一种多小区SIC调度方法和装置与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种多小区SIC调度方法和装置。

背景技术：

干扰和噪声是无线网络中的两大限制因素，它们对无线网络性能的影响并不完全一致。在一个多用户无线网络中，提升发射功率可以抑制噪声带来的影响。但是，发射功率的提升同时会增大干扰带来的影响，有时甚至会恶化系统的性能。除此之外，干扰和噪声的区别之处在于：干扰是由网络中其他发射机引起的可以估计出来的信号，而噪声是服从随机分布的，无法进行估计。

串行干扰消除(SIC)技术是一种多用户检测技术，它利用干扰信号可以估计出来的性质来解码多个同时传输的信号。假设接收端收到由n个叠加的信号S1,...,Sn加上噪声Z组成的组合信号S＝S1+...+Sn+Z。通过在接收端使用SIC，其中一个信号Si首先进行解码，而将剩余的信号视为噪声。当Si解码完成后，解码器重新构造出对应的模拟信号，并将其从原始的组合信号S中移除。因此，剩余的信号将不会受到信号Si带来的影响(假设SIC阶段的解码完全正确且Si全部从原有信号中移除)。同样的技术重复应用于剩余的n-1个信号。值得注意的是，如果其中的某次解码出现了错误，剩余的信号将无法正确解码。

图1中有2个小小区基站(SBS1，SBS2)和5个UE(m1到m5)。其中，Pij表示SBSj接收到的从mi发射的信号功率。SBS1接收功率的假设如下：P11＞P21＞P31，P11/(P21+P31+σ²)≥β，但是，P31/σ²≤β。这意味着当m1，m2和m3同时进行传输，SBS1可以成功解码来自m1，m2的信号。SBS2接收功率的假设如下：P22/(P32+P42+σ²)≥β，P32/(P42+P52+σ²)≥β，P42/(P52+σ²)≥β，但是P22/(P32+P42+P52+σ²)＜β，P52/σ²＜β。因此，当4个UE(m2到m5)同时传输，SBS2将无法正确解码任意一个信号。但是，当m2，m3和m4同时进行传输时，SBS2可以成功解码。因此，在该网络中，m1，m2，m3和m4可以同时传输且能成功解码来自m1，m2，m3和m4的信号。因此，需要研究一种SIC调度算法来实现最优调度。

现有的SIC调度算法多停留在单小区多用户的场景，没有考虑UE上行传输对相邻基站造成的干扰，因此不适用于多小区场景。一些在多跳无线网络中的SIC调度算法使用混合的整数线性规划求解，但是该方法的计算复杂度很大，使得调度时间较长。在密集部署场景下，基站和用户的数量很大，过长的调度时间将会增加时延，无法满足下一代移动通信低时延的要求。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种多小区SIC调度方法和装置，用以针对多小区多用户的应用场景下实现SIC调度，并降低SIC调度方法的复杂度，减少网络传输时延。

本发明实施例提供一种多小区SIC调度算法，包括：

针对传输网络中的每一基站，分别确定该基站对应的至少一个串行干扰消除SIC簇，所述SIC簇由所述基站和用户设备UE集合组成，所述UE集合中包含的UE满足以下条件：当所述UE集合中的UE同时传输信号时，所述基站能够成功解码在其解码范围内的所有信号；并

针对每一SIC簇，根据预设算法确定该SIC簇的权重值；

针对所述传输网络中的任两个SIC簇，分别判断该两个SIC簇是否冲突；

根据判断结果，以各SIC簇为顶点，连接冲突的SIC簇作为边组成所述传输网络对应的传输图；

根据各SIC簇的权重值和所述传输图，选择彼此不冲突且权重值之和最大的SIC簇中所包含的UE作为所述传输网络中能够同时传输信号的UE。

本发明实施例提供一种多小区SIC调度装置，包括：

第一确定单元，用于针对传输网络中的每一基站，分别确定该基站对应的至少一个串行干扰消除SIC簇，所述SIC簇由所述基站和用户设备UE集合组成，所述UE集合中包含的UE满足以下条件：当所述UE集合中的UE同时传输信号时，所述基站能够成功解码在其解码范围内的所有信号；

