CN113595599A - 面向5g的群簇协作通信异构系统和干扰抑制的方法 - Google Patents

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Abstract

一种面向5G的群簇协作通信异构系统和干扰抑制的方法，系统包括：宏基站和至少一个基站群簇，基站群簇包括：头基站和N个小基站，头基站分别与N个小基站和宏基站连接；宏基站与核心网连接；头基站用于在确定有目标用户设备与目标小基站建立连接后，向协作小基站发送第一消息，第一消息中携带第一位置信息，第一消息用于指示目标用户设备已经与目标小基站建立连接；N个小基站中的每个小基站用于与用户设备建立连接；小基站根据第一位置信息，确定目标方向；小基站在向用户设备发送消息时，基于波束赋形处理向除目标方向以外的方向发送消息；宏基站用于在小基站与用户设备建立连接以后，通过头基站和小基站实现用户设备与核心网之间的通信。

Description

面向5G的群簇协作通信异构系统和干扰抑制的方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及面向5G的群簇协作通信异构系统和干扰抑制的方法。
背景技术
随着物联网技术应用的普及，移动通信无线数据传输需求爆炸式增长。在致密化部署的异构网络（Heterogeneous Network，简称HetNets）系统中，同信道干扰是抑制网络性能提升的重要问题。
致密化部署的异构网络系统中，通常核心网连接宏基站（Macro Base station，简称MBS），宏基站分别与多个小基站（Small Base station，简称SBS）连接，小基站与用户设备（User Equipment，简称UE）连接。
然而，现有的通信系统中无法有效抑制干扰。尤其在人口密集的场景中，小基站部署的多而密，将带来更大的干扰。
发明内容
本公开主要解决的技术问题是现有的通信系统中干扰较大。
根据第一方面，一种实施例中提供一种面向5G的群簇协作通信异构系统，
包括：宏基站和至少一个基站群簇，所述基站群簇包括：头基站和N个小基站，N为大于1的整数；
所述头基站分别与所述N个小基站连接；所述头基站与所述宏基站连接；所述宏基站与核心网连接；
所述头基站用于在确定有目标用户设备与目标小基站建立连接后，向协作小基站发送第一消息，所述协作小基站是所述N个小基站中除所述目标小基站外的小基站，所述第一消息中携带目标用户设备的第一位置信息，所述第一消息用于指示所述目标用户设备已经与所述目标小基站建立连接；
所述N个小基站中的每个小基站用于与用户设备建立连接；所述小基站根据所述第一消息中携带的第一位置信息，确定目标方向；所述小基站在向用户设备发送消息时，基于波束赋形处理向除所述目标方向以外的方向发送消息；
所述宏基站用于在所述小基站与用户设备建立连接以后，通过所述头基站和所述小基站实现所述用户设备与所述核心网之间的通信。
根据第二方面，一种实施例中提供一种干扰抑制的方法，应用于通信系统，所述通信系统包括：基站群簇，所述基站群簇包括：头基站和N个小基站，N为大于1的整数；所述头基站分别与所述N个小基站连接；所述方法包括：
接收所述头基站发送的第一消息，所述第一消息中携带目标用户设备的第一位置信息，所述第一消息用于指示所述目标用户设备已经与目标小基站建立连接，所述N个小基站包括所述目标小基站；
根据所述第一位置信息，确定目标方向；
在向用户设备发送消息时，基于波束赋形处理向除所述目标方向以外的方向发送消息。
根据第三方面，一种实施例中提供一种干扰抑制的方法，应用于通信系统，所述通信系统包括：基站群簇，所述基站群簇包括：头基站和N个小基站，N为大于1的整数；所述头基站分别与所述N个小基站连接；所述方法包括：
获取与目标小基站建立连接的目标用户设备的第一位置信息，所述N个小基站包括所述目标小基站；
向协作小基站发送第一消息，以使所述协作小基站根据所述第一位置信息，确定目标方向，在向用户设备发送消息时，不向所述目标方向发送消息；其中，所述协作小基站是所述N个小基站中除所述目标小基站外的小基站，所述第一消息中携带目标用户设备的第一位置信息，所述第一消息用于指示所述目标用户设备已经与所述目标小基站建立连接。
根据第四方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时使得小基站执行如上述第二方面所述的干扰抑制的方法，或如上述第三方面所述的干扰抑制的方法。
依据上述实施例的面向5G的群簇协作通信异构系统和干扰抑制的方法，由于宏基站与基站群簇的连接，基站群簇内包括负责管理的头基站和用户设备接入的小基站的系统架构模式，针对人群群簇分布的场景，充分考虑了小基站和用户设备的空间耦合性，在基站群簇内，头基站确认有目标用户设备连接到目标小基站以后，向除目标小基站外的其他协作小基站发送目标用户设备的第一位置信息，协作小基站根据第一位置信息确定目标用户设备的目标方向，从而通过基站群簇内部小基站的协作通信方式，为系统中每个用户设备提供无线接入服务，降低了同信道干扰，提高用户设备的无线访问速率，保证系统中数据传输的质量。
