基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法
【专利摘要】本发明一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，属于异构无线网络中干扰协调【技术领域】，本发明全面考虑了用户基站的选择，资源分配过程中存在的干扰以及网络吞吐量性能，对于影响网络吞吐量性能的因素考虑的更为全面，更加符合异构网络应用的实际情况，能进一步推动异构网络的实用化；区域扩展的实时性更强，网络更加稳定，服务用户数增多的同时用户的服务质量也得到较大提高。
【专利说明】基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法
【技术领域】
[0001]本发明属于异构无线网络中干扰协调【技术领域】，具体涉及一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法。
【背景技术】
[0002]LTE-Advanced (LTE-A)系统，被国际电信联盟(InternationalTelecommunication Union, ITU)认定为 4G(4Generation)技术的主要备选方案。在LTE-A系统设计中，在现有的宏蜂窝网络中部署包括微微蜂窝(Picocell)，家庭基站(Femtocell)，中继节点等来共同组成下一代多层网络，即异构网络模型。异构网络通过增加的微微蜂窝等小型基站可以服务于离微微蜂窝比较近的用户，分担服务于宏蜂窝基站的用户，有效减轻宏蜂窝基站的负载，提高用户信号接收质量和小区边缘用户的性能，并通过频率的空间复用来提高单位区域内的频谱效率。异构网络的概念一经提出便引起了国际学术界的广泛关注，其理论和应用已成为通信领域研究的新热点。异构网络在提高网络吞吐量、改善负载均衡、信息快速可靠的交换与传输、增强网络稳定性等方面均显示出其优越性。但是，对于蜂窝基站覆盖小区的边缘地带，由于距离各自基站的位置较远，用户接收到的本小区的信号较小，同时收到来自相邻小区的信号的干扰，因此边缘用户的信干噪比(Signal to Interference plus Noise power Ratio, SINR)比小区中心用户要弱的多。小区间干扰对小区边缘用户的影响最大，边缘用户由于受到较大的干扰功率，会影响其上行链路或者下行链路接收信号的质量。在宏蜂窝基站和微微蜂窝基站组成的异构网络中，力口入了很多微微蜂窝基站，相当于增加了很多的小区边缘，最终会导致虽然整个小区的吞吐量较高，但是小区边缘用户的服务反而较差，出现吞吐量较低的情况。这种跨层干扰问题将是异构网络中的主要技术挑战。因此，如何有效地协调用户之间的干扰问题，对于保障网络稳定、提闻网络性能具有重要的意义。
[0003]目前提出的低功率节点覆盖增强技术(RangeExpansion, RE)可以缓解微微基站的上行干扰问题，通过在小区选择参数中增加区域扩展偏置值(Range ExpansionBias，REB)，使得用户可以在微微基站的下行参考信号强度小于宏基站的下行参考信号强度时接入Picocell，缓解Picocell的上行干扰问题，同时增强了 Picocell转移宏蜂窝基站负载的能力，但是REB的选取对于用户的上下行通信影响很大。REB设置的越大，微微基站的覆盖范围就越广，如果REB过大，位于扩大区域中的微微基站用户(Picocell UserEquipment PUE)的下行接收功率较低，其下行信干噪比将严重下降。反之，如果REB较小，那么产生上行干扰的那些宏基站用户(Macrocell UE，MUE)不能完全接入微微小区，则仍可能存在较强的上行干扰。
[0004]当前，已经有一些关于异构网络区域扩展和干扰协调技术方面的研究成果。例如用户接收到来自微微蜂窝基站的信号质量值后加上一个固定的偏置，更改用户选择服务基站的接入判决条件等等。但这些方案一部分是以区域扩展为主，没有考虑干扰协调技术的基础上实现的，还有一部分以干扰协调为主，没有进行合适的区域扩展。目前很少有将区域扩展，基站之间干扰和网络吞吐量性能这三个问题整体结合考虑，都只是部分考虑。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，以达到在区域扩展的情况下通过功率控制技术降低基站之间的干扰、增强网络的吞吐量性能的目的。
[0006]一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1、在传统宏蜂窝基站覆盖范围内，根据需求部署若干个微微蜂窝基站；
[0008]步骤2、分别计算宏蜂窝基站覆盖范围内用户和微微蜂窝基站覆盖范围内用户在子载波上的信干噪比值，并根据计算获得的信干噪比值确定上述两类基站下每个用户的吞吐量；
[0009]步骤3、设置一段时间作为计算周期，并根据获得的每个用户的吞吐量，求出本周期单位时间内，宏蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量；
[0010]步骤4、比较计算获得的宏蜂窝基站用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，并根据判断结果，调整微微蜂窝基站覆盖区域和计算用户平均吞吐量的计算周期，具体如下:
[0011]步骤4-1、比较计算获得的宏蜂窝基站用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量大于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则改变用户接入基站的判决条件，减小宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域；
[0012]所述的用户接入基站的判决条件为:用户接收来自宏蜂窝基站的信号强度值大于用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值；
[0013]此时，改变用户接入基站的判决条件方法为:在用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值上减去一个设定的数值，形成新的用户接入基站的判决条件；
[0014]步骤4-2、若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量小于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则改变用户接入基站的判决条件，增大宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域；
[0015]此时，改变用户接入基站的判决条件方法为:在用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值上加上一个设定的数值，形成新的用户接入基站的判决条件；
