专利名称：毫微微蜂窝网络中基于动态分簇的子频带分配方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，特别的，本发明涉及毫微微蜂窝网络中基于动态分簇的子频带分配方法，可用于下一代移动通信长期演进系统中。
背景技术：
目前，第三代移动通信系统(3G)已经得到广泛地商用，给人们的生活带来了前所未有地体验。但3G系统的峰值速率远远不能满足人们日益增益的需求。为了实现更高的数据速率，由3GPP主导制定了下一代移动通信长期演进(LTE/LTE-A)项目，它是以OFDM/ FDMA为核心的技术，改进并增强3G的空中接入技术。因此能有效地提高上下行峰值速率， 改善小区边缘用户的性能，增强小区的容量以及降低系统延迟，被视为强有力的下一代移动通信技术。根据相关统计表明，大约70%的话音业务和90%的数据业务发生在室内，并且室内的移动通信业务量随着通信技术的发展，业务多样性的演进及用户行为习惯的改变而逐渐增加。因此家庭区域的通信量是运营商不可忽视的经济来源。然而，根据目前的无线频谱规划，LTE系统仍将大量使用位于2GHz左右和更高的频段，这样，无线信号穿透建筑物时的能量损耗将进一步加剧，随之导致室内无线覆盖效果较差。但仅仅依靠宏基站通过增强发射功率等手段解决此问题将耗费运营商大量的资金。因此，LTE系统引入家庭基站技术 (HeNB或Femto BS)，家庭基站具有体积小、发射功率低、用户自行安装和维护、即插即用等特点，能够实现更好的室内覆盖，提升全网容量，从而满足用户不断增加的服务质量和高速率的需求。同时由于家庭基站由用户自行安装，还能节省通信运营商的固定资本投入，提高运营商的收益。目前国内外各大运营商、设备商都给予家庭基站技术以极大的关注，在北美、新加坡等地区，家庭基站已经开始商用并获取良好的商业利润。鉴于上述诸多优点，在不久的将来，家庭基站势必在全球范围内大量地部署。然而，家庭基站具备即插即用的优点，主要由用户自行安装和维护。在毫微微蜂窝网络中，家庭基站的位置和数量对于通信运营商都是未知的，因此毫微微蜂窝网络不能运用传统蜂窝网络中的网规网优技术和干扰避免技术，使得毫微微蜂窝中的干扰避免成为新的挑战。由于毫微微网络中家庭基站数量庞大，在已有的干扰避免技术中抑或基站间及基站与网络间的信息交互导致大量的信令开销，抑或复杂度较高的算法，很难有效地解决毫微微小区间的干扰问题。图I所不为包括毫微微蜂窝网络系统架构图,其包含若干家庭基站和一个家庭基站网关(Femto Gff)。
发明内容
本发明旨在针对利用传统的蜂窝网划网优和干扰避免技术不能有效地解决毫微微小区间干扰问题，提出一种基于家庭基站动态分簇的子频带分配方法，该方法能大大地降低毫微微小区间的干扰，提高毫微微网络的吞吐量。
本发明包括如下步骤步骤I :每个家庭基站中的用户测量相邻基站对其产生的干扰，上报到集中控制单元，集中控制单元依此计算干扰权重并生成加权干扰图；步骤2 :集中控制单元根据用户SINR需求以及家庭基站的密度，初始化簇数M并将可用频带划分为M个子频带；步骤3 :集中控制单元计算每个家庭基站节点所有边的干扰权重之和，并将结点按降序排列，将前M个节点依此加入到M个簇中；步骤4:集中控制单元从剩余节点中按顺序选择一个节点，分别计算该节点与每个簇内所有节点的干扰权重之和，将该节点划入干扰权重和最小的簇，直至所有的节点都划入M个簇中；步骤5 :集中控制单元根据每个簇内节点数将M个簇按升序排列，每次选出一个簇并计算其在不同子频带下的总吞吐量，将总吞吐量最大时对应的子频带分给该簇，簇内节点使用相同的子频带，按照上述原则将剩余子频带分配给剩下的簇，直到每个簇都分配不同的子频带；步骤6 :集中控制单元统计用户的平均SINR，如果用户的平均SINR大于门限要求， 毫微微蜂窝网络的子频带分配结束，否则，改变M值，返回步骤3，直至用户的平均SINR满足门限要求。所述步骤I中，集中控制单元可集成在家庭基站网关之中，该步骤中用户测量相邻家庭基站对其的干扰，只有干扰信号强度与有用信号强度之比超过一定的门限值才进行测量信息上报于集中控制单元；如果小于门限值，测量信息不上报以便减小信令开销，并且干扰权重设置为O。加权干扰图权重值表示如下
Pv
—Pv / Pu > Sth^uv =^Pu
