基于虛擬mimo和接收分集技術的上行le系統研究

1提供用戶支持gp已經開始一個長期開發研究項目（transitiontime），希望改善系統性能，為運營商和用戶的持續增加需求提供支持。多入多出(MIMO)技術已經成為下一代無線通信系統的關鍵技術之一,研究表明,MIMO技術可以明顯提高系統性能,基于此技術的虛擬MIMO技術(VirtualMIMO)由此引起關注,并得到了廣泛的研究。在3GPP會議中,各大公司給出的仿真都基本加入了虛擬MIMO技術,作為和分集技術的對比。2正在使用的系統關鍵2.1配電并口的功率控制在上行LTE系統功率控制技術中,由于小區內的用戶間相互正交,不存在用戶間干擾,消除了像CDMA系統中遠近效應的影響,因此無需采用快速功率控制,而采用慢速功率控制來補償路徑損耗和陰影衰落,以減小區間的同頻干擾。傳統的開環部分補償路徑損耗的功率控制方法沒有考慮到用戶對相鄰小區的干擾協調問題,常用的功率控制方法在此基礎上進行了改進,考慮了小區間用戶的干擾問題,用戶的目標SINR將與用戶服務小區、用戶最強信號相鄰小區的路徑損耗、陰影衰落有關。采用這種開環慢速功率控制方法可以有效地控制鄰區干擾,在保證用戶鏈路質量的同時,能有效地提高系統的吞吐量。2.2業務qos要求調度就是動態地將最合適的時/頻資源分配給某個用戶,系統根據信道質量信息(CQI)的反饋、有待調度的數據量、UE能力等因素,決定資源的分配,并通過控制信令通知用戶。調度和功率控制、鏈路自適應、HARQ過程等緊密相連,和以下參數有關:(1)QoS要求:不同業務類型的QoS要求不一樣,有的業務對時延比較敏感,如VoIP業務、Video業務;有的業務要求盡可能高的速率,如FullBuffer業務、FTP業務。(2)當前數據是否為等待重傳數據:對相同的業務來說,為了滿足其QoS要求,重傳數據和非重傳數據的優先級是不同的。(3)用戶的CQI反饋和用戶待調度數據量:調度過程中,要根據用戶的信道質量信息計算用戶的優先級,并且要考慮用戶待調度的數據量,再來分配用戶資源和速率。(4)具體的調度算法:主要調度算法包括比例公平算法(ProportionalFairnessScheduling)、輪詢算法(RoundRobinScheduling)、修正的最大權值時延優先算法(ModifiedLargestWeightedDelayFirstScheduling)。不同類型業務的QoS要求,對應不用的調度算法。2.3資源匹配方式的選擇對于LTE系統上行鏈路,在每個用戶終端只有一個天線的情況下,由于基站端對功率、體積等條件的限制沒有用戶端那么嚴格,因此在基站端可以采用多個天線的配置方式。如果用戶間沒有協同合作,那么上行鏈路每一個移動臺都和基站構成一個接收分集系統,由于用戶之間使用獨立的時/頻資源,因此對接收分集系統來說不存在小區內干擾。如果把兩個移動臺聯合起來進行發送,按照一定方式把兩個移動臺的天線配合成一對,它們之間共享配對的兩根天線,使用相同的時/頻資源,那么這兩個移動臺和基站之間構成一個虛擬MIMO系統。虛擬MIMO技術的缺點:由于虛擬MIMO中配對的兩個用戶必須使用相同的時/頻資源,因此對單個用戶來說,資源的分配并不是最合理的。虛擬MIMO方式要將兩個配對用戶作為一個整體來分配資源,而不是只考慮針對一個用戶的最優資源分配,資源的分配不夠靈活有效;再者,配對的不同方式會給配對用戶之間帶來大小不一的配對干擾,從而造成不同程度的誤包率,因此,降低配對干擾也是要考慮的一個重要因素?；谝陨峡紤],雖然相同的時/頻資源可供兩個用戶共同使用,但是更加靈活地分配資源進一步提高頻譜利用率的關鍵。我們對以下幾種配對策略進行分析:(1)正交配對:選擇兩個信道正交性最大的用戶進行配對,這種方法可以減少用戶之間的配對干擾,但是由于搜尋正交用戶計算量大,所以復雜度太大。(2)隨機配對:這種配對方法目前使用比較普遍,優點是配對方式簡單,配對用戶的選擇隨機生成,復雜度低,計算量小。