第二确定单元，用于针对每一SIC簇，根据预设算法确定该SIC簇的权重值；

判断单元，用于针对所述传输网络中的任两个SIC簇，分别判断该两个SIC簇是否冲突；

传输图确定单元，用于根据所述判断单元的判断结果，以各SIC簇为顶点，连接冲突的SIC簇作为边组成所述传输网络对应的传输图；

选择单元，用于根据各SIC簇的权重值和所述传输图，选择彼此不冲突且权重值之和最大的SIC簇中所包含的UE作为所述传输网络中能够同时传输信号的UE。

本发明实施例提供的多小区SIC调度方法和装置，通过将传输网络中包含的基站及其能够成功解码在其解码范围的所有信号的UE集合组成SIC簇，并以各SIC簇为顶点，连接存在冲突的两个SIC簇作为边组成传输图，根据每一SIC簇的权重值和组成的传输图，选择彼此不冲突且权重值之和最大的SIC簇集合中所包含的UE作为所述传输网络中能够同时传输信号的UE，上述过程中，将多小区SIC调度问题转化为基于组建的传输图，选择彼此不冲突且权重值之和最大的SIC簇集合的问题，在实现了多小区SIC调度的同时，降低了多小区SIC调度的复杂度，减少了网络传输时延。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中多小区多用户组成的传输网络示意图；

图2为本发明实施例中，多小区SIC调度方法的实施流程示意图；

图3为本发明实施例中，从传输图中选择选择彼此不冲突且权重值之和最大的SIC簇的实施流程示意图；

图4为本发明实施例中，多小区SIC调度装置的结构示意图。

具体实施方式

为了实现多小区多用户场景下的SIC调度，并降低SIC调度方法的复杂度，减少网络传输时延，本发明实施例提供了一种多小区SIC调度方法和装置。

以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供的多小区SIC调度方法的实现原理如下：将多小区多用户的传输网络可以建模成一个同时传输图(Concurrent Transmission Graph，CTG)，从而将SIC调度问题用图论的方法求解。在图论中，一张图可以表示为G＝(V，E)。其中，其中V是顶点的有限集合，E是边的有限集合。在CTG中，一个顶点对应一个SIC簇，簇内的UE可以同时传输。本发明实施例中，如果两个SIC簇中的UE同时传输会相互干扰时，则将两个顶点用边相连，相互干扰的两个SIC簇中的UE同时传输时，将导致信号在基站侧无法成功解码。将每个SIC簇内接入到该SBS(基站)且能够成功解码的UE所能实现的上行传输速率之和乘以公平因子α作为该簇的权重，通过求解最大加权独立集来实现最优调度，其中，公平因子为该传输网络中所有UE所能实现的上行传输速率的平均值的倒数。

根据上述原理，本发明实施例提供了一种多小区SIC调度方法，如图2所示，为本发明实施例提供的多小区SIC调度方法的实施流程示意图，可以包括以下步骤：

S21、针对传输网络中的每一基站，分别确定该基站对应的至少一个SIC簇。

假设多小区上行传输网络由若干个小小区基站(SBS)和一组UE组成，为了便于描述，本发明实施例中分别以集合S和集合M表示组成所述上行传输网络的小小区基站和UE集合。

其中，每个UE的发射功率固定且相等。UE的上行传输速率可以根据香农公式计算：R＝log2(1+SINR)。当且仅当来自某一UE的信号的功率足够强时，SBS能够成功解码来自该UE的信号。给定UEj和SBSi，如果Pji/σ²≥β且没有来自其他UE的干扰时，SBSi可以成功解码来自UEj的信号，本发明实施例中称之为UEj在SBSi的解码范围内。给定β'＜β，当β'＜Pji/σ²＜β时，SBSi可以监听到来自UEj的信号，但是无法成功解码。本发明实施例中称之为UEj在SBSi的监听范围内。当Pji/σ²＜β'时，UEj的信号不会对SBSi产生影响。其中，i和j均为大于等于1的自然数，Pji基站SBSi接收到来自UEj的信号的功率，σ²为噪声功率，β和β'均为预设值，其可以根据经验值确定，本发明实施例对其不进行限定。

假设SBSi接收到来自UE集合M的J个信号，以下记为M(si)。为了便于描述，本发明实施例中将M(si)中包含的UE标记为1,2,...,J。不失一般性，假设接收信号的功率满足P1i≤P2i≤...PJi。SBSsi按照J,J-1,...,1的顺序进行解码。根据上述分析，当来自UEj的信号满足以下条件时，SBSsi能够成功解码来自该UEj的信号，其中，k为大于等于1的自然数：

