一种蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法
【专利摘要】本发明公开了一种蜂窝异构网络下用户接入模式选择方法，属于通信领域。本发明的异构网络下的待接入用户可以选择三种接入模式，分别为宏蜂窝接入模式、小蜂窝接入模式和D2D中继接入模式。D2D中继接入模式可以使小蜂窝覆盖范围外的待接入用户在满足一定的条件下通过与小蜂窝用户建立D2D直连通信的方式，由该小蜂窝用户作为中继接入到小基站，从而提升小基站的服务范围，提高用户体验。同时，本发明也提供了一种接入模式选择方法以及D2D中继接入模式下的中继选择、信道与功率分配方法，可以有效解决接入模式选择、中继选择、信道与功率分配问题，提高异构网络的能量效率。
【专利说明】一种蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，特别涉及一种蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法。【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形成蜂窝异构网络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 basestation，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:宏蜂窝接入模式和小蜂窝接入模式，宏蜂窝接入模式是指待接入用户直接接入宏基站；小蜂窝接入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]针对现有技术的不足，本发明提出了一种蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法。
[0006]一种蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，所述的蜂窝异构网络下用户具有3种接入模式，分别为小蜂窝接入模式、宏蜂窝接入模式和D2D中继接入模式，待接入用户通过以下步骤选择接入模式:
[0007](I)待接入用户感知来自所有小基站的信号强度，并根据信号强度获取待接入用户的位置；
[0008](2)待接入用户根据自身的位置选择接入模式:
[0009](2-1)若待接入用户处于小蜂窝覆盖范围内，则待接入用户采用小蜂窝接入模式；[0010](2-2)若待接入用户处于小蜂窝覆盖范围外，则判断待接入用户是否存在邻近小
基站，
[0011]若不存在邻近小基站，则待接入用户采用宏蜂窝接入模式；
[0012]若存在邻近小基站，则进入步骤(3);
[0013](3)判断待接入用户是否存在最终中继，
[0014](3-1)若存在，则待接入用户采用D2D中继接入模式； [0015](3-2)若不存在，则待接入用户采用宏蜂窝接入模式；
[0016]D2D中继接入模式为待接入用户通过最终中继接入到相应的小基站。
[0017]本发明中待接入用户不在小蜂窝覆盖范围内，应理解为待接入用户不在所有的小蜂窝覆盖范围内。本发明中比较待接入用户接收到的来自所有小基站的信号强度:
[0018]若最强的小基站信号强度小于预设下限，则判断待接入用户处于小蜂窝覆盖范围外；
[0019]否在，判断待接入用户处于小基站覆盖范围内，并且待接入用户接收到的该小基站的信号强度最强。
[0020]本发明中待接入用户具有3种可供选择的接入模式，除了传统的小蜂窝接入模式和宏蜂窝接入模式，还具有D2D中继接入模式，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。
[0021]本发明中待接入用户处于小蜂窝覆盖范围内，则采用小蜂窝接入模式，直接入信号强度最强的小基站。若待接入用户处于小蜂窝覆盖范围之外，则依次判断待接入用户是否存在邻近小基站和最终中继，若某一个判断结果为不存在，则停止继续判断，待接入用户采用宏蜂窝接入模式。
[0022]所述的D2D中继接入模式包括以下步骤:
[0023](SI)待接入用户获取中继信道，并计算相应的发射功率；
[0024](S2)待接入用户通过所述的中继信道与最终中继建立D2D链路；
[0025](S3)待接入用户的数据由最终中继转发到小基站，使待接入用户接入到相应的小
基站O
[0026]所述步骤(SI)中根据以下方法获取中继信道并计算相应的发射功率:
[0027](Sl-1)最终中继感知其他宏蜂窝用户使用的宏蜂窝信道，选择干扰最小的宏蜂窝信道；
[0028](S1-2)根据公式:
P yΛ?ΧΝq+1
[0029]K =---
"/)
[0030]计算待接入用户复用所述干扰最小的宏蜂窝信道与最终中继进行D2D通信所需的发送功率Pw，Im为干扰最小的宏蜂窝信道的干扰，Hd为待接入用户与最终中继之间的信道增益，Ntl为噪声功率，Ydth为小蜂窝用户解调信号所需的最低信干噪比门限；
[0031](S1-3)根据公式:[0032]
【权利要求】
