专利名称：蜂窝网中家庭基站分组的干扰协调方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，更进一步涉及一种在传统蜂窝网中部署大量家庭基站 的情形下，协调宏用户和家庭基站用户以及家庭基站用户之间干扰的一种方法，可用于下 一代移动通信长期演进系统中。
背景技术：
家庭基站也叫毫微微基站，是面向室内场景的极低发射功率的通信基站，为室内 用户提供服务。它通过DSL、LAN、xP0N等宽带连接到专用家庭基站网关，再经过专用网关连 接到核心网。由于用户可以自行购买家庭基站，任意开关家庭基站，并且可以随意摆放家庭基 站的位置。所以宏用户和家庭基站用户以及家庭基站用户之间都会产生干扰。目前，解决蜂窝网中干扰问题的有效方法是准静态干扰协调方法。这种方法是指 在静态规划的基础上，无线网络控制中心根据网络负荷、用户测量情况等因素调整频带资 源的分配比例。例如，许宁等人发表在《现代电子技术》第21期2007年的论文“3GPP LTE 小区间干扰协调研究”中公开的一种准静态干扰协调方法。这种协调方法设置的静态规划 是将边缘复用因子设为3，中心复用因子设为1。在准静态调配过程中由基站和无线网络控 制中心交互网络负荷信息和用户测量情况，告知无线网络控制中心其边缘业务量，最后根 据各小区边缘业务量无线网络控制中心按比例分配一定的频带给各个小区。相邻小区各用 户使用的频带互不重叠，解决了蜂窝网中的干扰问题。由于家庭基站是通过家庭基站网关连入核心网的，所以家庭基站和宏基站之间的 信息交互周期较长时延过大。并且在同一蜂窝网中的宏基站和家庭基站可能占用相同的频 段，使得宏用户和家庭基站用户之间的干扰比较严重，降低了系统容量，也使得频谱效率较 低。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提出了一种在蜂窝网中对家庭基站进行 分组的干扰协调方法，以提高系统容量和频谱效率。本发明包括如下步骤(1)求强干扰区域与覆盖区域比值的矩阵la)计算每个家庭基站受其相邻家庭基站强干扰的区域；lb)计算每个家庭基站受其相邻家庭基站强干扰区域与该家庭基站覆盖区域的比 值；Ic)将计算所得的所有比值构成一个矩阵[R]。(2)根据求得的矩阵[R]对家庭基站进行分组2a)计算行向量，计算每个家庭基站所受强干扰区域与其覆盖区域的比值之和 ick，按照从大到小的顺序重排所有和构成的行向量；
4
Cb= aCa = C-Cb2b)逐次分组，对所有家庭基站依次进行分组并删除已分组家庭基站对应行向量 中的元素，直至行向量为空。(3)计算家庭基站用户所占带宽Cb和宏用户所占带宽Ca， N_
β M +N 其中，α和β为大于0的常数 N为所有家庭基站用户的数目 M为宏用户数目 C为系统总带宽
(4)分配子信道，家庭基站路由器计算分配给每个分组中家庭基站相同的子信道
数Ln: Ln = round [ ω n X Cd]
ω =
Σ Σ rg {kUn{j) ^=1 _—
N
k=\ y=l其中round代表取整运算gn(k)代表第η个分组中的第k个家庭基站Nn代表第η个分组中的家庭基站数目「x"|代表向上取整。本发明与现有技术相比具有以下优点第一，频谱资源分配更加合理，由于本发明计算了家庭基站强干扰区域和其相应 覆盖区域的比值，精确的量化了家庭基站间互相干扰的大小，比起现有技术只根据网络负 荷和用户测量情况进行频谱资源分配更加合理。第二，提高频谱利用率，由于本发明首次在家庭基站干扰协调中，将分组方法引入 频谱资源分配，分组后的各个分组中家庭基站互相不干扰，从而在不同分组间频率可以进 行复用，提高了频谱利用率。第三，协调宏用户和家庭基站用户之间的干扰，与现有技术采用宏用户和家庭基 站用户共用同一频段的方法相比，由于本发明在计算宏用户和家庭基站用户占用的带宽的 基础上，分配完全正交的频段给宏用户和家庭基站用户，所以完全正交的频段可以协调宏 用户和家庭基站用户之间的干扰。第四，提高了系统容量，比起现有技术分配给所有家庭基站同样数目的子信道的 技术方案，由于本发明精确的量化了家庭基站间互相干扰的大小并对家庭基站进行了分 组，由此计算了应分配给所有家庭基站的子信道数目，使得频谱资源的分配更加合理，提高 了系统容量。
图1为本发明的流程图。图2为本发明的系统模型图。图3为一个家庭基站受相邻家庭基站强干扰区域的示意图。图4为本发明与现有技术系统容量对比仿真图。图5为本发明与现有技术频谱效率对比仿真图。
