務基站設備形成最大協作簇，最大簇協作傳輸速率滿足速率閾值時，在基站設備參與協作次數限制內，依次將預分簇內具有最大干擾信道強度的干擾用戶的服務基站設備加入協作簇，直至協作傳輸速率滿足傳輸速率閾值，否則依據所有小區(qū)內干擾信道強度設計協作簇。本發(fā)明在保證協作傳輸速率要求的同時，以適中的計算復雜度，最大化協作資源利用的性價比，保證邊緣用戶設備的協作性能，并避免對單個基站設備造成過重的協作負擔。
【專利說明】
-種基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法及裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及通信技術領域，尤其設及一種基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法及裝 置。
【背景技術】
[0002] 隨著無線數據業(yè)務量和高服務質量需求的快速增長，無線頻譜資源短缺的問題日 益突出，3GPP LTE-A等協議設置小區(qū)間頻率復用因子(化equency Reuse Factor)為1，即相 鄰小區(qū)使用相同頻率資源。高頻率復用率提升頻譜利用率的同時，也會帶來嚴重的小區(qū)間 干擾（Inter-Cell Interference, ICI)，影響系統(tǒng)容量和小區(qū)邊緣用戶設備的服務質量。多 小區(qū)協作處理(Multi-cell Cooperative Processing,MCP)技術被認為是對抗小區(qū)間干擾 的一種有效手段，在3GPP中，運一方案被引申為多點協作技術(Coordinated Multipoint, CoMP)。上行鏈路中，協作接收是協作處理技術的一種重要手段，多基站設備W分布式或集 中式的方式聯合接收多小區(qū)的用戶設備信號，獲取分集增益。協作接收的關鍵問題是協作 增益和協作代價的均衡。協作接收的代價主要包括基站設備間大量的信息交互負荷、聯合 接收的延時及處理復雜度問題，其代價成本由參與協作的基站設備數，即協作接收簇的大 小決定。因此，合理的分簇方案對協作接收增益和協作接收代價的均衡至關重要。
[0003] 分簇的主要目的是在達到預期協作性能的前提下，提高協作接收性價比，大大降 低基站設備交互信息量和處理復雜度。分簇策略可W分為Ξ類:靜態(tài)分簇、動態(tài)分簇和半動 態(tài)分簇。靜態(tài)分簇策略中，相鄰小區(qū)基站組成固定的協作簇，不隨時間改變，操作簡單;但分 簇僅由小區(qū)地理位置決定，不考慮信道特性，可獲得的協作增益有限。動態(tài)分簇策略周期性 的依據信道鏈路特性進行分簇，能夠更有針對性的構建有效的協作簇，最大程度獲得協作 接收性價比，但其性能極大依賴于最優(yōu)簇的優(yōu)化設計，運算復雜度和交互信息量與協作簇 大小、系統(tǒng)內小區(qū)數等相關，周期性的分簇更使得運算復雜度和交互信息量成倍增加。半動 態(tài)分簇策略結合靜態(tài)分簇和動態(tài)分簇的優(yōu)點，首先基于小區(qū)位置信息，W靜態(tài)分簇的方式 預分簇，將隨后的動態(tài)分簇操作縮小到預分簇范圍內，降低分簇復雜度的同時犧牲少許的 協作增益。
[0004] 從分簇方式的角度，動態(tài)和半動態(tài)分簇策略又可分為：用戶設備角度的分簇和基 站設備角度的分簇。用戶設備角度的分簇方式中，用戶設備傳輸性能較差時，服務基站設備 就該用戶設備向相鄰基站設備發(fā)出協作請求，W干擾信道強度或協作傳輸速率為指標進行 分簇設計，分配的協作簇僅局限于該用戶設備，不同用戶設備的協作簇允許存在重疊。基于 最小化協作基站設備的數據交互量的分簇方法中，考慮下行鏈路系統(tǒng)的信干噪比（Signal to Interference and Noise Ratio,SINR)和基站設備功率限制，W最大化信息交互功率 矩陣的稀疏度為目標，設計下行分簇方案，優(yōu)化目標可表示為：
[0005]
[00(?]其中，w為波束賦形向量，P為信息交互功率矩陣，丫為SINR闊值。
[0007]基站設備出發(fā)的分簇方式中，綜合考慮系統(tǒng)內所有需要協作服務的用戶設備，W 系統(tǒng)整體傳輸速率或傳輸速率增益為指標，W協作簇不重疊的方式設計分簇方案，分簇適 用于簇內所有小區(qū)中所有需要協作服務的用戶設備?；诟蓴_權重最大化的動態(tài)小區(qū)分簇 方法中，W上行鏈路協作系統(tǒng)為背景，將協作傳輸速率增益簡化為干擾權重，遍歷計算選擇 不同協作用戶設備的成對干擾權重，尋找具有最大協作增益的分簇方法。整個分簇過程按 照小區(qū)進行，對每個小區(qū)中的所有用戶設備均劃入同一個協作簇，且協作簇大小為定值。代 價函數成對干擾權重（Interference Weight,IW)可表示為：
[000引
[0009] 其中，G為當前成對分簇，K為用戶設備數，h、f、w分別表示信道向量、基站設備獨立 迫零接收向量和協作簇聯合迫零接收向量，P表示接收信噪比（Signal to Noise Ratio, SNR)。該方法按照小區(qū)進行，對小區(qū)中的所有用戶設備均劃入同一個協作簇，但實際環(huán)境 中，同一小區(qū)內的用戶設備由于所處地理位置和環(huán)境等存在差異，信道差異也較大，導致最 佳協作基站設備及協作簇的差異也較大，按照小區(qū)進行的分簇方案難W照顧到每一個用戶 設備的需求。同時，該方法并未限制僅針對非協作狀態(tài)時傳輸性能較差的用戶設備(小區(qū)邊 緣用戶設備)進行協作，可能導致分簇時更傾向于非邊緣用戶設備，削弱了具有更迫切協作 需求的邊緣用戶設備獲得協作的優(yōu)先權。此外，該方法對所有分簇統(tǒng)一協作簇大小，運種均 勻分配的方式可能導致協作需求不高的簇內存在協作資源浪費，而協作需求較高的簇內存 在協作資源短缺現象。
