用于蜂窝通信网络中的联合和协调负载均衡以及覆盖和容量优化的方法
【技术领域】
[0001] 无线通信网络，更具体地为网络规划，例如覆盖或流量规划工具；网络部署，例如 资源划分或小区结构，特别是流量自适应资源划分、监督、监控或测试安排，特别是对优化 操作条件、网络流量或资源管理的安排，特别是负载均衡或负载分布、以及切换（handover) 或重选安排，特别是出于特定目的而实施用于优化干扰水平的重选。
【背景技术】
[0002] 术语自组织网络（SON)是用于无线蜂窝网络的规划、优化及修复的下一代技术。 虽然该技术正处于主要针对3GPP LTE的讨论中，但支持SON的理念也将适合于传统的蜂窝 网络技术。
[0003] SOCRATES (例如，在 SOCRATES 网页中。在线：http://www. fp7_socrates. org，02/26/2012)是在2008至2010年间由欧盟资助的项目，以期开发用于LTE移动网络的 SON方法和算法。由SOCRATES项目所给出的概念提供设计SON算法并揭示在不同算法之间 的控制参数相关性（interdependency)和相互作用的整体架构。可以将多个过程聚合为所 谓的用例，所述用例可以是独立的或可以相互作用，因为它们可以对通用控制参数进行操 作。针对网络优化的SON用例的示例为移动负载均衡（MLB)、覆盖和容量优化（CCO)以及移 动鲁棒性优化（MRO)。上述每一项均有望在蜂窝网络的某部署区域中独立运行并且通过改 变在蜂窝网络的配置管理（CM)中所定义的参数来解决与小区之间的非均衡负载、覆盖空 洞或低信干噪比（SINR)或切换失败相关的问题。这些自主运行的SON用例实现方案自然 会遇到冲突参数改变的问题。因此，SON协调器对于化解可能的参数冲突来说是必要的。协 调被认为是要应对的最关键的挑战，并且，因此，协调机制需要谨慎开发。在SOCRATES中， 对冲突参数的所谓头部（heading)协调或尾部（tailing)协调（在经独立确定的参数改变 之前或之后）被看好。
[0004] 本领域的该现状的缺陷包括：
[0005] 鲁需要复杂的策略来协调冲突的单一用例实现方案的参数化
[0006] ?头部或尾部，因此需要对以其他方式独立运行的SON优化用例实现
[0007] 方案的参数进行附加协调
[0008] 在 H. Kim et al.，"Distributed a -Optimal User Association and Cell Load Balancing in Wireless Networks"， IEEE/ACM Transactions on NetW〇rking20:l，pp· 177-190(2012)中提出了一种基于小区负载统一处理用户关联和切换 优化的理论方法。该项工作的缺陷包括：
[0009] 鲁不可能预测网络配置中的突变的影响
[0010] #与3GPP标准不兼容
[0011]〇提供小区的划分，但不提供用于基站的导频或参考信号的接收功率的基站个体 功率偏移以用于增加基站服务区域，其目的在于用于准入控制、静默模式下的小区重选和 活动模式下的切换的用户关联
[0012] 〇假定UE可以基于对周边基站的负载的知晓来对小区选择做出决定；然而，在 3GPP下UE仅测量功率水平并将其报告给BS，在该BS处做出所有决定
[0013] 鲁不能够估计并预测基站负载和未来的负载改变，因为BS测量它们的平均利用 率，但不计算平均负载
[0014] ?不明确地在SINR估计中包括BS负载，BS没有察觉相邻小区的负载
[0015] ?不保证为用户位置服务
[0016] ?不包括对小区/基站的负载约束
[0017] 在 Iana Siomina and Di Yuan, "Analysis of Cell Load Coupling for LTE Network Planning and Optimization"， IEEE Transactions on Wireless Communications, 11:6, June 2012中提出了在本发明领域中的另一个理论框架。在这项工 作中，在小区负载耦合函数中将小区间干扰明确纳入考虑，克服了上述H. Kim等的工作的 某些缺陷。这项工作的缺陷包括：
[0018] 鲁小区负载未必是满载的最大值，该框架允许小区具有多于100%的负载
[0019] 鲁不提供最佳小区划分，或者任何对于设定小区个体功率偏移的推荐。
[0020] ?优化目标限制于将所有小区的总负载（sum load)最小化。
