基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法
【專利摘要】本發明一種基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，屬于異構無線網絡中干擾協調【技術領域】，本發明全面考慮了用戶基站的選擇，資源分配過程中存在的干擾以及網絡吞吐量性能，對于影響網絡吞吐量性能的因素考慮的更為全面，更加符合異構網絡應用的實際情況，能進一步推動異構網絡的實用化；區域擴展的實時性更強，網絡更加穩定，服務用戶數增多的同時用戶的服務質量也得到較大提高。
【專利說明】基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于異構無線網絡中干擾協調【技術領域】，具體涉及一種基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法。
【背景技術】
[0002]LTE-Advanced (LTE-A)系統，被國際電信聯盟(InternationalTelecommunication Union, ITU)認定為 4G(4Generation)技術的主要備選方案。在LTE-A系統設計中，在現有的宏蜂窩網絡中部署包括微微蜂窩(Picocell)，家庭基站(Femtocell)，中繼節點等來共同組成下一代多層網絡，即異構網絡模型。異構網絡通過增加的微微蜂窩等小型基站可以服務于離微微蜂窩比較近的用戶，分擔服務于宏蜂窩基站的用戶，有效減輕宏蜂窩基站的負載，提高用戶信號接收質量和小區邊緣用戶的性能，并通過頻率的空間復用來提高單位區域內的頻譜效率。異構網絡的概念一經提出便引起了國際學術界的廣泛關注，其理論和應用已成為通信領域研究的新熱點。異構網絡在提高網絡吞吐量、改善負載均衡、信息快速可靠的交換與傳輸、增強網絡穩定性等方面均顯示出其優越性。但是，對于蜂窩基站覆蓋小區的邊緣地帶，由于距離各自基站的位置較遠，用戶接收到的本小區的信號較小，同時收到來自相鄰小區的信號的干擾，因此邊緣用戶的信干噪比(Signal to Interference plus Noise power Ratio, SINR)比小區中心用戶要弱的多。小區間干擾對小區邊緣用戶的影響最大，邊緣用戶由于受到較大的干擾功率，會影響其上行鏈路或者下行鏈路接收信號的質量。在宏蜂窩基站和微微蜂窩基站組成的異構網絡中，力口入了很多微微蜂窩基站，相當于增加了很多的小區邊緣，最終會導致雖然整個小區的吞吐量較高，但是小區邊緣用戶的服務反而較差，出現吞吐量較低的情況。這種跨層干擾問題將是異構網絡中的主要技術挑戰。因此，如何有效地協調用戶之間的干擾問題，對于保障網絡穩定、提聞網絡性能具有重要的意義。
[0003]目前提出的低功率節點覆蓋增強技術(RangeExpansion, RE)可以緩解微微基站的上行干擾問題，通過在小區選擇參數中增加區域擴展偏置值(Range ExpansionBias，REB)，使得用戶可以在微微基站的下行參考信號強度小于宏基站的下行參考信號強度時接入Picocell，緩解Picocell的上行干擾問題，同時增強了 Picocell轉移宏蜂窩基站負載的能力，但是REB的選取對于用戶的上下行通信影響很大。REB設置的越大，微微基站的覆蓋范圍就越廣，如果REB過大，位于擴大區域中的微微基站用戶(Picocell UserEquipment PUE)的下行接收功率較低，其下行信干噪比將嚴重下降。反之，如果REB較小，那么產生上行干擾的那些宏基站用戶(Macrocell UE，MUE)不能完全接入微微小區，則仍可能存在較強的上行干擾。
[0004]當前，已經有一些關于異構網絡區域擴展和干擾協調技術方面的研究成果。例如用戶接收到來自微微蜂窩基站的信號質量值后加上一個固定的偏置，更改用戶選擇服務基站的接入判決條件等等。但這些方案一部分是以區域擴展為主，沒有考慮干擾協調技術的基礎上實現的，還有一部分以干擾協調為主，沒有進行合適的區域擴展。目前很少有將區域擴展，基站之間干擾和網絡吞吐量性能這三個問題整體結合考慮，都只是部分考慮。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的不足，本發明提出一種基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，以達到在區域擴展的情況下通過功率控制技術降低基站之間的干擾、增強網絡的吞吐量性能的目的。