[0010] 上述兩種分簇方式均未考慮單個基站設備對參與協作的可承受度?；诟蓴_權重 最大化的動態(tài)小區(qū)分簇方法中，可能存在某個協作簇內需要協作處理的用戶設備數量遠高 于其他協作簇，導致該簇內基站設備的協作負擔遠高于其他基站設備?；谧钚』瘏f作基 站設備的基站設備數據交互量的分簇方法中，可能存在某個基站設備，在對多個用戶設備 的分簇設計中均表現突出，從而被納入多個簇內，造成該基站設備參與協作處理的次數很 多，隨之而來的信息交互量，協作輸出功率，回程鏈路消耗和運算復雜度遠高于其他基站設 備，協作負擔過重。
【發(fā)明內容】
[0011] (一)要解決的技術問題
[0012] 本發(fā)明要解決的技術問題是:如何在多小區(qū)上行鏈路系統(tǒng)中提出一種能夠高性價 比地利用協作資源的動態(tài)分簇方法，解決協作資源受限時，協作性能提升和協作開銷之間 的均衡問題。
[OOK](二很術方案
[0014] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法及裝 置。
[0015] 第一方面，本發(fā)明提供一種基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法，包括：
[0016] 計算每個用戶設備在非協作狀態(tài)時的第一傳輸速率，比較所述第一傳輸速率與預 設傳輸速率闊值的大小，若所述第一傳輸速率小于預設傳輸速率闊值，則將所述第一傳輸 速率存入第一集合，所述第一集合為所述第一傳輸速率由小到大排列形成的集合；
[0017] 在所述第一集合中，選擇最小第一傳輸速率對應的第一用戶設備，所述第一用戶 設備的服務基站設備為第一基站設備，對所述第一用戶設備所在小區(qū)外的基站設備進行預 分簇，計算預分簇內共信道干擾用戶設備至所述第一基站設備的干擾信道強度，將所述干 擾信道強度存入第二集合，所述第二集合為所述干擾信道強度由大至小排列形成的集合；
[0018] 根據預設協作簇大小上限，在所述第二集合中，選擇最大干擾信道強度對應的第 一干擾用戶設備的基站設備與所述第一基站設備形成最大協作簇，計算所述最大協議簇中 所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第二傳輸速率，比較所述第二傳輸速率與預設傳輸速率 闊值的大??；
[0019] 若所述第二傳輸速率大于或者等于預設傳輸速率闊值，則在預分簇內的基站設備 中選擇出基站設備參與協作次數在預設基站設備參與協作簇次數上限之內的第二基站設 備，在第二基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備與所 述第一基站設備形成第一協作簇，計算所述第一協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時 的第Ξ傳輸速率，比較所述第Ξ傳輸速率與預設傳輸速率闊值的大小，若所述第Ξ傳輸速 率大于或等于預設傳輸速率闊值，則停止在第二基站設備中依次將具有最大干擾信道強度 的干擾用戶設備的基站設備與所述第一基站設備形成第一協作簇；
[0020] 若所述第二傳輸速率小于預設傳輸速率闊值，則在所有小區(qū)內的基站設備中選擇 出基站設備參與協作次數在預設基站設備參與協作簇次數上限之內的第Ξ基站設備，在第 Ξ基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備與所述第一 基站設備形成第二協作簇，計算所述第二協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第Ξ 傳輸速率，比較所述第Ξ傳輸速率與預設傳輸速率闊值的大小，若所述第Ξ傳輸速率大于 或等于預設傳輸速率闊值，則停止在第Ξ基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾 用戶設備的服務基站設備與所述第一用戶設備的基站設備形成第二協作簇。
[0021 ]優(yōu)選的，所述第一傳輸速率的具體計算公式為：
[0022]
[0023] 其中：η為待協作用戶設備所屬小區(qū)標號;m為待協作用戶設備所占頻帶標號;N為 系統(tǒng)內小區(qū)數;^巧U為用戶設備η在第m段頻帶上的線性迫零接收向量;為爲，^為小區(qū)U內用 戶設備m至基站設備η的頻域信道傳遞函數;誠為接收信噪比。
[0024] 優(yōu)選的，所述計算預分簇內共信道干擾用戶設備至所述最小第一傳輸速率對應的 用戶設備的服務基站設備的干擾信道強度，具體計算公式為：
[0025]
[0026] 其中，u為干擾用戶設備所屬小區(qū)標號。
[0027] 優(yōu)選的，所述第二傳輸速率與第Ξ傳輸速率的計算公式皆為：
[002引
[0029] 其中，技鼠為小區(qū)η內用戶設備m的當前分簇。
[0030] 優(yōu)選的，所述預設傳輸速率闊值用于判斷所有小區(qū)內每個用戶設備是否具有協作 傳輸需求。
[0031 ]第二方面，本發(fā)明提供一種基于協作資源受限的動態(tài)分簇裝置，其特征在于，包 括：
