一种基于频分复用和上下行解耦的密集网络容量提升方法与流程

本发明涉及移动通信技术领域，具体而言，涉及5G系统中一种基于频分复用和上下行解耦的密集网络容量提升方法。

背景技术：

在未来的5G通信系统中，无线通信网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。随着各种智能终端的普及，数据流量将出现井喷式的增长。未来数据业务将主要分布在室内和热点地区，这使得超密集网络成为实现未来5G的1000倍流量需求的主要手段之一。超密集网络UDN是5G的核心技术之一，通过无线接入点的规模部署，可以大大降低用户接入的距离，从而提高用户的吞吐量以及区域的吞吐量(bps/km²)，是满足5G系统容量需求的关键技术。超密集网络能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。未来，面向高频段大带宽，将采用更加密集的网络方案，部署小小区/扇区将高达100个以上。

与此同时，愈发密集的网络部署也使得网络拓扑更加复杂，小区间干扰已经成为制约系统容量增长的主要因素，极大地降低了网络能效。

对于小区间干扰问题，由于相邻小区之间频带重叠而产生的小区间干扰为系统的主要问题，对系统性能尤其是小区边缘用户性能会造成严重的损失。对于干扰协调，采用部分频分复用技术，即将可用频带分割成3个子频带，在频率分配时对小区中心用户和边缘用户区分对待，边缘用户被分配较小的比例频带，且相邻小区的边缘用户之间被分配的子频带互不相交。假设频率复用因子为k，则每一个子频带在每k个小区间可被复用。移动终端若信道良好，则采用较低的频率复用因子，若信道条件恶劣，则采用较高的频率复用因子。FFR将给每一个终端分配最合适的频带k，使系统性能最优化。

在基站部署方面，对于无线小站而言，由于其主要目的是满足高流量覆盖的需求，小站的接入链路通常具有较高的数据传输能力，因此无线小站的无线回传链路也应该支持高速数据传输，以达到整体的高性能。无线节点接入宏基站的方式，在超密集组网场景存在一定的问题：首先，宏站一般是低频点工作提供广域覆盖，宏站带宽不会很大，满足不了高速率的回传链路传输需要；其次，即使宏站支持高频大带宽的工作频点，但由于高频段情况下，波长短、损耗快，而且穿透能力差，受建筑物、树叶以及人体的遮挡效应明显等各种原因，相比传统低频段蜂窝系统，存在大量的覆盖阴影，也无法保证能为无线小站提供稳定的高速率回传传输服务；由于不同类型基站的下行覆盖能力不同，能提供最好上行覆盖性能的基站并不一定提供最好的下行覆盖。例如当用户靠近微基站时，接入微基站能够获得更好的上行性能。而由于宏基站的发射功率远大于微基站，用户接入宏基站能获得更好的下行性能。可以看到上下行接入不同基站，目前在在5G通信网络中有部分工作涉及到这方面内容，被称为上下行解耦。低功率的小基站越来越密集，提供最优上行覆盖性能的基站有时候并不能提供最优下行覆盖。因此用户上下行不必接入同一个基站。即上下行解耦，不同类型基站间的负载均衡，最大化网络吞吐量。

技术实现要素：

技术问题：本发明的问题是提供一种基于频分复用和上下行解耦的密集网络容量提升方法，有效的解决了超密集网络中复杂的网络拓扑带来的小区间干扰制约系统容量增长问题。

技术方案：

1.一种基于频分复用和上下行解耦的密集网络容量提升方法，该方法的特征在于：

(1)应用的小区间干扰有

类型1：小区间下行对下行的干扰，若A,B小区边缘均存在用户，用户在接收来自本小区基站的下行信号时，会同时接收到来自相邻小区的下行链路信号；

类型2：小区间上行对上行的干扰，若A,B小区边缘用户在同一时刻均向各自小区基站发送上行信号，则本小区基站可能会接收到相邻小区边缘用户给其小区基站发送的上行信号，造成干扰；

类型3：为小区间上行对下行的干扰。若A小区基站向边缘用户发送下行信号，同时，相邻小区B的边缘用户正向其基站发送上行信号，则此上行信号会对A小区的边缘用户造成干扰；

类型4：小区间下行对上行的干扰，若B小区基站正在接收其小区边缘用户发送的上行信号，同时，相邻小区A小区正向其边缘用户发送下行信号，则此下行信号会对B小区的上行信号造成干扰。

(2)小区间采用部分频率复用方法

小区被分为中心用户和边缘用户，采用两种频率复用因子，分别采用频率复用因子r₀＝1，频率复用因子r₁＝3；对于频率复用因子为1的部分，若可用总带宽为B，假设x为每小区在频分复用后被分配的频段占总带宽的比例，B_reusel＝x·B为小区中心用户的带宽，而(1-x)·B为所有小区边缘用户带宽之和，将r_eff＝B/B_cell设为有效频率复用因子，则可得到所以对于图1中x＝0.5，则r_eff＝3/2；

