專利名稱：確定自適應協作無線組播通信數據傳輸速率上限的方法
技術領域：
本發明設計確定自適應協作無線組播通信數據傳輸速率上限的方法。
背景技術：
隨著移動通信新技術的不斷涌現，移動通信網絡能給我們帶來更高的帶寬和更快的數據傳輸速率，然而在這一演進過程中網絡傳輸的本質仍然是為每一個用戶分配一個獨立信道進行數據傳輸。不管是在3G、B3G還是4G移動通信系統中，基站都要為其覆蓋區域內的用戶分配一個動態的、信息互不干涉的信道。當通信載波扇區內的用戶數不斷增長，有限的帶寬資源終將用盡，而且隨著多媒體大容量數據傳輸業務的不斷普及流行，資源緊張的狀況將更加明顯，甚至會嚴重影響普通的語音通信。組播技術是應對以上問題的一個有效手段。組播和廣播是指從一個數據源向多個目標傳送數據的方式。由于移動通信網絡中多媒體應用的不斷流行，無線組播技術逐漸得到人們的重視，并伴隨著移動通信網絡的更新換代不斷發展演進。在現有的無線網絡系統中有很多關于無線組播和廣播技術的成熟應用，例如 WiMax 中的 IPTV(Internet Protocol television)、3GPP 中的 MBMS (Multimedia Broadcast/Multicast Service)以及E-UTRA網絡系統支持的增強型多媒體廣播多播業務 (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標準，在終端耗電、存儲、多媒體處理、顯示等技術得到改善的同時， 僅僅是原有基帶處理功能的增強。因此，承載寬帶多媒體業務的MBMS終端與現有終端保持了很好的統一性。在帶寬方面，MBMS可以最大使用2561ApS的速率進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目的收看需求。在互動方面，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行業務訂閱、業務加入等業務控制流程，同時利用上行業務信道實現與下行廣播/ 組播配合的一些交互類業務的實現。在容量方面，MBMS提供點到多點傳送多媒體的發送機制，提供所謂“Send Once, Charge Many times”的業務模式，資源消耗與用戶數的增長無關，從而為節省3G網絡非常緊張的空口資源和Iub 口傳輸資源、規避移動網絡容量劣勢尋找到了根本解決途徑。用戶數越多，MBMS在容量和成本方面的優勢發揮就越明顯；在組播用戶數少或者沒有組播業務用戶的時候，網絡可以靈活地為用戶分配專用信道或者關閉組播業務信道，這些移動網絡特有的高效資源管理技術更讓MBMS技術在容量方面錦上添花。 如
圖1所示為MBMS支持的手機電視業務系統架構。然而，由于無線衰落信道的易錯性和動態變化性等原因導致無線多媒體組播應用面臨著很大的挑戰。因此，為了推廣無線多媒體組播應用，我們必須采取有效的措施來對抗無線信道的信道衰落、路徑損耗等因素對傳輸信號的影響。總之，我們要給用戶提供高可靠性、高滿意度的服務。近年來出現了一個新型的無線傳輸技術——協作通信，它是指在多用戶通信環境中，各臨近節點之間按照一定方式共享彼此的天線進行協作發送，從而產生一種類似多天線發送的虛擬環境，獲得空間分集增益，提高系統的傳輸性能的通信方式。作為一種新型的無線傳輸技術，協作通信技術融合了分集技術和中繼傳輸技術的優勢，在不增加天線數量的基礎上，可在傳統通信網絡中獲得多天線與多跳傳輸的性能增益，大大提升了系統性能。其具體特點如下(1)擴大覆蓋范圍。通過協作節點之間的協作傳輸，使得單個節點數據傳輸的有效半徑大大增加。(2)消除傳輸盲點。通過多個節點間協作傳輸，使得處于通信盲點的兩個節點之間形成視距傳輸，改善通信鏈路質量。(3)提高系統性能。利用協作通信的傳輸方式，通過合并接收或空時聯合發射，可以獲得復用增益或者分集增益。將無線組播技術和協作通信技術結合在一起的協作式無線組播技術的應用場景設定如下在一個多徑傳輸環境中(如一個蜂窩小區)，一個發送端(如基站)給一組接收端(如蜂窩小區內的一組用戶設備)發送數據，這一過程可以分成兩個階段