附图说明
图1为本公开实施例提供的一种面向5G的群簇协作通信异构系统的架构示意图；
图2为本公开提供的小基站的数量与UE的速率之间的关系仿真图；
图3为频谱资源分配系数与UE速率之间的关系的仿真图；
图4为本公开提供的小基站的数量与系统SE之间的关系的仿真图；
图5为本公开提供的小基站的数量与系统EE之间的关系的仿真图；
图6为本公开提供的一种干扰抑制的方法的交互示意图；
图7为本公开提供的另一种干扰抑制的方法的交互示意图；
图8为本公开提供的另一种干扰抑制的方法的交互示意图；
图9为本公开提供的另一种干扰抑制的方法的交互示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本公开作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
在致密化部署的HetNets系统中，系统同信道干扰是抑制网络性能提升的重要问题。有效的干扰管理技术是第五代移动通信（the fifith generation mobilenetwork，简称5G）通信网络面临的一个重要挑战。考虑到在现实生活中，人们活动空间呈群簇分布，即人群通常呈现群簇分布的，例如，车站、机场、商场等场景，在人群群簇分布越密集的场景中，用户设备越密集，同信道干扰将越严重。
本公开的技术方案，与宏基站连接的为基站群簇，每个基站群簇中包含一个头基站和N个小基站，N个小基站用于与用户设备连接，用户设备通过与其连接的小基站、该小基站所在基站群簇的头基站和宏基站与核心网进行数据交互，其中，在有目标用户设备接入目标小基站后，头基站向除目标小基站以外的其他协作小基站发送目标用户设备的位置信息，以使协作小基站在向其自身连接的用户设备发送数据时，不向目标用户设备的位置方向发送，从而使得基站群簇中协作小基站与用户设备的交互不对目标用户设备的信道造成干扰，即通过基站群簇内部小基站的协作通信方式，降低了同信道干扰，提高了用户设备的接入效率，保证系统中数据传输的质量。
下面以具体的实施例说明本公开提供的技术方案。
实施例一
请参见图1，图1为本公开实施例提供的一种面向5G的群簇协作通信异构系统的架构示意图，如图1所示，本实施例的通信系统包括：宏基站1和至少一个基站群簇2。图1中示例性的示出了一个基站群簇2，可以理解，其并不构成对本实施例的限制。
其中，基站群簇2包括：头基站21和N个小基站，N为大于1的整数，其中，N个小基站中包括目标小基站221和协作小基站222，目标小基站221为有用户设备接入的小基站，相应的，协作小基站222为基站群簇2中除目标小基站221以外的其他小基站。图1中示例性的示出了4个小基站，可以理解，其并不构成对本实施例的限制。头基站21分别与N个小基站连接。头基站21与宏基站1连接；宏基站1与核心网连接。
上述头基站21，也可以称为群簇头，用于在确定有目标用户设备3与目标小基站221建立连接后，向协作小基站222发送第一消息，协作小基站222是N个小基站中除目标小基站221外的小基站，第一消息中携带目标用户设备3的第一位置信息，第一消息用于指示目标用户设备3已经与目标小基站221建立连接，N个小基站包括目标小基站221。其中，头基站21可以为小基站。
上述小基站用于与用户设备建立连接；根据第一消息中携带的第一位置信息，确定目标方向；在向用户设备发送消息时，基于波束赋形处理向除目标方向以外的方向发送消息。小基站可以为低功率的小基站。
上述宏基站1用于在小基站与用户设备建立连接以后，通过头基站21和小基站实现用户设备与核心网之间的通信。
可选的，宏基站1可以采用迫零波束赋形编码（ZFBF）技术，下行链路通过无线回路信道传输至头基站21。头基站21具备群簇信道编解码能力，将下行数据传输给基站群簇2中的小基站，进而，小基站通过群簇协作通信方式负责用户设备的无线接入。
在实际应用中，小基站发送下行导频信号，当有目标用户设备3需要接入小基站时，目标用户设备3接收所有小基站发送的导频信号，目标用户设备3可以选择接入离其距离最近的目标小基站221，目标用户设备3的数据传输服务由目标小基站221提供，目标用户设备3发送导频反馈信息。目标小基站221接收到目标用户设备3发送的导频反馈信息以后，与目标用户设备3建立连接。目标小基站221向头基站21发送第一位置信息，头基站21确定有目标用户设备3与目标小基站221建立连接。头基站21将该第一位置信息发送给基站群簇2中除目标小基站221以外的其他的协作小基站222。小基站在发送信号时，通常是全方向发送信号的，本实施例中，协作小基站222根据接收到的第一位置信息确定目标用户设备3所在的目标方向，可以通过波束赋形技术处理使得发送信号时，不向目标方向发送。
