CN101772038B - 一种多小区分簇方法及其通信网络和资源调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多小区分簇方法，包括以下步骤：根据小区无线位置将每个小区分为小区边缘区域和内部小区；将多个相邻的小区边缘区域组织为虚拟小区。本发明还提供了基于上述多小区分簇方法的无线资源调度方法、移动管理方法、小区导频设计方法、通信网络和资源调度系统。

Description

一种多小区分簇方法及其通信网络和资源调度系统

技术领域

本发明涉及无线资源调度，特别是涉及一种多小区分簇方法及其通信网络和资源调度系统。

背景技术

诸如802.16m和LTE-advanced之类的下一代蜂窝系统将采用诸如OFDMA或SC-FDMA之类的正交多址技术以支持高数据率的传输。在这些正交系统中，其小区间同信道干扰是限制小区边缘性能的主要因素。

相关规范已提出在LTE R8系统中采用部分频率复用(FFR)技术及其变体，以消除小区间干扰。目前802.16m和LTE-advanced都在向IMT-advance演变，因此都需要满足IMT-advanced所提出的性能指标需求，然而3GPP在LTE的研究证明静态或半静态FFR不足以提供IMT-advanced所需求的2～3倍的边缘性能增益指标，因此在LTE-advanced中展开了动态干扰协调技术的研究。

为了动态消除小区间干扰，对于802.16m和LTE-advanced，协作多点传输(CoMP)被用作主要的候选技术。CoMP可以分为：

(1)协作调度/波束形成：到单个UE的单点传输；

(2)联合处理/传输：到单个UE的多点传输，例如联合预编码。

在(1)中，需要动态多小区调度以在相邻小区中协作传输，以避免同信道干扰。

在(2)中，可以将同信道小区间干扰转换为可组合的有用信号，以提高无线链路(RL)的信号与干扰和噪声比(SINR)。

这两种方案都存在相应的集中式和分布式方法。在集中式方案中，针对所有小区进行处理，需要较大回程成本和处理复杂度，而这对于诸如宏小区之类的典型蜂窝系统而言是不利的。同时，集中式方案对规范也有很大的改变。在分布式方案中，存在“乒乓效应”和“鸡生蛋现象”。所谓“鸡生蛋现象”即相邻小区需要彼此协作，每个小区的新决定将影响其它小区的决定，由于该小区的决定，其它小区将改变它们的决定，而这又将影响先前的该小区的决定。

为了动态消除小区间干扰，在3GPP和IEEE 16m中已经提出CoMP和FFR的组合。在这些提议中，每个小区可以决定是否仅在FFR所定义的为其分配的频带中对于其边缘用户及其相邻小区的边缘用户使用CoMP。然而，这至少存在以下问题：

(1)如何切换FFR和CoMP

提议中提出，给CoMP赋予高优先级，并基于长期干扰管理来简单切换FFR和CoMP。长期切换准则将降低性能。可以认识到，必须平衡短期信道状态信息来实现动态干扰协作，以针对802.16m和LTE-advanced实现更优边缘性能。

(2)如何确保上行链路SC-FDMA为了实现后向兼容所需的连续资源分配

在当前的FFR中，给一些相邻小区分配两个不连续子带。对于隶属于相同协作小区但是来自不同小区的用户，由于LTE上行采用具有低PAPR的SC-FDMA传输多址从而系统要求每个用户使用连续相接资源单元的限制，因此两个子带中均不能够进行CoMP。

(3)不允许在小区边缘用户和其相邻小区内部用户之间进行CoMP，而这对于多小区MIMO模式(例如干扰趋零或干扰抑制方案)而言实际是典型的场景。

所提出的FFR和CoMP组合方案的问题在于这是一种简单组合，在相邻小区之间没有协作。如果需要相邻小区之间进行协作，则FFR和CoMP的简单组合仍然需要多小区调度，则这将引起上述“鸡生蛋现象”。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多小区分簇方法、无线资源调度方法、移动管理方法、小区导频设计方法、通信网络和资源调度系统以解决上述现有技术的至少一个问题。

本发明提出了一种多小区分簇方法，包括：根据小区无线位置将每个小区分为小区边缘区域和内部小区；将多个相邻的小区边缘区域组织为虚拟小区。

本发明还提出了一种通信网络，包括：至少一个小区，以及至少一个虚拟小区，所述至少一个虚拟小区由所述至少一个小区的多个相邻的小区边缘区域组织而成；至少一个内部小区，所述至少一个内部小区中的每一个覆盖其对应的所述至少一个小区中的一个除去所述至少一个虚拟小区后的部分。

本发明还提出了一种无线资源调度方法，应用于上述通信网络，该无线资源调度方法包括：根据无线位置将位于小区边缘区域中的用户分配到具体的虚拟小区中；收集用户的信息；根据收集到的信息调度对用户的资源分配。

本发明还提出了一种移动性管理的方法，应用于上述的通信网络中，包括：当用户在同一个虚拟小区中移动时，不发生小区切换。利用上述调度方法进行小区选择完成多小区协作；当用户移动到另一个虚拟小区或移动到内部小区而没有发生服务小区变更，则只进行频带切换；当用户移动到另一个虚拟小区或移动到内部小区并且发生了服务小区变更，进行小区切换。

