异构网络中基站选择和基于负载的动态时域资源分配方法
【专利摘要】本发明公开一种异构网络中基站选择和基于负载的动态时域资源分配方法，包括：接收终端根据不同基站发送的参考信号，分别统计存在跨层干扰和不存在跨层干扰的情况下的参考信号接收质量，并依据此结果选择服务基站；接收终端读取服务基站信息，接收服务基站的参考训练序列，根据接收到的信号进行信道估计，得到接收终端和服务基站间的信道；接收终端根据估计所得的信道状态信息，将信息反馈给其服务基站；宏基站统计当前负载情况并与相邻宏基站进行交互，决定其时域资源的分配；宏基站和微基站根据时域资源的分配的结果进行接收终端调度，为接收终端提供数据传输服务。本发明方法能够根据当前区域内接收终端负载情况动态地调节宏基站的时域资源分配方案，提高整个系统的吞吐率。
【专利说明】异构网络中基站选择和基于负载的动态时域资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种无线通信领域的方法，具体是一种异构网络系统中基站选择 和基于负载的动态时域资源分配方法。
【背景技术】
[0002] 为了解决越来越多接收终端的接入问题，无限制地增加通信带宽显然是不可行 的。在宏蜂窝中，布置小功率基站能够缓解热点区域的网络负载，改善室内接收终端和小区 边缘接收终端的通信质量。因此，基于微蜂窝系统的异构网络是解决未来通信系统容量受 限的关键技术之一。
[0003] 在LTE-A系统标准的制定讨论中，3GPP引入了两个最新的研究课题："LTE微蜂窝 系统的场景及技术指标研究"和"通用移动通信系统中异构网络研究"。微蜂窝系统的研究 也就此引起了学术界与工业界的共同关注。
[0004] 关于微蜂窝的频带部署，目前存有两种意见，一种是微蜂窝部署在与宏蜂窝不同 的频带上，两者之间不存在干扰，一种是微蜂窝复用原先宏蜂窝的频带，即微蜂窝与宏蜂窝 存在直接干扰。显然第二种部署的频带利用率更高，但是更加复杂的异构网络干扰场景就 对接收终端如何从宏蜂窝卸载到微蜂窝的策略以及干扰协调技术有了更高的要求。在现有 的研究工作中，接收终端通过对微蜂窝参考信号加一个人为的偏移值使得接收终端更加倾 向于接入微蜂窝，同时宏蜂窝通过给出几乎空白帧的方法在部分帧中停止下行传输以减少 对于微蜂窝下行接收终端的干扰保障微蜂窝的下行传输，已有文献中讨论了多种接收终端 负载均衡和干扰消除联合设计的方法。
[0005] 经对现有文献检索发现，Klaus I. Pedersen, et al, eICIC Functionality and Performance for LTE HetNet Co-Channel Deployments,，'[C] · Vehicular Technology Conference，2012 (LTE同载波部署下的异构网络中小区间干扰消除策略的有效性），对于 当前LTE标准下的异构网络系统中采用的对微蜂窝参考信号加一个固定偏移值并且采用 固定的ABS帧比率的方案进行了仿真评估，给出了微蜂窝参考信号偏移值和ABS帧比率的 建议值。固定的参考信号偏移值和ABS帧比率的方案比较容易实施，但是未考虑实际系统 中动态的数据传输环境显然会造成系统性能的损失。
[0006] 又通过检索发现，Liqi Gao, et al, "A Distributed Dynamic ABS Ratio Setting Scheme for Macro-Femto Heterogeneous Networks[C]，〃IEEE International Conference on Communications, 2013(宏基站-家庭基站异构网络中分布式动态ABS巾贞比 率设置方法），提出了一种消除家庭基站对宏蜂窝接收终端干扰的分布式解决策略，家庭基 站会在一些ABS帧停止下行传输以减少对于宏蜂窝接收终端的干扰。该策略是为了减少家 庭基站干扰宏蜂窝正常接收终端而制定的，不符合当前微蜂窝系统的要求，但是其分布式 思想可以借鉴。
[0007] 通过检索还发现，Subramanian Vasudevan, et al,''Dynamic eICIC - A Proactive Strategy for Improving Spectral Efficiencies of Heterogeneous LTE Cellular Networks by Leveraging User Mobility and Traffic Dynamics, ^[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2013 (LTE异构网络系统中考虑接收终端运动与负载变化的 动态小区间干扰策略），提出了一种基于当前负载状况的动态的小区间干扰策略，通过当前 小区的负载状况以及接收终端的运动决定该小区采用的几乎空白帧的比率。但该文献所采 用的方法的一些数据在现实中难以获得并且未指出相邻小区采用不同的ABS帧比率时宏 小区应如何调度接收终端。