[0006]一種基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1、在傳統宏蜂窩基站覆蓋范圍內，根據需求部署若干個微微蜂窩基站；
[0008]步驟2、分別計算宏蜂窩基站覆蓋范圍內用戶和微微蜂窩基站覆蓋范圍內用戶在子載波上的信干噪比值，并根據計算獲得的信干噪比值確定上述兩類基站下每個用戶的吞吐量；
[0009]步驟3、設置一段時間作為計算周期，并根據獲得的每個用戶的吞吐量，求出本周期單位時間內，宏蜂窩基站下單個子載波上所有用戶的平均吞吐量和微微蜂窩基站下單個子載波上所有用戶的平均吞吐量；
[0010]步驟4、比較計算獲得的宏蜂窩基站用戶的平均吞吐量和微微蜂窩基站用戶的平均吞吐量，并根據判斷結果，調整微微蜂窩基站覆蓋區域和計算用戶平均吞吐量的計算周期，具體如下:
[0011]步驟4-1、比較計算獲得的宏蜂窩基站用戶的平均吞吐量和微微蜂窩基站用戶的平均吞吐量，若宏蜂窩基站用戶的平均吞吐量大于微微蜂窩基站用戶的平均吞吐量，則改變用戶接入基站的判決條件，減小宏蜂窩基站覆蓋范圍下的微微蜂窩基站覆蓋區域；
[0012]所述的用戶接入基站的判決條件為:用戶接收來自宏蜂窩基站的信號強度值大于用戶接收來自微微蜂窩基站的信號強度值；
[0013]此時，改變用戶接入基站的判決條件方法為:在用戶接收來自微微蜂窩基站的信號強度值上減去一個設定的數值，形成新的用戶接入基站的判決條件；
[0014]步驟4-2、若宏蜂窩基站用戶的平均吞吐量小于微微蜂窩基站用戶的平均吞吐量，則改變用戶接入基站的判決條件，增大宏蜂窩基站覆蓋范圍下的微微蜂窩基站覆蓋區域；
[0015]此時，改變用戶接入基站的判決條件方法為:在用戶接收來自微微蜂窩基站的信號強度值上加上一個設定的數值，形成新的用戶接入基站的判決條件；
[0016]步驟4-3、若宏蜂窩基站用戶的平均吞吐量小于微微蜂窩基站用戶的平均吞吐量，則宏蜂窩基站覆蓋范圍下的微微蜂窩基站覆蓋區域不變，并對該現象出現次數進行計數，若計數值小于給定的閾值，則重新設置計算周期；若計數值大于給定的閾值，則將計算周期替換為設定的最大計算周期；
[0017]步驟附、在微微蜂窩基站發射功率和微微蜂窩基站下用戶發射功率固定不變的情況下，根據用戶設定的期望目標信干噪比、信道增益、干擾功率和噪聲功率，確定微微蜂窩基站下用戶所使用的資源塊上，宏蜂窩基站允許的最大發射功率和宏蜂窩基站下用戶允許的最大發射功率；
[0018]步驟附-1、根據微微蜂窩基站接收信號強度和用戶設定的期望目標信干噪比，確定用戶在當前子載波資源上所能承受的下行最大干擾；根據微微蜂窩基站下用戶接收信號強度和用戶設定的期望目標信干噪比，確定用戶在當前子載波資源上所能承受的上行最大干擾；
[0019]步驟附_2、根據獲得的用戶在當前子載波資源上所能承受的下行最大干擾和相鄰微微蜂窩基站對該用戶的下行干擾，確定宏蜂窩基站對微微蜂窩基站下的用戶允許產生的下行最大干擾；
[0020]步驟附_3、根據宏蜂窩基站與該用戶之間的信道增益和宏蜂窩基站對微微蜂窩基站下的用戶允許產生的下行最大干擾，確定宏蜂窩基站在當前資源塊上允許的最大發射功率；
[0021]步驟附_4、根據獲得的用戶在當前子載波資源上所能承受的上行最大干擾和在相鄰微微蜂窩基站下的用戶對該用戶產生的上行干擾，確定宏蜂窩基站下用戶對微微蜂窩基站下的用戶允許產生的上行最大干擾；
[0022]步驟附-附、根據微微蜂窩與宏蜂窩基站下的用戶之間的信道增益和宏蜂窩基站下用戶對微微蜂窩基站下的用戶允許產生的上行最大干擾，確定宏蜂窩基站下的用戶在此資源塊上允許的最大發射功率；
[0023]步驟際、根據設定的宏蜂窩基站用戶的最低信干噪比、宏蜂窩基站與宏蜂窩基站下的用戶之間的信道增益和宏蜂窩基站在當前子載波接收到的總干擾功率，確定宏蜂窩基站在子載波上發射的最小功率；并根據設定的宏蜂窩基站用戶的最低信干噪比、宏蜂窩基站與宏蜂窩基站下的用戶之間的信道增益和宏蜂窩基站下用戶在當前子載波接收到的總干擾功率，確定宏蜂窩基站下用戶在子載波上發射的最小功率；