[0032] 第一傳輸速率計算單元，用于計算每個用戶設備在非協作狀態(tài)時的第一傳輸速 率，比較所述第一傳輸速率與預設傳輸速率闊值的大小，若所述第一傳輸速率小于預設傳 輸速率闊值，則將所述第一傳輸速率存入第一集合，所述第一集合為所述第一傳輸速率由 小到大排列形成的集合；
[0033] 預分簇單元，用于在所述第一集合中，選擇最小第一傳輸速率對應的第一用戶設 備，所述第一用戶設備的服務基站設備為第一基站設備，對所述第一用戶設備所在小區(qū)外 的基站設備進行預分簇，計算預分簇內共信道干擾用戶設備至所述第一基站設備的干擾信 道強度，將所述干擾信道強度存入第二集合，所述第二集合為所述干擾信道強度由大至小 排列形成的集合；
[0034] 判斷單元，用于根據預設協作簇大小上限，在所述第二集合中，選擇最大干擾信道 強度對應的第一干擾用戶設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成最大協作簇，計算 所述最大協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第二傳輸速率，比較所述第二傳輸速 率與預設傳輸速率闊值的大?。?br>[0035] 當所述第二傳輸速率大于或者等于預設傳輸速率闊值時，在預分簇內的基站設備 中選擇出基站設備參與協作次數在預設基站設備參與協作簇次數上限之內的第二基站設 備，在第二基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備與所 述第一基站設備形成第一協作簇，計算所述第一協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時 的第Ξ傳輸速率，比較所述第Ξ傳輸速率與預設傳輸速率闊值的大小，若所述第Ξ傳輸速 率大于或等于預設傳輸速率闊值，則停止在第二基站設備中依次將具有最大干擾信道強度 的干擾用戶設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成第一協作簇；
[0036] 當所述第二傳輸速率小于預設傳輸速率闊值時，在所有小區(qū)內的基站設備中選擇 出基站設備參與協作次數在預設基站設備參與協作簇次數上限之內的第Ξ基站設備，在第 Ξ基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備與所述第一 基站設備形成第二協作簇，計算所述第二協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第Ξ 傳輸速率，比較所述第Ξ傳輸速率與預設傳輸速率闊值的大小，若所述第Ξ傳輸速率大于 或等于預設傳輸速率闊值，則停止在第Ξ基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾 用戶設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成第二協作簇。
[0037] 優(yōu)選的，所述第一傳輸速率的具體計算公式為：
[00；3 引
[0039] 其中：η為待協作用戶設備所屬小區(qū)標號;m為待協作用戶設備所占頻帶標號;N為 系統(tǒng)內小區(qū)數;陳;5U為用戶設備η在第m段頻帶上的線性迫零接收向量;撕，《為小區(qū)U內用 戶設備m至基站設備η的頻域信道傳遞函數;試為接收信噪比。
[0040] 優(yōu)選的，所述計算預分簇內共信道干擾用戶設備至所述最小第一傳輸速率對應的 用戶設備的服務基站設備的干擾信道強度，具體計算公式為：
[0041]
[0042] 其中，U為干擾用戶設備所屬小區(qū)標號。
[0043] 優(yōu)選的，所述第二傳輸速率與第Ξ傳輸速率的計算公式皆為：
[0044]
[0045] 其中，(巧>為小區(qū)η內用戶設備m的當前分簇。
[0046] 優(yōu)選的，所述預設傳輸速率闊值用于判斷所有小區(qū)內每個用戶設備是否具有協作 傳輸需求。
[0047] (S)有益效果
[0048] 由上述技術方案可知，本發(fā)明提供的一種基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法及裝 置，由于使用了協作簇大小上限，并W最小化協作簇為目標，使得待協作用戶設備W競爭的 方式，爭取最少且最優(yōu)的協作資源用于協作接收。同時，預設傳輸速率闊值的使用，一方面 將協作接收限定于非協作狀態(tài)下傳輸性能較差的用戶設備，另一方面又將協作目標限定于 達到傳輸速率闊值即可，使得協作資源能夠更充分的應用于所有具有協作需求的用戶設 備，提升協作資源利用的性價比。預設基站設備參與協作次數上限的使用，則避免了協作簇 設計過程中，對某些具有較優(yōu)協作鏈路的基站設備造成協作負擔過重的問題，較好的平衡 了每個基站設備對提供協作資源的負擔。因此，多小區(qū)上行鏈路系統(tǒng)中基于協作資源受限 的最小化協作簇方法在保證協作傳輸速率要求的同時，W適中的計算復雜度，最大化協作 資源利用的性價比，保證邊緣用戶設備的協作性能，并避免對單個基站設備造成過重的協 作負擔。
【附圖說明】
[0049] 圖1為本發(fā)明一實施例提供的基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法的流程示意圖；