[0021] 该框架应用在 Iana Siomina and Di Yuan:"Load Balancing in Heterogeneous LTE:Range Optimization via Cell Offset and Load-Coupling Characterization''，IEEE International Conference on Communications，pp. 1377-1381，Ottawa，Canada，June 10-15th，2012中，用于经由给予低功率节点（小的小区）的小区个体功率偏移的在异构网 络中的负载均衡。该项工作的缺陷包括：
[0022] ?使用简氏公平性指数（Jain' s fairness index)作为度量来对负载进行均衡。
[0023] ?仅考虑到负载均衡（仅MLB)。不存在与物理基础参数优化的协调或任何其它结 合。
[0024] ?经由一系列上限和下限来逼近该解决方案。
[0025] 在EP1559289/US 7768968中描述了用于在蜂窝无线通信网络中优化基站天线参 数的方法和设备。本领域的该现状的缺陷包括：
[0026] ?仅优化了物理基站参数，没有使用负载均衡参数（仅CC0)
[0027] 鲁基站的服务区域总是通过具有该基站导频或参考信号的最高接收功率的用户 位置来确定，不存在用于增加基站的服务区域的、用于该接收功率的功率偏移，其目的在于 用户关联。
[0028] 鲁负载均衡的目标仅被视作均衡小区/基站之间的流量需求分布，并非均衡基站 的实际负载
[0029] ?在这种方法中不能挑选并且不会自动优化负载均衡程度
[0030] ?在该方法和设备中，仅通过将每个小区/基站的流量需求在上述定义的基站服 务区域内进行累积来将其纳入考虑，并未将流量需求的空间分布纳入考虑
[0031] ?不论CCO如何，在已有站点超载的情况下，不自动建议新站点
[0032] 对于CCO和/或MLB来说本领域的现状的进一步的一般缺陷是其不能用于小区中 断补偿（COC)。
【发明内容】
[0033] 因此本发明的目标是提供在联合和协调优化中将移动负载均衡（MLB)与覆盖和 容量优化（CCO)相结合的方法。
[0034] 该目标利用独立权利要求的特征达成（achieve)。从属权利要求涉及本发明的进 一步的方面。
[0035] 本发明涉及用于优化包括多个基站并具有包括多个无线电小区的网络配置的真 实蜂窝无线通信网络的方法。多个无线电小区为被服务区域服务。多个无线电小区中的每 一个覆盖小区区域，其进一步细分为用户位置。该网络由网络参数定义。该方法包括
[0036] 提供具有原始模型网络配置的所述蜂窝无线通信网络的模型；
[0037] 为所述用户位置中的每一个提供导频或参考信号的接收功率的值和流量需求；
[0038] 通过实施迭代直接搜索以确定物理基站参数的最佳集合来优化所述模型网络配 置。
[0039] 迭代直接搜索包括：
[0040] 划分策略，所述划分策略在每次直接搜索迭代中针对物理基站参数的当前集合联 合确定被服务区域的最佳划分以及多个基站中的每一个的相关联的最佳负载；所述划分策 略在每次直接搜索迭代中使用与物理基站参数的当前集合相关联的、用于多个用户位置中 的每一个的导频或参考信号的接收功率的已更新值。
[0041] 该方法进一步包括使用所述经优化的模型网络配置来配置所述真实蜂窝无线通 信网络。
[0042] 该划分策略可以包括在每次直接搜索迭代中使用被服务区域的最佳划分、和用于 多个基站中的每一个的相关联的最佳负载、和用于多个用户位置中的每一个的导频或参考 信号的接收功率的已更新值来计算信干噪比覆盖。
[0043] 该划分策略可以进一步包括在每次直接搜索迭代中使用被服务区域的最佳划分、 和用于多个基站中的每一个的相关联的最佳负载、和用于多个用户位置中的每一个的导频 或参考信号的接收功率的已更新值来计算参考信号接收功率覆盖。
[0044] 由此，根据本发明的该方法将两个SON用例，即移动负载均衡（MLB)以及覆盖和容 量优化（CCO)结合成具有联合优化目标的一个算法，以最小化所有基站（BS)的负载函数， 其将该最小化包括为特例。对用例的协调是该优化方法中所固有的，该优化方法避免了对 具有冲突目标的单一用例的复杂附加（例如头部或尾部）协调的需要。联合优化的结果是 小区个体功率偏移和物理基站参数的经优化设定的元组，所述小区个体功率偏移增加基站 的服务区域，其目的在于针对准入控制、空闲模式下的小区重选、和活动模式下的切换的用 户关联。
[0045] BS的负载被定义为在BS服务区域中的所有用户位置上的、流量需求和经估计数 据率的比值的总和。由此，当估计BS的负载时，将流量需求的空间分布明确纳入考虑。基 站的服务区域包括用户位置，在该处基站的导频或参考信号的接收功率和相应功率偏移之 和是最尚的。
[0046] 根据 H. Kim