1.一种蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，其特征在于，所述的蜂窝异构网络下用户具有3种接入模式，分别为小蜂窝接入模式、宏蜂窝接入模式和D2D中继接入模式，待接入用户通过以下步骤选择接入模式: (1)待接入用户感知来自所有小基站的信号强度，并根据信号强度获取待接入用户的位置； (2)待接入用户根据自身的位置选择接入模式: (2-1)若待接入用户处于小蜂窝覆盖范围内，则待接入用户采用小蜂窝接入模式； (2-2)若待接入用户处于小蜂窝覆盖范围外，则判断待接入用户是否存在邻近小基站， 若不存在邻近小基站，则待接入用户采用宏蜂窝接入模式； 若存在邻近小基站，则进入步骤(3)； (3)判断待接入用户是否存在最终中继， (3-1)若存在，则待接入用户采用D2D中继接入模式； (3-2)若不存在，则待接入用户采用宏蜂窝接入模式； D2D中继接入模式为待接入用户通过最终中继接入到相应的小基站。
2.如权利要求1所述的蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，其特征在于，所述的D2D中继接入模式包括以下步骤: (51)待接入用户获取中继信道，并计算相应的发射功率； (52)待接入用户通过所述的中继信道与最终中继建立D2D链路； (53)待接入用户的数据由最终中继转发到小基站，使待接入用户接入到相应的小基站。
3.如权利要求 2所述的蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，其特征在于，所述步骤(SI)中根据以下方法获取中继信道并计算相应的发射功率: (Sl-1)最终中继感知其他宏蜂窝用户使用的宏蜂窝信道，选择干扰最小的宏蜂窝信道； (S1-2)根据公式:
4.如权利要求3所述的蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，其特征在于，所述的邻近小基站为待接入用户接收到的信号强度大于设定的阈值的小基站。
5.如权利要求4所述的蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，其特征在于，所述的最终中继为愿意为待接入用户作为D2D中继，同时使待接入用户的接入功率最小的小蜂窝用户，且该发射功率小于采用宏蜂窝接入模式时待接入用户的发射功率。
6.如权利要求5所述的蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，其特征在于，所述步骤(3)通过以下步骤判断是否存在最终中继: (301)待接入用户向宏基站发送D2D中继接入请求，宏基站接收到所述的D2D中继接入请求后为待接入用户分配临时信道，并设定定时时间； (302)待接入用户采用所述的临时信道广播D2D中继接入请求； (303)接收到该D2D中继接入请求的邻近小基站根据自身业务量判断是否响应所述的D2D中继接入请求，在设定的定时时间内响应该D2D中继接入请求的邻近小基站作为可接入小基站，并将确认响应信息反馈给宏基站； (304)待接入用户采用所述的临时信道广播测试信号； (305)可接入小基站中的小蜂窝用户感知所述的测试信号的信号强度，并根据当前状态决定是否愿意提供中继服务，其中愿意提供中继服务的小蜂窝用户为志愿中继，并将感知到的测试信号的信号强度及自身的用户信息反馈给相应的可接入小基站； (306)可接入小基站根据志愿中继反馈的信号强度和测试信号的发送功率分别计算各个志愿中继对应的D2D中继模式下待接入用户的接入功率，并比较D2D中继模式下的最小接入功率与宏蜂窝模式下待接入用户的接入功率的大小关系: 若D2D中继模式下的最小接入功率大于宏蜂窝模式下的接入功率，则判断不存在最终中继； 否则，判断存在最终中继，并以该最小功率对应的志愿中继为最终中继。
7.如权利要求6所述的蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，其特征在于，所述步骤(305)中若小蜂窝用户的当前状态为需要与可接入小基站通信或电量低于设定的电量阈值下限，则该小蜂窝用户不作为志愿中继； 否则，该小蜂窝用户作为志愿中继。
8.如权利要求7所述的蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，其特征在于，所述步骤(306)的接入功率为待接入用户与志愿中继进行D2D通信的发送功率以及志愿中继与小基站通信的发送功率之和。
9.如权利要求8所述的蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，其特征在于，待接入用户与志愿中继进行D2D通信的发送功率根据公式:
10.如权利要求9所述的蜂窝异构网络下的用户接入模式选择方法，其特征在于，宏蜂窝模式下待接入用户所需的接入功率根据公式:
【文档编号】H04W40/22GK103731900SQ201310673467
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】余官定, 鲍鹏程, 殷锐, 陈琪美, 江玉环 申请人:浙江大学