具体实施例方式参照图1，本发明的具体实施步骤如下步骤1，计算强干扰区域与覆盖区域的矩阵。根据所有家庭基站位置信息和家庭基站发射功率，家庭基站路由器计算家庭基站 两两间强干扰区域面积，对每两两间强干扰区域面积和其相应家庭基站覆盖区域面积求比 值。以两个家庭基站为例，计算强干扰区域和其相应覆盖区域比值。图3中家庭基站 BSk和BS^相邻，一个家庭基站用户r在家庭基站BSk覆盖区域内，该用户距离家庭基站BSk 和BS^的距离分别为dk和…，家庭基站BSk和BS^的半径分别为rk和ι>家庭基站用户r 接收到的家庭基站BSk的有用信号和家庭基站BS^的干扰信号功率分别为
有用信号功率:Pr,k=Pkna
{μ+ω^ηο
dl
{μ+α,νιο
d:
干扰信号功率及,.=巧/10'
其中，k，j = 1，2，3，...，K，K为家庭基站的数目，Pk和Pj分别为家庭基站BSk和 BSj的发射功率，μ为路损常数，cok，分别为家庭基站BSk和BS^的穿墙损耗，ν为路损 指数。 由有用信号功率和干扰信号功率可以得到用户r的信干比
SIRki=^
'J Pj
/ τ \v当 SIRffdJ.
\dkj
10
(Wj-Wk)ZlO
\dkJ
io(n>/1() <&时，服务质量无法满足家庭基站用户r的要求。
为了后续描述方便，设定&
KPj、
>
ii
(公式1)其中，dk和Clj分别为家庭基站用户r与家庭基站BSk和家庭基站BSj的距离。家 庭基站BSk和BSj的坐标分别为(0，0)和(d，0)，家庭基站用户r的坐标为(x，y)，由下列公 式可分别得到
dk=^x2+y2 (公式 2)
dj = ^{x-d)2 + y2 (公式 3)
将(公式2)和(公式3)带入(公式1)得到SIR低于门限Xth的区域B B= {(x, y) I sth(x2+y2) > (x-d)2+y2}
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因为家庭基站BSk的半径为rk，所以和家庭基站BSk距离小于rk的家庭基站用户 都属于家庭基站BSk的覆盖区域C。SIR低于门限λ th的区域B和家庭基站BSk的覆盖区域C的重叠部分就是家庭基 站BSk受家庭基站BS^的强干扰区域Akij,即Ak, j ^ {B Π C}家庭基站BSk受家庭基站BSj强干扰区域Ak, j与家庭基站BSk覆盖区域的比值rk,\ Η, 'J
。矩阵中每个元素表示家庭基站BSk 受到家庭基站BS^强干扰区域与家庭基站BSk覆盖区域的比值。 步骤2，对家庭基站进行分组。2a)计算行向量，根据家庭基站强干扰区域与覆盖区域比值矩阵，家庭基站路由器 计算每个家庭基站所受强干扰区域与其覆盖区域的比值之和。所有和构成一个行向量，将 这一行向量的元素按照从大到小的顺序重排，得到待求行向量ic。由矩阵[R]可以求得每个家庭基站受到其它家庭基站的强干扰区域和其覆盖区 域比值之和
κick = Yj rk j k，j = 1，2，3，· · ·，K2b)逐次分组，并删除已分组家庭基站对应行向量中的元素，直至行向量为空。第一步初始化，将行向量ic中最大的元素所对应的家庭基站分成一组；第二步更新分组，判断剩余家庭基站中是否存在与初始化后的家庭基站之间的 干扰大于0的家庭基站，若存在，将该家庭基站加入到初始化分组中；若不存在，继续分组 步骤的第三步；第三步判断行向量ic是否为空，删除行向量ic中已分组家庭基站所对应的元 素，判断行向量ic是否为空，若为空，结束分组；若不为空，返回分组步骤第一步。步骤3，计算家庭基站用户和宏用户所占用的带宽。根据家庭基站用户数目N与宏用户数目M，计算家庭基站用户所占带宽Cb
NCb=a—~- α为大于0的常数
M -\-N宏用户所占带宽Ca等于总带宽C·中去除家庭基站所占带宽Cb的剩余部分。步骤4，给所有家庭基站分配子信道。家庭基站路由器分配给同一分组中的每个家庭基站相同数目的子信道。通过下列 公式，家庭基站路由器计算分配给W个分组中家庭基站的子信道数Ln Ln = round [ ω n*Cb]其中round代表取整运算，此处为四舍五入η = 1，2，· · ·，W
权利要求