ο Pmsth其中wuv为节点V到u的干扰权重，Pv为用户u受到家庭基站V的干扰信号强度， Pu为用户U接收到的有用信号强度，Sth为门限值。所述步骤6中，设定SINR门限值SINRmin和SINRmax (其中，SINRmin < SINRmax)，集中控制单元统计用户的平均SINR，如果大于门限值SINRmax，更新M = M-I以提高频谱利用率； 如果小于门限值SINRmin,更新M = M+1提高用户的平均SINR，直至用户的平均SINR位于区间[SINRfflin, SINRfflaJ 内。从以上技术方案可以看出，本发明的技术方案中用户设备将干扰测量报告上报给集中控制单元，集中控制单元根据所有用户的测量报告计算干扰权重和生成加权干扰图， 基于加权干扰图将毫微微蜂窝网络中所有的家庭基站分成M簇，相互干扰非常强的家庭基站划分到不同的簇中，相互不存在干扰或干扰比较微弱的家庭基站划分在同一簇中，簇内的家庭基站复用相同的子频带，不同簇的家庭基站分配不同的子频带，从而有效地减小高密度部署环境下家庭基站之间的严重干扰，提高网络的吞吐量。同时将全网的家庭基站分簇形成虚拟小区，便于网络管理与规划，从而减小全网的信令开销。下面通过附图和具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的阐述。
图I所不为本发明实施例中包含家庭基站与家庭基站网关的系统架构图；图2所示为本发明实施例中毫微微小区的用户干扰测量示意图；图3所示为本发明实施例中集中控制单元实现子频带分配流程具体实施例方式为使本发明的技术方案优势描述的更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细阐述，显然所描述的实施例只是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。根据本发明的实施例，本领域的普通技术人员在不经创造性劳动的基础上可以实现本发明的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。在下面的描述中，对与本发明无关的技术只做简要的技术说明或者直接略过。本发明的主要思想是，用户设备将干扰测量报告上报给集中控制单元，集中控制单元根据所有用户的测量报告将所有的毫微微小区分成M簇，相互干扰非常强的毫微微小区划分到不同的簇中，不存在干扰或干扰比较微弱的毫微微小区在同一簇中，簇内的毫微微小区分配到相同的子频带，不同簇的毫微微小区分配到不同的子频带，从而有效地减小高密度部署毫微微小区时带来的严重干扰。图I所示为多层建筑内毫微微蜂窝网络中家庭基站密集部署场景下的系统架构图，其包含一个家庭基站网关、若干家庭基站和若干被家庭基站服务的用户设备，特别的， 豕庭基站将测量报告通过光缆等上报给豕庭基站基站网关中的集中控制单兀，豕庭基站网关中的集中控制单元通过光缆将子频带分配信息反馈给网络中各家庭基站。图2所示为毫微微小区用户设备干扰测量示意图，其包括两个家庭基站和一个毫微微小区用户设备，特别的，毫微微小区用户设备通过导频信道将测量报告上报给家庭基站。图3是本发明实施例集中控制单元实现子频带分配流程图，具体包括步骤301 :用户测量相邻基站对其产生的干扰，通过为其服务的家庭基站上报到集中控制单元，集中控制单元计算干扰权重并生成加权干扰图。该步骤中，集中控制单元集成在家庭基站网关中。在用户测量其它基站对其干扰过程中，设定一个门限值，干扰信号强度与有用信号强度之比超过门限值才进行上报，并将测量信息上报给集中控制单元；如果小于门限值，干扰权重设置为0，并且不予以上报。此外，测量的信号强度信息可以经导频信道发送。步骤302 :集中控制单元根据用户SINR需求以及家庭基站的密度，初始化簇数M 并将授权频带划分为M个子频带。在步骤302中，集中控制单元根据用户SINR需求以及家庭基站的密度初始化簇数 M，用户SINR需求越高，簇数M初始值越大；家庭基站的密度越大，簇数M初始值也越大。步骤303 :集中控制单元计算每个节点所有边的干扰权重之和，并按降序排列，将前M节点分别划分到M个不同的簇之中。集中控制单元采用随机方式，将前M个节点分别划入到M个不同的簇之中。步骤304 :集中控制单元从剩余节点中依次选择一个节点，分别计算该节点与每个簇内所有节点的干扰权重之和，将该节点划入干扰权重和最小的簇，直至所有的节点都划入到M个簇之中。