本发明还提出了一种小区导频设计方法，应用于上述的通信网络中，包括：仅对所述虚拟小区中所分配的子频带分配导频。

本发明还提出了一种资源调度系统，应用于上述的通信网络中，所述资源调度系统包括：至少一个小区调度器，用于对其对应的小区中的资源进行调度；以及至少一个虚拟小区调度器，该至少一个虚拟小区调度器中的一个与至少一个小区调度器中的多个相对应，用于收集其对应的虚拟小区中用户的信息，并根据收集到的信息，通过与其相对应的多个小区调度器的交互，调度对用户的资源分配。

通过引入虚拟小区的概念，将受同信道干扰影响严重的用户集中由虚拟小区处理，与现有技术的集中处理方式相比，不需要对所有的小区的所有用户进行集中处理，而只需对需要进行处理的用户集中处理，减少了回程成本和处理复杂度；同时与现有技术的分布式处理相比，由于由虚拟小区主控对小区的边缘区域内的用户的处理，不需要相邻小区之间进行频繁的交互，避免了现有技术中存在的“鸡生蛋现象”。

通过引入虚拟小区的概念，可以实现基于动态用户分簇方法所带来的好处，即大大减少切换过程中打断(interruption)时间，因为需要切换的边缘用户永远被虚拟小区所定义的协作区覆盖。其次，利用本发明可以进一步增强用户的移动性管理，当用户在虚拟小区中移动时，即使该用户的服务小区可能发生变化，也可以不需要切换，从而可以减少切换频率，避免切换中的“乒乓效应”。

利用所提出的上述基于虚拟小区的分簇方案，仅仅虚拟小区中的边缘用户在为其分配的子带中需要正交小区间导频(或参考信号)信号和回程开销，这可以大大地减少了所需的小区间正交导频信号资源的占用和回程开销。

本发明的方案还具有如下优点：

1.本发明通过在基于虚拟小区分簇的CoMP区域引入新的部分频率复用或联合部分时频复用(FFR或FTFR)模式，可以解决小区间协作的问题，解决了传统分布式多小区协作面临的难题“乒乓效应”或“鸡生蛋现象“。同时，因为这种方案可以保证小区内用户和该小区所有边缘区域所使用的时频资源都是完整的，因此不会造成资源的浪费。

2.本发明还可以支持小区内部用户和小区边缘用户之间的协作传输。

3.这种新FFR模式可以扩展至整个蜂窝网络而没有任何特殊的限制，因此可以大大减少在蜂窝网上实现CoMP的复杂度。

4.利用本发明可以极大地减少小区间正交资源开销和回程成本。

附图说明

图1示出了本发明进行小区分簇的方法流程图；

图2示出了本发明以相邻的方式组织虚拟小区的示意图；

图3示出了本发明以重叠的方式组织虚拟小区的示意图；

图4示出了本发明的FFR模式设计：左图为选项1，右图为选项2；

图5示出了本发明的联合部分时频复用的FFR模式设计；

图6示出了本发明进行小区资源调度的方法流程图；

图7示出了本发明进行移动管理的示意图；

图8示出了本发明的虚拟小区的定义及其小区的关系；

图9示出了本发明的资源调度系统的架构及其信息交互；

图10示出了本发明的导频设计的示意图；

图11示出了将本发明的FFR应用于网络MIMO/预编码的场景。

具体实施方式

下面参考附图对本发明进行详尽论述。

本发明提供了一种多小区分簇方法，该方法包括：根据小区无线位置将每个小区分为小区边缘区域和内部小区；将多个相邻的小区边缘区域组织为虚拟小区。

图1示出了基于虚拟小区的多小区分簇方法。如图1所示，在步骤110中，根据小区的无线位置，将每个小区分为小区边缘区域和内部小区。

划分的准则为：如果该位置和本小区和相邻小区的路径损耗差小于阈值，则该无线电位置处于小区边缘。满足该条件的所有无线位置的集合即为小区边缘区域，而小区除去小区边缘区域外的部分为内部小区。该阈值可以根据需要配置。

在步骤120中，将多个相邻小区的边缘区域组织为虚拟小区。

首先，将多个相邻的小区边缘区域划分为多个虚拟小区。图2示出了采用相邻的方式将多个相邻的小区边缘区域划分为多个虚拟小区的示意图。如图2所示，小区0、1和6皆为小区，将小区0边缘区域、小区1边缘区域和小区6边缘区域的一部分组织为虚拟小区1(VC1)，由斜线图案表示。类似地，将小区0边缘、小区2边缘和小区3边缘的一部分组织成虚拟小区2(VC2)，由方格图案表示；将小区0边缘、小区4边缘和小区5边缘的一部分组织为虚拟小区(VC3)，由点图案表示。自此，小区0被分为四个部分：内部小区0、作为VC1一部分的小区0边缘、作为VC2一部分的小区0边缘和作为VC3一部分的小区0边缘。