本实施例，宏基站与基站群簇连接，基站群簇内包括负责管理的头基站和用户设备接入的小基站的系统架构模式，针对人群群簇分布的场景，充分考虑了小基站和用户设备的空间耦合性，在基站群簇内，头基站确认有目标用户设备连接到目标小基站以后，向除目标小基站外的其他协作小基站发送目标用户设备的第一位置信息，协作小基站根据第一位置信息确定目标用户设备的目标方向，从而通过基站群簇内部小基站的协作通信方式，为系统中每个用户设备提供无线接入服务，降低了同信道干扰，提高用户设备的无线访问速率，保证系统中数据传输的质量。
在一些实施例中，一种可能的实现方式中，协作小基站222用于根据接收到的第一位置信息确定UE所在的目标方向，可以通过波束赋形技术处理使得发送信号时，不向目标方向发送。
另一种可能的实现方式中，协作小基站222用于根据目标用户设备3的标识信息，从接收到的导频反馈信息中确定目标用户设备3的第二位置信息。
其中，导频反馈信息是用户设备在与小基站建立连接过程中发送的导频信息，导频反馈信息中包含目标用户设备3的第二位置信息；
协作小基站222用于根据第一位置信息和第二位置信息，确定目标方向。
可以理解，在目标用户设备3接入的过程中，目标用户设备3发送的导频反馈信息是全方向发送的，因此，不仅目标小基站221能够收到该导频反馈信息，协作小基站222也能收到该导频反馈信息。协作小基站222根据该导频反馈信息，确定目标用户设备3的第二位置信息。协作小基站222根据接收到的第一位置信息和第二位置信息确定目标用户设备3所在的目标方向。可以通过波束赋形技术处理使得发送信号时，不向目标方向发送。从而通过基站群簇内部小基站的协作通信方式，降低同信道干扰。
在一些实施例中，由于毫米波频谱较宽，不同的通信链路使用不同的信道，从而不会出现同信道干扰的问题。在上述系统的基础上，进一步地，头基站21包括多天线；
头基站21与小基站之间通信可以采用毫米波频谱，也就是占用毫米波频谱资源进行通信，小基站与UE之间通信使用蜂窝频谱。则头基站21与小基站之间通信不会对小基站与UE之间通信产生同信道干扰。
在一些实施例中，宏基站1与头基站21之间可以采用有线连接，也可以采用无线连接。
如果宏基站1与头基站21之间采用无线连接，宏基站1可以包括大规模多路输入输出（Massive Multiple-input Multiple-output，简称mMIMO）天线，mMIMO也可以称为大规模阵列天线。宏基站1和头基站21均可以采用波束赋形技术，具备无线信道编解及解码能力。
进一步地，宏基站1与头基站21之间通信可以使用蜂窝频谱，本公开中将宏基站1与头基站21之间的通信称为第一级无线回路（backhaul）通信，将头基站21与小基站之间的通信称为第二级无线回路通信。由于UE与小基站之间通信使用蜂窝频谱，即蜂窝频谱资源也被小基站与UE之间通信所占用，因此，宏基站1需要对第一级无线回路通信和小基站与UE之间通信所占用的频谱资源进行分配。
进一步地，宏基站1可以根据预测的用户设备接入速率、网络频谱效率和/或网络能量效率，确定小基站与UE之间通信所占用的蜂窝频谱的目标通信带宽，并向头基站21发送目标通信带宽。
头基站21向其所在基站群簇2中的小基站发送目标通信带宽。在UE与小基站建立连接时，向UE发送目标通信带宽，以使UE采用目标通信带宽向小基站发送数据。
可选的，在宏基站1下连接的基站群簇2的结构发生变化时，宏基站1可以根据变化后的基站群簇2预测的用户设备接入速率、网络频谱效率和/或网络能量效率，确定小基站与UE之间通信所占用的蜂窝频谱的目标通信带宽，并向头基站21发送目标通信带宽。
下面将构建面向5G的群簇协作通信异构系统的模型，并确定其性能，得到用户设备接入速率、网络频谱效率和/或网络能量效率的计算公式。
宏基站将占比为β（0<β<1）的蜂窝频谱资源分配给第一级无线回路，剩余（1-β）蜂窝频谱资源分配给UE与小基站之间的信道，可以称为无线访问链路，即用户设备侧无线访问信道，其中，β可以称为蜂窝频谱资源分配系数。而从头基站到小基站的第二级无线回路通信由于采用的是毫米波回路，因此，对用户设备侧无线访问信道和第一级无线回路通信不产生干扰。
本实施例中，宏基站用MBS表示，基站群簇也可以称为群簇，头基站用SBH表示，小基站用SBS表示。宏基站的位置分布
Figure 148356DEST_PATH_IMAGE001
，服从泊松点过程（Poisson point process，简称PPP）分布，部署密度为λ 1 。在马特恩群簇（MCP）模型中，SBH作为母节点，位置分布用
Figure 143994DEST_PATH_IMAGE002
表示，服从PPP分布，部署密度为λ p 。SBS和UE位置以SBH为中心服从MCP分布。每个群簇中的SBS和UE作为子节点集β z 和β u 围绕SBH服从PPP分布，分布密度分别为λ 2 和λ u ，群簇半径为r d 。MBS配备M 1 根天线，利用光纤连接到核心网络。每个SBH配备（M 2 +1）根天线，其中，1根用于接收与其连接的MBS的信号，M 2 根天线用于对群簇内的SBS进行数据传输。每个SBS配备两个独立的单天线，分别用于接收SBH信息，并向UE发送信息。网络中所有UE均配备单天线。位于群簇之外的UE可以由MBS直接提供无线访问服务。这种直接访问方式属于多波束赋形问题。每个群簇内SBS以及UE的数量分别为
