一种针对高速移动场景下时变信道的SRS周期配置方法与流程

一种针对高速移动场景下时变信道的srs周期配置方法
技术领域
1.本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种针对高速移动场景下时变信道srs周期的配置方法及节点设备。


背景技术：

2.随着移动通信的发展和互联网时代的到来，移动宽带技术能够满足用户随时随地接入互联网的需求。互联网应用的层出不穷在极大满足人们的日常生活需要的同时，也带来了爆炸式增长的数据量。这对移动通信技术的发展提出了更高的qos要求。mimo(multiple input multiple output)是一种通过增加多根发送天线和接收天线，可以在不增加频谱资源以及天线发射功率的情况下，极大的提升系统容量的技术，进一步可通过权值设计进行干扰管理。
3.蜂窝网络中mimo技术的一项重要扩展称作多小区mimo，也就是协同多点传输(coordinated multiple point transmission)技术，通过减小小区间干扰(inter
‑
cell interference)提高网络吞吐率和覆盖性能的关键方法，主要针对的是在小区边缘地区分布用户，改善了这些用户由于受到邻近小区干扰和由频率重复使用带来的联合信道干扰(co
‑
channel interference)而造成的数据速率下降等问题。3gpp规定下，下行链路中的协同多点传输技术可以分成两类，联合传输技术(joint transmission)和协作波束赋形技术(coordinated scheduling/beamforming)。第一类技术的结构是用户数据与信道状态信息均在传输点之间共享。尽管这种技术的增益极大，它对回程链路带宽和等待时间的要求都相当高。因此产业界一般选择的还是对回程链路要求较低和复杂度相对较低的第二类技术——协同波束赋形技术。协作波束赋形技术中，用户数据仅来自单个传输点，与此同时信道状态信息在多传输点之间共享。
4.现有通信系统，用户设备通过周期性发送srs信号来测量上行信道的信道质量等参数，基站对其发送的srs信号进行测量，并利用测量到的信道状态信息进行权值设计。srs周期内，信道具有时变性，尤其是在高速移动场景下。随着srs周期加长，测量得到信道状态信息与实际信道状态信息相关性变小，需要进行与实时信道状态信息较为匹配的权值设计，实现干扰消除，使得用户累计干扰减小，进一步依据容量性能进行srs周期配置，使得在整个srs周期中容量损失较小。