根据蜂窝网络中的卷绕(wrapround)布局，可以按照小区0划分模式来组织所有小区。

图2示出的是一个小区边缘区域可以包含三个相邻的虚拟小区的情况，实际使用中，可以采用相互重叠的方式将多个相邻的小区边缘区域划分为多个虚拟小区。图3是采用相互重叠将小区边缘区域划分为六个虚拟小区的多小区分簇示意图，如图3所示，这六个虚拟小区可以分成两个组，每个组分别由三个相邻的虚拟小区组成。如图3中所示的组I和组II分别是两个由三个相邻的虚拟小区组成的虚拟小区组，可以分别很好地覆盖传统蜂窝小区的三个顶点。其中，组I可以覆盖正方形对应的三个顶点，组II可以覆盖椭圆形所对应的三个顶点，它们正好互补。如果采用互相叠加虚拟小区架构，则组I和组II可以构成互相叠加的六个虚拟小区，它可以完全覆盖传统蜂窝小区的六个顶点。

应该理解，虚拟小区(VC)只是新定义的逻辑小区，因此并不改变传统用户与小区的关联(例如，每个用户的服务小区没有改变)。例如：“用户a”属于VC1，“用户b”属于VC2，并且“用户c”属于内部小区0，但是它们的服务小区都是小区0。

VC由多个小区边缘区域部分组成，小区的不同组合具有不同的VC。因此，可以使用其边缘区域组成VC的小区的ID组合来标识VC。例如，VC 1＝(小区0的ID，小区1的ID，小区6的ID)；VC2＝(小区0的ID，小区2的ID，小区3的ID)；VC3＝(小区0的ID，小区4的ID，小区5的ID)。

虚拟小区在整个蜂窝网络中应用是可以是相邻(disjoint)的(如图2所示)，每个虚拟小区之间没有任何小区边缘是互相交错的；也可以定义为互相重叠(overlap)的(如图3所示)，每个虚拟小区与相邻的虚拟小区存在所属的部分小区边缘的重叠。两者比较，重叠的虚拟小区可以更好地覆盖现有蜂窝网络的六个顶点(六条边缘)，可以让所有小区边缘用户找到最合适的虚拟小区，即实现CoMP的多小区的协作区。而相邻虚拟小区的架构可以减少虚拟小区的数目及其相应的协调复杂度。

到底是采用相邻的虚拟小区架构还是互相叠加的虚拟小区，取决于系统复杂度和系统边缘性能的增益的折中。图2和图3中的虚拟小区划分只是作为阐述本发明的示例，在实际应用时也可以有其他划分方式，如图2中可以划分为6个相邻的虚拟小区等，这些划分应视为本发明实施方式的简单变形，包括在本发明的保护范围之内。

位于小区边缘区域的用户可以在所属虚拟小区内做动态簇选择，即在虚拟小区的小区集合中，根据预设准则确定多个小区作为协作小区，并且协作小区的数目可以配置。这里所说的小区集合是其小区边缘区域构成同一个虚拟小区的多个小区的集合。这里的预设准则可以是最大容量准则。

其次，为多个虚拟小区分配资源。

在一个小区内存在多个VC(例如对于小区0存在3个VC)和一个内部小区。在这些VC之间应用部分频率复用(FFR)可以确保相邻VC之间没有重叠的子带。利用该设计，虚拟小区之间不需要协作。这简化了蜂窝网络中用于实现CoMP的小区间协作，解决了多小区的“乒乓效应”。

有多种FFR可应用于VC中。这里给出两个示例。

示例一为多个虚拟小区和内部小区都使用全部可用带宽资源。以图1所示的小区分簇为例，假设全部带宽是F，虚拟小区VC1、VC2和VC3共同分享带宽F，同时内部小区也完全使用全部带宽F，如图4左所示。

这里虚拟小区VC1、VC2和VC3共同分享带宽F也有两种选择：

选择1：如图4，将全部带宽(F)等分给三个虚拟小区，如VC1＝F1，VC2＝F2，VC3＝F3，F1＝F2＝F3＝1/3F。

选择2：联合部分时频复用。图5是根据图3的分簇方法的频率资源分配示意图。如图5所示，可以将时间资源按时分复用的方式分给不同的虚拟小区组，而同一虚拟小区组内可以应用部分频率复用的方式将可用频率资源分给不同的虚拟小区。

示例二为多个虚拟小区和内部小区等分全部可用带宽资源，即在三个虚拟小区和内部小区中等分全部带宽(F)。以图2所示的小区分簇为例，这里假设内部小区使用一半带宽，而三个虚拟小区使用剩下的一半带宽，即VC1＝F1，VC2＝F2，VC3＝F3，F1＝F2＝F3＝1/6F；内部小区＝F0＝F-F1-F2-F3＝1/2F.