Figure 344031DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 868553DEST_PATH_IMAGE004
。 UE的部署密度λ u =λ p
Figure 154041DEST_PATH_IMAGE004
，SBS的部署密度为λ 2 =λ p
Figure 422211DEST_PATH_IMAGE003
。群簇内小基站与距离群簇中心的距离概率密度函数f(y)可以通过如下公式（1）得到：
Figure 476755DEST_PATH_IMAGE005
公式（1）
其中，r d 为群簇半径。
MBS的天线可以采用迫零波束赋形（ZFBF）预编码技术，在相同资源块上同时调度S 1
Figure 437758DEST_PATH_IMAGE006
个SBH。每个SBH对应一组波束，并且波束组数量S 1 远大于宏蜂窝内SBH的数目J，即
Figure 210542DEST_PATH_IMAGE007
。因此，在相同宏蜂窝内，可以不考虑第一阶段无线回程链路干扰问题。每一层小基站可以采用均等的功率分配策略。无线信道衰落建模路径损耗和瑞利（Rayleigh）衰落。SBH接入宏基站采用基于最大平均接收功率的连接策略。
SBH接收距离为x的MBS的长期平均功率可以表示为
Figure 751245DEST_PATH_IMAGE008
，其中，P m 为MBS的传输功率，G 1 为MBS阵列天线增益，α 1是宏基站层的路径损耗指数。
在S 1 和 ZFBF预编码给定的条件下，阵列天线增益可表示为G 1 = M 1 - S 1 +1。UE接收在距离y处的SBS长期平均功率表示为
Figure 925874DEST_PATH_IMAGE009
，其中，P s 表示SBS的传输功率，α 2 为小基站的路径损耗指数，即为小基站无线传输信道的路径损耗指数。
典型UE与服务群簇中的第k个SBS之间距离的互补累积分布函数（complementarycumulative distribution function，简称CCDF）
Figure 792199DEST_PATH_IMAGE010
可以表示为如下公式（2）：
Figure 314928DEST_PATH_IMAGE011
公式（2）
其中，
Figure 924901DEST_PATH_IMAGE003
为每个群簇内SBS的数量，r为典型UE与SBS之间距离随机变量，R为UE与SBS之间的距离，r d 为群簇半径。
对公式（2）进行求导可获得典型UE与第k个SBS之间距离的概率密度函数（probability density function，简称PDF），即
Figure 688458DEST_PATH_IMAGE012
。
因此，从典型UE到最接近SBS的距离的PDF可以通过如下公式（3）表示：
Figure 991263DEST_PATH_IMAGE013
公式（3）
在第一阶段无线回程链路中，SBH接收距离为x 0 处MBS(m 0 )的信干燥比（Signal toInterference plus Noise Ratio，简称SINR）可以通过如下公式（4）得到：
Figure 473060DEST_PATH_IMAGE014
公式（4）
其中，
Figure 886724DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 770366DEST_PATH_IMAGE016
分别表示Rayleigh衰落信道向量和ZF预编码向量。信道功率增益服从伽玛（Gamma）分布，即
Figure 244073DEST_PATH_IMAGE017
。典型SBH接收第一阶段无线回程总干扰为
Figure 213166DEST_PATH_IMAGE018
，干扰信道增益
Figure 164942DEST_PATH_IMAGE019
，σ2是加性高斯白噪声功率。
典型UE接收群簇内服务SBS信号的信号与干扰加噪声比可以通过如下公式（5）得到：
Figure 903090DEST_PATH_IMAGE020
公式（5）
其中，P s 表示SBS的传输功率，h r 表示均值为1的Rayleigh衰落信道增益，r表示服务距离，典型UE接收来自群簇之外的SBS总干扰为
Figure 547698DEST_PATH_IMAGE021
，典型UE与第j个SBS之间的干扰信道小尺度衰落系数g j ，服从均值为1的瑞利衰落，即
Figure 4088DEST_PATH_IMAGE022
，σ2是加性高斯白噪声功率。
第k层小基站功率消耗模型可以通过如下公式（6）表示：
Figure 759554DEST_PATH_IMAGE023