·

·

·

SIC簇(M,si)，M∈M(si)，定义为集合M中的UE同时传输时，SBSsi能够成功解码在其解码范围内的所有信号。即，J个UE能够形成一个SBSsi的SIC簇当且仅当以下任一条件成立：基站SBSsi能够成功解码J个信号中的每一个信号；或者如果P(j-1)i＜β，基站SBSsi能够成功解码从UEj到UEJ的信号。

由上述描述可知，SIC簇由基站和UE集合组成，为了便于描述，本发明实施例中，SIC簇可以表示为(M,S)。其中，UE集合中包含的UE满足以下条件：当该UE集合中的UE同时传输信号时，基站能够成功解码在其解码范围内的所有信号。

S22、针对每一SIC簇，根据预设算法确定该SIC簇的权重值。

为了实现最优的SIC调度，需要对每个SIC簇定义一个权重。本发明实施例中，考虑到吞吐量最大化和用户公平性这两个重要指标，各SIC簇(M,S)的权重定义为SIC簇内连接到SBSs(s为基站标识)且能够成功解码的UE所能实现的上行传输速率之和乘以公平因子为传输网络中所有UE所能实现的上行传输速率的平均值。其中，UE连接到RSRP(参考信号接收功率)最大的那个SBS，因此，各个SBS仅统计接入的UE的上行传输速率，避免了SBS之间的重复统计。

需要说明的是，步骤S22的实施也可以在步骤S23之后。

S23、针对传输网络中的任两个SIC簇，分别判断该两个SIC簇是否冲突。

具体的，针对步骤S21中确定出的各SIC簇，分别判断任两个SIC之间是否冲突。

较佳的，本发明实施例中，当两个SIC簇满足以下条件时，可以确定该两个SIC冲突：该两个SIC簇包含的基站为同一个基站；或者UE集合M2位于基站S1的解码或者监听范围内的UE中包含不属于UE集合M1的UE，其中，M2为其中一个SIC簇包含的UE集合，M1为另外一个SIC簇包含的UE集合，S1为与M1属于同一个SIC簇所包含的基站。

也就是说，同一基站的两个SIC簇(M1,s)和(M2,s)会相互冲突。由于SIC簇(M1,s)和(M2,s)包含不同的UE，而每个SBS在一次调度时只能选取UE集合中的一个子集同时传输，因此同一SBS的两个SIC簇在一次调度中无法共存。

给定两个SIC簇，假设分别为(M1,s1)和(M2,s2)，其中s1≠s2。M′1为M2中位于s1的解码或者监听范围内的UE集合，M'2为M1中位于s2的解码或者监听范围内的UE集合。如果且则(M1,s1)和(M2,s2)不会相互冲突。

在SIC簇(M1,s1)中，SBSs1可以解码来自UE集合M1中位于解码范围内的信号。意味着在SIC簇(M2,s2)中且属于M(s1)的UE包含于M1中。因此，(M2,s2)不会干扰SBSs1的解码。类似的，当时，(M1,s1)同样不会干扰SBSs2的解码。然而，当时，意味着存在m∈M′1，但使得m可能会干扰SBSs1的解码，因此，两个SIC簇会相互冲突。

S24、根据判断结果，以各SIC簇为顶点，连接冲突的SIC簇作为边组成传输网络对应的传输图。

S25、根据各SIC簇的权重值和组建的传输图，选择彼此不冲突且权重值之和最大的SIC簇中所包含的UE作为传输网络中能够同时传输信号的UE。具体的，本发明实施例中，可以将SIC调度问题转化为求解独立集I＝{(M1,s1),...,(M|I|,s|I|)}，使得独立集I的权重最大，其中独立集I的权重定义为集合I内包含的各个SIC簇的权重之和。由此，本发明实施例中，可以将SIC调度问题转化成最大加权独立集问题进行求解。目标函数为：

