一種基于用戶距離的基站天線的調度方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種基于用戶距離的基站天線調度方法，具體為：首先進行系統(tǒng)初始化，其中包括確定為保證通信的最低信干噪比和基站天線總數，首先基站向服務的本小區(qū)用戶發(fā)送導頻信號，用戶接收導頻信號并計算其與基站之間的距離，然后用戶將其距離值發(fā)送給本小區(qū)基站，基站根據保證基站與用戶通信的最低信干噪比以及用戶到基站的距離來確定調度天線的個數。本發(fā)明專利技術適用于發(fā)送端配備多天線，接收端配備單天線的大規(guī)模多輸入多輸出蜂窩網絡場景，根據小區(qū)中不同用戶的信干噪比質量不同，基站調度天線數不同，節(jié)省了維持多余天線工作的靜態(tài)能量。同時，每次調用后剩余的天線還可以為其他用戶服務，從而提高了下行鏈路的平均能量效率。

【技術實現步驟摘要】
一種基于用戶距離的基站天線的調度方法
本專利技術屬于無線通信
，具體涉及一種基于用戶距離的大規(guī)模多輸入多輸出(MassiveMultipleInputMultipleOutput，MassiveMIMO)蜂窩網絡中基站天線的調度方法。
技術介紹
在MIMO通信系統(tǒng)中，在收發(fā)兩端配置多天線單元，通過時間-空間聯合處理技術，將無線傳播中通常被認為是有害的多徑傳播，轉變?yōu)閷τ脩粲幸娴亩嗦费舆t擴展，從而提高了傳送速率。在MIMO通信系統(tǒng)中，基站天線數目不同所能達到的平均信干噪比(SignaltoInterferenceandNoiseRatio，SINR)是不同的，如JakobHoydisetal.“MassiveMIMOintheUL/DLofcellularnetworks:howmanyantennasdoweneed？”,IEEEJounalonSelectedAreasinCommunications,Vol.31,No.2,Feburary2013所述。為保證小區(qū)內最邊緣的用戶的通信質量，基站天線的總數目是根據基站和用戶之間最差的SINR來確定的，并且天線數目是固定不變的。但是，小區(qū)中不同位置的用戶離基站遠近不同，對應的SINR不同。因此，對于離基站比較近，SINR比較高的用戶，基站并不需要調用其所有天線，基站只需要調用其中一部分天線就可以保證和離它比較近的用戶的最差SINR通信質量要求。與此同時，因為基站消耗的功率由動態(tài)功率和靜態(tài)功率組成，且基站每次發(fā)射的動態(tài)功率不變，所以調度天線數目減少了就減少了天線靜態(tài)功率的消耗，從而提升整個網絡下行鏈路的平均能量效率。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于用戶距離的MassiveMIMO蜂窩網絡中基站天線的調度方法，節(jié)約了基站天線的靜態(tài)能量，提升了整個網絡下行鏈路的平均能量效率。為實現上述目的，本專利技術提供了一種基于用戶距離的MassiveMIMO蜂窩網絡中基站天線的調度方法，包括以下步驟：(1)基站進行系統(tǒng)初始化，確定為保證基站與用戶通信的最低SINR值T和小區(qū)基站天線的總數N；(2)基站向服務的本小區(qū)用戶發(fā)送導頻信號；(3)用戶接收導頻信號并計算其與基站之間的距離r；(4)用戶將其距離值r發(fā)送給本小區(qū)基站；(5)基站的天線調度；(5-1)基站根據保證基站與用戶通信的最低SINR值T以及用戶到基站的距離r來確定調度天線的個數n；(5-2)要調度的天線個數n如果小于基站剩余天線個數，則基站調度n個天線為其服務，基站剩下的天線調度按步驟(2)到(5)重復運行。