一种云无线接入异构网架构下的动态频率复用方法
【专利摘要】本发明公开了一种云无线接入异构网下的动态频率复用方法，所述云无线接入异构网包括宏远端射频头、微远端射频头、基站资源池和高速交换结构，特征是采取将异构网与云无线接入网结构相结合，采用基于图染色的频率资源分配方法以及基于图染色的频率资源分配调节方法，从而能够确保异构网中相邻近的同层或不同层的两个小区不使用同一段频率以避免同频干扰，并根据各小区中随时间变化的频谱资源需求量，动态地实现并调整频谱资源的分配以适应小区内不断变化的用户数量。本发明适用于全频带的正交频分复用系统，能够有效地提高频谱资源的利用率，增加每个小区的吞吐量。
【专利说明】—种云无线接入异构网架构下的动态频率复用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信系统中的频率复用方法【技术领域】，具体涉及在云无线接入异构网络架构下实现动态频率复用的方法。
【背景技术】
[0002]正交频分复用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing)技术因为其能够获得更高的频谱利用率及更快的数据传输速率，在现代无线通信领域得到了愈加广泛的应用。同时，异构网这种包含有宏小区和微小区或更多不同层次小区的网络架构概念的提出，也为解决用户热点地区的覆盖问题并提高整个网络的性能提供了一种有效的方案。在基于正交频分复用技术的异构网络中，位于不同小区内的用户可以通过复用频谱的方式来提高频谱资源的利用率。但是当相邻两个小区中的用户使用同一段频率时，便会发生严重的同频干扰。现有的解决这种问题的方式，多为固定地将某些部分的频段划分给不同的小区以确保相邻的小区不使用相同的频率。《电器和电子工程师协会通信学报》(IEEETRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, 2012 年第 7 期第 60 卷 2029 到 2039 页)“异构网络下部分频率复用的性能分析(Analytical Evaluation of Fractional Frequency Reuse forHeterogeneous Cellular Networks)”一文中提出一种在异构网下使用部分频率复用的策略来避免不同层中邻小区间的同频干扰。但在这种固定的频率资源分配方式会使得每个基带处理单元所提供的频谱资源都不能够得到充分的利用，且当区域中的用户分布均匀时，某些负载较高的小区中用户的需求可能难以被满足。
[0003]云无线接入网络(Cloud Radio Access Network,Cloud-RAN)为一种新的无线网络架构，由一系列的基带处理单元(Base Band Unit)所组成的基站资源池与若干远端射频头(Remote Radio Head)构成。《电器和电子工程师协会指定通信领域学报》(IEEE Journal onSelected Areas in Communications, 2013 年 5 月第 31 卷编号 5 第 829 到 839 页)“一种新的适应性的小小区架构(A New Adaptive Small-Cell Architecture) ”一文对类似的架构进行了描述，架构中的每个远端射频头对一个小区进行覆盖，基带处理单元与远端射频头之间经由一个高速交换结构，通过光传输网络相连接；通过高速交换结构，每个小区中的远端射频头可根据需要与基站资源池中任意一个基带处理单元建立电路连接，即使用该基带处理单元提供的频谱资源；同时，每个基带处理单元可以通过高速交换结构同时与多个远端射频头相连接并为它们所覆盖下的小区中的用户提供频谱资源。相对于传统的分布式接入网系统，这种网络架构的优点在于系统能够根据覆盖下所有小区的业务量动态地调整处在工作状态的基带处理单元数量，提高频谱资源的利用率；同时将各小区的数据在一个资源池中进行集中处理，能够减少系统运营维护成本并降低能耗。将云无线接入网架构与异构网相结合，能够有效提高系统的频谱效率并降低能耗。但云无线接入网络本身由于未采用频率复用技术，相邻及不同层次中的小区间仍不可避免地存在着同频干扰问题，且至今还未有见将频率复用技术与基于云无线入网架构的异构网相结合的报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种云无线接入异构网中的动态频率复用方法，以在利用云无线接入网架构所特有的有点的同时，解决现有异构网架构下频率复用技术所面临的频谱利用率低下及无法适应用户业务量变化的问题。
[0005]本发明云无线接入异构网下的动态频率复用方法，适用于全频带的正交频分复用系统；其中的云无线接入异构网架构包括远端射频头、基站资源池和高速交换结构，所述远端射频头经光纤连接到高速交换结构后再经光纤连接到基站资源池；其中远端射频头中采用Nm个发射功率较高的宏远端射频头负责对宏小区进行覆盖，同时采用Np个发射功率较低的微远端射频头负责对微小区覆盖；所述的基站资源池中，M个基带处理单元并行通过控制信令传输线路与一个中央管理调度模块相连接；每个基带处理单元所提供的频谱资源量均为整个系统所能提供的总的频谱资源量B，单位为兆赫兹；总的频谱资源被划分为Nk个资源块(Resource Block)，每个资源块的带宽为a，单位为兆赫兹；每个用户每次占用其中的一个资源块进行通信或数据传输；其特征在于:通过在现有云无线接入网架构中分别采用宏远端射频头和微远端射频头对宏小区和微小区进行覆盖的方式，将云无线接入网架构与异构网相结合；采用基于图染色的频率资源分配方式统一地对系统中的宏小区和微小区中的用户进行频率资源分配；采用基于图染色的频率资源分配调节方式，根据各个小区中随时间变化的频谱资源需求量对频谱资源的分配进行调节。