步骤304中，如果存在两个或者两个以上的簇与该节点的干扰权重和最小且相等，将该节点随机划入其中的一个簇之中；步骤305 :集中控制单元根据每个簇的节点数将M个簇按升序排列，依次选择簇， 分别计算该簇在不同子频带上的总吞吐量，选择总吞吐量最大时所对应的子频带分配给该簇，簇内节点复用相同的子频带，按照上述原则将剩余子频带分别分配给剩下的簇。步骤306A :集中控制单元统计用户的平均SINR，判断是否位于[SINRmin, SINRmaJ 区间内，如果位于区间内则停止，否则执行步骤306B ；步骤306B :若用户的平均SINR大于门限值SINR_，M = M-I ;若用户的平均SINR 小于门限值SINRmin,则M = M+1，返回步骤303。
权利要求
1.根据权利要求I所述的基于动态分簇的子频带分配方法，其特征在于包括以下步骤步骤I:每个家庭基站中的用户测量相邻基站对其产生的干扰，上报到集中控制单元， 集中控制单元依此计算干扰权重并生成加权干扰图；步骤2 :集中控制单元根据用户SINR需求以及家庭基站的密度，初始化簇数M并将可用频带划分为M个子频带；步骤3 :集中控制单元计算每个家庭基站节点所有边的干扰权重之和，并将结点按降序排列，将前M个节点依此加入到M个簇中；步骤4 :集中控制单元从剩余节点中按顺序选择一个节点，分别计算该节点与每个簇内所有节点的干扰权重之和，将该节点划入干扰权重和最小的簇，直至所有的节点都划入M 个簇中；步骤5:集中控制单元根据每个簇内节点数将M个簇按升序排列，每次选出一个簇并计算其在不同子频带下的总吞吐量，将总吞吐量最大时对应的子频带分给该簇，簇内节点使用相同的子频带，按照上述原则将剩余子频带分配给剩下的簇，直到每个簇都分配不同的子频带；步骤6 :集中控制单元统计用户的平均SINR，如果用户的平均SINR大于门限要求，毫微微蜂窝网络的子频带分配结束，否则，改变M值，返回步骤3，直至用户的平均SINR满足门限要求。
2.根据权利要求I所述的基于动态分簇的子频带分配方法，其特征在于所述步骤I中，集中控制单元可集成在家庭基站网关之中，该步骤中用户测量相邻家庭基站对其的干扰，只有干扰信号强度与有用信号强度之比超过一定的门限值才进行测量信息上报于集中控制单元；如果小于门限值，测量信息不上报以便减小信令开销，并且干扰权重设置为O。
3.根据权利要求I所述的基于动态分簇的子频带分配方法，其特征在于所述步骤2中，集中控制单元根据用户SINR需求以及家庭基站的密度初始化簇数M，用户SINR需求越高，簇数M初始值越大；家庭基站的密度越大，簇数M初始值也越大。
4.根据权利要求I所述的基于动态分簇的子频带分配方法，其特征在于所述步骤3中，集中控制单元采用随机方式，将前M个节点分别划入到M个不同的簇之中。
5.根据权利要求I所述的基于动态分簇的子频带分配方法，其特征在于所述步骤4中，如果存在两个或者两个以上的簇与该节点的干扰权重和最小且相等， 将该节点随机划入其中的一个簇。
6.根据权利要求I所述的基于动态分簇的子频带分配方法，其特征在于所述步骤6中，设定SINR门限值SINRmin和SINRmax(其中，SINRmin < SINRmax)，集中控制单元统计用户的平均SINR，如果大于门限值SINRmax，更新M = M-I以提高频谱利用率；如果小于门限值SINRmin，更新M = M+1提高用户的平均SINR，直至用户的平均SINR位于区间 [SINRfflin, SINRmaJ 内。
全文摘要
本发明涉及移动通信领域的无线资源管理领域，提供了一种毫微微蜂窝网络中基于动态分簇的子频带分配方法。该方法包括用户测量每个基站对其产生的干扰，计算毫微微网络网关计算干扰权重并生成加权干扰图；根据家庭基站密度和用户服务质量需求，根据相互间干扰严重的基站分到不同簇的原则，对网络中家庭基站分簇，形成虚拟小区，有效地降低了毫微微小区间的干扰。然后将每个簇吞吐量最大时对应的子频带依次分配各簇，保证簇之间子频带相互正交，进一步提高网络吞吐量。此外，本发明中虚拟小区的构建能有效降低网络管理复杂度，以及系统运营开销，尤其适用于网络中家庭基站密集部署的情形。
文档编号H04W16/10GK102612037SQ20121011087
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者李伟, 温向明, 苏涛, 谢元宝, 郑伟 申请人:北京邮电大学