缺點是對于隨機配對的用戶,有可能由于信道相關性大而產生比較大的干擾,原因于資源的分配和配對的用戶相關,如果是這樣則不能有效的利用資源。(3)基于路徑損耗和慢衰落排序的配對方法:將用戶路徑損耗加慢衰落值的和進行排序,對排序后相鄰的用戶進行配對。這種配對方法簡單,復雜度低,在用戶移動緩慢,路徑損耗和慢衰變化緩慢的情況下,用戶的重新配對頻率也會降低,而且由于配對用戶路徑損耗加慢衰值相近,所以也降低了用戶產生“遠近”效應的可能性。缺點:配對用戶信道相關性可能較大,配對用戶之間的干擾比較大。(4)基于路徑損耗門限的虛擬MIMO和接收分集技術相結合的方式:按照一定的路徑損耗門限為小區設置區域半徑;半徑內的區域為內區,半徑外的區域為外區,處于內區的用戶使用虛擬MIMO技術,采用一定的配對方式進行配對,處于外區的用戶使用接收分集方式進行數據傳輸。這種方式的優點是:對于現在采用的部分補償路徑損耗功率控制方式,路徑損耗對功率控制的影響很大,在距離基站較遠的情況下,可能要使用很高的功率發送才能滿足邊緣用戶的服務要求,如果對邊緣用戶進行配對,則相同資源上疊加用戶傳輸將對鄰區產生更大的干擾;如果邊緣用戶使用接收分集技術,則可以降低對鄰區產生的干擾,而且由于邊緣沒有用戶配對,邊緣用戶之間不會存在配對干擾,再者,對于內區用戶,由于信道條件相對接近,配對后資源利用率更高。(5)基于信道條件和業務類型的虛擬MIMO和分集傳輸的結合方式:對于信道條件差(例如在一定的預先設定的門限下)并且時延敏感業務的用戶,可以考慮使用發送分集或者接收分集方式傳輸;對于信道條件比較好或者時延要求不高的用戶,可以考慮使用虛擬MIMO方式傳輸。這種方式可以提高邊緣用戶吞吐量,減少業務時延,提高資源利用率,缺點是配對用戶的相關性可能較大。3描述真涂層系統結構的設計3.1時變衰落發生器鏈路級模塊向系統級提供用戶各頻域資源塊上的信干噪比,系統級以此信息再進行資源管理。鏈路級模塊設計總體思想如圖1所示:由圖1可知,系統級上層程序調用SCME(SpatialChannelModelExtended)模型,產生時變信道沖擊響應,并將其轉換為頻域表現形式,再返回給上層,通過二維濾波器產生二維空間平面上各點的陰影衰落值;時變衰落發生器利用SCME產生的信道沖擊響應,并結合陰影衰落的影響,對小區內不同角度的信道衰落值進行加權,然后疊加上天線方向增益;再由信道衰落值和接收端噪聲,計算導頻信道上各天線各資源塊上的信干噪比;最后根據導頻信道的信噪比選擇服務小區,調用業務信道的計算模塊,得到業務信道上的信干噪比。3.2信干噪比計算系統工作流程關系圖如圖2所示。用戶根據業務模型更新自己的業務流,依靠鏈路計算得到用戶鏈路信息,再計算自己頻域資源塊上的信干噪比。依靠這些信息,基站端執行無線資源管理功能,包括功率控制(PC)、切換(HC)、接納控制(AC)、資源管理(RM)、分組調度(PS)、負載控制(LC)、無線鏈路監測(RLS)、擁塞控制(CC)、小區選擇(CS)等。4不同配對方式的資源分配算法從我們的研究來看,在相同的仿真條件下,相對于采用接收分集技術的系統,隨機配對方式的虛擬MIMO技術的吞吐量沒有得到明顯提高。由于隨機配對方式沒有考慮配對用戶間的正交性,因此有些配對用戶之間會產生很大的配對干擾,而且由于配對用戶申請資源大小的差異以及功率控制后功率譜密度的限制,有些配對用戶不能合理地利用資源,因此無法給基于隨機配對方式的虛擬MIMO技術的上行LTE系統吞吐量帶來增益。雖然虛擬MIMO技術能使不同配對用戶共享相同的頻域資源,但是需要考慮到諸如用戶間的正交性、減少配對干擾、提高邊緣用戶吞吐量、配對用戶資源合理分配等問題,當然如何降低復雜度也是需要考慮的重要問題。對于正交配對方式,由于配對用戶之間的配對干擾降到最,因此正交配對后系統吞吐量將比采用接收分集技術的系統得到較大提高,這也在北電系統仿真結果中得到了體現,但是同時,