公式（6）
其中，
Figure 352209DEST_PATH_IMAGE024
分别表示MBS（k=1）和SBH（k=2）的功耗。
Figure 167719DEST_PATH_IMAGE025
是小基站静态硬件功耗，ρ k 是功率放大器的效率因数，
Figure 114333DEST_PATH_IMAGE026
是第k层小基站传输功率，
Figure 673491DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 120653DEST_PATH_IMAGE028
分别是收发器链和预编码、编码/解码功耗系数。
SBS的功率消耗模型可以通过如下公式（7）表示：
Figure 841484DEST_PATH_IMAGE029
公式（7）
其中，
Figure 272465DEST_PATH_IMAGE030
是SBS的静态硬件功耗，P s 表示SBS的传输功率，ρ 2 是SBS功率放大效率。
下面通过具体实例说明面向5G的群簇协作通信异构系统的性能。
异构网络的MBS和SBS传送功率设置为P m =46dBm，P s =30dBm。加性高斯白噪声功率σ2=-104dBm。路径损耗指数α 1 =3.5，α 2 =4。MBS的部署密度为λ 1 =1BS/km2，SBH的部署密度为λ p =15λ 1 。MBS的天线配置M 1=256，SBH的天线配置M 2=32。MBS的调度参数S 1=20，S 2=2。MBS的功率消耗相关参数
Figure 369734DEST_PATH_IMAGE031
=4W，
Figure 202561DEST_PATH_IMAGE032
=2W，
Figure 94294DEST_PATH_IMAGE033
，ρ 1 =ρ 2 =0.38，
Figure 746992DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 647952DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 69706DEST_PATH_IMAGE036
。网络仿真面积为10×10km2。
下面阐述面向5G的群簇协作通信异构系统中典型UE可获得的速率。
UE无线访问链路的平均速率R a 可以通过如下公式（8）表示：
Figure 397919DEST_PATH_IMAGE037
公式（8）
其中，f(r)见公式（3）。对于一个正值随机变量Y，因为
Figure 537913DEST_PATH_IMAGE038
，所以可以通过如下公式（9）得到：
Figure 242564DEST_PATH_IMAGE039
公式（9）
因为
Figure 784404DEST_PATH_IMAGE040
，所以得到如下公式（10）：
Figure 17939DEST_PATH_IMAGE041
公式（10）
其中，
Figure 645230DEST_PATH_IMAGE042
。由于采用群簇协作传输机制，群簇内部无干扰，即
Figure 887992DEST_PATH_IMAGE043
，仅需考虑群簇外部小基站产生的干扰。I a 的拉普拉斯变换计算如下公式（11）：
Figure 304846DEST_PATH_IMAGE044
公式（11）
其中，步骤（d）源自于拉普拉斯变换的定义，步骤（e）由于
Figure 974862DEST_PATH_IMAGE045
，并依据群簇内SBS的独立同分布特性获得，步骤（f）通过使用PPP的概率生成函数(Probabilitygenerating functional，简称PGFL)获得。
Figure 89449DEST_PATH_IMAGE046
的值可以通过如下公式（12）或公式（13）得到：
当
Figure 870323DEST_PATH_IMAGE047
时，
Figure 386755DEST_PATH_IMAGE048
公式（12）
当
Figure 962093DEST_PATH_IMAGE049
时，
Figure 829554DEST_PATH_IMAGE050
公式（13）
组合公式(3)、公式(8)、公式(10) 、公式(11)、公式(12)及公式(13)，可获得无线访问链路可达速率。当每个群簇内的SBSs数量为固定值时，利用琴生（Jensen）不等式
Figure 148540DEST_PATH_IMAGE051
，公式(11)可以进一步化简为如下公式（14）：
Figure 519479DEST_PATH_IMAGE052
公式（14）
其中，步骤（g）通过坐标转换以及分部积分获得，贝塔（Beta）函数可计算为
Figure 531297DEST_PATH_IMAGE053
。