[0050] 圖2為本發(fā)明另一實施例提供的基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法的流程示意 圖；
[0051] 圖3為本發(fā)明一實施例提供的基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法和其他分簇方法 的所有用戶設備傳輸速率CDF的對比示意圖；
[0052] 圖4為本發(fā)明一實施例提供的基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法和其他分簇方法 的5%邊緣用戶設備傳輸速率CDF的對比示意圖；
[0053] 圖5為本發(fā)明一實施例提供的基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法和其他分簇方法 的平均分簇大小的對比示意圖；
[0054] 圖6為本發(fā)明一實施例提供的基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法和其他分簇方法 的基站設備參與協作次數最大值的對比示意圖。
【具體實施方式】
[0055] 下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。W下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0056] 圖1示出了本發(fā)明一實施例提供的基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法的流程示意 圖，如圖1所示，包括：
[0057] 101、計算每個用戶設備在非協作狀態(tài)時的第一傳輸速率，比較所述第一傳輸速率 與預設傳輸速率闊值的大小，若所述第一傳輸速率小于預設傳輸速率闊值，則將所述第一 傳輸速率存入第一集合，所述第一集合為所述第一傳輸速率由小到大排列形成的集合；
[0058] 102、在所述第一集合中，選擇最小第一傳輸速率對應的第一用戶設備，所述第一 用戶設備的服務基站設備為第一基站設備，對所述第一用戶設備所在小區(qū)外的基站設備進 行預分簇，計算預分簇內共信道干擾用戶設備至所述第一基站設備的干擾信道強度，將所 述干擾信道強度存入第二集合，所述第二集合為所述干擾信道強度由大至小排列形成的集 合；
[0059] 103、根據預設協作簇大小上限，在所述第二集合中，選擇最大干擾信道強度對應 的第一干擾用戶設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成最大協作簇，計算所述最大 協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第二傳輸速率，比較所述第二傳輸速率與預設 傳輸速率闊值的大?。?br>[0060] 104、若所述第二傳輸速率大于或者等于預設傳輸速率闊值，則在預分簇內的基站 設備中選擇出基站設備參與協作次數在預設基站設備參與協作簇次數上限之內的第二基 站設備，在第二基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備 與所述第一基站設備形成第一協作簇，計算所述第一協作簇中所述第一用戶設備在協作狀 態(tài)時的第Ξ傳輸速率，比較所述第Ξ傳輸速率與預設傳輸速率闊值的大小，若所述第Ξ傳 輸速率大于或等于預設傳輸速率闊值，則停止在第二基站設備中依次將具有最大干擾信道 強度的干擾用戶設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成第一協作簇；
[0061] 105、若所述第二傳輸速率小于預設傳輸速率闊值，則在所有小區(qū)內的基站設備中 選擇出基站設備參與協作次數在預設基站設備參與協作簇次數上限之內的第Ξ基站設備， 在第Ξ基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備與所述 第一基站設備形成第二協作簇，計算所述第二協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的 第Ξ傳輸速率，比較所述第Ξ傳輸速率與預設傳輸速率闊值的大小，若所述第Ξ傳輸速率 大于或等于預設傳輸速率闊值，則停止在第Ξ基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的 干擾用戶設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成第二協作簇。
[0062] 上述用于多小區(qū)上行鏈路系統(tǒng)中基于協作資源受限的最小化協作簇方法（(:化- MCS方法），將協作資源視為一種有限資源，用戶設備W干擾信道強度為競爭力參與協作資 源的競爭。首先計算每個用戶設備非協作狀態(tài)時的傳輸速率，對低于傳輸速率闊值的用戶 設備，依非協作狀態(tài)時的傳輸速率由小至大存儲至待協作用戶設備集合;依次選擇具有最 低非協作傳輸速率的待協作用戶設備，依據小區(qū)位置進行預分簇;計算所述預分簇內每個 小區(qū)共信道干擾用戶設備至本地用戶設備的服務基站設備的干擾信道強度，按照協作簇大 小上限選擇具有最強干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備形成最大協作簇，計算 此時的最大簇協作傳輸速率;所述最大簇協作傳輸速率滿足速率闊值時，在基站設備參與 協作次數限制內，依次將預分簇內具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備 加入協作簇，直至協作傳輸速率滿足傳輸速率闊值，否則將預分簇范圍擴大至系統(tǒng)內所有 小區(qū)，依據干擾信道強度設計協作簇。在保證協作傳輸速率要求的同時，W適中的計算復雜 度，最大化協作資源利用的性價比，保證邊緣用戶設備的協作性能，并避免對單個基站設備 造成過重的協作負擔。