[0024]步驟7、根據用戶設定的目標吞吐量、編碼效率、單個資源塊的吞吐量，確定用戶所需的最少資源塊數目；
[0025]步驟8、將獲得的宏蜂窩基站在當前資源塊上允許的最大發射功率、宏蜂窩基站下的用戶在此資源塊上允許的最大發射功率、宏蜂窩基站在子載波上發射的最小功率、宏蜂窩基站下用戶在子載波上發射的最小功率、用戶所需的最少資源塊數目和一個資源塊只能用一次作為約束條件，采用網絡單純形算法獲得宏蜂窩基站中分配的資源塊個數、宏蜂窩基站的最低發射功率和宏蜂窩基站下用戶的最低發射功率；
[0026]步驟么、根據獲得的資源塊個數，宏蜂窩基站將資源塊分配給宏蜂窩基站下的用戶；根據宏蜂窩基站的最低發射功率設置宏蜂窩基站；根據宏蜂窩基站下用戶的最低發射功率設置宏蜂窩基站下每個用戶。
[0027]步驟4-3所述的重新設置計算周期，公式如下:
[0028]
【權利要求】
1.一種基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、在傳統宏蜂窩基站覆蓋范圍內，根據需求部署若干個微微蜂窩基站； 步驟2、分別計算宏蜂窩基站覆蓋范圍內用戶和微微蜂窩基站覆蓋范圍內用戶在子載波上的信干噪比值，并根據計算獲得的信干噪比值確定上述兩類基站下每個用戶的吞吐量; 步驟3、設置一段時間作為計算周期，并根據獲得的每個用戶的吞吐量，求出本周期單位時間內，宏蜂窩基站下單個子載波上所有用戶的平均吞吐量和微微蜂窩基站下單個子載波上所有用戶的平均吞吐量； 步驟4、比較計算獲得的宏蜂窩基站用戶的平均吞吐量和微微蜂窩基站用戶的平均吞吐量，并根據判斷結果，調整微微蜂窩基站覆蓋區域和計算用戶平均吞吐量的計算周期，具體如下: 步驟4-1、比較計算獲得的宏蜂窩基站用戶的平均吞吐量和微微蜂窩基站用戶的平均吞吐量，若宏蜂窩基站用戶的平均吞吐量大于微微蜂窩基站用戶的平均吞吐量，則改變用戶接入基站的判決條件，減小宏蜂窩基站覆蓋范圍下的微微蜂窩基站覆蓋區域； 所述的用戶接入基站的判決條件為:用戶接收來自宏蜂窩基站的信號強度值大于用戶接收來自微微蜂窩基站的信號強度值； 此時，改變用戶接入基站的判決條件方法為:在用戶接收來自微微蜂窩基站的信號強度值上減去一個設定的數值，形成新的用戶接入基站的判決條件； 步驟4-2、若宏蜂窩基站用戶的平均吞吐量小于微微蜂窩基站用戶的平均吞吐量，則改變用戶接入基站的判決條件，增大宏蜂窩基站覆蓋范圍下的微微蜂窩基站覆蓋區域； 此時，改變用戶接入基站的判決條件方法為:在用戶接收來自微微蜂窩基站的信號強度值上加上一個設定的數值，形成新的用戶接入基站的判決條件； 步驟4-3、若宏蜂窩基站用戶的平均吞吐量小于微微蜂窩基站用戶的平均吞吐量，則宏蜂窩基站覆蓋范圍下的微微蜂窩基站覆蓋區域不變，并對該現象出現次數進行計數，若計數值小于給定的閾值，則重新設置計算周期；若計數值大于給定的閾值，則將計算周期替換為設定的最大計算周期； 步驟5、在微微蜂窩基站發射功率和微微蜂窩基站下用戶發射功率固定不變的情況下，根據用戶設定的期望目標信干噪比、信道增益、干擾功率和噪聲功率，確定微微蜂窩基站下用戶所使用的資源塊上，宏蜂窩基站允許的最大發射功率和宏蜂窩基站下用戶允許的最大發射功率； 步驟5-1、根據微微蜂窩基站接收信號強度和用戶設定的期望目標信干噪比，確定用戶在當前子載波資源上所能承受的下行最大干擾；根據微微蜂窩基站下用戶接收信號強度和用戶設定的期望目標信干噪比，確定用戶在當前子載波資源上所能承受的上行最大干擾；步驟5-2、根據獲得的用戶在當前子載波資源上所能承受的下行最大干擾和相鄰微微蜂窩基站對該用戶的下行干擾，確定宏蜂窩基站對微微蜂窩基站下的用戶允許產生的下行最大干擾； 步驟5-3、根據宏蜂窩基站與該用戶之間的信道增益和宏蜂窩基站對微微蜂窩基站下的用戶允許產生的下行最大干擾，確定宏蜂窩基站在當前資源塊上允許的最大發射功率；步驟5-4、根據獲得的用戶在當前子載波資源上所能承受的上行最大干擾和在相鄰微微蜂窩基站下的用戶對該用戶產生的上行干擾，確定宏蜂窩基站下用戶對微微蜂窩基站下的用戶允許產生的上行最大干擾； 