專利名稱：確定自適應(yīng)協(xié)作無線組播通信數(shù)據(jù)傳輸速率上限的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)確定自適應(yīng)協(xié)作無線組播通信數(shù)據(jù)傳輸速率上限的方法。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)能給我們帶來更高的帶寬和更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，然而在這一演進(jìn)過程中網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)谋举|(zhì)仍然是為每一個(gè)用戶分配一個(gè)獨(dú)立信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。不管是在3G、B3G還是4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，基站都要為其覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶分配一個(gè)動(dòng)態(tài)的、信息互不干涉的信道。當(dāng)通信載波扇區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)不斷增長(zhǎng)，有限的帶寬資源終將用盡，而且隨著多媒體大容量數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的不斷普及流行，資源緊張的狀況將更加明顯，甚至?xí)?yán)重影響普通的語音通信。組播技術(shù)是應(yīng)對(duì)以上問題的一個(gè)有效手段。組播和廣播是指從一個(gè)數(shù)據(jù)源向多個(gè)目標(biāo)傳送數(shù)據(jù)的方式。由于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中多媒體應(yīng)用的不斷流行，無線組播技術(shù)逐漸得到人們的重視，并伴隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的更新?lián)Q代不斷發(fā)展演進(jìn)。在現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中有很多關(guān)于無線組播和廣播技術(shù)的成熟應(yīng)用，例如 WiMax 中的 IPTV(Internet Protocol television)、3GPP 中的 MBMS (Multimedia Broadcast/Multicast Service)以及E-UTRA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持的增強(qiáng)型多媒體廣播多播業(yè)務(wù) (E-MBMS)等。MBMS是3GPP R6中定義的多媒體廣播組播功能。在終端方面，MBMS仍然最大限度地繼承了已有的3GPP標(biāo)準(zhǔn)，在終端耗電、存儲(chǔ)、多媒體處理、顯示等技術(shù)得到改善的同時(shí)， 僅僅是原有基帶處理功能的增強(qiáng)。因此，承載寬帶多媒體業(yè)務(wù)的MBMS終端與現(xiàn)有終端保持了很好的統(tǒng)一性。在帶寬方面，MBMS可以最大使用2561ApS的速率進(jìn)行下載和流媒體的傳送，而只要U8kbps就可以支持15fps QCIF 176*144圖像和12. 2Kbps語音組合的體育類節(jié)目的收看需求。在互動(dòng)方面，MBMS本身沒有定義特別的上行信道，但可以利用已有上行控制信道進(jìn)行業(yè)務(wù)訂閱、業(yè)務(wù)加入等業(yè)務(wù)控制流程，同時(shí)利用上行業(yè)務(wù)信道實(shí)現(xiàn)與下行廣播/ 組播配合的一些交互類業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。在容量方面，MBMS提供點(diǎn)到多點(diǎn)傳送多媒體的發(fā)送機(jī)制，提供所謂“Send Once, Charge Many times”的業(yè)務(wù)模式，資源消耗與用戶數(shù)的增長(zhǎng)無關(guān)，從而為節(jié)省3G網(wǎng)絡(luò)非常緊張的空口資源和Iub 口傳輸資源、規(guī)避移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)容量劣勢(shì)尋找到了根本解決途徑。用戶數(shù)越多，MBMS在容量和成本方面的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮就越明顯；在組播用戶數(shù)少或者沒有組播業(yè)務(wù)用戶的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)可以靈活地為用戶分配專用信道或者關(guān)閉組播業(yè)務(wù)信道，這些移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)特有的高效資源管理技術(shù)更讓MBMS技術(shù)在容量方面錦上添花。 如