两个示例中第一个更灵活并且具有更高的频谱效率。第二个实现更简单。这里的全部带宽F可以是提供给小区(如小区0)的全部可用带宽，也可以是提供给小区的全部可用带宽中实际使用的部分。

在本发明中提出了部分频率复用或联合部分时频复用的低复杂度的小区间协调机制，每个小区按照虚拟多小区分簇方法，对小区边缘区域划分成几个部分，分别属于不同的虚拟小区或虚拟小区组，如图2或图3所示，给这几个边缘区域部分分别分配不同的频段资源或时频段资源。

在图2中，由于采用了由三个小区组成的虚拟小区的相邻覆盖，因此可以把整个频段划分为三份(FFR＝3)，给每个虚拟小区所包含的小区边缘区域相应的一份，保证属于不同虚拟小区使用不同的频段。但对于每个小区而言，其所有小区边缘区域使用的频段资源是整个小区的频段资源，因此不会造成传统FFR存在的边缘用户仅仅占用部分频段所引起的问题。

如图3所示，互相叠加的虚拟小区或虚拟小区组可以采用FFR＝6，即把每个小区的频段资源分成6份，分派给每个小区边缘区域所隶属的六个虚拟小区或簇(共两组)。这样也可以保证不同虚拟小区或簇使用不同的频段资源，同时保证同一个小区的边缘用户可以共享所有的频段资源。

除了以上所说的在同一小区不同边缘区域或不同虚拟小区使用不同的频段资源外，也可以采用部分时频段资源来区分。两个虚拟小区组分别采用时分复用方式，而每个虚拟小区组内部的小区之间采用频分复用的方式。这样也可以保证不同虚拟小区或虚拟小区组使用不同的时频段资源，同时保证同一个小区的边缘用户可以共享所有的时频段资源。

每一个小区除了小区边缘部分根据其所隶属的虚拟小区或虚拟小区组采用时频资源，其内部小区可以采用该小区的全部时频资源；或采用与该小区所有小区边缘互补的时频资源，如图2所示。显然，让小区的内部小区及其所有小区边缘采用所有时频资源可以提高系统的频谱效率。

各虚拟小区所使用的时频资源可以根据网络负荷的分布和变化而作半静态的调整。

根据上述的方法，本发明还提出了一种通信网络。该通信网络包括至少一个小区，以及至少一个虚拟小区，该至少一个虚拟小区由该至少一个小区的多个相邻的小区边缘区域组织而成；至少一个内部小区，该至少一个内部小区中的每一个覆盖其对应的至少一个小区中的一个除去该至少一个虚拟小区后的部分。

其中至少一个虚拟小区采用相邻的方式进行覆盖或者至少一个虚拟小区采用相互重叠的方式进行覆盖。至少一个虚拟小区和其对应的内部小区都使用全部可用带宽资源；或多个虚拟小区和其对应的内部小区等分全部可用带宽资源。

本发明还提出了一种资源调度方法，应用在上述的通信网络中，该方法包括根据小区边缘区域中的用户的无线位置将其分配到虚拟小区中；虚拟小区收集所述用户的信息；虚拟小区根据收集到的信息调度对所述用户的资源分配。

下面假设多个虚拟小区和内部小区都使用全部可用带宽资源，并在此基础上给出了虚拟小区和小区的资源调度方法。

图6示出了本发明进行资源调度的流程图，如图6所示，在步骤610中，根据小区的小区边缘区域中的用户的无线位置将其分配到所述虚拟小区中。

如果该用户到服务小区和一个相邻小区之间的路径损耗差(路径损耗和阴影)小于预定阈值，则该用户处于小区边缘；否则，该用户处于内部小区。

根据用户到服务小区和到相邻小区的最小路径损耗差将其分配到具体的虚拟小区中。例如，如果图1中的“用户a”到其服务小区0和到相邻小区1具有最小路径损耗差，则将“用户a”分到图案1的小区0的小区边缘区域，即VC1中。类似地，“用户b”处于图案1的小区0的小区边缘区域中，即在VC2中。

在步骤602中，虚拟小区收集所述用户的信息。

这里首先提到VC的虚拟小区调度器的概念。

虚拟小区调度器是相应虚拟小区中涉及的小区的中心单元(例如VC1是小区0，1，6的中心单元。虚拟小区调度器仅负责管理处于VC中的用户(例如VC1中的UEa、b、c)，而不管理内部小区中的用户。

为了在传统的蜂窝网络中更好地支持CoMP及其相关的无线资源管理，在基于虚拟小区的分簇引入两层的调度架构，如图9所示：

一是传统的小区调度器，称为小区调度器，主要负责本小区用户的调度(包含内部小区用户和小区边缘用户)和本小区无线资源的管理；同时，负责与虚拟小区调度器进行信息交互。每个传统的蜂窝小区具有一个小区调度器。

二是虚拟小区调度器，主要负责该虚拟小区内所属的边缘用户的调度(来自相邻多个小区)和该虚拟小区所有无线资源的管理(包含来自相邻多个区的空间资源、所分配的时频资源等)；同时，负责与小区调度器进行信息交互。每个虚拟小区都具有一个虚拟小区调度器。

对于每个所定义的虚拟小区(由多个小区边缘区域组成)，虚拟小区调度器可以容易地为所属相邻小区边缘用户进行调度传输模式，完全支持各种CoMP工作模式，包括：CoMP联合发送/接收：取决于调度结果，虚拟小区中的单个用户或多个用户，具有小区边缘属于该虚拟小区的所有小区的天线等；CoMP协作调度：可以动态地调度虚拟小区中的不同小区的所有边缘用户，因此可以容易地实现动态干扰协作。