其中，n表示传输网络中SIC簇的个数，wi为第i个SIC簇的上行传输速率，αi为第i个SIC簇的公平因子，dij为邻接矩阵中第i行第j列的元素，定义为：

E为传输图的边。

指示因子vi定义为：

较佳的，如图3所示，步骤S25中，由于每个SIC簇包含的UE的上行传输速率是变化的，每个SIC簇的权重值也会随之相应的变化，因此，本发明实施例中可以通过循环的方式删除传输图中包含的边，即删除传输图中可能冲突的SIC簇，并选择出各次循环过程中剩余SIC簇的权重值之和最大的一次。较佳的，本发明实施例中，按照以下步骤实施：

S31、初始化循环次数为1。

具体的，以i表示循环次数，则初始化i＝1。

S32、分别初始化集合G0和集合I为传输网络对应的传输图包含的各顶点的集合和空集。

具体的，初始化G0＝G，其中，G为传输网络对应的传输图包含的各顶点的集合。

具体实施时，步骤S31和步骤S32可以并行执行，步骤S32也可以先于步骤S31执行，本发明实施例对此不做限定。

S33、针对集合G0中包含的每一顶点v，确定该顶点对应的标签值。

具体的，可以按照以下公式确定标记顶点v的标签值：

其中，weight(v)为顶点v对应的权重值，sum weights为集合G0中包含的所有顶点的权重值之和。

具体的，对于G0中包含的每一顶点v，以确定出的标签值进行标记。

S34、针对集合G0包含的任一顶点v，如果顶点v与集合G0中的其它顶点之间存在连接的边，且该边连接的两个顶点均被标记，则确定顶点v对应的概率值，如果顶点v对应的概率值大于预设值，则删除顶点v，否则删除与顶点v连接的顶点。

具体的，针对集合G0包含的任一顶点v，如果顶点v与集合G0中的其它顶点之间存在连接的边，且该边连接的两个顶点均被标记，则利用以下公式确定顶点v对应的概率值：如果顶点v对应的概率值大于预设值，则删除顶点v，否则删除与顶点v连接的顶点。

其中，weight(v)为顶点v对应的权重值，weight(u)为与顶点v连接的另一顶点对应的权重值，

具体的，即针对集合G0中存在的边，如果该边连接的两个顶点均被标记，则计算顶点v对应的概率值：如果顶点v对应的概率值大于预设值，该预设值可以根据实际需要进行设置，例如，该预设值可以设置为0.5，如果顶点v对应的概率值大于预设值，则删除顶点v，否则删除与顶点v连接的顶点。

S35、更新集合I和G0。

具体实施时，执行完步骤S33后，可以确定出G0中剩余未被删除的顶点集合S，更新集合I＝I∪S，更新G0＝G0-S∪N(s)，N(S)为与G0中、与集合S所包含的顶点通过边连接的顶点。

S36、判断G0是否为空，如果是，执行步骤S37，如果否，执行步骤S33。

S37、更新循环次数为当前循环次数加1。

S38、判断循环次数是否达到预设阈值，如果是，执行步骤S39，如果否，返回执行步骤S31。

S39、选择各次循环中、所包含的各SIC簇的权重值之和最大的集合I所包含的SIC簇中包含的UE作为传输网络中能够同时传输信号的UE。

即针对每一次循环得到的集合I，确定该集合I中包含的各SIC簇的权重值之和，选择最大的集合I包含的各SIC簇中包含的UE作为传输网络中能够同时传输信号的UE，从而使得传输网络性能达到最优。

上述方法的计算复杂度的期望值为EO(m(log n)²)，其中，n为该传输网络对应的传输图中顶点的个数(即该图包含的SIC簇的个数)，m为步骤S34中删除的边的数目的期望值。

本发明实施例中，通过将传输网络中包含的基站及其能够成功解码在其解码范围的所有信号的UE集合组成SIC簇，并以各SIC簇为顶点，连接存在冲突的两个SIC簇作为边组成传输图，根据每一SIC簇的权重值和组成的传输图，选择彼此不冲突且权重值之和最大的SIC簇中所包含的UE作为所述传输网络中能够同时传输信号的UE，上述过程中，将多小区SIC调度问题转化为基于组建的传输图，选择彼此不冲突且权重值之和最大的SIC簇的问题，实现了多小区SIC调度，同时本发明实施例还提供了一种计算复杂度地的调度算法，以从传输图中选择彼此不冲突且权重值之和最大的SIC簇集合，降低了多小区SIC调度的复杂度，减少了网络传输时延。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种多小区SIC调度装置，由于上述装置解决问题的原理与上述的多小区SIC调度方法相似，因此上述装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