网络下行链路数据传输从核心网络至MBS的光纤传输、从MBS至SBH的第一阶段无线backhaul、从SBH至SBS的第二阶段无线回路以及从SBS至UE的无线访问链路传输。第二阶段的无线回路链路采用毫米波段频谱。由于毫米波频谱资源充足，因此，系统仅考虑第一阶段的无线回路容量受限。
下面继续推导第一阶段无线回路传输速率R b 。
第一阶段无线回路平均速率为
Figure 354897DEST_PATH_IMAGE054
，利用Jensen不等式，可得
Figure 743153DEST_PATH_IMAGE055
，其中，
Figure 968598DEST_PATH_IMAGE056
可以通过如下公式（15）得到：
Figure 151317DEST_PATH_IMAGE057
公式（15）
其中，f X (x)是典型SBH与服务MBS之间距离的PDF，其表达式见公式（11）。
MBSs和SBHs之间的回程链路干扰I b 可推导如下公式（16）：
Figure 727792DEST_PATH_IMAGE058
公式（16）
其中，公式（16）中的步骤（a）是因为坎贝尔（Campell）定理，公式（16）中的步骤（b）是因为h i 的期望为S 1。
公式（16）可进一步简化为如下公式（17）的闭合形式：
Figure 388581DEST_PATH_IMAGE059
公式（17）
其中，
Figure 468532DEST_PATH_IMAGE060
，
Figure 90662DEST_PATH_IMAGE061
，并且
Figure 888854DEST_PATH_IMAGE062
为伽马函数。
在群簇协作传输的异构网络中，典型UE的可达速率可以通过如下公式（18）得到：
Figure 618912DEST_PATH_IMAGE063
公式（18）
其中，R u 为用户设备的速率，R a 可以通过如上公式（8）得到，R b 可以通过如上公式（17）得到。
系统能量效率（Energy Efficiency，简称EE）被定义为区域频谱效率和网络功耗的比值，面向5G的群簇协作通信异构系统的EE可以通过如下公式（19）得到：
Figure 553370DEST_PATH_IMAGE064
公式（19）
其中，λ 1 为宏基站的部署密度，
Figure 343472DEST_PATH_IMAGE065
为宏基站的功耗，λ p 为头基站的部署密度，
Figure 628959DEST_PATH_IMAGE066
为头基站的功耗，λ 2 为基站群簇中N个小基站的分布密度，
Figure 897130DEST_PATH_IMAGE067
为小基站的功耗。公式（19）的分子即为面向5G的群簇协作通信异构系统的频谱效率（spectrum efficiency，简称SE），可以通过如下公式（20）得到：
Figure 951673DEST_PATH_IMAGE068
公式（20）
其中，λ p 为头基站的部署密度，
Figure 912676DEST_PATH_IMAGE069
为用户设备的速率。
下面介绍利用MatLab软件对面向5G的群簇协作通信异构系统的网络性能解析式进行仿真验证，证明解析结果的准确性，并提供系统设计视角。经过系统分析发现如下：
请参见图2和图3，图2为本公开提供的小基站的数量与UE的速率之间的关系仿真图，图3为频谱资源分配系数与UE速率之间的关系的仿真图。由图2和图3可知，仿真结果与解析结果吻合，说明了解析结果的准确性。从图中可观察到，群簇协作通信模式可有效提升网络UE的访问速率。增加群簇SBSs部署数量可提升UE访问链路的速率，但由于无线回路链路容量受限，需要合理配置蜂窝频谱资源分配系数β，才能实现UE可达访问速率的显著提升。
请参见图4和图5，图4为本公开提供的小基站的数量与系统SE之间的关系的仿真图，图5为本公开提供的小基站的数量与系统EE之间的关系的仿真图。由图4可知，增加群簇内SBS的部署数量可增加系统SE，但随着SBS部署数量的增加，网络SE增加趋势减弱。由图5中可知，基站群簇内部署适当的SBS数量可显著提升网络EE，部署过多SBS不能明显提升网络SE效率，而且还恶化网络EE效率，因此，实际部署SBS时应该根据网络SE和EE效率指标综合考虑。
由图2-图5可知，增加网络群簇部署密度，即增加群簇的个数可明显提升网络UE访问速率、网络SE和EE。但无论群簇密度如何变化，获得网络EE最大化的群簇内SBS部署数量不变（见图5）。
本实例利用随机几何理论建立面向5G的群簇协作通信异构系统的模型，进而给出了面向5G的群簇协作通信异构系统中UE无线接入速率、系统频谱效率和系统能量效率性能解析式，并进一步说明了系统参数如何优化配置，为面向5G的群簇协作通信异构系统的部署及参数配置提供了系统设计视角和依据，可以快速评估系统的性能。
实施例二：
请参考图6，图6为本公开提供的一种干扰抑制的方法的交互示意图，本实施例提供的方法应用于通信系统，通信系统包括：基站群簇，基站群簇包括：头基站和N个小基站，N为大于等于1的整数；头基站分别与N个小基站连接，该通信系统可以为上述实施例一中的面向5G的群簇协作通信异构系统，头基站可以为上述实施例一中的头基站21，小基站可以为上述实施例一中的小基站，如图6所示，本实施例的方法包括如下步骤：