圖1所示為MBMS支持的手機(jī)電視業(yè)務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)。然而，由于無線衰落信道的易錯(cuò)性和動(dòng)態(tài)變化性等原因?qū)е聼o線多媒體組播應(yīng)用面臨著很大的挑戰(zhàn)。因此，為了推廣無線多媒體組播應(yīng)用，我們必須采取有效的措施來對(duì)抗無線信道的信道衰落、路徑損耗等因素對(duì)傳輸信號(hào)的影響?？傊?，我們要給用戶提供高可靠性、高滿意度的服務(wù)。近年來出現(xiàn)了一個(gè)新型的無線傳輸技術(shù)——協(xié)作通信，它是指在多用戶通信環(huán)境中，各臨近節(jié)點(diǎn)之間按照一定方式共享彼此的天線進(jìn)行協(xié)作發(fā)送，從而產(chǎn)生一種類似多天線發(fā)送的虛擬環(huán)境，獲得空間分集增益，提高系統(tǒng)的傳輸性能的通信方式。作為一種新型的無線傳輸技術(shù)，協(xié)作通信技術(shù)融合了分集技術(shù)和中繼傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在不增加天線數(shù)量的基礎(chǔ)上，可在傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中獲得多天線與多跳傳輸?shù)男阅茉鲆妫蟠筇嵘讼到y(tǒng)性能。其具體特點(diǎn)如下(1)擴(kuò)大覆蓋范圍。通過協(xié)作節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作傳輸，使得單個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行О霃酱蟠笤黾印?2)消除傳輸盲點(diǎn)。通過多個(gè)節(jié)點(diǎn)間協(xié)作傳輸，使得處于通信盲點(diǎn)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間形成視距傳輸，改善通信鏈路質(zhì)量。(3)提高系統(tǒng)性能。利用協(xié)作通信的傳輸方式，通過合并接收或空時(shí)聯(lián)合發(fā)射，可以獲得復(fù)用增益或者分集增益。將無線組播技術(shù)和協(xié)作通信技術(shù)結(jié)合在一起的協(xié)作式無線組播技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)定如下在一個(gè)多徑傳輸環(huán)境中(如一個(gè)蜂窩小區(qū))，一個(gè)發(fā)送端(如基站)給一組接收端(如蜂窩小區(qū)內(nèi)的一組用戶設(shè)備)發(fā)送數(shù)據(jù)，這一過程可以分成兩個(gè)階段
和Stage_2階段。在Mage_l階段，發(fā)送源端向一組由組播用戶組成的接收端發(fā)送數(shù)據(jù)，由于發(fā)送端與接收端之間無線信道的隨機(jī)衰落特性導(dǎo)致部分接收端用戶無法成功接收數(shù)據(jù)。 這種情況下，在Mage_2階段那些成功接收到數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)用戶將作為中繼節(jié)點(diǎn)給無法成功接收數(shù)據(jù)的用戶組轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。圖2是協(xié)作式無線組播通信的工作場(chǎng)景協(xié)作式無線組播技術(shù)以其優(yōu)異的特點(diǎn)引起了人們的關(guān)注。在無線資源管理、鏈路自適應(yīng)等方面人們對(duì)其進(jìn)行了研究，其中在速率自適應(yīng)方面有了一些研究成果。為了最優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量、時(shí)延等性能參數(shù)，通常利用物理層(PHY)和媒體介入控制層 (MAC)協(xié)同工作以達(dá)到速率自適應(yīng)、優(yōu)化系統(tǒng)性能的效果。有些研究人員提出了一種速率自適應(yīng)的方法，假設(shè)在單小區(qū)雙跳(Two-Hop)協(xié)作式無線組播環(huán)境中有(M-I)個(gè)UE，eNode B準(zhǔn)備向這(M-I)個(gè)UE組播一組數(shù)據(jù)。其工作過程如下在第一階段(Stage_l階段)eNodeB以數(shù)據(jù)傳輸速率向(M-1)個(gè)UE發(fā)送數(shù)據(jù)，第一階段結(jié)束時(shí)(M-I)個(gè)UE中有N個(gè)成功接收到來自eNode B的數(shù)據(jù)，則在第二階段 (Stage_2階段)以一定的策略從N個(gè)成功接收到數(shù)據(jù)的UE中為(M_N_1)個(gè)未成功接收數(shù)據(jù)的UE選擇相應(yīng)合適的中繼節(jié)點(diǎn)(RN)，這些中繼節(jié)點(diǎn)(RN)在第二階段為(M-N-I)個(gè)UE轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)物理層(PHY)的調(diào)制模式采用η階正交幅度調(diào)制(QAM)，其中η是預(yù)先設(shè)定的一組數(shù)，因此可以將物理層(PHY)能夠支持的數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)為艮(？ = 0，"^PjtlC R1 <… < Rp), UE及eNode B相互間能夠以數(shù)據(jù)速率Rtl來傳輸基本控制信息。UE及eNode B通過互相接收對(duì)方的基本控制信息從而對(duì)信道狀態(tài)信息(CSI)進(jìn)行估計(jì)，這樣在UE和eNode B 的MAC層就可以產(chǎn)生一組對(duì)應(yīng)著數(shù)據(jù)傳輸速率的信息矩陣。