虚拟小区可以通过从用户的服务小区向虚拟小区调度器传送VC的所有用户的信息的方式收集用户的信息。这些信息包括例如信道信息(VC中的用户与同VC相关联的小区之间的所有无线链路RL)、队列的状态信息、服务QoS信息等。例如，在图7中，用户c属于VC 1，其服务小区是小区6。将(从用户c到所有小区0，1，6的)无线链路信道信息和用户c的信息从小区0，1，6传送到VC1。如果VC物理上位于小区之一处(例如小区0)，则通过eNB之间的回程传输来实现该信息交换。

在步骤603中，虚拟小区根据收集到的信息调度对用户的资源分配。

本步骤中进行调度的部件是虚拟小区调度器。如上所述，由于在虚拟小区之间进行时频域的部分频率复用，所以VC间不需要彼此协作。对于FFR示例二，由于内部小区使用与VC不同的频带，因此在VC和内部小区之间的资源分配上也不需要协作。然而，对于FFR示例一，VC和内部小区使用相同的子频带(例如F1、F2和F3)，因此这两种小区需要争夺重叠资源。

这里，以小区0，1，6和VC1之间争夺F1中的资源为例，具体过程如下：

步骤1：VC1调度器调度VC1中的用户及其可能的上述的CoMPMIMO模式：根据收集到的信息计算其可实现的最大容量或具有比例公平性的效用函数。

步骤2：每个小区调度器(小区0，1，6)在子带F1中调度用户及其的可能的单小区MIMO模式：计算其可实现的最大容量或具有比例公平性的效用函数。

步骤3：每个小区调度器将所计算的最大容量或具有比例公平性的效用函数传递给虚拟调度器(图8中的S1)。

步骤4：虚拟调度器将针对每个子带计算来自每个小区调度器的最大容量或具有比例公平性的效用函数之和，并将其与其自身的相应子带中的最大容量或具有比例公平性的效用函数相比较，并根据最大网络容量或具有比例公平性的效用函数准则，决定是调度VC1中的用户还是小区0，1，6中的用户(图8中的S2)。

以上使用最大容量或具有比例公平性的效用函数作为调度准则，不失一般性地，这里也可以采用其它准则。

相应地，VC调度器将子带分配给VC中或内部小区中的适当用户。

现在，小区调度器和VC调度器将调度不同的用户集(VC中或内部小区中的用户集)。根据虚拟小区和内部小区的定义，毫无疑问，对于小区边缘用户可以通过VC调度器灵活地支持CoMP。

根据使网络容量或具有比例公平性的效用函数最大化的准则，VC调度器将决定将子带F1(在其他调度颗粒度(如资源单位或资源块)的情况下，也可以是F1的一部分)分配给VC 1的用户或内部小区的用户。

小区调度器根据从虚拟小区调度器接收到的调度结果的不同，还包括以下处理步骤。

选项1：VC调度器将F1(或F1的一部分)分配给VC的用户(例如UEa或UEb或UEa和UEb)。

VC调度器将该调度结果告知每个相关联的小区调度器(例如小区0，1，6调度器)。每个小区调度器将基于VC调度器的结果，利用可用资源(例如附加天线自由度等)重新调度用户，包括VC中已被调度的用户和内部小区用户。小区调度器不会改变VC调度结果，而是基于该结果再进行小区内用户和相关虚拟小区用户的重调度。在小区调度器进行重调度过程中，在小区中的可用资源中，在内部小区用户和已被调度的相关虚拟用户中找出要调度的内部小区用户是否具有比虚拟调度结果更高的容量或具有比例公平性的效用函数。如果是，小区调度器将更新调度结果，并调度这些内部小区的用户以及VC中被调度的用户。

选项2：VC调度器将F1(或F1的一部分)分配给内部小区用户(例如UEd)

这时，在F1子带内，小区0的小区调度器将VC1内的所有用户当作小区0的小区内部用户，并以最大容量或具有比例公平性的效用函数对用户(包括实际的内部小区用户和VC1中的所有用户)重新进行调度。如果该调度最大容量或具有比例公平性的效用函数大于仅针对实际的内部小区用户的调度结果，则小区0调度器将更新其调度结果，并将所更新的调度结果传送到VC1。相应地，小区1和小区6也将在子带(例如F 1)中在其内部小区和相关联的VC用户中对单小区可用资源重新进行调度，并更新它们的调度结果，然后传送到VC1调度器(图9中的S3)。VC调度器将检测其所有相关联的小区中的虚拟用户之间是否存在冲突，如果存在，根据最大容量或具有比例公平性的效用函数准则来确定哪个小区(小区0、1、6)具有较高优先级，然后将确定结果发送回其相关联的小区(图9中的S4)。然后，相关联的小区的调度器最终更新其调度结果。