和Stage_2階段。在Mage_l階段，發送源端向一組由組播用戶組成的接收端發送數據，由于發送端與接收端之間無線信道的隨機衰落特性導致部分接收端用戶無法成功接收數據。 這種情況下，在Mage_2階段那些成功接收到數據的一個或多個用戶將作為中繼節點給無法成功接收數據的用戶組轉發數據。圖2是協作式無線組播通信的工作場景協作式無線組播技術以其優異的特點引起了人們的關注。在無線資源管理、鏈路自適應等方面人們對其進行了研究，其中在速率自適應方面有了一些研究成果。為了最優化網絡系統的數據吞吐量、時延等性能參數，通常利用物理層(PHY)和媒體介入控制層 (MAC)協同工作以達到速率自適應、優化系統性能的效果。有些研究人員提出了一種速率自適應的方法，假設在單小區雙跳(Two-Hop)協作式無線組播環境中有(M-I)個UE，eNode B準備向這(M-I)個UE組播一組數據。其工作過程如下在第一階段(Stage_l階段)eNodeB以數據傳輸速率向(M-1)個UE發送數據，第一階段結束時(M-I)個UE中有N個成功接收到來自eNode B的數據，則在第二階段 (Stage_2階段)以一定的策略從N個成功接收到數據的UE中為(M_N_1)個未成功接收數據的UE選擇相應合適的中繼節點(RN)，這些中繼節點(RN)在第二階段為(M-N-I)個UE轉發數據。系統物理層(PHY)的調制模式采用η階正交幅度調制(QAM)，其中η是預先設定的一組數，因此可以將物理層(PHY)能夠支持的數據傳輸速率設為艮(？ = 0，"^PjtlC R1 <… < Rp), UE及eNode B相互間能夠以數據速率Rtl來傳輸基本控制信息。UE及eNode B通過互相接收對方的基本控制信息從而對信道狀態信息(CSI)進行估計，這樣在UE和eNode B 的MAC層就可以產生一組對應著數據傳輸速率的信息矩陣。對應于數據傳輸速率&的矩陣{Ap} υ = aPjiJ,假定= 0。當、⑴=1時，表示第i個UE和第j個UE之間可以以數據傳輸速率艮進行通信，反之當 ⑴=0時則無法在滿足一定誤比特率的情況下以數據傳輸速率艮進行通信。當然，矩陣Atl中除了對角線元素為0外其他元素都為1。同時設定 UE間以能夠達到的最大數據傳輸速率進行通信。因此對于(M-N-I)個UE(第一階段未成功接收到數據的UE)中的任一 UE d有Nsd個中繼節點可供選擇
權利要求
1.確定自適應協作無線組播通信數據傳輸速率上限的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)對于小區內基站eNB、M個組播用戶UE、N個中繼節點RN，檢測eNB與UE之間發送信息時的信道容量ISD,i、RN與UE之間發送信息時的信道容量Imi ；2)比較信道容量Isim和信道容量Ieim的大小，將M個UE分為兩組， 當ISDa彡I·，為Gl組用戶，當‘“〈Ι·，為G2組用戶，獲取eNB與UE之間信道的自適應門限閾值ADTR1，ADTRl — min (ISD1 ？ ISD2， · ，ISDm，Isri，ISR2， · ，Isen)，Usdi，Isd2，…，IsdJ為G1組用戶與eNB之間的香農信道容量，{ISE1, Ise2,…，IsenI為N 個RN與eNB之間的香農信道容量；3)獲取RN與UE之間的自適應門限閾值ADTR2，ADTR2 =min(Ilj2,…，1,,2，...，In,2)，其中(11>2，…，1,,2，…，In,2)為 & 組的 η 個香農信道容量；4)eNB向小區內的M個UE和N個RN以組播的方式發送一組多媒體數據，且eNB的發送數據速率為隊=ADTRl ；5)若( 組用戶中有Cf組用戶UE未成功接收到eNB發送的多媒體數據時，則N個RN以速率 & = ADTR2*Cf 組的用戶轉發數據，Cf = (UijU2, -..,UJjUu e CfjCr e G2, υ ^ η ；6)根據所述R1和&，確定自適應協作無線組播通信的等效數據傳輸速率Rad，Rad=1/K1)。
2.根據權利要求1所述的確定自適應協作無線組播通信數據傳輸速率上限的方法，其特征在于，所述小區內M個UE均勻分布在半徑為R的小區內，所述小區內N個中繼節點RN， 均勻分布在半徑為隊的小區內，且0 <隊< R，所述RN之間距離相等。
全文摘要
本發明涉及確定自適應協作無線組播通信數據傳輸速率上限的方法，該方法如下1)檢測eNB與UE之間發送信息時的信道容量ISD，1、RN與UE之間發送信息時的信道容量IRD，1；2)獲取eNB與UE之間信道的自適應門限閾值ADTR1；3)獲取RN與UE之間的自適應門限閾值ADTR2；4)eNB向小區內的M個UE和N個RN以組播的方式發送一組多媒體數據；5)若G2組用戶中有Cf組用戶UE未成功接收到eNB發送的多媒體數據時，則N個RN以速率R2為Cf組的用戶轉發數據；6)確定自適應協作無線組播通信的等效數據傳輸速率。本發明顯示了現有協作式無線組播傳輸系統的速率自適應方法與系統能夠取得的數據傳輸速率上限之間的差距，為整個系統的速率自適應提供進一步發展的方向。
文檔編號H04W4/06GK102547594SQ20121000558
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者夏開旭, 王海波 申請人:北京交通大學