對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)傳輸速率&的矩陣{Ap} υ = aPjiJ,假定= 0。當(dāng)、⑴=1時(shí)，表示第i個(gè)UE和第j個(gè)UE之間可以以數(shù)據(jù)傳輸速率艮進(jìn)行通信，反之當(dāng) ⑴=0時(shí)則無法在滿足一定誤比特率的情況下以數(shù)據(jù)傳輸速率艮進(jìn)行通信。當(dāng)然，矩陣Atl中除了對(duì)角線元素為0外其他元素都為1。同時(shí)設(shè)定 UE間以能夠達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行通信。因此對(duì)于(M-N-I)個(gè)UE(第一階段未成功接收到數(shù)據(jù)的UE)中的任一 UE d有Nsd個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)可供選擇
權(quán)利要求
1.確定自適應(yīng)協(xié)作無線組播通信數(shù)據(jù)傳輸速率上限的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)對(duì)于小區(qū)內(nèi)基站eNB、M個(gè)組播用戶UE、N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)RN，檢測(cè)eNB與UE之間發(fā)送信息時(shí)的信道容量ISD,i、RN與UE之間發(fā)送信息時(shí)的信道容量Imi ；2)比較信道容量Isim和信道容量Ieim的大小，將M個(gè)UE分為兩組， 當(dāng)ISDa彡I·，為Gl組用戶，當(dāng)‘“〈Ι·，為G2組用戶，獲取eNB與UE之間信道的自適應(yīng)門限閾值A(chǔ)DTR1，ADTRl — min (ISD1 ？ ISD2， · ，ISDm，Isri，ISR2， · ，Isen)，Usdi，Isd2，…，IsdJ為G1組用戶與eNB之間的香農(nóng)信道容量，{ISE1, Ise2,…，IsenI為N 個(gè)RN與eNB之間的香農(nóng)信道容量；3)獲取RN與UE之間的自適應(yīng)門限閾值A(chǔ)DTR2，ADTR2 =min(Ilj2,…，1,,2，...，In,2)，其中(11>2，…，1,,2，…，In,2)為 & 組的 η 個(gè)香農(nóng)信道容量；4)eNB向小區(qū)內(nèi)的M個(gè)UE和N個(gè)RN以組播的方式發(fā)送一組多媒體數(shù)據(jù)，且eNB的發(fā)送數(shù)據(jù)速率為隊(duì)=ADTRl ；5)若( 組用戶中有Cf組用戶UE未成功接收到eNB發(fā)送的多媒體數(shù)據(jù)時(shí)，則N個(gè)RN以速率 & = ADTR2*Cf 組的用戶轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，Cf = (UijU2, -..,UJjUu e CfjCr e G2, υ ^ η ；6)根據(jù)所述R1和&，確定自適應(yīng)協(xié)作無線組播通信的等效數(shù)據(jù)傳輸速率Rad，Rad=1/K1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定自適應(yīng)協(xié)作無線組播通信數(shù)據(jù)傳輸速率上限的方法，其特征在于，所述小區(qū)內(nèi)M個(gè)UE均勻分布在半徑為R的小區(qū)內(nèi)，所述小區(qū)內(nèi)N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)RN， 均勻分布在半徑為隊(duì)的小區(qū)內(nèi)，且0 <隊(duì)< R，所述RN之間距離相等。
全文摘要
本發(fā)明涉及確定自適應(yīng)協(xié)作無線組播通信數(shù)據(jù)傳輸速率上限的方法，該方法如下1)檢測(cè)eNB與UE之間發(fā)送信息時(shí)的信道容量ISD，1、RN與UE之間發(fā)送信息時(shí)的信道容量IRD，1；2)獲取eNB與UE之間信道的自適應(yīng)門限閾值A(chǔ)DTR1；3)獲取RN與UE之間的自適應(yīng)門限閾值A(chǔ)DTR2；4)eNB向小區(qū)內(nèi)的M個(gè)UE和N個(gè)RN以組播的方式發(fā)送一組多媒體數(shù)據(jù)；5)若G2組用戶中有Cf組用戶UE未成功接收到eNB發(fā)送的多媒體數(shù)據(jù)時(shí)，則N個(gè)RN以速率R2為Cf組的用戶轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；6)確定自適應(yīng)協(xié)作無線組播通信的等效數(shù)據(jù)傳輸速率。本發(fā)明顯示了現(xiàn)有協(xié)作式無線組播傳輸系統(tǒng)的速率自適應(yīng)方法與系統(tǒng)能夠取得的數(shù)據(jù)傳輸速率上限之間的差距，為整個(gè)系統(tǒng)的速率自適應(yīng)提供進(jìn)一步發(fā)展的方向。
文檔編號(hào)H04W4/06GK102547594SQ20121000558
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者夏開旭, 王海波 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)