这里应该注意到，小区调度器仅调度在其自身小区内的资源，而VC调度器可以在其相关联的小区之间利用所有的空间资源。在本发明的实施方式中应用简单的最大容量或最大公平性效用函数来解决虚拟小区及其相关小区之间的博弈问题；该准则可以确保对于小区边缘用户，资源被分配以实现最大网络容量或网络效用，而不是简单地将最高优先级赋予CoMP。因为虚拟小区可以看作是其所属小区的集中处理单元，因此可以很好地解决其相关小区的资源博弈问题，同时，通过小区与虚拟小区的多次交互可以实现内部小区用户和其所属虚拟小区边缘用户之间构成多用户MIMO等联合资源调度。利用每个虚拟小区调度器的调度，可以在其所管辖的趋于动态选择CoMP模式并调度虚拟小区中的边缘用户，同时每个小区调度器调度内部小区用户并传递给相关虚拟小区调度器，最后虚拟小区调度器负责协调决定并把决定传递回相关小区调度器，小区调度器再进行内部小区用户和相关虚拟用户的重调度，最后完成调度过程，即完成了小区和虚拟小区的协调。

小区调度器进行重调度过程中，每个小区的可用用户集被定义为该小区中的所有用户及其相关联的虚拟小区(在FFR1/3情况下，每个小区有3个虚拟小区)中的边缘用户。小区调度器可以基于是否可实现附加增益和附加空间资源自由度(即小区具有足够的天线以支持更多的流)，在(分配给小区边缘用户的)子带中将虚拟小区中具有CoMP的边缘用户与内部小区用户按照MU-MIMO配对。

根据上述的调度方法，本发明还提供了一种调度系统，该系统应用于上述的通信网络中，包括至少一个小区调度器，用于对其对应的小区中的资源进行调度；以及至少一个虚拟小区调度器，该至少一个虚拟小区调度器中的一个与至少一个小区调度器中的多个相对应，用于收集其对应的虚拟小区中用户的信息，并根据收集到的信息，通过与其相对应的多个小区调度器的交互，调度针对用户的资源分配。

本发明还提出了一种移动性管理的方法，应用于如上所述的网络中，包括：当用户在同一个虚拟小区中移动时，不进行小区切换，利用上述调度方法进行小区选择完成多点协作；当用户移动到另一个虚拟小区或移动到内部小区而没有发生服务小区变更，只进行频带切换；当用户移动到另一个虚拟小区或移动到内部小区且发生了服务小区变更，进行小区切换。

首先可以应用传统的移动性管理，即根据用户与基站之间的信道条件来选择合适的服务基站。在此基础上应用本发明提出的多小区分簇方法，可以实现基于动态用户分簇方法所带来的好处，即大大减少切换过程中打断(interruption)时间，因为需要切换的边缘用户永远被虚拟小区所定义的协作区覆盖。

其次，利用本发明可以进一步增强用户的移动性管理，从而可以减少不必要的切换“乒乓效应”：当用户在几个小区边界作往返移动(特别是快速移动)时，传统的移动性管理可能会让用户在这几个小区来回切换，造成很大的切换开销。增强的切换过程具体如下：

如图7所示，当UE在相同的VC内移动时，即使其服务小区可能已经发生变化，不需要对用户切换。由于虚拟小区可以很好地处理CoMP，无论是否将用户切换到另一个小区，都不会影响用户的数据传输。同时利用上述VC中的调度功能，可以选择最好的小区，例如快速小区选择(例如UEa沿a-2方向移动)。这可以消除切换中的“乒乓效应”。

当UE在其它VC或其它内部小区之间移动时，如果其服务小区是相同的，则没有切换，而只有频带切换(例如，UEa沿a-3方向移动，则UEa允许频带从F 1切换到F2)。

当UE移动到另一个内部小区或具有不同小区ID组合的VC，即同时也发生了服务小区变更(例如移动到位置a-4)，则需要切换。

这样可以减少转交切换的频率，从而简化无线资源管理，同时对CoMP没有影响。

本发明还提供了一种小区导频设计方法，应用于上述通信网络中，该方法包括：仅对所述虚拟小区中所分配的子频带分配导频。

为了更好地支持CoMP，需要更精确的跨小区的信道估计。而现有LTE系统，小区间的导频是非正交的，因此相邻小区间的导频的干扰比较严重，直接影响信道估计的精度，从而影响CoMP的系统增益。而直接在相邻小区应用正交的导频设计，将大大增大系统的资源开销，系统资源可能不足以实现正交小区间导频。

本发明可以在有限的资源实现正交的导频设计，可以在不增加系统导频开销的情况下实现跨小区正交的导频设计，从而解决该问题。

在支持CoMP的多小区簇中(包含但不限于本发明提出的分簇方法)，可以根据本发明所定义的基于部分联合时频复用的方法，在不同的簇中采用不同的部分时频资源，因此可以大大减少实现正交的导频设计的系统资源开销。

下面以基于图2的虚拟小区划分为例进行阐述。

如图10所示，只有VC内的用户在其所分配的子带内需要正交小区间RS，而这极大地减少了正交小区间RS的所需量。典型地，边缘用户只占小区内所有用户的一半，因此可以节约上行链路的大约50％的用户数据解调的小区间正交导频开销。

此外，每个虚拟小区仅具有最多3个相关联的小区，并且每个VC在同一个小区内使用不同的子带。如图10所示，对于每个VC(VC1、VC2和VC3)，需要在其相应的子带(F1、F2和F3)中定义3个正交小区间导频。这又可以节约2/3的小区间正交导频开销。