S601、头基站获取与目标小基站建立连接的目标用户设备的第一位置信息。
其中，N个小基站包括目标小基站。目标小基站可以为上述实施例一中的目标小基站221。
S602、向协作小基站发送第一消息。
其中，协作小基站是N个小基站中除目标小基站外的小基站，第一消息中携带目标用户设备的第一位置信息，第一消息用于指示目标用户设备已经与目标小基站建立连接。协作小基站可以为上述实施例一中的协作小基站222。
S603、协作小基站根据第一位置信息，确定目标方向。
S604、协作小基站在向用户设备发送消息时，基于波束赋形处理向除目标方向以外的方向发送消息。
请参见图7，图7为本公开提供的另一种干扰抑制的方法的交互示意图，图7是在图6所示实施例的基础上，进一步地，步骤S602中的第一消息中还携带目标用户设备的标识信息，本实施例提供的方法在S603之前还包括如下步骤S6030：
S6030、协作小基站根据目标用户设备的标识信息，从接收到的导频反馈信息中确定目标用户设备的第二位置信息。
其中，导频反馈信息是用户设备在与小基站建立连接过程中发送的导频信息，导频反馈信息中包含用户设备的第二位置信息；
相应的，S603可以通过如下步骤S6031实现：
S6031、根据第一位置信息和第二位置信息，确定目标方向。
请参见图8，图8为本公开提供的另一种干扰抑制的方法的交互示意图，图8是在图6或图7所示实施例的基础上，进一步地，本实施例提供的方法S601可以通过如下步骤S6011和S6012实现：
S6011、目标小基站与目标用户设备建立连接。
S6012、目标小基站向头基站发送第二消息。
其中，第二消息用于指示用户设备与目标小基站建立连接，第二消息中携带目标用户设备的第一位置信息。
可以理解，系统中的N个小基站中的每个小基站，当有用户设备与其建立连接以后，其为目标小基站，N个小基站中除目标小基站以外的小基站为协作小基站。N个小基站中的每个小基站既在当前有用户设备接入时称为目标小基站，同时在其他小基站接入用户设备时称为协作小基站。
可选的，本实施例提供的方法还可以包括如下步骤：
协作小基站在与用户设备建立连接后，向头基站发送第二消息。
其中，第二消息用于指示用户设备与协作小基站建立连接，第二消息中携带用户设备的第三位置信息。
请参见图9，图9为本公开提供的另一种干扰抑制的方法的交互示意图，图9是在图6-8任一所示实施例的基础上，进一步地，通信系统还包括宏基站，宏基站与头基站无线连接，宏基站与头基站之间通信使用蜂窝频谱；用户设备与小基站之间通信使用蜂窝频谱；头基站与N个小基站之间通信使用毫米波，本实施例提供的方法还包括如下步骤S901-S904：
S901、宏基站根据预测的用户设备接入速率、网络频谱效率和/或网络能量效率，确定目标通信带宽。
其中，目标通信带宽为小基站与用户设备之间通信所占用的蜂窝频谱的带宽。
S902、宏基站向头基站发送目标通信带宽。
S903、头基站向小基站发送目标通信带宽。
S904、小基站在与用户设备建立连接时，向用户设备发送目标通信带宽，以使用户设备采用目标通信带宽向小基站发送数据。
可以理解，步骤S901-S904与上述步骤S601-S604的执行没有先后顺序。可以先执行S901-S904，再执行S601-S604；也可以先执行S601-S604，再执行S901-S904；还可以同时执行S901-S904和S601-S604，对此本公开不做限定。
本实施例的方法的原理与技术效果与上述实施例一类似，此处不再赘述。
本公开提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时使得小基站执行如上述图6-图9任一项所示的实施例。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本公开进行阐述，只是用于帮助理解本公开，并不用以限制本公开。对于本公开所属技术领域的技术人员，依据本公开的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.面向5G的群簇协作通信异构系统，其特征在于，包括：宏基站和至少一个基站群簇，所述基站群簇包括：头基站和N个小基站，N为大于1的整数；
所述头基站分别与所述N个小基站连接；所述头基站与所述宏基站连接；所述宏基站与核心网连接；
所述头基站用于在确定有目标用户设备与目标小基站建立连接后，向协作小基站发送第一消息，所述协作小基站是所述N个小基站中除所述目标小基站外的小基站，所述第一消息中携带目标用户设备的第一位置信息，所述第一消息用于指示所述目标用户设备已经与所述目标小基站建立连接；
所述N个小基站中的每个小基站用于与用户设备建立连接；所述小基站根据所述第一消息中携带的第一位置信息，确定目标方向；所述小基站在向用户设备发送消息时，基于波束赋形处理向除所述目标方向以外的方向发送消息；