技术实现要素：

5.本发明提供一种针对高速移动场景下时变信道的srs周期配置方法，可应用于节点设备，为系统内进行基于时变信道建模的权值设计，并给出最优srs周期配置，使得在整个srs周期中容量损失较小。
6.本发明提供以下技术方案，包括：
7.一种针对高速移动场景下时变信道的srs周期配置方法，包括
8.获取终端发送srs信号后基站测量得到的瞬时信道信息以及终端的移动速率，构
建srs周期内部信道状态信息模型；基于上述模型，引入一种波束赋形算法设计方法，得到在瞬时信道信息获取后一段时间内的发送权值设计以及容量性能；根据容量性能随时间的变化情况，确定最优srs周期，将系统内的终端统一配置；终端根据确定的srs周期进行srs传输。
9.实施中，终端接入基站后以系统内基站当前srs周期配置发送srs信号。
10.实施中，所述srs周期内部信道状态信息模型包括：
[0011][0012]
其中，h
k
是基站接收到终端srs信号测量得到的瞬时信道状态信息，α
k
是以获取到的终端移动速率v
k
为参数的时域自相关系数，ζ(t)为该终端统计信道模型。
[0013]
实施中，所述该终端统计信道模型的构建方法包括：
[0014]
通过终端传输srs信号多次测量基站与该终端之间瞬时信道，获取该信道空间特征参数，建立该信道统计信道模型。
[0015]
实施中，srs周期内以所述波束赋形算法设计为发送预编码对终端进行信号传输，每个srs周期的初始时刻对该周期内的发送预编码进行更新。
[0016]
实施中，获取srs信号传输后一定时间内的系统容量集合，确定容量损失高于预设值的时刻为最优srs周期配置。
[0017]
实施中，获取srs周期时刻的系统容量，若该容量低于预设值，则重新获取终端移动速率，更新srs周期。
[0018]
一种基于时变信道建模的配置srs周期的节点设备，包括：
[0019]
获取模块，获取终端发送srs信号后基站测量得到的瞬时信道信息以及终端的移动速率；
[0020]
处理模块，构建srs周期内部信道状态信息模型，引入波束赋形算法设计，计算基站侧发送权值，得到实时容量；
[0021]
srs周期配置模块，根据容量变化配置系统内用户srs周期。
[0022]
有益效果
[0023]
在本发明提供的上述技术方案中，建立信道模型是为了引入用户移动带来的信道时变性，从而能够利用该时变性进行实时权值设计，并由于容量随时间的变化趋势给出srs周期最优配置，本配置方法是建立在利用权值设计得到最优系统性能的基础上，期望在整个srs周期内部获得较小的容量损失。
附图说明
[0024]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0025]
图1是本发明的用户移动带来的信道时间相关性示意图；
[0026]
图2是本发明的方法实施流程图；
[0027]
图3是应用本发明所述方法后系统容量性能指标随时间变化关系图；
[0028]
图4是本发明中配置srs周期节点设备结构图；
具体实施方式
[0029]
发明人在发明过程中注意到：系统可由多基站协作为用户服务，如图1所示，也可由单基站为用户服务，本发明不对应用场景进行限制，本发明所提出的srs周期配置方法对不同场景具有普适性。
[0030]
如图1所示，用户发送srs信号后会继续移动，用户与基站间信道具有时变性，即基站向用户发送信号时信道与基站根据srs信号测量得到信道之间具有时变性。为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及附图进行详细描述。
[0031]
如图2所示，本发明实施例提供的srs周期配置方法的流程示意图，该方法应用于节点设备。
[0032]
步骤200：获取终端发送srs信号后基站测量得到的瞬时信道信息以及终端的移动速率，构建srs周期内部信道状态信息模型。
[0033]
需要说明的是，终端发送srs信号后基站测量得到的瞬时信道信息将作为马尔可夫转移链的初始状态，终端移动速率会作为时变参数，建立如下srs周期内部信道状态信息模型，
[0034][0035]
其中，h
k
是基站接收到终端srs信号测量得到的瞬时信道状态信息，α
k
是以获取到的终端移动速率v
k
为参数的时域自相关系数，通过jakes信道模型建模，即α
k
＝j0(2πf
c
)，j0为零阶贝塞尔函数，f
c
为多普勒频移，即其中v是用户速率，f
d
为载频，c为光速。ζ(t)表示平稳的随机过程，可通过统计信道空间特征建模，为该终端统计信道模型。
[0036]
步骤201：基于上述srs周期内部信道状态信息时变模型，引入一种波束赋形算法设计方法，得到在瞬时信道信息获取后一段时间内的发送权值设计以及容量性能。
[0037]
需要说明的是，引入上述srs周期内部信道状态信息时变模型，即在信道模型中引入随机矩阵，这将给权值设计带来难度，当本发明实施例以系统容量性能为目标函数，通过权值设计进行优化，即需要通过统计平均消除目标函数随机性，由于非通用方法的局限性，本发明将视线投放在目标函数本身，通过对目标函数进行深入分析，引入消除其随机性的新思路，期望求得目标函数的紧密上界。
[0038]
以网络吞吐量为目标函数，形式为：
[0039][0040]
其中第一项对所有用户是相同的，第二项表征与特定用户相关的干扰。
[0041]
需要说明的是，本发明实施例应用基于算子值自由概率的确定性等同方法，首先建立信道矩阵的自由确定性等同，利用自由概率理论的概念推导柯西变换的自由确定性等同，经过一系列的公式变换，推导出香农变换的自由确定性等同，最终推导出目标函数的解析形式。求解得到目标函数的解析式后可进一步进行优化算法设计。本发明实施例中引入一求解局部最优点的方法，它可以将复杂的优化问题求解转化为迭代求解一个简化问题，
利用所述确定性等同方法获得所需随机矩阵期望的渐近等价形式，然后根据确定性等同形式，推导出基于确定性等同的鲁棒线性预编码设计算法。
[0042]
需要说明的是，根据所述基于确定性等同的鲁棒线性预编码设计方法，基站发送权值设计迭代算法如下：
[0043]
步骤一：令d＝0，随机生成一组v
jt
，t＝1,2,
…
,k，j＝1,2,
…
,i
t
，使得
[0044]
步骤二：计算
[0045]
步骤三：计算
[0046][0047][0048]
步骤四：计算
[0049][0050][0051][0052]
步骤五：更新
[0053][0054]
其中，(表示用户i
k
的速率占全网吞吐量的权值)
[0055]
重复步骤二到步骤四，直到网络吞吐量收敛。
[0056]
符号注解：
[0057][0058][0059][0060]
[0061][0062][0063]
以上两式的计算步骤为，首先初始化与为单位矩阵，接下来根据以上两式进行迭代计算直到达到所需精度。
[0064]
步骤202：根据容量性能随时间的变化情况，确定最优srs周期，将系统内的终端统一配置，终端根据确定的srs周期进行srs传输。
[0065]
如图3所示，在不同的用户移动速率的配置下利用上述波束赋形设计方案得到了系统容量随时间变化的性能图，在图中可以看到一定时间后，容量将大幅度下降，这是由于此时信道与原终端发送srs信号后基站测量得到的信道状态信息时间相关性大大减小，基于时变信道建模的发送权值设计将不能与实时信道匹配，用户累计干扰加剧，波束赋形增益降低。而在容量大幅下降之间，系统容量处在较为稳定的状态，虽然随着时间相关性的降低，性能也有下降，但下降幅度较为平缓，因此我们可以设置在平缓下降与大幅下降之间的中间值为srs周期，获取一个较优的系统性能。
[0066]
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种节点设备和计算机可读存储介质，由于这些设备解决问题的原理与校准序列发送方法相似，因此这些设备的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
[0067]
图4为本发明实施例中配置srs周期节点设备结构图，如图所示，可以包括：
[0068]
获取模块401，获取终端发送srs信号后基站测量得到的瞬时信道信息以及终端的移动速率；
[0069]
处理模块402，构建srs周期内部信道状态信息模型，引入波束赋形算法设计，计算基站侧发送权值，得到实时容量；
[0070]
srs周期配置模块403，根据容量变化配置系统内用户srs周期。
[0071]
需要说明的是，本发明实施例的节点设备能实现上述应用于节点设备的方法实施例中的各步骤，并能达到同样的技术效果。
[0072]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述服务簇选择方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(read
‑
only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、磁碟或者光盘等。
[0073]
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
[0074]
在本发明的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0075]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0076]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0077]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0078]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0079]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。