专利名称：单频网sfn中的多小区半动态组网方法
技术领域：
本发明涉及一种单频网SFN(single frequency network)中的多小区半动态组网方法，属于无线通信技术领域。
背景技术：
3GPP在R6中首次提出了多播广播多媒体服务MBMS (Multicast/Broadcast Multimedia Services)的概念，该技术不仅实现了纯文本、低速率的消息类组播和广播，更重要的是，实现了高速多媒体业务的组播和广播。相对于单播移动宽带业务而言，MBMS业务的实现更加简单，可以支持有潜在的广泛用户基础的手机电视业务。此外，由于它能给众多用户传输相同的多播内容，节省了大量的系统资源，故引起学术界和产业界的广泛关注。 但是，目前对MBMS的研究大都集中在单小区广播上，而4G网络又对MBMS提出了更高要求， 使得传统的单小区传输已经很难满足这些需求，因此，基于单频网的多小区传输逐渐引起了大家的关注。所谓单频网SFN是在设定的地理区域内，多个发射机同时在同一个频段上发射相同的信号，以实现对该区域的可靠覆盖。广播系统中的不同小区发送相同的数据，相邻小区的信号和本小区的信号就会在空中自然地有效叠加，产生有益的信号分量，系统就能够通过宏分集合提高接收性能。这种方式称为单频网中的多小区合并方式。由于多小区的SFN 能够显著提高系统频谱效率，而且，用户在SFN内移动无需进行任何切换，大大减少了信令开销。因此，对于频率资源日趋紧张的今天，有关SFN在移动通信中应用的研究就显得更有现实意义。但是，至今为止，对单频网组网的研究仍然非常少。标准中使用的是基于操作与维护0&M(Operation & Maintenance)配置的静态SFN组网方法，该方法操作简单，能显著降低SFN组网的复杂度，但是其灵活性较差。此外，为了能覆盖到一些难以覆盖的用户位置， 采用该方法的SFN区域就要把整个区域设置得很大。这样，对于某些没有MBMS业务的用户终端UE (user equipment)接入的小区资源就被闲置了，不可避免地造成无线资源和传输资源的大量浪费。最近，在R2召开的多次会议中，提出一种对传统的静态SFN的改进方法，即动态 SFN。动态SFN是根据系统中多播用户的分布情况和运动轨迹对SFN区域进行动态的拆分或合并，以使资源闲置的小区中的无线网络的闲置资源用于其它业务。虽然这种方法能够时刻满足用户覆盖，但是动态SFN的操作复杂，变化频繁，因此，需要过多的系统调度开销。 对于实际系统并不适用。总之，由于用户移动性和业务连续性的要求，组成单频网的各个小区需要经常调整，以适应用户分布的变化。但是，网络配置的频繁改变又在很大程度上造成资源的浪费。 所以，如何对单频网实现组网就成为业内科技人员关注的焦点。
发明内容
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有鉴于此，本发明的目的是提供一种单频网SFN中的多小区半动态组网方法，因为现有技术的静态组网方式操作简单，能显著降低SFN组网复杂性，但其灵活性差，且无法对接入MBMS业务的用户进行合理分配，造成无线资源和传输资源的浪费。动态组网方式虽然能随时满足和实现用户覆盖，但其操作复杂、频繁，资源浪费也不可避免。本发明是将上述两种方法的优点进行结合而提出的半动态组网方法，既具备良好的SFN性能，又能节约资源，且操作简单，大大降低了重新组网的频率和复杂度。为了达到上述发明目的，本发明提供了一种单频网SFN(single frequency network)中的多小区半动态组网方法，其特征在于在网络运行过程中，根据网络优化目标中预设的小区平均吞吐量门限值Tmin和用户的移动状况，在保证每个小区平均吞吐量不
低于该设定门限值Tmin、即满足公式2 Tmm的前提下，要使多播广播业务的总功率
消耗达到最小化的原则，即以满足下述公式min Σ SiPi来判断是否要对单频网进行重新配置组网，也就是是否执行SFN的延展或收缩；且当网络重新配置后，仍不能保证单频网的性能时，就对采用SFN传输的业务进行调整，从而大大降低重新组网的频率和操作复杂度；式中，Hii是单频网内接收第i种多播广播业务的用户数，N为组成单频网的小区数；P” r” Si 分别是第i种多播广播业务所需的基站发射功率、数据传输速率和是否采用SFN传输的标识若Si = 1，则业务i为SFN多播广播业务；若Si = 0，则业务i为非SFN多播广播业务。单频网中的所有基站向用户同时同频传输相同的数据，以提高数据传输速率，这样，用户从一个小区移动到另一小区就不需切换资源。由于用户移动性和业务连续性的要求，组成单频网的各个小区需要随时进行适当调整，以适应用户分布的变化。