以用户为中心的半动态分簇方法与流程

本发明涉及通信领域，尤其是采用JT-CoMP的超密集网络中以用户为中心的半动态分簇方法。

背景技术：

超密集网络(UDN,Ultra Dense Network)在宏小区的覆盖范围内部署上百个小小区，会有上百个小基站，小基站之间频段重用或子信道重用，因此小基站之间存在严重的干扰。在UDN中采用协作多点传输(CoMP,Coordinated Multiple Point)能减少小基站之间的干扰。

CoMP主要有三种实现方式：协作调度/协作波束赋形、动态传输点选择和联合传输(JT,Joint Transmission)。在JT传输模式下，多个小基站在同一时频资源块上为同一用户发送数据，将小小区间的干扰信号转化为有用信号，是这三种实现方式中可靠性最优的一种。JT-CoMP中，小基站之间要交换信道状态信息和用户数据，如果所有的小基站都相互协作，这需要太高的回程链路开销，为此，协作簇的选择至关重要。

JT-CoMP中的分簇方法分为三种：静态分簇、半动态分簇和动态分簇。静态分簇根据网络的拓扑结构进行分簇，不能随着小基站或用户位置的变化而改变，其复杂度较低，信令开销少。半动态分簇是在静态分簇的基础上提出来的，首先对小基站进行分簇，然后在每个基站簇内动态地为每个用户选择若干服务小基站。与静态分簇相比，半动态分簇提高了系统的性能，其缺点是增加了复杂度和信令开销。动态分簇是三种分簇方法中性能最优的，也是复杂度最高的，能随着小基站或用户位置的变化而改变。动态分簇分为以网络为中心的动态分簇、以用户为中心的动态分簇和混合分簇。以用户为中心的动态分簇方法中，为每个用户选择适合自己的CoMP服务基站簇，其复杂度最高，性能也最优。文献“Semi-dynamic user-specific clustering for downlink cloud radio access network”(Liu Dong,Han Shengqian,Yang Chengyang,Zhang Qian,IEEE Transactions on Vehicular Technology,2016)提出了一种以用户为中心的半动态分簇方法，然而该方法需要遍历所有用户所有可能的CoMP服务基站簇，其迭代次数与用户总数的平方成正比，若用户较多，则复杂度极高。

技术实现要素：

综上所述，为了解决现有技术的问题，本发明提出了一种以用户为中心的半动态分簇方法，适用于采用JT-CoMP的超密集网络，该方法的复杂度较低。

实现本发明的技术思路是：基于干扰图将小基站分为K个簇并选出每个簇的簇头，用Q_k表示第k个簇，k＝1,2,…,K，在干扰图中找出Q_k之外并且与Q_k内的小基站相互干扰的小基站，将这些小基站放在P_k中，将Q_k中的小基站和P_k中的小基站当做Q_k内用户的备选服务基站，用户接收备选服务基站发送来的参考信号，按照接收功率的大小从中选出若干个待选服务基站，簇头首先将其中的一个待选服务基站加入到用户的CoMP服务基站簇，然后根据系统吞吐量的大小决定是否将其他待选服务基站加入到用户的CoMP服务基站簇。

为了实现上述技术思路，本发明提出的以用户为中心的半动态分簇方法，适用于采用JT-CoMP的超密集网络，包括如下步骤：

A，对该网络中的小基站进行不重叠的分簇并选出每个簇的簇头，共分为K个簇，用Q_k表示，k＝1,2,…,K；

B，用Q表示该网络中所有的小基站组成的集合，用表示Q_k在Q中的相对补集，基于步骤A1构造的干扰图，在中找出与Q_k中的小基站相连的小基站，将这些小基站放在集合P_k中，k＝1,2,…,K，K是该网络包含的基站簇的总数；

C，Q_k的第m个用户从Q_k和P_k中选择待选服务基站，组成集合U_km，并且将该集合发送给其中的一个小基站，该小基站将它接收到的所有集合发送给该簇的簇头，m＝1,2,…,I_k，I_k是第k个簇即Q_k包含的用户总数，k＝1,2,…,K，K是该网络包含的基站簇的总数；

D，第1个簇的簇头将U_1i中的第1个小基站BS_1i,1加入到该簇内第i个用户的JT-CoMP服务基站簇，i＝1,2,…,I₁，I₁是第1个簇包含的用户总数，簇头计算此时该簇内的所有用户的吞吐量之和并且赋值给R₁；

E，第1个簇的簇头决定是否将U_1i中的第2个至最后一个小基站加入到该簇内第i个用户的JT-CoMP服务基站簇，i＝1,2,…,I₁，I₁是第1个簇包含的用户总数；