[0063] 圖2示出了本發(fā)明另一實施例提供的基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法的流程示 意圖；
[0064] 設置預設協作簇大小上限，預設基站設備參與協作次數上限，預設傳輸速率闊值；
[0065] 所述協作簇大小上限的設置由網絡擁堵程度和用戶設備運算能力決定，預設協作 簇大小上限標記為At;所述基站設備參與協作次數上限的設置由網絡擁堵程度和基站設備 間回程鏈路特性決定，預設基站設備參與協作次數上限標記為化;所述用戶設備傳輸速率 闊值由網絡標準決定，預設傳輸速率闊值標記為Ct;此外，初始化每個用戶設備的協作簇大 小/巧每個基站設備參與的協作次數護=〇,用戶設備標號πι=1，···，Μ，小區(qū)標號n =
[0066] 計算每個用戶設備非協作狀態(tài)時的傳輸速率，對低于傳輸速率闊值的用戶設備， 依非協作狀態(tài)時的傳輸速率由小至大存儲至待協作用戶設備集合；
[0067] 各基站設備對用戶設備的上行信道鏈路進行信道估計，得到頻域信道傳遞函數 其中（m，u)表示上行信道鏈路的起點是第U個小區(qū)占用第m段頻帶的用戶設備，η表示 接收基站設備為第η個小區(qū)的基站設備。基于信道估計信息進行獨立的多用戶設備接收，第 η個基站設備對第m段頻帶上信號的頻域線性迫零(Zero-Forcing)接收向量為：
[006引
[0069] 基站設備η對第m段頻帶上服務用戶設備發(fā)射信號的獨立檢測值為：
[0070]
[0071] 其中，Nn表不加性高斯白噪聲(Additive White Gaussian Noise ,AWGN)，服從均 值為0、方差為σ；的高斯分布。
[0072] 所述非協作狀態(tài)時，第η個小區(qū)占用第m段頻帶的用戶設備的傳輸速率為：
[0073]
[0074] 當且僅當<歸時，判定用戶設備(m，n)具有協作接收需求。將系統(tǒng)內所 有具有協作需求的用戶設備依非協作狀態(tài)時的傳輸速存儲至待協作用戶設備集 合D。
[0075] 依次選擇具有最低非協作傳輸速率的待協作用戶設備，依據小區(qū)位置進行預分 簇，計算預分簇內每個小區(qū)共信道干擾用戶設備至本地基站設備的干擾信道強度，并由大 至小排列；
[0076] 預分簇的目的是在維持較低協作增益損失的前提下，縮小協作基站設備的選擇范 圍，降低分簇運算的復雜度，縮小協作時信息交互的物理距離。預分簇的具體操作為:根據 當前小區(qū)的地理位置，將其附近的U個基站與當前基站一起劃為預協作簇，對于當前小區(qū)內 的所有待協作用戶設備，在設計協作分簇時，只能從預協作簇內選擇協作小區(qū)基站設備。標 準正六邊形19小區(qū)網絡中，將中屯、小區(qū)標記為1號小區(qū)，則當U = 7時，1號小區(qū)的預分簇為1 ~7號基站;當U=19時，1號小區(qū)的預分簇為1~19號基站。
[0077] 依次從待協作用戶設備集合D中選擇具有最小值的用戶設備(m，n)，并將 該用戶設備從集合D中刪除;讀取用戶設備(m，n)的預分簇，記為巧i,;計算預分簇內每個干 擾用戶設備(m，u)(其中W € i常，U辛η)對用戶設備(m，n)信號傳輸的干擾信道強度(75著巾 [007引
[0079] 將所有、《由大到小排列。
[0080] 按照協作簇大小上限選擇具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設 備形成最大協作簇，計算最大簇協作傳輸速率；
[0081] 第η個小區(qū)的基站設備對其第m個用戶設備向相鄰基站設備請求協作接收時，協作 簇（含基站設備η)表示為（巧;<，簇大小為·/殺,?？紤]使用干擾消除（Interference Cancelling)算法進行協作接收，并假設簇內的共信道干擾信號能夠完全被干擾消除算法 消除。經協作接收后，基站設備η對第m段頻帶上服務用戶設備發(fā)射信號.又毒的檢測值；^'3 為：
[0082]
[0083] 協作接收情形下，第η個小區(qū)占用第m段頻帶的用戶設備的傳輸速率為：
[0084]
[0085] 從預分簇/1;中選擇具有最大干擾信道強度C'然，,,的(Ατ-1)個干擾用戶設備的服 務基站設備，形成最大協作簇巧計算此時的
[0086] 最大簇協作傳輸速率大于或者等于傳輸速率闊值時，在基站設備參與協作次數限 制內，依次將預分簇內具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備加入協作 簇，直至協作傳輸速率滿足傳輸速率闊值;最大簇協作傳輸速率小于傳輸速率闊值時，在基 站設備參與協作次數限制內，依次將系統(tǒng)內具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務 基站設備加入協作簇，直至協作傳輸速率滿足傳輸速率闊值。
[0087] 當
時，協作基站設備的選擇范圍為預分簇內基站設備；當 (?鮮乂 <句耐，捕s站職的選欄?為嫌績有s站職。