[0016]步骤4-3、若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量小于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域不变，并对该现象出现次数进行计数，若计数值小于给定的阈值，则重新设置计算周期；若计数值大于给定的阈值，则将计算周期替换为设定的最大计算周期；
[0017]步骤附、在微微蜂窝基站发射功率和微微蜂窝基站下用户发射功率固定不变的情况下，根据用户设定的期望目标信干噪比、信道增益、干扰功率和噪声功率，确定微微蜂窝基站下用户所使用的资源块上，宏蜂窝基站允许的最大发射功率和宏蜂窝基站下用户允许的最大发射功率；
[0018]步骤附-1、根据微微蜂窝基站接收信号强度和用户设定的期望目标信干噪比，确定用户在当前子载波资源上所能承受的下行最大干扰；根据微微蜂窝基站下用户接收信号强度和用户设定的期望目标信干噪比，确定用户在当前子载波资源上所能承受的上行最大干扰；
[0019]步骤附_2、根据获得的用户在当前子载波资源上所能承受的下行最大干扰和相邻微微蜂窝基站对该用户的下行干扰，确定宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的下行最大干扰；
[0020]步骤附_3、根据宏蜂窝基站与该用户之间的信道增益和宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的下行最大干扰，确定宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率；
[0021]步骤附_4、根据获得的用户在当前子载波资源上所能承受的上行最大干扰和在相邻微微蜂窝基站下的用户对该用户产生的上行干扰，确定宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的上行最大干扰；
[0022]步骤附-附、根据微微蜂窝与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的上行最大干扰，确定宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率；
[0023]步骤际、根据设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比、宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站在当前子载波接收到的总干扰功率，确定宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率；并根据设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比、宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站下用户在当前子载波接收到的总干扰功率，确定宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率；
[0024]步骤7、根据用户设定的目标吞吐量、编码效率、单个资源块的吞吐量，确定用户所需的最少资源块数目；
[0025]步骤8、将获得的宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率、宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率、宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率、宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率、用户所需的最少资源块数目和一个资源块只能用一次作为约束条件，采用网络单纯形算法获得宏蜂窝基站中分配的资源块个数、宏蜂窝基站的最低发射功率和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率；
[0026]步骤么、根据获得的资源块个数，宏蜂窝基站将资源块分配给宏蜂窝基站下的用户；根据宏蜂窝基站的最低发射功率设置宏蜂窝基站；根据宏蜂窝基站下用户的最低发射功率设置宏蜂窝基站下每个用户。
[0027]步骤4-3所述的重新设置计算周期，公式如下:
[0028]
【权利要求】
1.一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、在传统宏蜂窝基站覆盖范围内，根据需求部署若干个微微蜂窝基站； 步骤2、分别计算宏蜂窝基站覆盖范围内用户和微微蜂窝基站覆盖范围内用户在子载波上的信干噪比值，并根据计算获得的信干噪比值确定上述两类基站下每个用户的吞吐量; 步骤3、设置一段时间作为计算周期，并根据获得的每个用户的吞吐量，求出本周期单位时间内，宏蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量； 步骤4、比较计算获得的宏蜂窝基站用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，并根据判断结果，调整微微蜂窝基站覆盖区域和计算用户平均吞吐量的计算周期，具体如下: 步骤4-1、比较计算获得的宏蜂窝基站用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量大于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则改变用户接入基站的判决条件，减小宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域； 所述的用户接入基站的判决条件为:用户接收来自宏蜂窝基站的信号强度值大于用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值； 此时，改变用户接入基站的判决条件方法为:在用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值上减去一个设定的数值，形成新的用户接入基站的判决条件； 步骤4-2、若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量小于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则改变用户接入基站的判决条件，增大宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域； 此时，改变用户接入基站的判决条件方法为:在用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值上加上一个设定的数值，形成新的用户接入基站的判决条件； 