F，第2个簇至第K个簇的簇头采用与第1个簇的簇头相同的方法为该簇内每个用户选择JT-CoMP服务基站簇，K是该网络包含的基站簇的总数。

进一步，所述步骤A具体包括：

A1，构造该网络对应的干扰图，该图中的节点对应小基站，边对应小基站之间的距离或小基站之间的大尺度衰落，若小基站之间的距离小于预先设置的距离门限或小基站之间的大尺度衰落小于预先设置的衰落门限，则这两个小基站对应的节点之间有条边并且边的长度等于两个基站之间的距离或两个基站之间的大尺度衰落，若小基站之间的距离大于预先设置的距离门限或小基站之间的大尺度衰落大于预先设置的衰落门限，则这两个小基站对应的节点之间没有边；

A2，基于步骤A1构造的干扰图，采用K-means方法或其他分簇方法对小基站进行不重叠的分簇，将干扰大的小基站放在一个簇中并选出每个簇的簇头，共分为K个簇，用Q_k表示，k＝1,2,…,K。

进一步，所述步骤C具体包括：

C1，Q_k和P_k中的小基站发送参考信号到Q_k中的每个用户，Q_k的第m个用户测量Q_k和P_k中的小基站到它的瞬时接收信号功率，m＝1,2,…,I_k，I_k是第k个簇包含的用户总数，k＝1,2,…,K，K是该网络包含的基站簇的总数；

C2，Q_k的第m个用户将多个瞬时接收信号功率与预先设置的功率门限相比较，选出大于功率门限的若干个接收信号对应的小基站，并且按功率从大到小的顺序将它们对应的小基站依次放在集合U_km中，U_km＝{BS_km,1,BS_km,2,…,BS_km,nkm}，U_km中的元素代表小基站，m＝1,2,…,I_k，I_k是第k个簇包含的用户总数，k＝1,2,…,K，K是该网络包含的基站簇的总数，nkm是U_km中元素的总数；

C3，Q_k的第m个用户将集合U_km发送给小基站BS_km,1，小基站BS_km,1将集合U_km发送给该簇的簇头，m＝1,2,…,I_k，I_k是第k个簇包含的用户总数，k＝1,2,…,K，K是该网络包含的基站簇的总数。

进一步，所述步骤E具体包括：

E1，若|U₁₁|≥2，|·|表示集合的势，则簇头将小基站BS_11,2当做用户1的JT-CoMP服务基站，此时用户1有两个服务基站，簇头计算该簇内I₁个用户的吞吐量之和，若该吞吐量之和大于R₁，则簇头将小基站BS_11,2加入到用户1的CoMP服务基站簇，并将该吞吐量之和赋值给R₁，否则以后不再考虑将小基站BS_11,2当做用户1的JT-CoMP服务基站；

E2，若|U₁₂|≥2，|·|表示集合的势，则簇头将小基站BS_12,2当做用户2的JT-CoMP服务基站，此时用户2有两个服务基站，簇头计算该簇内I₁个用户的吞吐量之和，若该吞吐量之和大于R₁，则簇头将小基站BS_12,2加入到用户2的JT-CoMP服务基站簇，并将该吞吐量之和赋值给R₁，否则以后不再考虑将小基站BS_12,2当做用户2的JT-CoMP服务基站；

E3，若|U_1i|≥2，|·|表示集合的势，则簇头采用与步骤E1和步骤E2相同的方法决定是否将小基站BS_1i,2加入到用户i的JT-CoMP服务基站簇，若小基站BS_1i,2加入了用户i的JT-CoMP服务基站簇，则将此时该簇内I₁个用户的吞吐量之和赋值给R₁，i＝3,4,…,I₁，I₁是第1个簇包含的用户总数；

E4，若|U₁₁|≥3，|·|表示集合的势，则簇头将小基站BS_11,3当做用户1的JT-CoMP服务基站，簇头计算该簇内I₁个用户的吞吐量之和，若该吞吐量之和大于R₁，则簇头将小基站BS_11,3加入到用户1的JT-CoMP服务基站簇，并将该吞吐量之和赋值给R₁，否则以后不再考虑将小基站BS_11,3当做用户1的JT-CoMP服务基站；

E5，若|U₁₂|≥3，|·|表示集合的势，则簇头将小基站BS_12,3当做用户2的JT-CoMP服务基站，簇头计算该簇内I₁个用户的吞吐量之和，若该吞吐量之和大于R₁，则簇头将小基站BS_12,3加入到用户2的JT-CoMP服务基站簇，并将该吞吐量之和赋值给R₁，否则以后不再考虑将小基站BS_12,3当做用户2的JT-CoMP服务基站；