但是，频繁改变网络配置又会带来大量的信令开销，并占用更多的系统资源(例如时隙、频率、功率等)。 现有的静态组网方式虽然操作简便，能够显著降低SFN组网复杂性，但是灵活性较差，并且无法对接入MBMS业务的用户进行合理分配，不可避免地造成无线资源和传输资源的浪费。 动态组网方式可以时刻满足用户覆盖，但是其操作复杂、频繁，资源的浪费亦不可避免。本发明提出的半动态组网方法，当单频网边界小区的用户分布发生变化时，本发明方法是适当延展或收缩单频网；且当调整网络覆盖后，还不能保证单频网性能时，再对 SFN传输的业务进行适当修正，以确保单频网的优越性。因此，本发明相较于静态组网方式， 既具备良好的SFN性能，即保证吞吐量达到预定要求，又能节省功率资源；而相较于动态组网方式，操作流程简单，计算复杂度低，且不会频繁改变网络配置，在一定程度上也节省了系统资源。所以，本发明具有很好的推广应用前景。
图1 (A)、⑶分别是SFN的延展与收缩的模型示意图。图2是在6种不同相邻小区数时接收信号质量最差地点的接收信号示意图。图3是本发明多小区半动态组网方法中的延展SFN操作步骤流程图。图4是本发明多小区半动态组网方法中的收缩SFN操作步骤流程图。图5是本发明实施例中延展SFN的三种方式消耗功率比较图。图6是本发明实施例中延展SFN的概率图。图7(A)、(B)、(C)分别是本发明实施例中采用半动态、静态和动态三种不同组网方式的吞吐量比较图。图8是本发明实施例中收缩SFN时消耗的平均功率示意图。图9是本发明实施例中G取不同值时收缩SFN的概率示意图。图10是本发明实施例中收缩SFN时，静态组网与半动态组网平均吞吐量比较图， p = 0. 75。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。先参见图1，介绍本发明方法的两种应用场景图1中的SFN区域包含3种小区第一种深灰色小区同时传输数据和信令，第二种浅灰色小区仅传输数据，第三种白色小区为预留小区，不传输数据和信令，又称为保护小区。单频网中多播数据经过核心网、MBMS协调实体MCE (MBMS Coordination Entity)和基站、最终传送给用户。其中MCE用于实现单频网中基站间的资源分配功能。所有基站都以相同的时频资源同时传输相同的多播数据，用户则对这些信号进行合并。图1 (A)为延展SFN示意当UEl从SFN的核心小区A移动到其边界小区B时，因用户此时有离开SFN区域的趋势，所以，为满足用户服务的连续性，该边界小区B的基站向 MCE发送延展SFN请求，MCE判断是否延展SFN。若是，则执行SFN的延展操作；否则，保持 SFN不变，操作结束；相对于SFN延展，SFN收缩操作相对简单。图1⑶为收缩SFN示意边界小区B的基站周期地向MCE发送计数结果，如果在设定时间段内，因用户从边界小区B向核心小区A 移动，使得该小区B业务的吞吐量低于预设的小区平均吞吐量门限值Tmin，则认为其不能达到SFN性能，为节约系统资源而执行SFN收缩操作，即将该边界小区B撤出SFN区域，此后， B就不再属于SFN区域，其相邻小区A变为边界小区。因对SFN进行延展和收缩的判断条件和流程都不同，因此下面分别介绍之参见图3，介绍本发明在延展SFN时的情况由于以单频网方式实现多播广播业务与单小区广播相比较的最大性能优点是可以显著提高系统吞吐量，而网络中的有限功率资源是对吞吐量的一个限制因素。因此，本发明作为一种单频网SFN中的多小区半动态组网方法，其核心思想是在网络运行过程中，寻找一种性能和资源利用的折中，体现在吞吐量和功率消耗两个指标时，要在保证平均吞吐量至少达到设定值时，使得多播广播业务的功率消耗实现最小化。也就是根据网络优化目标中预设的小区平均吞吐量门限值Tmin和用户的移动状况，在保证每个小区平均吞吐量不
低于该设定门限值Tmin、即满足公式2 Tmm的前提下，要使多播广播业务的总功率
消耗达到最小化的原则，即以满足下述公式min Σ SiPi来判断是否要对单频网进行重新配置组网，也就是是否执行SFN的延展或收缩；且当网络重新配置后，仍不能保证单频网的性能时，就对采用SFN传输的业务进行调整，从而大大降低重新组网的频率和操作复杂度；式中，Hii是单频网内接收第i种多播广播业务的用户数，N为组成单频网的小区数；P” r” Si 分别是第i种多播广播业务所需的基站发射功率、数据传输速率和是否采用SFN传输的标识若Si = 1，则业务i为SFN多播广播业务；若Si = 0，则业务i为非SFN多播广播业务。
权利要求
1.一种单频网SFN(single frequency network)中的多小区半动态组网方法，其特征在于在网络运行过程中，根据网络优化目标中预设的小区平均吞吐量门限值Tmin 和用户的移动状况，在保证每个小区平均吞吐量不低于该设定门限值Tmin、即满足公式
