分布式基站架構的頻譜資源優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及移動通信網絡技術領域，特別涉及一種異構網絡中分布式基站架構的 頻譜資源優化方法。
【背景技術】
[0002] 目前，隨著移動互聯網的快速發展，數據業務流量迅速增長。據預測，在近10年內 增長將超過500倍，其中室內和熱點區域的業務量比重將達到70%。然而，傳統的宏基站部 署方式已無法滿足數據業務的增長需求，所以通過部署更多的小基站構建異構網絡逐漸成 為解決此問題的重要措施。
[0003] 小基站作為低功率的無線接入節點，以體積小、集成度高、適應性強等特點，受到 了各大廠商的廣泛關注。相比于宏基站數公里的覆蓋范圍，小基站只可以覆蓋數十米到數 百米的范圍，它主要應用于高數據吞吐量的場合和宏基站無法覆蓋的盲點。小基站可以適 用于室內和室外，運營商主要使用小基站來提升網絡容量和擴展覆蓋范圍。
[0004] 但是大量小基站的部署導致了網絡能耗的激增，且頻譜利用效率降低，網絡優化 配置時將面臨很大的干擾問題。現有的消除干擾的措施有很大的缺陷，例如，基站密集部署 策略和部分頻率復用方法都不適用于小基站，因為小基站的覆蓋范圍小，無法滿足兩個基 站中兩用戶使用相同頻率的距離要求，只能通過增加額外的頻譜來消除干擾。
[0005] 再者，業務負載的動態變化也給小基站的網絡配置增大了難度。這是因為小基站 常常部署在業務量較大的熱點區域，這些區域往往人口流動性較大，例如，有些體育館或者 商店，客戶主要集中在白天，到晚上時則很少，而一些餐館或者娛樂場所則恰恰相反。現有 的網絡架構都是根據各區域的業務峰值進行小基站的部署。當負載量不斷變化時，這樣固 定的部署形式必然會造成大量頻譜資源的浪費。Zhao Linjing和Ni Wei提出了運用圖論 的知識來分配子信道數目的算法，Ni Wei還提出了基于分布式基站的自適應系統架構，該 算法在避免干擾的同時，較好地提高了系統性能，但沒有充分利用相鄰小基站的帶寬分配 情況，算法有待優化。而且在異構網絡場景中，宏基站和小基站是聯合部署的，小基站內的 用戶也在宏基站的覆蓋范圍內，所以可以考慮將宏基站的剩余帶寬分配給小基站內的用戶 使用。而本發明能夠很好地解決上面的問題。
【發明內容】
[0006] 本發明目的在于提出一種異構網絡中基于分布式小基站的資源分配優化方法，該 方法可以根據業務分布情況動態分配資源，合理進行基帶處理單元和小基站節點之間的連 接，提高了每個小基站節點的用戶滿意度。本發明充分考慮了相鄰小基站的帶寬分配情況， 實現了各小基站的資源分配優化。本發明還將宏基站的部分帶寬分配給宏基站覆蓋范圍內 的用戶滿意度較差的小基站，以達到提高系統性能的作用。
[0007] 本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：本發明提出一種分布式基站架構的 頻譜資源優化方法，該方法應用于異構網絡中，可以根據業務分布情況動態分配資源，均衡 負載，該方法運用了圖論的知識，系統帶寬或者BBU數目的不足將會導致SCN的帶寬需求量 得不到滿足，分配的帶寬與需求帶寬量的比值（即：滿意度）下降，可以充分考慮相鄰小基 站的帶寬分配情況，尋求更多的可用帶寬來進行優化，提高了滿意度。
[0008] 方法流程：
[0009] 步驟1 :根據小基站的網絡拓撲，結合圖論的知識，將不相鄰的SCN頂點相連，構建 無向圖，羅列出所有的頂點集合，從中選擇基數最大的集合，優先對該集合內的SCN進行 子帶分配，分配的子帶大小為這個集合中SCN的帶寬需求量的最小值，將帶寬需求量得到 滿足的SCN頂點刪除，重復上述過程，直至所有SCN的帶寬需求量得到滿足，最后得到每個 SCN的帶寬分配向量和劃分的子帶向量。
[0010] 步驟2 :比較系統帶寬和劃分的子帶之和，系統帶寬不足時，不斷選擇最大的子帶 減去單倍的物理資源塊（即：PRB)帶寬大小，直至劃分的子帶之和不超過系統帶寬。