E6，若|U_1i|≥3，|·|表示集合的势，则簇头采用与步骤E4和步骤E5相同的方法决定是否将小基站BS_1i,3加入到用户i的JT-CoMP服务基站簇，若小基站BS_1i,3加入了用户i的JT-CoMP服务基站簇，则将此时该簇内I₁个用户的吞吐量之和赋值给R₁，i＝3,4,…,I₁，I₁是第1个簇包含的用户总数；

E7，第1个簇的簇头采用与步骤E1至E6相同的方法决定是否将U_1i中的其他小基站加入到用户i的JT-CoMP服务基站簇，i＝1,2,…,I₁，I₁是第1个簇包含的用户总数。

有益效果

本发明首先将小基站分为多个簇并且选出簇头，然后找出每个簇之外与该簇有干扰的小基站，将这些小基站和簇内的小基站当做簇内用户的备选服务基站，缩小了搜索范围。簇头首先根据接收信号功率将其中的一个备选服务基站加入到用户的CoMP服务基站簇，然后依次考虑是否将其他小基站加入到用户的CoMP服务基站簇，其迭代次数与用户总数成正比，降低了计算复杂度。

附图说明

图1是本发明实施例的干扰图；

图2是本发明实施例的分簇图；

图3是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合一种实施例，对本发明做进一步详细的说明。考虑包含若干个小基站和多个用户的超密集网络，小基站和用户都随机分布在该网络内。每个小基站通过回程链路与中心控制器相连，所有的小基站都采用相同的频段。对于每个用户，在同一时刻有多个小基站采用联合传输的方式为它服务，这些基站放在一起成为该用户的CoMP服务基站簇。此处考虑重叠的分簇，即同一小基站可以同时为多个用户服务。

中心控制器首先构造该网络对应的干扰图，如图1所示，该图中的节点即圆圈代表小基站，圆圈内的数字代表小基站的序号，边对应小基站之间的距离或小基站之间的大尺度衰落，若小基站之间的距离小于预先设置的距离门限或小基站之间的大尺度衰落小于预先设置的衰落门限，则这两个小基站对应的节点之间有条边并且边的长度等于两个基站之间的距离或两个基站之间的大尺度衰落，若小基站之间的距离大于预先设置的距离门限或小基站之间的大尺度衰落大于预先设置的衰落门限，则这两个小基站对应的节点之间没有边。

中心控制器采用K-means方法或其他分簇方法对小基站进行不重叠的分簇，将干扰大的小基站放在一个簇中并选出每个簇的簇头，共分为K个簇，用Q_k表示，k＝1,2,…,K。作为例子，此处将小基站分为4个簇，如图2所示，Q₁＝{1,2,3,6,7,8,11,12,13}，Q₂＝{4,5,9,10,14,15,16,18,32}，Q₃＝{19,20,21,22,27,28,29,30,31}，Q₄＝{17,23,24,25,26}。

如果只有簇Q_k中的小基站为簇Q_k内的用户服务，则簇Q_k之外且在干扰图中与Q_k内小基站相连的小基站可能会对簇Q_k内边界用户造成较大的干扰，如图2中的小基站8可能会对第二个簇的边界用户产生干扰，因此有必要将簇Q_k之外且与簇Q_k内小基站干扰较大的小基站加入到簇Q_k内用户的备选服务基站。用Q表示该网络中所有的小基站组成的集合，用表示Q_k在Q中的相对补集，基于干扰图，在中找出与Q_k中的小基站相连的小基站，将这些小基站放在集合P_k中，k＝1,2,…,K，K是该网络包含的基站簇的总数。簇Q_k和集合P_k中的小基站都是簇Q_k内用户的备选服务小基站。作为例子，P₁＝{9,14,18,19,20,21}，P₂＝{8,13,23,24,17}，P₃＝{11,12,13,23,26}，P₄＝{22,18,16,32,27,31}。

下面以簇Q₁为例，给出簇头为每个用户选择CoMP服务基站簇的方法。

簇Q₁和集合P₁中的小基站发送参考信号到簇Q₁中的每个用户，簇Q₁的第i个用户测量簇Q₁和集合P₁中的小基站到它的瞬时接收信号功率，i＝1,2,…,I₁，I₁是第1个簇包含的用户总数。

簇Q₁的第i个用户将多个瞬时接收信号功率与预先设置的功率门限相比较，选出大于功率门限的若干个接收信号对应的小基站，并且按功率从大到小的顺序将它们对应的小基站依次放在集合U_1i中，U_1i＝{BS_1i,1,BS_1i,2,…,BS_1i,n1i}，U_1i中的元素代表小基站，i＝1,2,…,I₁，n1i是U_1i中元素的总数。

簇Q₁的第i个用户将集合U_1i发送给小基站BS_1i,1，小基站BS_1i,1将集合U_1i发送给该簇的簇头。

第1个簇的簇头将U_1i中的第1个小基站BS_1i,1加入到该簇内第i个用户的JT-CoMP服务基站簇，i＝1,2,…,I₁，簇头计算此时该簇内的所有用户的吞吐量之和并且赋值给R₁。

