系统仿真参数 | 带你读《5G非正交多址技术》之六-阿里云开发者社区

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系统仿真参数 | 带你读《5G非正交多址技术》之六

简介: 系统仿真参数设置包含三大块,第一块是仿真的场景及小区的拓扑结构; 第二块是业务模型;第三块是具体参数的配置。

第 2 章 下行非正交传输技术

| 2.2 仿真评估方法 |

2.2.2 链路到系统的映射方法

2.2.3 系统仿真参数

系统仿真参数设置包含三大块,第一块是仿真的场景及小区的拓扑结构; 第二块是业务模型;第三块是具体参数的配置。
1.仿真的场景及小区的拓扑结构
在第三代无线通信和第四代无线通信的前期,系统仿真的小区拓扑一般都 是同构网络,以宏基站为主,也就是基站间距恒定,发射功率一致,天线朝向 统一(一个站址包含 3 个 120°的扇区)。宏站间距通常在 500~1730 m,目的 是广域覆盖,如图 2-5 所示。
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到了第四代无线通信的后期,以及第五代无线通信,在同构网上又引入低 功率节点,其发射功率、天线功率和增益都远比宏站的要低许多,覆盖范围也 只有几十米。一个宏扇区中通常会部署多个低功率节点,它们的位置比较随机, 成簇或者均匀散布,与宏站组成异构网。低功率节点可以在与宏站相同或者不 同的载频上发送数据,如图 2-6 所示,异构网分为同频异构网和异频异构网两 种类型。
对于下行非正交传输,普遍的看法是对同构网广域覆盖的场景更加有效。 原因如下。
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• 相比正交传输,非正交传输的容量增益主要体现在当远端用户和近端用 户复用物理资源时。远近效应越明显,非正交传输的必要性也越大。这在前面 也分析过。而远近效应比较容易出现在广域覆盖场景。否则在异构网中,小区 边缘的概念被淡化,远近差别不明显,采用非正交传输的意义不大。
• 广域覆盖下的一个宏扇区中的用户数通常比异构网下的无论是宏小区还 是低功率节点覆盖区域的用户数要多。较多的用户数有利于调度器对远端用户 和近端用户进行配对,可以降低这个配对过程对其他增加容量的算法的负面影 响,如比例公平。毕竟这些调度算法本质上都是共用有限的用户池子,池子太 小则加剧调度器的各种优化算法之间的矛盾。因此广域覆盖下的非正交更有望 提高系统的吞吐。
2.业务模型和评定指标
对于数据类业务的模型,简单的是满缓冲区(Full Buffer)模型,即用 户永远有数据要接收或者发送,而且其能传输的速率永远低于数据的到达速度, 因此发送的缓冲区永远是满的,反映的是系统满载下的情形。实际系统很少工 作在满负荷情形,比较贴近现实的业务模型是 FTP。根据数据分组的平均到达间 隔和包的大小,可以调整系统的负荷水平。而负荷水平又可以反映在物理资源 的利用率上。通常条件下,资源利用率越高,表明系统负载越高,也意味着一 个扇区的等效的用户数越多。因此,非正交在系统接近高负载时的增益更显著。
关于系统仿真的评定指标,Full Buffer 业务模型时,评定指标包括平均用 户吞吐量、5%边缘用户吞吐量和吞吐量的 CDF 曲线;FTP 业务模型时,评定 指标包括平均用户吞吐量、5%用户吞吐量、50%用户吞吐量、95%用户吞吐量、 资源利用率(RU)。
表 2-3 是非正交下行传输的系统仿真参数表。
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2.2.4 调度算法

基站侧的调度器算法一般属于系统实现问题,不进行标准化。但是对于非 正交传输,调度算法较正交系统要复杂许多,而且对系统性能的影响很大,所 以在标准研究当中还是鼓励各家公司能尽量详细地披露,以便相互验证。相比 正交传输,非正交传输的调度算法更加复杂,尤其是有多天线预编码的时候。
1.配对准则
非正交传输是将满足一定条件的多个用户复用在相同的时频资源上进行 传输。为了降低调度的复杂度,对于一些不满足配对条件的用户进行甄别,例 如当两个用户的预编码矩阵的欧式距离过小,或者用户的距离太近,也就是当 用户间不存在明显的远近效应,那么这些用户不能配对进行非正交传输。为了 更清晰地描述配对用户的预编码矩阵之间的关系,下面举例进行说明。
假设 UE1 的预编码矩阵为 W1,秩为 1 r ,UE2 的预编码矩阵为 W2,秩为 2 r , 表示如下。
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2.功率选择
当候选配对用户满足配对准则时,基站侧需要为该候选配对用户分配传输 功率,以便配对用户总吞吐量大。假设 UE1 为近端用户,分配的功率为 1 p , UE2 为远端用户,分配的功率为 2 p ,这里的 1 p 和 2 p 为归一化的值,满足下面 的限制条件
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3.非正交传输 SINR 计算
当基站侧为配对用户分配了传输功率,需要计算配对后的各自的 SINR 值, 配对后得到的 SINR 可用于计算容量和比例公平的 metric,以及重新选择 MCS。
假设配对用户 UE1 和 UE2,UE1 上报的 SINR 为 1 s ,分配的功率为 1 p ,用 户 UE2 上报的 SINR 为 2 s ,分配的功率为 2 p ,配对后的 SINR 计算分别表示为
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4.PF metric 计算
基站侧进行资源分配时往往会加一定的度量来判断,该度量不仅考虑了性能增益,还考虑了用户历史调度情况,以尽可能保证各用户调度的公平性,该 度量称为 PF metric,表示如下。
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5.调度流程
基于上面的配对准则、功率选择、SINR 计算,以及比例公平因子的计算, 进行资源调度,这里以子带(Sub-Band)级别的比例公平调度,调度流程如下。
步骤 1:对某一个子带,计算用户进行正交传输(SU-MIMO)传输时的 PF metric 值,选择 PF metric 值大的用户作为正交传输的候选用户。
步骤 2:遍历当前扇区内所有的用户组合及功率分配,计算其组合的 PF metric 值,选择 PF metric 之和大值对应的用户组合作为下行非正交传输的候 选用户,记录其相关信息。
步骤 3:对比当前扇区候选的正交传输用户与下行非正交传输用户组合的 PF metric 值大小,如果下行非正交用户组合的 PF metric 值大,那么当前子带 进行下行非正交传输;如果正交传输的 PF metric 值大,那么当前扇区进行正交 传输。如果用户当前子带以近用户身份进行调度,那么该用户在其他子带上将 不能以远用户身份进行调度。允许同一用户在不同的子带上以不同的传输方式 进行传输。
对所有的子带,重复上面步骤 1 至步骤 3。

| 2.3 直接符号叠加 |

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