宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法
【专利摘要】本发明公开了一种宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法，属于通信领域。本发明的宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法中待接入用户具有3种可供选择的接入模式，除了传统的小蜂窝模式和宏蜂窝模式外，还具有D2D中继模式，使小蜂窝覆盖范围外的待接入用户在一定的条件下，通过复用宏蜂窝用户的信道以小蜂窝用户为中继建立D2D中继链路接入小基站。本发明采用D2D中继技术帮助小蜂窝覆盖范围外的用户接入到小基站，使得小蜂窝覆盖范围外的用户能够接入到小基站，可以在不增加小基站数目条件下扩大小蜂窝的服务范围，有利于提高用户体验。
【专利说明】宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，特别涉及一种宏蜂窝与小蜂窝共存的异构网络下用户接入方法。
【背景技术】
[0002]随着无线通信系统的迅猛发展，已有的单一网络系统已经无法满足高速率、大容量、高服务质量的通信要求，下一代无线通信技术正朝着多种无线网络异构融合的方向发展。异构网络是指在宏基站覆盖的范围内，引入其他通信方式，有针对性地加强特定区域的覆盖，形成多层覆盖的一种网络结构，具有网络建网灵活，维护成本低廉，因而受到了广泛的关注。
[0003]在单一的宏蜂窝网络中引入小蜂窝是目前使用较为广泛的异构网络，小蜂窝分布于宏蜂窝内，每个小蜂窝都有独立的小基站(small cell base station, SBS)。小蜂窝是指覆盖范围相对宏蜂窝覆盖较小的蜂窝网络。每个小蜂窝小基站可以由蜂窝网络运营商或者消费者部署。通过引入小蜂窝能够有效地减轻宏蜂窝负载量，提高用户通信质量。由于小蜂窝的覆盖范围较小，不同小蜂窝之间可以复用同样的无线频谱资源从而提高频谱利用率。相对于接入宏基站，用户通过接入到距离更近的小基站可以获得更好的服务同时节约功耗。其次，由于小蜂窝的覆盖范围有限，因此小蜂窝在一定程度上可以复用频率资源，有助于提升频谱利用率
[0004]宏蜂窝与小蜂窝异构网络中的用户可以选择2种接入模式:宏蜂窝模式和小蜂窝模式，宏蜂窝模式是指待接入用户直接接入宏基站；小蜂窝模式是指待接入用户直接接入小基站。一般在小蜂窝覆盖范围内的用户选择小蜂窝模式，减轻了宏蜂窝的负载，然而，由于小蜂窝的覆盖范围有限，在小蜂窝覆盖范围外的用户，通常无法接入小基站，而选用宏蜂窝模式。因此，为了在宏蜂窝网络中实现小蜂窝的全覆盖需要相当数量的小基站，而在蜂窝网络中小蜂窝的高密度布局会使得小蜂窝之间的同频干扰更加严重，且功耗大，成本高。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中为提高小蜂窝覆盖率导致小蜂窝数量大的问题，本发明提供了一种宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法，在不增加小蜂窝数量的前提下，有效的提高了小蜂窝的覆盖率。
[0006]一种宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法，所述的用户接入方法中用户具有3种接入模式，分别为小蜂窝模式、宏蜂窝模式和D2D中继模式，待接入用户获取自身的位置，并根据位置选择接入模式:(a)若待接入用户处于小蜂窝覆盖范围内，则选择小蜂窝模式，待接入用户直接接入小基站；
[0007](b)若待接入用户处于小蜂窝覆盖范围外，则根据待接入用户能否得到使异构网络的总功耗最低的信道中继组合选择接入模式:
[0008](bl)若待接入用户能够得到使异构网络的总功耗最低的信道中继组合，则选择D2D中继模式，待接入用户通过D2D中继接入小基站；
[0009](b2)否则，选择D2D中继模式，待接入用户直接接入宏基站。