【发明内容】
[0008] 针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种异构网络系统中基站选择 和基于负载的动态时域资源分配方法。首先提出一种基于RSRQ的基站选择方案，之后宏基 站会采用时域上放弃一些下行帧传输的方式来减少对微基站的干扰以保证从宏基站卸载 到微基站的接收终端的下行传输。宏基站会根据自己以及覆盖范围内所有微基站的负载情 况动态地调整几乎空白帧的比率，同时，宏基站之间也要通过有限的后台信息传递协作完 成几乎空白帧的设置。最后，根据不同种类的下行帧内各自的通讯环境情况，也提出相应的 调度方法，使得不同类别的接收终端都能在适合的时间得到服务。
[0009] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0010] 异构网络系统中基站选择和基于负载的动态时域资源分配方法，包括以下步骤：
[0011] 第一步，接收终端k根据来自不同层的基站发送的参考信号，分别计算多层网络 下和只统计微蜂窝信号时的参考信号接收质量RSRQ，并以此为依据进行基站选择，此时接 收终端被最大限度地卸载到微蜂窝中；
[0012] 第二步，当一个微蜂窝接收终端有下行传输需求时，微蜂窝统计其当前负载，当微 蜂窝当前下行负载大于宏基站时，微蜂窝基站通知接收终端选择其参考信号接收功率RSRP 最大的宏基站为服务基站；
[0013] 第三步，宏基站通过空出几乎空白帧（ABS)的方法保证微基站接收终端的服务质 量，宏基站根据自身负载、其覆盖范围内的微基站当前的负载情况以及其相邻宏基站对空 白帧的需求决定其几乎空白帧比率；
[0014] 第四步，宏基站在几乎空白帧内不进行接收终端数据业务的服务，即停止其下行 数据的传输，在其他帧内正常进行接收终端的调度服务，而微基站基于当前宏基站的几乎 空白帧的设置，在几乎空白帧和普通帧采用不同的调度策略对接收终端进行资源调度；
[0015] 第五步，各基站根据各自的调度结果为接收终端提供正常的数据服务。
[0016] 优选地，所述第一步中的处理方法是：
[0017] 对系统中的任意接收终端u (k)，假设其可以接收并解码出来自M个宏基站和N个 微基站的参考信号，估计各个基站的参考信号接收功率RSRP，假设宏蜂窝基站b (m)发送给 接收终端u (k)的RSRP值表示为RSRPbw，微蜂窝基站p (η)发送给接收终端u (k)的RSRP值 表示为RSRPp(n)，根据3GPP标准化文档TS 36. 214中的规定，接收终端的参考信号接收质量 RSRQ定义为：
【权利要求】
1. 异构网络中基站选择和基于负载的动态时域资源分配方法，其特征在于，包括以下 步骤： 第一步，接收终端k根据来自不同层的基站发送的参考信号，分别计算多层网络下和 只统计微蜂窝信号时的参考信号接收质量RSRQ，并以此为依据进行基站选择，此时接收终 端被最大限度地卸载到微蜂窝中； 第二步，当一个微蜂窝接收终端有下行传输需求时，微蜂窝统计其当前负载，当微蜂窝 当前下行负载大于宏基站时，微蜂窝基站通知接收终端选择其参考信号接收功率RSRP最 大的宏基站为服务基站； 第三步，宏基站通过空出几乎空白帧ABS的方法保证微基站接收终端的服务质量，宏 基站根据自身负载、其覆盖范围内的微基站当前的负载情况以及其相邻宏基站对空白帧的 需求决定其几乎空白帧比率； 第四步，宏基站在几乎空白帧内不进行接收终端数据业务的服务，即停止其下行数据 的传输，在其他帧内正常进行接收终端的调度服务，而微基站基于当前宏基站的几乎空白 帧的设置，在几乎空白帧和普通帧采用不同的调度策略对接收终端进行资源调度； 第五步，各基站根据各自的调度结果为接收终端提供正常的数据服务。
2. 根据权利要求1所述的异构网络中基站选择和基于负载的动态时域资源分配方法， 其特征在于，所述第一步的具体方法是： 对系统中的任意接收终端u (k)，假设其可以接收并解码出来自M个宏基站和N个微基 站的参考信号，估计各个基站的参考信号接收功率RSRP，假设宏蜂窝基站b (m)发送给接收 终端u (k)的RSRP值表示为RSRPbw，微蜂窝基站p (n)发送给接收终端u (k)的RSRP值表示 为RSRPp(n)，根据3GPP标准化文档TS 36. 214中的规定，接收终端的参考信号接收质量RSRQ 定义为：
其中，Nkb为RSSI测量的物理资源块的个数，RSSI为接收终端在参考信号端口测量到 的信号总能量； 此时，接收终端计算多层网络下各个基站的RSRQnmial,以及只统计微蜂窝信号时的参 考信号接收质量RSRQabs, RSRQabs可以代表微蜂窝接收终端在几乎空白帧内面对的通讯环 境，接收终端接收到的来自微蜂窝基站P (n)的RSRQ::;表示为