步驟5-5、根據微微蜂窩與宏蜂窩基站下的用戶之間的信道增益和宏蜂窩基站下用戶對微微蜂窩基站下的用戶允許產生的上行最大干擾，確定宏蜂窩基站下的用戶在此資源塊上允許的最大發射功率； 步驟6、根據設定的宏蜂窩基站用戶的最低信干噪比、宏蜂窩基站與宏蜂窩基站下的用戶之間的信道增益和宏蜂窩基站在當前子載波接收到的總干擾功率，確定宏蜂窩基站在子載波上發射的最小功率；并根據設定的宏蜂窩基站用戶的最低信干噪比、宏蜂窩基站與宏蜂窩基站下的用戶之間的信道增益和宏蜂窩基站下用戶在當前子載波接收到的總干擾功率，確定宏蜂窩基站下用戶在子載波上發射的最小功率； 步驟7、根據用戶設定的目標吞吐量、編碼效率、單個資源塊的吞吐量，確定用戶所需的最少資源塊數目； 步驟8、將獲得的宏蜂窩基站在當前資源塊上允許的最大發射功率、宏蜂窩基站下的用戶在此資源塊上允許的最大發射功率、宏蜂窩基站在子載波上發射的最小功率、宏蜂窩基站下用戶在子載波上發射的最小功率、用戶所需的最少資源塊數目和一個資源塊只能用一次作為約束條件，采用網絡單純形算法獲得宏蜂窩基站中分配的資源塊個數、宏蜂窩基站的最低發射功率和宏蜂窩基站下用戶的最低發射功率； 步驟9、根據獲得的資 源塊個數，宏蜂窩基站將資源塊分配給宏蜂窩基站下的用戶；根據宏蜂窩基站的最低發射功率設置宏蜂窩基站；根據宏蜂窩基站下用戶的最低發射功率設置宏蜂窩基站下每個用戶。
2.根據權利要求1所述的基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，其特征在于，步驟4-3所述的重新設置計算周期，公式如下:
3.根據權利要求1所述的基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，其特征在于，步驟5-1所述的確定用戶在當前子載波資源上所能承受的最大干擾，其中，能承受的其他基站所帶來的最大干擾，公式如下:
4.根據權利要求1所述的基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，其特征在于，步驟5-2所述的確定宏蜂窩基站對微微蜂窩基站下的用戶允許產生的最大干擾，公式如下:
5.根據權利要求1所述的基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，其特征在于，步驟5-3所述的確定宏蜂窩基站在當前資源塊上允許的最大發射功率，公式如下:
6.根據權利要求1所述的基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，其特征在于，步驟5-4所述的確定宏蜂窩基站下用戶對微微蜂窩基站下的用戶允許產生的最大干擾，公式如下:
7.根據權利要求1所述的基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，其特征在于，步驟5-5所述的確定宏蜂窩基站下的用戶在此資源塊上允許的最大發射功率，公式如下:
8.根據權利要求1所述的基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，其特征在于，步驟6所述的確定宏蜂窩基站在子載波上發射的最小功率，公式如下:
9.根據權利要求1所述的基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，其特征在于，步驟7所述的確定用戶所需的最少資源塊數目，公式如下:
10.根據權利要求1所述的基于動態區域擴展和功率控制的異構網絡干擾協調方法，其特征在于，步驟8所述的獲得宏蜂窩基站中分配的資源塊個數、宏蜂窩基站的最低發射功率和宏蜂窩基站下用戶的最低發射功率，其中，確定宏蜂窩基站中分配給用戶的資源塊個數和宏蜂窩基站的最低發射功率公式如下:
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【文檔編號】H04W16/14GK103648102SQ201310689596
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】宋清洋, 岳明宏, 代夢凡, 吳晗 申請人:東北大學