[0006]上述云无线接入异构网下的动态频率复用方法中所述基于图染色的频率资源分配方式具体包括以下步骤:
[0007]第一步:基站资源池中的中央管理调度模块收集各小区不同区域在当前时刻的频谱资源需求情况，再根据已知的系统覆盖下小区间的位置关系生成小区间干扰拓扑结构图；该拓扑结构图由节点和连接两个节点的边所构成，每个节点表示一个宏小区或一个微小区；通过所设定的距离门限值来判断任意两个微远端射频头所覆盖的小区间是否可以复用同一段频率:当两个微远端射频头间的距离大于Λ,时，则所覆盖的小区可以复用同一段频率，否则不能；设微远端射频头和宏远端射频头之间的距离门限为当一个微远端射频头和一个宏远端射频头间的距离大于时，则它们所分别覆盖的小区可以复用同一段频率，否则不能；在小区间干扰拓扑结构图中，代表不能复用同一段频率的两个小区的两个节点之间用边相连接；每个节点k都有一个对应的负载值ek，表示该小区的频谱资源需求量的大小，即所需的资源块的个数，这个值在构图时即等于节点k所对应的远端射频头所覆盖下小区的负载rk;这里序号k用于标识不同的节点，包括宏节点
和微节点；同时为每个节点k定义已用颜色向量< =[cf4,可用颜色向量< =5其中，(=1表示节点k已经被染为颜色Ci,反之^ =0; =ι
表示节点k可以但是还未被染上颜色Ci，反之<| =0；在染色过程中，每对一个节点进行染
色，都要对图中所有节点的已用颜色向量和可用颜色向量进行更新；
[0008]第二步:选取同种负载值最高的节点kM乍为起始节点开始对整个图中的所有节点进行染色；若不止一个节点的负载值同为最高，则优先选取度数最大的节点；若还不止一个，则在度数最大的节点中任意选取一个；所述节点的度数指的是与节点相连接的边的个数；中央管理调度模块生成颜色C1来对节点k*进行染色；这里每种颜色Ci也有一个对应的负载值I (Ci)，表示该颜色所对应的频谱资源量，即资源块的个数，用颜色负载值向量I =[I (C1)，I (C2),...]来表示现有所有颜色的负载值；这里颜色C1的负载值即等于节点k*的负载值；
[0009]第三步:将与已染色节点相邻的所有未染色节点构成一个目标节点集合K;如果此时已染色节点没有相邻的未染色节点，则从整个图中找出负载值最大的节点t来构成目标节点集合K:
[0010]第四步:从目标节点集合K中选取负载值最大的节点作为目标节点，再为目标节点选取其可用的目标颜色；若
【权利要求】
1.一种云无线接入异构网下的动态频率复用方法，适用于全频带的正交频分复用系统；其中的云无线接入异构网架构包括远端射频头、基站资源池和高速交换结构，所述远端射频头经光纤连接到高速交换结构后再经光纤连接到基站资源池；其中远端射频头中采用Nm个发射功率较高的宏远端射频头负责对宏小区进行覆盖，同时采用Np个发射功率较低的微远端射频头负责对微小区覆盖；所述的基站资源池中，M个基带处理单元并行通过控制信令传输线路与一个中央管理调度模块相连接；每个基带处理单元所提供的频谱资源量均为整个系统所能提供的总的频谱资源量B，单位为兆赫兹；总的频谱资源被划分为Nk个资源块，每个资源块的带宽为a，单位为兆赫兹；每个用户每次占用其中的一个资源块进行通信或数据传输；其特征在于:通过在现有云无线接入网架构中分别采用宏远端射频头和微远端射频头对宏小区和微小区进行覆盖的方式，将云无线接入网架构与异构网相结合；采用基于图染色的频率资源分配方式统一地对系统中的宏小区和微小区中的用户进行频率资源分配；采用基于图染色的频率资源分配调节方式，根据各个小区中随时间变化的频谱资源需求量对频谱资源的分配进行调节。
2.如权利要求1所述云无线接入异构网下的动态频率复用方法，特征在于所述基于图染色的频率资源分配方式具体包括以下步骤: 第一步:基站资源池中的中央管理调度模块收集各小区不同区域在当前时刻的频谱资源需求情况，再根据已知的系统覆盖下小区间的位置关系生成小区间干扰拓扑结构图；该拓扑结构图由节点和连接两个节点的边所构成，每个节点表示一个宏小区或一个微小区；通过所设定的距离门限值来判断任意两个微远端射频头所覆盖的小区间是否可以复用同一段频率:当两个微远端射频头间的距离大于Zijf时，则所覆盖的小区可以复用同一段频率，否则不能；设微远端射频头和宏远端射频头之间的距离门限为Λ,，当一个微远端射频头和一个宏远端射频头间的距离大于民7时，则它们所分别覆盖的小区可以复用同一段频率，否则不能；在小区间干扰拓扑结构图中，代表不能复用同一段频率的两个小区的两个节点之间用边相连接；每个节点k都有一个对应的负载值ek，表示该小区的频谱资源需求量的大小，即所需的资源块的个数，这个值在构图时即等于节点k所对应的远端射频头所覆盖下小区的负载rk ;这里序号k用于标识不同的节点，包括宏节点和微节点；同时为每个节点k定义已用颜色向量<
3.如权利要求1所述云无线接入异构网下的动态频率复用方法，特征在于所述基于图染色的频率资源分配调节方式，是根据各小区中随时间变化的频谱资源需求量和前一时刻的频谱资源分配结果对频谱资源的分配进行调节，具体分为两种情况: 一种情况是，当某个节点k所对应的远端射频头覆盖下小区的频谱资源需求量从rk变化为< ,且< > ，即用户增加时，则具体调节方式如下: 如果
【文档编号】H04W16/10GK104023339SQ201410231928
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】赵明, 王楷为, 周武旸 申请人:中国科学技术大学