進一步地，所述步驟(1)中確定為保證基站與用戶通信的最低SINR值T和小區(qū)基站天線的個數N具體為：(1.1)根據運營商的覆蓋指標要求，確定最低SINR值T；(1.2)根據SINR與基站天線數之間關系：計算得出n，并將得出的n作為基站天線總數N；其中：T為基站與用戶通信的最低要求SINR值，j為本小區(qū)，l＝1,2,…,L為本小區(qū)及相鄰小區(qū)的序號，且l＝1表示本小區(qū)j，l＝2,3,…,L表示其他L-1個干擾小區(qū)，M為本小區(qū)j中的邊緣用戶，k＝1,2,…,K為小區(qū)l中由近及遠的K個用戶，K為小區(qū)l中的用戶個數，ρdl為下行鏈路的信噪比，tr表示求矩陣的跡，相關矩陣H表示矩陣的共軛轉置，α為路徑衰減因子，rljM為小區(qū)l的基站到本小區(qū)j中用戶M的距離，In為n階單位矩陣，ρtr為訓練信噪比，rjjM為本小區(qū)j的基站到本小區(qū)j中用戶M的距離，rllk為小區(qū)l的基站到小區(qū)l中第k個用戶的距離，rljM為小區(qū)l的基站到本小區(qū)j中用戶M的距離，進一步地，所述步驟(3)具體包括：(3.1)用戶接收導頻信號spilot；(3.2)通過相關檢測估計信號到達時間tTOA；(3.3)計算出用戶與基站之間的距離r＝ctTOA，其中，c＝3×108ms是信號在空中的傳播速度。進一步地，所述步驟(5.1)具體包括：根據SINR與基站天線數之間關系求解n，將n作為基站為用戶調度的天線個數；其中：T為基站與用戶通信的最低要求SINR值，j為本小區(qū)，l＝1,2,…,L為本小區(qū)及相鄰小區(qū)的序號，且l＝1表示本小區(qū)j，l＝2,3,…,L表示其他L-1個干擾小區(qū)，m為本小區(qū)j中，k＝1,2,…,K為小區(qū)l中由近及遠的K個用戶，K為小區(qū)l中的用戶個數，ρdl為下行鏈路的信噪比，tr表示求矩陣的跡，相關矩陣H表示矩陣的共軛轉置，α為路徑衰減因子，rljm為小區(qū)l的基站到本小區(qū)j中用戶m的距離，In為n階單位矩陣，ρtr為訓練信噪比，rjjm為本小區(qū)j的基站到本小區(qū)j中用戶m的距離，rllk為小區(qū)l的基站到小區(qū)l中第k個用戶的距離，rljm為小區(qū)l的基站到本小區(qū)j中用戶m的距離，本專利技術與基站全天線傳輸技術相比，本專利技術具有以下有益效果：1、根據不同用戶的不同距離，基站調用的天線數目小于等于基站天線總數，節(jié)省了維持多余天線工作的靜態(tài)能量；2、基站對每一個用戶只調用其部分天線，增加了基站平均每次服務的用戶數，提升了系統(tǒng)的容量；3、增加了基站平均每次服務的用戶數，從而提高了整個網絡下行鏈路的平均能量效率。附圖說明圖1為本專利技術實施例中小區(qū)基站和用戶示意圖；圖2為本專利技術實施例中單小區(qū)內場景示意圖；圖3本專利技術基站天線調度方法的流程圖；圖4為利用本專利技術方法每個用戶節(jié)約能耗圖；圖5為本專利技術方法與基站不考慮用戶位置全天線傳輸的平均能量效率比較圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。如圖1所示，本專利技術實施例中討論的小區(qū)結構為正六邊形的蜂窩網絡結構，小區(qū)邊長為1km。本小區(qū)通信時只考慮來自周圍6個小區(qū)的干擾，且周圍6個小區(qū)和本小區(qū)組成結構一樣。圖2為根據上述網絡拓撲結構給出的每個小區(qū)內部的具體結構，在每個小區(qū)中考慮有K個用戶組成的單基站多用戶下行MIMO鏈路，用戶在正六邊形小區(qū)內均勻分布。整個系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。具體包括以下幾個步驟：1.