若|U₁₁|≥2，|·|表示集合的势，则簇头将小基站BS_11,2当做用户1的JT-CoMP服务基站，此时用户1有两个服务基站，簇头计算该簇内I₁个用户的吞吐量之和，若该吞吐量之和大于R₁，则簇头将小基站BS_11,2加入到用户1的CoMP服务基站簇，并将该吞吐量之和赋值给R₁，否则以后不再考虑将小基站BS_11,2当做用户1的JT-CoMP服务基站；

若|U₁₂|≥2，|·|表示集合的势，则簇头将小基站BS_12,2当做用户2的JT-CoMP服务基站，此时用户2有两个服务基站，簇头计算该簇内I₁个用户的吞吐量之和，若该吞吐量之和大于R₁，则簇头将小基站BS_12,2加入到用户2的JT-CoMP服务基站簇，并将该吞吐量之和赋值给R₁，否则以后不再考虑将小基站BS_12,2当做用户2的JT-CoMP服务基站；

若|U_1i|≥2，则簇头采用相同的方法决定是否将小基站BS_1i,2加入到用户i的JT-CoMP服务基站簇，若小基站BS_1i,2加入了用户i的JT-CoMP服务基站簇，则将此时该簇内I₁个用户的吞吐量之和赋值给R₁，i＝3,4,…,I₁。

若|U₁₁|≥3，|·|表示集合的势，则簇头将小基站BS_11,3当做用户1的JT-CoMP服务基站，簇头计算该簇内I₁个用户的吞吐量之和，若该吞吐量之和大于R₁，则簇头将小基站BS_11,3加入到用户1的JT-CoMP服务基站簇，并将该吞吐量之和赋值给R₁，否则以后不再考虑将小基站BS_11,3当做用户1的JT-CoMP服务基站。

若|U₁₂|≥3，|·|表示集合的势，则簇头将小基站BS_12,3当做用户2的JT-CoMP服务基站，簇头计算该簇内I₁个用户的吞吐量之和，若该吞吐量之和大于R₁，则簇头将小基站BS_12,3加入到用户2的JT-CoMP服务基站簇，并将该吞吐量之和赋值给R₁，否则以后不再考虑将小基站BS_12,3当做用户2的JT-CoMP服务基站。

若|U_1i|≥3，|·|表示集合的势，则簇头采用相同的方法决定是否将小基站BS_1i,3加入到用户i的JT-CoMP服务基站簇，若小基站BS_1i,3加入了用户i的JT-CoMP服务基站簇，则将此时该簇内I₁个用户的吞吐量之和赋值给R₁，i＝3,4,…,I₁。

第1个簇的簇头采用与以上相同的方法决定是否将U_1i中的其他小基站加入到用户i的JT-CoMP服务基站簇，i＝1,2,…,I₁。

第2个簇至第4个簇的簇头采用与第1个簇的簇头相同的方法为该簇内每个用户选择JT-CoMP服务基站簇。

结合本发明的流程图即图3，以用户为中心的半动态分簇方法的具体步骤如下：

A，对该网络中的小基站进行不重叠的分簇并选出每个簇的簇头，共分为K个簇，用Q_k表示，k＝1,2,…,K；

B，用Q表示该网络中所有的小基站组成的集合，用表示Q_k在Q中的相对补集，基于步骤A1构造的干扰图，在中找出与Q_k中的小基站相连的小基站，将这些小基站放在集合P_k中，k＝1,2,…,K，K是该网络包含的基站簇的总数；

C，Q_k的第m个用户从Q_k和P_k中选择待选服务基站，组成集合U_km，并且将该集合发送给其中的一个小基站，该小基站将它接收到的所有集合发送给该簇的簇头，m＝1,2,…,I_k，I_k是第k个簇即Q_k包含的用户总数，k＝1,2,…,K，K是该网络包含的基站簇的总数；

D，第1个簇的簇头将U_1i中的第1个小基站BS_1i,1加入到该簇内第i个用户的JT-CoMP服务基站簇，i＝1,2,…,I₁，I₁是第1个簇包含的用户总数，簇头计算此时该簇内的所有用户的吞吐量之和并且赋值给R₁；

E，第1个簇的簇头决定是否将U_1i中的第2个至最后一个小基站加入到该簇内第i个用户的JT-CoMP服务基站簇，i＝1,2,…,I₁，I₁是第1个簇包含的用户总数；

F，第2个簇至第K个簇的簇头采用与第1个簇的簇头相同的方法为该簇内每个用户选择JT-CoMP服务基站簇，K是该网络包含的基站簇的总数。

以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，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。