步骤4-3、若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量小于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域不变，并对该现象出现次数进行计数，若计数值小于给定的阈值，则重新设置计算周期；若计数值大于给定的阈值，则将计算周期替换为设定的最大计算周期； 步骤5、在微微蜂窝基站发射功率和微微蜂窝基站下用户发射功率固定不变的情况下，根据用户设定的期望目标信干噪比、信道增益、干扰功率和噪声功率，确定微微蜂窝基站下用户所使用的资源块上，宏蜂窝基站允许的最大发射功率和宏蜂窝基站下用户允许的最大发射功率； 步骤5-1、根据微微蜂窝基站接收信号强度和用户设定的期望目标信干噪比，确定用户在当前子载波资源上所能承受的下行最大干扰；根据微微蜂窝基站下用户接收信号强度和用户设定的期望目标信干噪比，确定用户在当前子载波资源上所能承受的上行最大干扰；步骤5-2、根据获得的用户在当前子载波资源上所能承受的下行最大干扰和相邻微微蜂窝基站对该用户的下行干扰，确定宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的下行最大干扰； 步骤5-3、根据宏蜂窝基站与该用户之间的信道增益和宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的下行最大干扰，确定宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率；步骤5-4、根据获得的用户在当前子载波资源上所能承受的上行最大干扰和在相邻微微蜂窝基站下的用户对该用户产生的上行干扰，确定宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的上行最大干扰； 步骤5-5、根据微微蜂窝与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的上行最大干扰，确定宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率； 步骤6、根据设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比、宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站在当前子载波接收到的总干扰功率，确定宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率；并根据设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比、宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站下用户在当前子载波接收到的总干扰功率，确定宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率； 步骤7、根据用户设定的目标吞吐量、编码效率、单个资源块的吞吐量，确定用户所需的最少资源块数目； 步骤8、将获得的宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率、宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率、宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率、宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率、用户所需的最少资源块数目和一个资源块只能用一次作为约束条件，采用网络单纯形算法获得宏蜂窝基站中分配的资源块个数、宏蜂窝基站的最低发射功率和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率； 步骤9、根据获得的资 源块个数，宏蜂窝基站将资源块分配给宏蜂窝基站下的用户；根据宏蜂窝基站的最低发射功率设置宏蜂窝基站；根据宏蜂窝基站下用户的最低发射功率设置宏蜂窝基站下每个用户。
2.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤4-3所述的重新设置计算周期，公式如下:
3.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤5-1所述的确定用户在当前子载波资源上所能承受的最大干扰，其中，能承受的其他基站所带来的最大干扰，公式如下:
4.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤5-2所述的确定宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰，公式如下:
5.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤5-3所述的确定宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率，公式如下:
6.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤5-4所述的确定宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰，公式如下:
7.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤5-5所述的确定宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率，公式如下:
8.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤6所述的确定宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率，公式如下:
9.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤7所述的确定用户所需的最少资源块数目，公式如下:
10.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤8所述的获得宏蜂窝基站中分配的资源块个数、宏蜂窝基站的最低发射功率和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率，其中，确定宏蜂窝基站中分配给用户的资源块个数和宏蜂窝基站的最低发射功率公式如下:
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【文档编号】H04W16/14GK103648102SQ201310689596
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】宋清洋, 岳明宏, 代梦凡, 吴晗 申请人:东北大学