一种蜂窝网中家庭基站分组的干扰协调方法，包括如下步骤(1)求强干扰区域与覆盖区域比值的矩阵1a)计算每个家庭基站受其相邻家庭基站强干扰的区域；1b)计算每个家庭基站受其相邻家庭基站强干扰区域与该家庭基站覆盖区域的比值；1c)将计算所得的所有比值构成一个矩阵[R]；(2)根据求得的矩阵[R]对家庭基站进行分组2a)计算行向量，计算每个家庭基站所受强干扰区域与其覆盖区域的比值之和ick，按照从大到小的顺序重排所有和构成的行向量；2b)逐次分组，对所有家庭基站依次进行分组并删除已分组家庭基站对应行向量中的元素，直至行向量为空；(3)计算家庭基站用户所占带宽Cb和宏用户所占带宽Ca， <mrow><msub> <mi>C</mi> <mi>b</mi></msub><mo>=</mo><mi>α</mi><mfrac> <mi>N</mi> <mrow><mi>M</mi><mo>+</mo><mi>N</mi> </mrow></mfrac> </mrow>Ca＝C Cb其中，α为大于0的常数N为所有家庭基站用户的数目M为宏用户数目C为系统总带宽(4)分配子信道，家庭基站路由器计算分配给每个分组中家庭基站相同的子信道数LnLn＝round[ωn×Cb] <mrow><msub> <mi>ω</mi> <mi>n</mi></msub><mo>=</mo><msup> <mrow><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac> <mrow><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <msub><mi>N</mi><mi>n</mi> </msub></munderover><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <msub><mi>N</mi><mi>n</mi> </msub></munderover><msub> <mi>r</mi> <mrow><msub> <mi>g</mi> <mi>n</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><msub> <mi>g</mi> <mi>n</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>j</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></msub> </mrow> <mi>e</mi></mfrac><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>N</mi><mi>n</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>]</mo> </mrow> <mrow><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msup> </mrow>其中round代表取整运算gn(k)代表第n个分组中的第k个家庭基站Nn代表第n个分组中的家庭基站数目代表向上取整。FSA00000300650100022.tif,FSA00000300650100023.tif
2.根据权利1要求所述的蜂窝网中家庭基站分组的干扰协调方法，其特征在于所述 la)求矩阵的步骤为第一，由家庭基站路由器求出信干比小于门限λ th的区域B B= {(x,y) |sth(x2+y2) > (x-d)2+y2}
3.根据权利1要求所述的蜂窝网中家庭基站分组的干扰协调方法，其特征在于所述 步骤lb)中计算强干扰区域与其覆盖区域C的比值为
4.根据权利1要求所述的蜂窝网中家庭基站分组的干扰协调方法，其特征在于所述 步骤2b)的分组步骤为第一步初始化，将行向量ic中最大的元素所对应的家庭基站分成一组； 第二步更新分组，判断剩余家庭基站中是否存在与初始化后的家庭基站之间的干扰 大于0的家庭基站，若存在，将该家庭基站加入到初始化分组中；若不存在，继续分组步骤 的第三步；第三步判断行向量ic是否为空，删除行向量ic中已分组家庭基站所对应的元素，判 断行向量ic是否为空，若为空，结束分组；若不为空，返回分组步骤第一步。
全文摘要
一种无线通信技术领域的蜂窝网中家庭基站分组的干扰协调方法，包括(1)求强干扰区域与覆盖区域比值的矩阵；(2)根据求得的矩阵对家庭基站进行分组；(3)计算家庭基站用户所占带宽和宏用户所占带宽；(4)分配子信道，家庭基站路由器计算分配给每个分组中家庭基站相同的子信道数。本发明的优点是，将所有家庭基站分为互不干扰的分组，不同分组间频率可以复用，提高了频谱利用率；分配完全正交的频段给宏用户和家庭基站用户，可以协调宏用户和家庭基站用户之间的干扰；精确的量化了家庭基站间互相干扰的大小，计算了应分配给所有家庭基站的子信道数目，频谱资源分配更加合理，从而提高了系统容量。
文档编号H04W16/14GK101977386SQ20101050510
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者刘语乔, 宋海路, 李 东, 杨清海 申请人:西安电子科技大学