如图4所示，为本发明实施例提供的多小区SIC调度装置的结构示意图，可以包括：

第一确定单元41，用于针对传输网络中的每一基站，分别确定该基站对应的至少一个串行干扰消除SIC簇，所述SIC簇由所述基站和用户设备UE集合组成，所述UE集合中包含的UE满足以下条件：当所述UE集合中的UE同时传输信号时，所述基站能够成功解码在其解码范围内的所有信号；

第二确定单元42，用于针对每一SIC簇，根据预设算法确定该SIC簇的权重值；

判断单元43，用于针对所述传输网络中的任两个SIC簇，分别判断该两个SIC簇是否冲突；

传输图确定单元44，用于根据所述判断单元43的判断结果，以各SIC簇为顶点，连接冲突的SIC簇作为边组成所述传输网络对应的传输图；

选择单元45，用于根据各SIC簇的权重值和所述传输图，选择彼此不冲突且权重值之和最大的SIC簇集合中所包含的UE作为所述传输网络中能够同时传输信号的UE。

具体实施时，第二确定单元42可以用于针对每一SIC，确定该SIC簇的权重值为连接到该SIC簇包含的基站且该基站能够成功解码的所有UE的上行传输速率之和与公平因子的乘积，所述公平因子为所述传输网络中所有UE所能实现的上行传输速率的平均值的倒数。

具体实施时，判断单元43可以用于针对所述传输网络中的任两个SIC簇，如果该两个SIC簇满足以下条件时确定该两个SIC冲突：该两个SIC簇包含的基站为同一个基站或者UE集合M2位于基站S1的解码或者监听范围内的UE中包含不属于UE集合M1的UE，其中，M2为其中一个SIC簇包含的UE集合，M1为另外一个SIC簇包含的UE集合，S1为与M1属于同一个SIC簇所包含的基站。

较佳的，选择单元45，可以包括：

第一初始化子单元，用于初始化循环次数为1；

第二初始化子单元，用于分别初始化集合G0和集合I为所述传输图包含的各顶点的集合和空集；

标记子单元，用于针对所述集合G0中包含的每一顶点v，按照以下公式确定标记顶点v的标签值：其中，weight(v)为顶点v对应的权重值，sum weights为集合G0中包含的所有顶点的权重值之和；

确定子单元，用于针对所述集合G0任一顶点v，如果顶点v与集合G0中的其它顶点之间存在连接的边，且该边连接的两个顶点均被标记，则利用以下公式确定顶点v对应的概率值：其中，weight(u)为与顶点v连接的另一顶点对应的权重值；

删除子单元，用于如果所述概率值大于预设值，则删除顶点v，否则，删除与顶点v连接的顶点；

更新子单元，用于更新集合I为I∪S，并更新G0为S∪N(S)，其中，集合S为集合G0中剩余未被删除的顶点集合，N(S)为G0中、与集合S所包含的顶点通过边连接的顶点；

处理子单元，用于如果所述更新子单元更新后的集合G0不为空，则触发所述标记子单元再次执行针对所述集合G0中包含的每一顶点v，按照以下公式确定标记顶点v的标签值：的操作，直至更新后的集合G0为空；如果G0为空，则更新循环次数为当前循环次数加1；以及在判断子单元的判断结果为否时，触发所述第二初始化子单元再次执行分别初始化集合G0和集合I为所述传输图包含的各顶点的集合和空集的操作；

判断子单元，用于判断循环次数是否大于预设阈值；

选择子单元，用于在所述判断子单元的判断结果为是时，选择各次循环中、所包含的各SIC簇的权重值之和最大的集合I所包含的SIC簇中包含的UE作为所述传输网络中能够同时传输信号的UE。

具体实施时，本发明实施例提供的多小区SIC调度装置，还可以包括：

第三确定单元，用于针对所述传输网络中的任一基站和任一UE，当该UE传输的信号满足以下条件时，确定该UR传输的信号在该基站的解码范围内：该UE所传输信号的功率与噪声功率的比值大于等于第一预设值；当该UE传输的信号满足以下条件时，确定该UR传输的信号在该基站的监听范围内：该UE所传输的信号的功率与噪声功率的比值小于所述第一预设值且大于第二预设值。

为了描述的方便，以上各部分按照功能划分为各模块(或单元)分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块(或单元)的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。