[0010]本发明中待接入用户具有3种可供选择的接入模式，除了传统的小蜂窝模式和宏蜂窝模式，还具有D2D中继模式，使小蜂窝覆盖范围外的用户在一定的条件下也接入小基站。D2D (Device-to-Device)技术是蜂窝网络实现终端直接通信的重要技术手段。采用D2D作为中继技术可以使得小蜂窝覆盖范围外的用户接入到小基站，采用D2D中继帮助小蜂窝覆盖范围外的用户接入到小基站，可以在不增加小基站数目条件下扩大小蜂窝的服务范围，有利于用户体验。
[0011 ] 所述D2D中继模式包括:
[0012](I)复用使异构网络的总功耗最低的信道中继组合中相应的宏蜂窝用户的信道，与相应的小蜂窝用户建立D2D链路；
[0013](2)待接入用户的数据由相应的小蜂窝用户为中继转发到小基站，使待接入用户接入到小基站；
[0014]所述的中继信道组合为D2D中继模式中作为中继的小蜂窝用户和提供信道的宏蜂窝用户的组合。
[0015]每个待接入用户最多只能选择一个小蜂窝用户复用一个宏蜂窝用户信道，每个小蜂窝用户和宏蜂窝用户信道只能服务一个待接入用户。若中继信道组合为小蜂窝用户η宏蜂窝用户k，则表示当前用户采用小蜂窝用户η为中继并复用宏蜂窝用户k的信道。
[0016]待接入用户的位置根据信号强度判定:
[0017]若待接入用户接收到的宏基的站信号强度大于小基站的信号强度，则判定待接入用户处于小蜂窝覆盖范围外；
[0018]否则，判定待接入用户处于小蜂窝覆盖范围内。
[0019]通过比较接受到的信号强弱判断待接入用户是否在小蜂窝覆盖范围内，原理简单，易于实现。
[0020]所述待接入用户能否得到使异构网络的总功耗最低的信道中继组合采用待接入因子表示，所述的待接入因子为0-1变量:
[0021]若待接入因子为“1”，则表示待接入用户能够得到使异构网络的总功耗最低的信道中继组合；
[0022]若待接入因子为“0”，则表示待接入用户不能得到使异构网络的总功耗最低的信
道中继组合。
[0023]所述的待接入因子根据D2D中继与信道联合分配方式确定，包括:
[0024]S1:分别计算当前待接入用户采用不同中继信道组合时接入小基站的接入功率，所述的接入功率为当前待接入用户采用中继信道组合接入小基站时所需的发射功率和相应作为中继的小蜂窝用户的发射功率之和；
[0025]S2:分别比较当前待接入用户采用不同中继信道组合时对相应复用信道的宏蜂窝用户的干扰与该宏蜂窝用户的干扰容限；
[0026]若干扰大于干扰容限，则更新当前待接入用户采用相应中继信道组合时的接入功率为预设的最大发射功率；
[0027]否则，对应的接入功率维持不变；[0028]S3:循环步骤SI?S2，得到所有待接入用户在采用不同中继信道组合时的接入功率，寻找使得所有待接入用户的接入功率之和最小的中继信道组合，并分别将相应中继信道组合下各个待接入用户的待接入因子置为“ 1”，将其他中继信道组合下各个待接入用户的待接入因子置为“O”；
[0029]S4:分别比较待接入因子为“I”的待接入用户在相应中继信道组合时的接入功率和相应待接入用户直接接入宏蜂窝时所需的发射功率，若接入功率小于发射功率，则相应待接入用户的待接入因子保持为“ I ”，否则，置为“O”。
[0030]待接入因子为0-1变量，表示待接入用户能够采用相应中继信道组合时的接入小基站，若接入因子为“1”，则表示当前用户能够选择该中继信道组合接入小基站。若接入因子为“0”，则表示当前用户不能够选择该中继信道组合接入小基站。
[0031]本发明采用D2D中继与信道联合分配方式为待接入用户分配中继信道组合，根据待接入用户是否被分配得到中继信道组合，来选择待接入用户的接入方法。通过干扰限定，在保证宏蜂窝用户的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR)条件下进一步限定发射功率，且综合考虑单个待接入用户接入小基站时的接入功率和所有待接入用户接入小基站时的接入功率和，在保证用户通信质量的前提下，降低发射功率，减小异构网络的功耗。
[0032]所述的待接入用户采用不同中继信道组合时的发射功率根据公式:
[0033]
【权利要求】