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法的应用场景有两种(A)延展SFN当用户从SFN的核心小区移动到其边界小区时，因用户此时有离开SFN 区域的趋势，为满足用户服务的连续性，该边界小区的基站向多播广播多媒体服务协调实体MCE(MBMS Coordination Entity)发送延展SFN请求，MCE判断是否延展SFN ；若是，则执行SFN的延展操作；否则，保持SFN不变，操作结束；(B)收缩SFN:边界小区的基站周期地向MCE发送计数结果，如果在设定时间段内，因用户从边界小区向核心小区移动，使得该小区业务的吞吐量低于预设的小区平均吞吐量门限值Tmin，则认为其不能达到SFN性能，为节约系统资源而执行SFN收缩操作，即将该边界小区撤出SFN区域，使其相邻小区变为边界小区。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述小区平均吞吐量门限值Tmin的计算
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法在延展SFN时执行下述操作步骤(Al)初始化根据SFN区域中所有基站的用户数量与其业务信息，确定小区平均吞吐量门限值Tmin ；(A2)若某个边界小区发生用户移动时，该边界小区的基站向MBMS协调实体MCE发出请求，询问是否执行SFN延展操作时，MCE执行下述操作若删除该边界小区，SFN仍能满足平均吞吐量不小于该设定门限值Tmin，即N — 1时，保持SFN不变，操作结束；式中，m' i为减去该边界小区后的第i种多播广播业务的接收用户数；若删除该边界小区后，SFN的平均吞吐量小于该设定门限值Tmin，即时，则
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述步骤(八4〉包括下列操作内容 (八41〉设置由传输的所有多播广播业务的吞吐量之和I 二 0，并分别计算每种多播 广播业务的代价值 ；再建立两个空集&和八2 ；(八42〉将所有多播广播业务按照其代价值进行从小到大的升序排列，并分别存入第1 个集合^ ；(八43〉若添加…个相邻小区进入3刚后，由3刚传输的所有多播广播业务的平均吞吐 量仍然小于该设定门限值1-，即^^7〈？^，则执行步骤(八44〉；若由3刚传输的业务的平均吞吐量之和不小于该设定门限值1-，即^，则执 行步骤(八45〉；(八44〉将第1个集合&中的第1个元素移出而放入第2个集合八2，即更新由传输 的业务吞吐量之和，使得1 = 1+111〃力，其中，第1种多播广播业务为&中第1个元素。再 返回执行步骤(八43〉；(八45〉第2个集合八2中的元素为调整后选择使用传输的多播广播业务。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法在收缩3刚时执行下述操作步骤出丄)初始化根据区域中所有基站的用户数量与其业务信息，确定小区平均吞吐 量门限值1-；出^)各个边界小区基站周期地向发送本小区用户吞吐量的计数结果11631，若该周 期时间段内小区吞吐量不小于预设的平均吞吐量门限值的固定比例，即^^乂了.，式 中，6为预设的一个比例阈值，则表示此时仍能满足3刚性能要求，102不执行收缩3刚操 作，流程结束；否则，若该周期时间段内小区吞吐量小于预设的平均吞吐量门限值的固定比 例，即I&〈 6X1^则表示此时不能满足性能，102执行后续步骤出^)； 从原有3刚区域中删除该边界小区，即收缩3刚区域。
全文摘要
一种单频网SFN中的多小区半动态组网方法，是在网络运行过程中，根据网络优化目标中预设的小区平均吞吐量门限值Tmin和用户的移动状况，在保证每个小区平均吞吐量不低于该设定门限值Tmin的前提下，要使多播广播业务的总功率消耗达到最小化的原则，判断是否要对单频网进行重新配置组网，也就是是否执行SFN的延展或收缩；且当网络重新配置后，仍不能保证单频网的性能时，就对采用SFN传输的业务进行调整，从而大大降低重新组网的频率和操作复杂度。本发明兼具静态和动态两种组网方法的优点，既具备良好的SFN性能，又能节约资源，且操作简单，大大降低了重新组网的频率和复杂度。
文档编号H04W16/18GK102523558SQ201110443838
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者卢文茜, 唐名威, 张海波, 张鸿涛, 王晓湘 申请人:北京邮电大学