[0011] 步驟3 :根據每個SCN的帶寬分配情況，結合圖論的知識，將沒有重疊子帶的SCN 頂點相連，構建無向圖，羅列出所有的頂點集合，從中選擇基數最大的集合，將該集合內的 SCN連接至同一個BBU，將已連接的SCN頂點刪除，重復上述過程，直至所有的SCN都已與 BBU相連或者所有的BBU都已使用。
[0012] 步驟4 :針對BBU不夠但帶寬剩余的情形，將剩余帶寬通過步驟1分配給未連接的 SCN ;針對BBU不夠且無剩余帶寬的情形，統計每個BBU的子帶使用情況，即其連接的SCN的 子帶分配之和，取反得到尚未使用的子帶向量A。在尚未連接的SCN中選擇帶寬需求量較大 的優先進行匹配，統計與該SCN相鄰的SCN的子帶分配情況，取反得到該SCN可以使用的子 帶向量B，將向量B與每個BBU的向量A進行相與操作，得到向量C，即BBU可以提供且SCN 可以使用的子帶情形。下面分為兩種情形，包括：
[0013] 情形1:如果與每個BBU得到的向量C所包含的子帶之和都小于該SCN的帶寬需 求量，則選擇能提供子帶最多的BBU與之連接，并將這個BBU的向量C作為該SCN的帶寬分 配情況；
[0014] 情形2:如果有些BBU得到的向量C所包含的子帶之和大于該SCN的帶寬需求量， 則選擇其中兩者之差絕對值最小的BBU進行連接，并在此BBU的向量C中選擇能最佳覆蓋 該SCN的子帶組合作為帶寬分配情況，最佳覆蓋是指使SCN的用戶滿意度更接近于1，可以 通過迭代完成，已避免不必要的頻帶資源浪費。
[0015] 每連接完一個SCN，都要更新BBU的SCN連接情況和帶寬分配情況，重復上述步驟， 直至所有的SCN都與BBU相連。
[0016] 步驟5 :此步驟是對帶寬需求尚未滿足的SCN進一步的優化過程，但對于步驟4中 連接的SCN不作操作，所有SCN都與BBU連接之后，針對每一個BBU，再次統計其所有子帶 中尚未使用的子帶向量D。計算本BBU連接的每個SCN其可以使用但未分配給它的子帶向 量E，過程與步驟4中相同。從向量D中寬度最大的子帶開始，選擇其向量E中對應位也為 " 1"的SCN進行再分配，如果這樣的SCN不止一個，則分配給其中滿意度較差的SCN，如果這 些SCN帶寬需求都已得到滿足，則不再分配。每分配完一個子帶，都要更新SCN的帶寬分配 情況。每個BBU都進行類似的操作。
[0017] 本發明還提出了一種宏基站輔助方法，該方法使宏基站的部分帶寬用來輔助經 過小基站資源分配后用戶滿意度較差的小基站，以提高整體用戶體驗，該方法首先統計下 在宏基站覆蓋范圍內，但不在SCN覆蓋范圍內的用戶的總的業務需求量B1，如果系統帶寬 BmxS B i，則宏基站沒有剩余的帶寬可以分配給SCN內用戶。反之，計算可以分配給SCN內 用戶的帶寬B2= B M5i-B1。宏基站應優先考慮本覆蓋范圍內的非SCN用戶，在保證其滿意度 的基礎上，再來處理SCN內用戶的帶寬需求，所以在帶寬具體分配時，優先將分配SCN用戶 的帶寬B 2分配給小基站帶寬，之后再將預留帶寬B i根據B 2分配后的剩余子帶情況分配給 非SCN用戶使用，并且優先分配給滿意度較差的SCN，具體包括如下步驟：
[0018] 步驟1 :如果小基站的帶寬分配結束后，尚有SCN的滿意度不為1，計算宏基站的可 用輔助帶寬MacBand，大小為PRB帶寬的整數倍；宏基站覆蓋面積比較大，服務于許多零散 的用戶，而其頻帶資源與小基站相同，所以能輔助小基站內用戶的帶寬較少。
[0019] 步驟2 :如果輔助帶寬MacBand等于0,則沒有剩余帶寬可以輔助小基站，算法直接 結束，反之進行下一步。
[0020] 步驟3 :選擇滿意度最差的SCN進行優先分配，結合其相鄰SCN的子帶使用情況和 本身已分配的子帶，計算尚可使用的子帶情形（即：向量A)以及其帶寬總和Subl ;這里將 平均滿意度設為目標指標，所以還需計算該SCN達到平均滿意度所需要的帶寬大小Sub2。