1.一种宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法，其特征在于，所述的用户接入方法中用户具有3种接入模式，分别为小蜂窝模式、宏蜂窝模式和D2D中继模式，待接入用户获取自身的位置，并根据位置选择接入模式:Ca)若待接入用户处于小蜂窝覆盖范围内，则选择小蜂窝模式，待接入用户直接接入小基站；(b)若待接入用户处于小蜂窝覆盖范围外，则根据待接入用户能否得到使异构网络的总功耗最低的信道中继组合选择接入模式:(bl)若待接入用户能够得到使异构网络的总功耗最低的信道中继组合，则选择D2D中继模式，待接入用户通过D2D中继接入小基站；(b2)否则，选择宏蜂窝模式，待接入用户直接接入宏基站。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述D2D中继模式包括:(1)复用使异构网络的总功耗最低的信道中继组合中相应的宏蜂窝用户的信道，与相应的小蜂窝用户建立 D2D链路；(2)待接入用户的数据由相应的小蜂窝用户为中继转发到小基站，使待接入用户接入到小基站；所述的中继信道组合为D2D中继模式中作为中继的小蜂窝用户和提供信道的宏蜂窝用户的组合。
3.如权利要求2所述的宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法，其特征在于，待接入用户的位置根据信号强度判定:若待接入用户接收到的宏基的站信号强度大于小基站的信号强度，则判定待接入用户处于小蜂窝覆盖范围外；否则，判定待接入用户处于小蜂窝覆盖范围内。
4.如权利要求3所述的宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法，其特征在于，所述待接入用户能否得到使异构网络的总功耗最低的信道中继组合采用待接入因子表示，所述的待接入因子为0-1变量:若待接入因子为“1”，则表示待接入用户能够得到使异构网络的总功耗最低的信道中继组合；若待接入因子为“0”，则表示待接入用户不能得到使异构网络的总功耗最低的信道中继组合。
5.如权利要求4所述的宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法，其特征在于，待接入因子根据D2D中继与信道联合分配方式确定，包括:51:分别计算当前待接入用户采用不同中继信道组合时接入小基站的接入功率，所述的接入功率为当前待接入用户采用中继信道组合接入小基站时所需的发射功率和相应作为中继的小蜂窝用户的发射功率之和；52:分别比较当前待接入用户采用不同中继信道组合时对相应复用信道的宏蜂窝用户的干扰与该宏蜂窝用户的干扰容限；若干扰大于干扰容限，则更新当前待接入用户采用相应中继信道组合时的接入功率为预设的最大发射功率；否则，对应的接入功率维持不变；53:循环步骤SI?S2，得到所有待接入用户在采用不同中继信道组合时的接入功率，寻找使得所有待接入用户的接入功率之和最小的中继信道组合，并分别将相应中继信道组合下各个待接入用户的待接入因子置为“ 1”，将其他中继信道组合下各个待接入用户的待接入因子置为“O”；S4:分别比较待接入因子为“I”的待接入用户在相应中继信道组合时的接入功率和相应待接入用户直接接入宏蜂窝时所需的发射功率，若接入功率小于发射功率，则相应待接入用户的待接入因子保持为“ I ”，否则，置为“O”。
6.如权利要求5所述的宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法，其特征在于，所述的待接入用户采用不同中继信道组合时的发射功率根据公式:
7.如权利要求6所述的宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法，其特征在于，所述步骤S2中的干扰根据待接入用户采用相应中继信道组合接入小基站时的发射功率和相应的信干噪比门限分别计算得到。
8.如权利要求7所述的宏蜂窝与小蜂窝异构网络下的用户接入方法，其特征在于，所述步骤S2中的干扰容限根据宏蜂用户的发射功率与信干噪比门限分别计算得到。
【文档编号】H04W52/04GK103442409SQ201310363085
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】余官定, 鲍鹏程, 殷锐 申请人:浙江大学