[0088] 依次在預分簇或系統(tǒng)內所有基站設備間選擇具有最大干擾信道強度C巧L,g.的干 擾用戶設備的服務基站設備哲P//,。若基站設備U的參與協作次數已達上限Βτ，即護二化， 則跳過基站設備U，繼續(xù)選擇預分簇巧'，中下一個具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的 服務基站設備。若r<BT，將基站設備U歸入協作簇按說內，并更新參數.4京綽，小:l，BU = BU+1。
[0089] 計算使用當前分簇(?時的協作傳輸速率若含（杏，存儲當前辦 為用戶設備(m，n)的最終分簇;否則，重復執(zhí)行S5,直至> (苗;或協作簇大小^患達到 上限At,即/鉛?為Γ。
[0090] 重復操作上述步驟，直至待協作用戶設備集合D中的所有用戶設備均已完成分簇 操作。
[0091] 至此完成了基于協作資源受限的動態(tài)分簇工作。
[0092] 綜上所述，本發(fā)明提出了一種多小區(qū)上行鏈路中基于協作資源受限的動態(tài)分簇方 法，將協作資源視為一種有限資源，所有待協作用戶設備W干擾信道強度競爭協作資源的 同時，避免對單個基站設備造成極端的協作負擔。
[0093] 下面將給出本發(fā)明的CSL-MCS分簇方法與現有的其他分簇方法的比較，W使本發(fā) 明的優(yōu)勢及特征更加明顯。
[0094] 假設系統(tǒng)內共有N個小區(qū)，每個小區(qū)共有Μ個用戶設備。上行鏈路中，用戶設備采用 單天線發(fā)射信號，基站設備接收天線數為Nr。預分簇大小為U，固定分簇大小為Β，所提動態(tài) 分簇方案最大簇大小為At。非協作狀態(tài)時傳輸速率滿足< (?：r的用戶設備個數為 化，協作后傳輸速率滿足> (&.;的用戶設備個數為Nh。不考慮信道估計和線性接收矩 陣的計算復雜度，W及基于地理位置進行預分簇的計算復雜度，各種分簇方法的計算復雜 度比較如表1。其中"IW"表示基于干擾權重的分簇方法，是一種典型的基站設備角度的動態(tài) 分簇方法；"CS"表示基于干擾信道強度的分簇方法，是一種典型的用戶設備角度的動態(tài)分 簇方法；乂化-MCS"表示本發(fā)明提出的協作資源受限的最小化協作簇的分簇方法。理論計算 復雜度中，本發(fā)明所提CSL-MCS方法使用的是計算復雜度上限，仿真計算復雜度中，N=19，M = 2，Nr = 2，U=7，AT = 7，B = 3，SNR=10。
[OOM]由表1可知，與基于干擾信道強度的分簇方法CS相比，本發(fā)明的CSL-MCS方法具有 較高的計算復雜度;但與基于干擾權重的分簇方法IW相比，本發(fā)明的CSL-MCS方法計算復雜 度大大降低。
[0096]表 1
[0097]
[0099]此外，圖3和圖4分別給出了使用不同分簇方法時的所有用戶設備平均傳輸速率和 5%邊緣用戶設備平均傳輸速率的累積分布函數（Cumulative Dishibution Function, CDF)。對比分簇方法包括:分簇大小為7的靜態(tài)分簇方法（' Static '），分簇大小為7的基于干 擾權重的分簇方法（' IW'），分簇大小為4的基于干擾信道強度的分簇方法（'CS-4'），分簇大 小為7的基于干擾信道強度的分簇方法（'CS-7'）。仿真中，系統(tǒng)內小區(qū)數N=19,每個小區(qū)內 用戶設備數M=2,基站設備接收天線數Nr = 2,預分簇大小U = 7,最大簇大小Ατ=7,基站設備 參與協作次數上限Βτ = 6,傳輸速率闊值CT=2Bits/sec/化/user,接收信干噪比SNR=10地， 小區(qū)半徑為500m。圖3中，IW方法的所有用戶設備平均傳輸速率性能最差，CS-7方法可W視 為所有對比算法中的性能上限，Static、CS-4及基于本發(fā)明的CSL-MCS方法性能較為接近， 其中，盼L-MCS略劣于CS-4，CS-4略劣于StatiC。運是由于本發(fā)明的CSL-MCS方法僅W用戶設 備協作傳輸速率滿足傳輸速率闊值為目標，并未追求用戶設備協作傳輸速率的最大化。圖4 給出的5%邊緣用戶設備平均傳輸速率CDF中，本發(fā)明的CSL-MCS方法表現突出，僅次于上限 CS-7方法。相較于CS-4和IW方法，本發(fā)明的CSL-MCS方法將有限的協作資源首先分配給性能 較差的邊緣用戶設備，在保證邊緣用戶設備傳輸性能的基礎上再向其他用戶設備分配協作 資源。與CS-7方法相比，本發(fā)明的CSL-MCS方法的分簇相當于CS-7分簇的子集，因此，CS-7方 法是CSL-MCS方法的性能上限。
[0100] 圖5給出了不同分簇方法的平均分簇大小，可W看出，本發(fā)明的CSkMCS方法具有 最小的平均分簇大小，即在協作過程中使用了最少的協作資源，包括信息交互功率消耗、回 程鏈路占用等。圖6給出了使用不同分簇方法時，系統(tǒng)內每個基站設備的最多參與協作次 數。顯而易見，使用本發(fā)明的CSL-MCS方法，系統(tǒng)內每個基站設備的最多參與協作次數最小。 圖5中，盼L-MCS方法和CS-4方法具有接近的平均分簇大小，運意味著兩種方法中的協作鏈 路總數較為接近，但圖6中，盼L-MCS方法的基站設備最多參與協作次數遠小于CS-4方法，說 明CSL-MCS方法更平均的從各基站設備處獲取協作資源，避免了對單個基站設備造成過重 的協作負擔。