图2中任意相邻虚拟小区的频率资源都没有重叠。因此，对于整个蜂窝网络，最多仅需要3种虚拟小区。这可以将相邻小区从7减小为3。因此又可以节约4/7的小区间正交导频开销。

以LTE R8为例，本实施方式所需的正交导频开销(以小区0、1、3为例)如下：

对于小区0、1、2的内部小区，每个小区都需要正交小区间RS。假设需要x个传统正交小区间导频；

在小区0、1、2中存在等效的3个虚拟小区。需要正交小区间导频设计，并在三个小区中总共消耗3*1/3*3x＝3x资源。在每个小区中，仅有3x/3＝x资源。

可以看到，每个小区将针对下行链路消耗x+x＝2x资源并针对上行链路消耗x资源。

而在其它方案中，导频设计开销为：

(1)网络MIMO方案(参见Coordinating base stations for greateruplink spectral efficiency：proportionally fair user rates，S.Venkatesan，Bell-Labs，PIRMC07)：为了实现完全协作并确保相邻小区之间的正交性，所需的导频是：对于上行链路和下行链路，每个小区为7x

(2)TI的超小区方案(参见TI R1-083137/084444 Aspects ofcooperative MIMO for advanced E-UTRA，2008.11.4，http://www.3gpp.org/ftp/tsg ran/wg1 rl1/TSGR1 55/Docs/)：为了实现完全协作和仅确保3个相邻小区之间的正交性，所需的导频是：对于上行链路和下行链路，每个小区为3x。在超小区内，18个小区边缘区域中仅有6个在CoMP下工作。如果需要确保所有的小区边缘区域工作在CoMP下，则需要更多的导频资源。

可见与现有技术相比，本发明的导频设计方法极大节省了网络资源。

利用本发明，该示例可以扩展到所有蜂窝网络，并且对于确保相邻小区之间的小区间正交不会引起附加导频成本。

作为CoMP的候选方案，在RAN1中提出了网络MIMO和网络预编码以改善平均吞吐量和边缘吞吐量。如图11所示，在这两种方案中，多个小区(或扇区)(例如3)由“超小区”或“eNB”组成。在“超小区”内，应用联合处理以实现联合天线阵列增益，以便改善平均小区吞吐量。在“超小区”内，一些小区边缘变为“超小区”的内部部分。如图11所示，与上述的小区边缘一样，根据本发明的技术方案，可以在超小区的边缘应用本发明的基于虚拟小区的多小区分簇方法及其基于部分联合时频复用的小区间协调机制，容易地实现超小区边缘之间的动态干扰协作。

在LTE R8中采用静态FFR，其中从RRC中给每个小区边缘分配子带。已经定义的接口可以良好地支持本发明所设计的FFR。通过根据相关联的小区ID，在每个小区内划分出不同的边缘区域，例如小区0、1、6内的3个边缘区域，可以实现本发明。然后，给每个边缘区域预分配不同的子带并在相邻小区中良好地协调子带的预分配。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (25)

1.一种多小区分簇方法，包括：

根据小区无线位置将每个小区分为小区边缘区域和内部小区；

将多个相邻的小区边缘区域组织为虚拟小区；

所述将多个相邻的小区边缘区域组织为虚拟小区包括：

将多个相邻的小区边缘区域划分为多个虚拟小区；

为所述多个虚拟小区分配资源；

其中，边缘用户在所属虚拟小区内做动态簇选择，并且小区边缘区域构成同一个虚拟小区的多个小区构成所述虚拟小区的小区集合，其中所述动态簇选择包括：在所述虚拟小区的小区集合中，根据预设准则确定多个小区作为协作小区。