所述宏基站用于在所述小基站与用户设备建立连接以后，通过所述头基站和所述小基站实现所述用户设备与所述核心网之间的通信。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一消息中还携带所述目标用户设备的标识信息；
所述N个小基站中的每个小基站还用于根据所述目标用户设备的标识信息，从接收到的导频反馈信息中确定所述目标用户设备的第二位置信息，所述导频反馈信息是用户设备在与小基站建立连接过程中发送的导频信息，所述导频反馈信息中包含所述用户设备的第二位置信息；所述小基站根据所述第一位置信息和第二位置信息，确定目标方向。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述N个小基站中的每个小基站还用于：
在与用户设备建立连接后，向所述头基站发送第二消息，所述第二消息用于指示所述用户设备与所述小基站建立连接，所述第二消息中携带所述用户设备的第三位置信息。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述宏基站包括大规模阵列天线；所述头基站包括多天线；
所述头基站与所述宏基站无线连接；所述宏基站与所述头基站之间通信使用蜂窝频谱；所述头基站与所述N个小基站之间通信使用毫米波；用户设备与小基站之间通信使用蜂窝频谱；
所述宏基站还用于根据预测的用户设备的接入速率、网络频谱效率和/或网络能量效率，确定目标通信带宽，并向所述头基站发送所述目标通信带宽；
所述头基站还用于将所述目标通信带宽发送给所述N个小基站；
所述N个小基站中的每个小基站还用于在所述用户设备与所述小基站建立连接时，向所述用户设备发送所述目标通信带宽，以使所述用户设备采用所述目标通信带宽向所述小基站发送数据。
5.一种干扰抑制的方法，其特征在于，应用于通信系统，所述通信系统包括：基站群簇，所述基站群簇包括：头基站和N个小基站，N为大于1的整数；所述头基站分别与所述N个小基站连接；所述方法包括：
接收所述头基站发送的第一消息，所述第一消息中携带目标用户设备的第一位置信息，所述第一消息用于指示所述目标用户设备已经与目标小基站建立连接，所述N个小基站包括所述目标小基站；
根据所述第一位置信息，确定目标方向；
在向用户设备发送消息时，基于波束赋形处理向除所述目标方向以外的方向发送消息。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一消息中还携带所述目标用户设备的标识信息，所述方法还包括：
根据所述目标用户设备的标识信息，从接收到的导频反馈信息中确定所述目标用户设备的第二位置信息，所述导频反馈信息是用户设备在与小基站建立连接过程中发送的导频信息，所述导频反馈信息中包含所述用户设备的第二位置信息；
所述根据所述第一位置信息，确定目标方向，包括：
根据所述第一位置信息和第二位置信息，确定目标方向。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述通信系统还包括宏基站，所述宏基站与所述头基站无线连接，所述宏基站与所述头基站之间通信使用蜂窝频谱；用户设备与小基站之间通信使用蜂窝频谱；所述头基站与所述N个小基站之间通信使用毫米波，所述方法还包括：
接收所述头基站发送的目标通信带宽，所述目标通信带宽为宏基站根据预测的用户设备接入速率、网络频谱效率和/或网络能量效率确定，并向所述头基站发送的；
在与用户设备建立连接时，向所述用户设备发送所述目标通信带宽，以使所述用户设备采用所述目标通信带宽向所述小基站发送数据。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在与所述用户设备建立连接后，向所述头基站发送第二消息，所述第二消息用于指示所述用户设备与协作小基站建立连接，所述第二消息中携带所述用户设备的第三位置信息。
9.一种干扰抑制的方法，其特征在于，应用于通信系统，所述通信系统包括：基站群簇，所述基站群簇包括：头基站和N个小基站，N为大于1的整数；所述头基站分别与所述N个小基站连接；所述方法包括：
获取与目标小基站建立连接的目标用户设备的第一位置信息，所述N个小基站包括所述目标小基站；
向协作小基站发送第一消息，以使所述协作小基站根据所述第一位置信息，确定目标方向，在向用户设备发送消息时，不向所述目标方向发送消息；其中，所述协作小基站是所述N个小基站中除所述目标小基站外的小基站，所述第一消息中携带目标用户设备的第一位置信息，所述第一消息用于指示所述目标用户设备已经与所述目标小基站建立连接。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时使得小基站执行如权利要求5至8任一项所述的干扰抑制的方法，或如权利要求9所述的干扰抑制的方法。
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