[0101] 本領域技術人員可W理解，可W對實施例中的設備中的模塊進行自適應性地改變 并且把它們設置在于該實施例不同的一個或多個設備中。可W把實施例中的模塊或單元或 組件組合成一個模塊或單元或組件，W及此外可W把它們分成多個子模塊或子單元或子組 件。除了運樣的特征和/或過程或者單元中的至少一些是互相排斥之處，可W采用任何組合 對本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖）中公開的所有特征W及如此公開的任何方 法或者設備的所有過程或單元進行組合。除非另外明確陳述，本說明書(包括伴隨的權利要 求、摘要和附圖）中公開的每個特征可W由提供相同、等同或相似目的的替代特征來代替。
[0102] 此外，本領域的技術人員能夠理解，盡管在此所述的一些實施例包括其它實施例 中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實施例的特征的組合意味著處于本發(fā)明的 范圍之內并且形成不同的實施例。例如，在下面的權利要求書中，所要求保護的實施例的任 意之一都可任意的組合方式來使用。
[0103] 本發(fā)明的各個部件實施例可硬件實現，或者W在一個或者多個處理器上運行 的軟件模塊實現，或者W它們的組合實現。應該注意的是上述實施例對本發(fā)明進行說明而 不是對本發(fā)明進行限制，并且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的范圍的情況下可設 計出替換實施例。在權利要求中，不應將位于括號之間的任何參考符號構造成對權利要求 的限制。單詞"包含"不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞 "一"或"一個"不排除存在多個運樣的元件。本發(fā)明可W借助于包括有若干不同元件的硬件 W及借助于適當編程的計算機來實現。在列舉了若干裝置的單元權利要求中，運些裝置中 的若干個可W是通過同一個硬件項來具體體現。單詞第一、第二、W及第Ξ等的使用不表示 任何順序。可將運些單詞解釋為名稱。
[0104] 最后應說明的是:本領域普通技術人員可W理解：W上各實施例僅用W說明本發(fā) 明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域 的普通技術人員應當理解:其依然可W對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者 對其中部分或者全部技術特征進行等同替換;而運些修改或者替換，并不使相應技術方案 的本質脫離本發(fā)明權利要求所限定的范圍。
【主權項】
1. 一種基于協作資源受限的動態(tài)分簇方法，其特征在于，包括： 計算每個用戶設備在非協作狀態(tài)時的第一傳輸速率，比較所述第一傳輸速率與預設傳 輸速率閾值的大小，若所述第一傳輸速率小于預設傳輸速率閾值，則將所述第一傳輸速率 存入第一集合，所述第一集合為所述第一傳輸速率由小到大排列形成的集合； 在所述第一集合中，選擇最小第一傳輸速率對應的第一用戶設備，所述第一用戶設備 的服務基站設備為第一基站設備，對所述第一用戶設備所在小區(qū)外的基站設備進行預分 簇，計算預分簇內共信道干擾用戶設備至所述第一基站設備的干擾信道強度，將所述干擾 信道強度存入第二集合，所述第二集合為所述干擾信道強度由大至小排列形成的集合； 根據預設協作簇大小上限，在所述第二集合中，選擇最大干擾信道強度對應的第一干 擾用戶設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成最大協作簇，計算所述最大協作簇中 所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第二傳輸速率，比較所述第二傳輸速率與預設傳輸速率 閾值的大??； 若所述第二傳輸速率大于或者等于預設傳輸速率閾值，則在預分簇內的基站設備中選 擇出基站設備參與協作次數在預設基站設備參與協作簇次數上限之內的第二基站設備，在 第二基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備與所述第 一基站設備形成第一協作簇，計算所述第一協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第 三傳輸速率，比較所述第三傳輸速率與預設傳輸速率閾值的大小，若所述第三傳輸速率大 于或等于預設傳輸速率閾值，則停止在第二用戶設備中依次將具有最大干擾信道強度的干 擾用戶設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成第一協作簇； 若所述第二傳輸速率小于預設傳輸速率閾值，則在所有小區(qū)內的基站設備中選擇出基 站設備參與協作次數在預設基站設備參與協作簇次數上限之內的第三基站設備，在第三基 站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備與所述第一基站 設備形成第二協作簇，計算所述第二協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第三傳輸 速率，比較所述第三傳輸速率與預設傳輸速率閾值的大小，若所述第三傳輸速率大于或等 于預設傳輸速率閾值，則停止在第三基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶 設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成第二協作簇。