如果接收终端u (k)测量到RSRQabs中的最大值max {RSRQabs}大于RSRQnmial中的最大 值max{RSRQ_al}，u(k)就会选择与maxmSRQj相对应的那个微蜂窝基站作为他的服务基 站；若接收终端u (k)被从b (m)卸载到了 p (n)，u (k)被称为p (n)的CRE接收终端，此接收 终端还需计算只有b (m)停止下行传输时接收到的来自p (n)的RSRQ，记为，即 只有b(m)采用几乎空白帧的时候u(k)接收到的来自p(n)的RSRQ，夂^^^^可以表示 为
若，则该接收终端u (k)被称为第二类CRE接收终端，否则就被 称为第一类CRE接收终端；第二类CRE接收终端可以在只有b(m)采用ABS帧而周围宏基站 正常运行的时候被P(n)调用，而第一类CRE接收终端只能在b(m)及其周围基站都采用ABS 帧时被调用； 接收终端做基站选择时如果接入一个微小区，该接收终端需要上报：该接收终端是否 为CRE接收终端，如果为CRE接收终端，则该接收终端的CRE类型为第一类还是第二类。
3. 根据权利要求2所述的异构网络中基站选择和基于负载的动态时域资源分配方法， 其特征在于，所述第二步中的处理方法是： 当一个微基站P(n)的CRE接收终端u(k)有下行数据要传输时，p(n)会做出如下监 测：若当前P (n)中原先的非CRE接收终端，在p (n)的数据缓存中需要传输的总数据量大于 b(m)的数据缓存中的总数据量，并且u (k)没有正在进行的上行业务，即
其中Bu(i)表示u (i)在缓存中的下行数据量，尽表示u (k)的上行数据缓存中的数据 量表示P(m)中非CRE接收终端的集合，u(k)满足以上条件时，p(n)会通知该接收终 端u (k)重新选择其RSRP最大的基站b (m)为其服务基站。
4. 根据权利要求3所述的异构网络中基站选择和基于负载的动态时域资源分配方法， 其特征在于，所述第三步中的宏基站几乎空白帧的设置方法是： 微基站通过后台将其服务的非CRE接收终端、第一类及第二类CRE接收终端的下行数 据缓存中的数据总量上报给对其干扰最大的宏基站b (m)，b (m)会计算其当前最佳的ABS帧 比率为
其中、[/?《和Um分别表示b (m)覆盖范围内所有的微蜂窝CRE接收终端、微蜂窝 非CRE接收终端以及b (m)自身所服务的接收终端的下行数据缓存中的数据总量； 同时，b(m)通过后台向其周围的宏基站发送对周围宏基站的最小的ABS需求，可以表 示为
其中为b(m)覆盖范围内所有的微蜂窝第一类CRE接收终端的下行数据缓存 中的数据总量，匕&就是满足第一类CRE接收终端的服务所需的最小的ABS帧比率， b(m)也接收到来自周围宏基站的，…，其中b(rl)，b(r2)…表示b(m)周围的 宏基站，若， C1就是b(n)最终采用的ABS帧比率；若 <max沖=",忠：：2),…}，b(n)最终采用的ABS帧比率为max辦="，忠：；2)，…}; 宏基站的ABS巾贞也被分为两种，一种是宏基站b (m)和其周围的宏基站 b (rl)，b (r2)，...共同的ABS帧，比率为巧 =，在这些帧中b (m)覆盖范围内的微基站的第 一类CRE接收终端会优先得到服务；另一种为b (m)覆盖范围内的CRE接收终端不会受到 来自b (m)的干扰但会受到来自相邻宏基站的干扰的ABS帧，称之为交错的ABS帧，比率为 ，在这些帧中b (m)覆盖范围内的微基站的第一类CRE接收终端不会被调度而第 二类CRE接收终端会优先得到服务； 综上，在决定宏基站几乎空白帧比率的过程中，微基站需要向对其干扰最严重的宏基 站上报该微基站非CRE接收终端、第一类CRE接收终端和第二类CRE接收终端的当前数据 总量各是多少，而宏基站则需要向相邻宏基站发送该宏基站所需的最小的几乎空白帧的比 率值。
5.根据权利要求4所述的异构网络中基站选择和基于负载的动态时域资源分配方法， 其特征在于，所述第四步中宏基站和微基站的调度策略分别为： 宏基站在非ABS帧内正常调度其服务的接收终端，但在ABS帧内宏基站停止下行数据 传输，只保留必需的参考信号的发送； 微基站在宏基站13〇11)和其周围的宏基站13(1'1)，13〇'2)，...共同的485帧内的调度优 先级为：第一类CRE接收终端〉第二类CRE接收终端〉微基站非CRE接收终端，只有在高优 先级的接收终端没有下行数据传输需求时，次高优先级的接收终端才会被调度；而在交错 的ABS帧内，微基站会优先调度第二类CRE接收终端并且不会调度第一类CRE接收终端，第 二类CRE接收终端没有数据传输需求时，微基站会服务非CRE接收终端；在宏基站的非ABS 帧内，微基站只会调度微基站的非CRE接收终端，而不会调度CRE接收终端。
【文档编号】H04W72/04GK104333909SQ201410422286
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】薛瑞琦, 俞晖, 罗汉文 申请人:上海交通大学