首先進行系統(tǒng)初始化，根據運營商的覆蓋指標要求，確定最低SINR值T；例如根據中國移動的覆蓋指標要求，雙路室分公共參考信號的SINR要大于9dB，所以這里取基站與用戶通信的最低SINR值T＝10dB，根據JakobHoydis等的論文“MassiveMIMOintheUL/DLofcellularnetworks:howmanyantennasdoweneed？”，SINR與基站天線數滿足計算得出n，并將得出的n作為基站天線總數N；其中：T為基站與用戶通信的最低要求SINR值，j為本小區(qū)，l＝1,2,…,L為本小區(qū)及相鄰小區(qū)的序號，且l＝1表示本小區(qū)j，l＝2,3,…,L表示其他L-1個干擾小區(qū)，M為本小區(qū)j中的邊緣用戶，k＝1,2,…,K為小區(qū)l中由近及遠的K個用戶，K為小區(qū)l中的用戶個數，ρdl為下行鏈路的信噪比，tr表示求矩陣的跡，相關矩陣H表示矩陣的共軛轉置，α為路徑衰減因子，rljM為小區(qū)l的基站到本小區(qū)j中用戶M的距離，In為n階單位矩陣，ρtr為訓練信噪比，rjjM為本小區(qū)j本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于用戶距離的Massive?MIMO蜂窩網絡中基站天線的調度方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)基站進行系統(tǒng)初始化，確定為保證基站與用戶通信的最低SINR值T和小區(qū)基站天線的總數N；(2)基站向服務的本小區(qū)用戶m發(fā)送導頻信號；(3)用戶m接收導頻信號并計算其與基站之間的距離r；(4)用戶m將其距離值r發(fā)送給本小區(qū)基站；(5)基站的天線調度；(5?1)基站根據保證基站與用戶通信的最低SINR值T以及用戶m到基站的距離r來確定調度天線的個數n；(5?2)要調度的天線個數n如果小于基站剩余天線個數，則基站調度n個天線為其服務，基站剩下的天線調度按步驟(2)到(5)重復運行。

【技術特征摘要】
1.一種基于用戶距離的MassiveMIMO蜂窩網絡中基站天線的調度方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)基站進行系統(tǒng)初始化，確定為保證基站與用戶通信的最低SINR值T和小區(qū)基站天線的總數N；(2)基站向服務的本小區(qū)用戶m發(fā)送導頻信號；(3)用戶m接收導頻信號并計算其與基站之間的距離r；(4)用戶m將其距離值r發(fā)送給本小區(qū)基站；(5)基站的天線調度；(5-1)基站根據保證基站與用戶通信的最低SINR值T以及用戶m到基站的距離r來確定調度天線的個數n，其計算公式為；式中，j為本小區(qū)，l＝1,2,…,L為本小區(qū)及相鄰小區(qū)的序號，且l＝1表示本小區(qū)j，l＝2,3,…,L表示其他L-1個干擾小區(qū)，m為本小區(qū)j中的用戶，k＝1,2,…,K為小區(qū)l中由近及遠的K個用戶，K為小區(qū)l中的用戶個數，ρdl為下行鏈路的信噪比，tr表示求矩陣的跡，相關矩陣H表示矩陣的共軛轉置，α為路徑衰減因子，rljm為小區(qū)l的基站到本小區(qū)j中用戶m的距離，In為n階單位矩陣，ρtr為訓練信噪比，rjjm為本小區(qū)j的基站到本小區(qū)j中用戶m的距離，rllk為小區(qū)l的基站到小區(qū)l中第k個用戶的距離，rljm為小區(qū)l的基站...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張靖，辛以利，葛曉虎，韓濤，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42