具体步骤为：

步骤1：每个小区将可用频带分两个部分，一部分作为主载波，另一部分作为副载波，主载波用于小区的中心用户，副载波用于小区的边缘用户；

步骤2：主载波用于小区中心用户，采用频率复用因子为1的频率复用方法；

步骤3：副载波用于小区边缘用户，采用频率复用因子为3的频率复用方法；

步骤4：小区内边缘用户只允许按照频率复用规则使用一部分频率资源；

(3)小区接入的上下行链路解耦

汇聚点位于核心网的Non-Access-Stratum解耦，用户处于小区A和C之间，用户的数据业务传输本应在同一个基站，小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂端都建立了双向的Access-Stratum信号连接，

具体步骤为：

步骤1：小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂都建立双向的AS信号连接；

步骤2：小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂都建立双向的NAS信号连接；

步骤3：上行和下行的AS信号分别从小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂传输；

步骤4：上行和下行的NAS信号分别从小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂传输；

步骤5：上行和下行的数据分别从小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂传输。

2.部分频分复用方法中每个小区按照频率复用因子为1的频分复用将可用频带分两个部分，一部分作为主载波，另一部分作为副载波；同时小区用户按照区域分为中心用户和边缘用户；主载波用于小区的中心用户，副载波用于小区的边缘用户；副载波再按照频率复用因子为3的部分频分复用方法将频段分为3个部分，这3个不同的频段用在小区的边缘用户及其相邻两个小区的边缘用户。

3.部分频分复用方法中，x为每小区在频率复用后被分配的频段占总带宽的比例，x＝0.5，在提高小区边缘用户吞吐量的同时，保证小区中心用户的频谱带宽。

4.在小区接入的上下行链路解耦中，汇聚点位于核心网处的NAS解耦。小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂都建立双向的NAS信号连接；用户将上行NAS信号传递给小区C中基站BS₂再到移动性管理实体MME，下行NAS信号通过移动性管理实体传递给小区A中基站BS₁再传递给用户。

5.在小区接入的上下行链路解耦中，用户的数据业务分别小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂传输；用户的上行数据业务传递到小区C中基站BS₂再传递到核心网，下行数据业务通过核心网传递到小区A中基站BS₁再传递给用户。

有益效果

本发明有效的解决了在超密集网络中小区边缘位置用户的小区间干扰问题。提升了网络的容量，超密集网络的吞吐量性能得到优化，具有重要的实际意义和很好的应用前景。

附图说明

图1本发明的整体系统框架图；

图2本发明中小区对应的干扰类型(1)(2)(3)(4)。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明所诉的部分频分复用和上下解耦详细描述。

1.对于小区中不同的干扰类型(1)(2)(3)(4)本发明采用部分频分复用方法，小区间采用频率复用技术，在采用部分频率复用技术中，小区被分为中心用户和边缘用户，同时采用两种频率复用因子，分别采用频率复用因子r₀＝1，如图1中无填充图案所示；频率复用因子r₁＝3，如图中有填充图案所示。

超密集网络中采用部分频分复用技术的主要目的是提高小区边缘用户的网络性能；通过FFR干扰协调机制控制小区边缘的干扰，改善小区边缘的性能。

具体步骤：

步骤1：每个小区将可用频带分两个部分，一部分作为主载波，另一部分作为副载波。主载波用于小区的中心用户，副载波用于小区的边缘用户；

步骤2：主载波用于小区中心用户，采用频率复用因子为1的频率复用方法；

步骤3：副载波用于小区边缘用户，采用频率复用因子为3的频率复用方法；

步骤4：边缘用户只允许按照频分复用规则使用一部分频率资源。

2.上下行解耦：汇聚点位于核心网的NAS解耦，用户处于小区A和C之间，用户的数据业务传输本应在同一个基站，在图1中，小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂端都建立了双向的AS信号连接。这种架构的优势在于所有对时延比较敏感的信息可以由各个基站自行处理，然后，需要为此建立双向的物理控制信道，会消耗部分资源。另外，基站的NAS信号直接传送到核心网。这种方案的优势在于移动性管理更加的方便高效。

具体步骤为：

步骤1：小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂都建立双向的AS信号连接；

步骤2：小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂都建立双向的NAS信号连接；

步骤3：上行和下行的AS信号分别从小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂传输；

步骤4：上行和下行的NAS信号分别从小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂传输；

步骤5：上行和下行的数据分别从小区A中基站BS₁和小区C中基站BS₂传输。