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一傳輸速率的具體計算公式為：其中：η為待協作用戶設備所屬小區(qū)標號;m為待協作用戶設備所占頻帶標號;N為系統(tǒng) 內小區(qū)數；為用戶設備η在第m段頻帶上的線性迫零接收向量為小區(qū)u內用戶設 備m至基站設備η的頻域信道傳遞函數;為接收信噪比。3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算預分簇內共信道干擾用戶設備至 所述最小第一傳輸速率對應的用戶設備的服務基站設備的干擾信道強度，具體計算公式 為： 其中，11為干擾用戶設備所屬小區(qū)標號。4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二傳輸速率與第三傳輸速率的計算 公式皆為：其中，為小區(qū)η內用戶設備m的當前分簇。5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預設傳輸速率閾值用于判斷所有小區(qū) 內每個用戶設備是否具有協作接收需求。6. -種基于協作資源受限的動態(tài)分簇裝置，其特征在于，包括： 第一傳輸速率計算單元，用于計算每個用戶設備在非協作狀態(tài)時的第一傳輸速率，比 較所述第一傳輸速率與預設傳輸速率閾值的大小，若所述第一傳輸速率小于預設傳輸速率 閾值，則將所述第一傳輸速率存入第一集合，所述第一集合為所述第一傳輸速率由小到大 排列形成的集合； 預分簇單元，用于在所述第一集合中，選擇最小第一傳輸速率對應的第一用戶設備，所 述第一用戶設備的服務基站設備為第一基站設備，對所述第一用戶設備所在小區(qū)外的基站 設備進行預分簇，計算預分簇內共信道干擾用戶設備至所述第一基站設備的干擾信道強 度，將所述干擾信道強度存入第二集合，所述第二集合為所述干擾信道強度由大至小排列 形成的集合； 判斷單元，用于根據預設協作簇大小上限，在所述第二集合中，選擇最大干擾信道強度 對應的第一干擾用戶設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成最大協作簇，計算所述 最大協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第二傳輸速率，比較所述第二傳輸速率與 預設傳輸速率閾值的大小； 當所述第二傳輸速率大于或者等于預設傳輸速率閾值時，在預分簇內的基站設備中選 擇出基站設備參與協作次數在預設基站設備參與協作簇次數上限之內的第二基站設備，在 第二基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備與所述第 一基站設備形成第一協作簇，計算所述第一協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第 三傳輸速率，比較所述第三傳輸速率與預設傳輸速率閾值的大小，若所述第三傳輸速率大 于或等于預設傳輸速率閾值，則停止在第二基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干 擾用戶設備的基站設備與所述第一基站設備形成第一協作簇； 當所述第二傳輸速率小于預設傳輸速率閾值時，在所有小區(qū)內的基站設備中選擇出基 站設備參與協作次數在預設基站設備參與協作簇次數上限之內的第三基站設備，在第三基 站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶設備的服務基站設備與所述第一基站 設備形成第二協作簇，計算所述第二協作簇中所述第一用戶設備在協作狀態(tài)時的第三傳輸 速率，比較所述第三傳輸速率與預設傳輸速率閾值的大小，若所述第三傳輸速率大于或等 于預設傳輸速率閾值，則停止在第三基站設備中依次將具有最大干擾信道強度的干擾用戶 設備的服務基站設備與所述第一基站設備形成第二協作簇。7. 根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一傳輸速率的具體計算公式為：其中：η為待協作用戶設備所屬小區(qū)標號;m為待協作用戶設備所占頻帶標號;N為系統(tǒng) 內小區(qū)數;為用戶設備n在第m段頻帶上的線性迫零接收向量；為小區(qū)u內用戶設 備m至基站設備η的頻域信道傳遞函數;σ|.為接收信噪比。8. 根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述計算預分簇內共信道干擾用戶設備至 所述最小第一傳輸速率對應的用戶設備的服務基站設備的干擾信道強度，具體計算公式 為： 其中，U為干擾用戶設備所Λ3|/」、1Α仍、9. 根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第二傳輸速率與第三傳輸速率的計算 公式皆為：其中，巧丨_,..為小區(qū)η內用戶設備m的當前分簇。10. 根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述預設傳輸速率閾值用于判斷所有小 區(qū)內每個用戶設備是否具有協作接收需求。
【文檔編號】H04W84/18GK105873071SQ201610160889
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】張喆, 張建康, 穆曉敏, 左杏璇, 朱政宇, 趙海峰, 李雙志, 韓剛濤
【申請人】鄭州大學