2.根据权利要求1所述的多小区分簇方法，所述根据小区无线位置将每个小区分为小区边缘区域和内部小区包括：

将所述小区中与小区和其相邻小区路径损耗差值小于预定阈值的位置的集合定义为小区边缘区域；

将所述小区中除小区边缘区域外的部分定义为内部小区。

3.根据权利要求1所述的多小区分簇方法，其中，所述将多个相邻的小区边缘区域划分为多个虚拟小区包括：

采用相邻的方式将多个相邻的小区边缘区域划分为多个虚拟小区。

4.根据权利要求1所述的多小区分簇方法，其中，所述将多个相邻的小区边缘区域划分为多个虚拟小区包括：

采用相互重叠的方式将多个相邻的小区边缘区域划分为多个虚拟小区。

5.根据权利要求3或4所述的多小区分簇方法，其中，所述为多个虚拟小区分配资源包括：

所述多个虚拟小区和所述内部小区使用同样的带宽资源；或

所述多个虚拟小区和所述内部小区以互补的方式分配带宽资源。

6.根据权利要求5所述的多小区分簇方法，其中，进一步包括：

将分配给所述多个虚拟小区的可用带宽资源以部分频率复用的方式分配给每一个虚拟小区。

7.根据权利要求1所述的多小区分簇方法，其中，所述协作小区的数目可以配置。

8.根据权利要求5所述的多小区分簇方法，其中，

在超小区的边缘应用基于虚拟小区的所述多小区分簇方法及其基于部分联合时频复用的小区间协调机制。

9.根据权利要求5所述的多小区分簇方法，其中，进一步包括：

将所述多个虚拟小区划分为多个虚拟小区组；

以时分复用的方式将时间资源分配给所述多个虚拟小区组中的每一个；

在同一个虚拟小区组中，将可用带宽资源以部分频率复用的方式分配给所述虚拟小区组中的各虚拟小区。

10.根据权利要求5所述的多小区分簇方法，其中，进一步包括：

将所述多个虚拟小区划分为多个虚拟小区组；

以频分复用的方式将频率资源分配给所述多个虚拟小区组中的每一个；

在同一个虚拟小区组中，将可用带宽资源以部分频率复用的方式分配给所述虚拟小区组中的各虚拟小区。

11.一种通信网络，包括：

多个小区；以及

至少一个虚拟小区，所述至少一个虚拟小区由所述多个小区的多个相邻的小区边缘区域组织而成，其中多个相邻的小区边缘区域被划分为所述至少一个虚拟小区并且为所述至少一个虚拟小区分配资源；

多个内部小区，所述多个内部小区中的每一个覆盖其对应的所述多个小区中的一个除去所述至少一个虚拟小区后的部分；

其中，边缘用户在所属虚拟小区内做动态簇选择，并且小区边缘区域构成同一个虚拟小区的多个小区构成所述虚拟小区的小区集合，其中所述动态簇选择包括：在所述虚拟小区的小区集合中，根据预设准则确定多个小区作为协作小区。

12.根据权利要求11所述通信网络，其中：

所述至少一个虚拟小区采用相邻的方式进行组织。

13.根据权利要求11所述通信网络，其中：

所述至少一个虚拟小区采用相互重叠的方式进行组织。

14.根据权利要求11所述通信网络，其中：

所述至少一个虚拟小区和其对应的内部小区使用同样的带宽资源；或

所述至少一个虚拟小区和其对应的内部小区以互补的方式分配带宽资源。

15.一种应用于通信网络的无线资源调度方法，所述通信网络包括：多个小区；以及至少一个虚拟小区，所述至少一个虚拟小区由所述多个小区的多个相邻的小区边缘区域组织而成；多个内部小区，所述多个内部小区中的每一个覆盖其对应的所述多个小区中的一个除去所述至少一个虚拟小区后的部分；其中，边缘用户在所属虚拟小区内做动态簇选择，并且小区边缘区域构成同一个虚拟小区的多个小区构成所述虚拟小区的小区集合，其中所述动态簇选择包括：在所述虚拟小区的小区集合中，根据预设准则确定多个小区作为协作小区；

所述无线资源调度方法包括：

根据无线位置将位于小区边缘区域中的用户分配到具体的虚拟小区中；

收集所述用户的信息；

根据收集到的信息调度对所述用户的资源分配。

16.根据权利要求15所述的无线资源调度方法，其中，所述根据无线位置将位于小区边缘区域中的用户分配到具体的虚拟小区中包括：

如果所述用户到其服务小区和相邻小区的路径损耗差小于预定阈值，则所述用户位于其服务小区的小区边缘区域；

根据所述用户到服务小区和到相邻小区的最小路径损耗差将其分配到具体的虚拟小区中，所述具体的虚拟小区包含具有所述最小路径损耗差的服务小区和相邻小区的小区边缘区域。

17.根据权利要求15所述的无线资源调度方法，其中，虚拟小区收集所述用户的信息包括：

所述虚拟小区收集所述用户的信道信息、队列的状态信息、服务QoS信息。

18.根据权利要求15所述的无线资源调度方法，其中，虚拟小区与其相关的内部小区使用同样的频率资源，

虚拟小区根据收集到的信息调度对所述用户的资源分配包括：

所述虚拟小区根据收集到的信息计算调度准则；

包含所述相关的内部小区的小区计算调度准则；

所述包含所述相关的内部小区的小区将计算结果传递给所述虚拟小区；

所述虚拟小区针对每一个频率资源将接收到的计算结果之和与自身得到的计算结果相比较，根据调度准则判定将频率资源调度给所述虚拟小区中的用户或所述相关的内部小区中的用户。

19.根据权利要求18所述的无线资源调度方法，其中，所述调度准则包括最大容量或具有比例公平性的效用函数。

20.根据权利要求19所述的无线资源调度方法，其中还包括：

当所述调度的结果为将频率资源调度给所述虚拟小区中的用户时，所述包含所述相关的内部小区的小区基于虚拟小区的调度结果，利用可以利用的资源重新调度，不改变虚拟小区的调度结果，在其内部小区中寻找用户使得具有比虚拟小区的调度结果更高的容量或具有比例公平性的效用函数；

如果存在，将更新调度结果调度所述相关的内部小区中的用户和所述虚拟小区的调度结果中的用户。

21.根据权利要求19所述的无线资源调度方法，其中还包括：

当所述调度的结果为将频率资源调度给内部小区中的用户时，包含所述相关的内部小区的小区将所述虚拟小区内的所有用户当做其内部小区用户，并以最大容量或具有比例公平性的效用函数对用户进行重新调度；

若所述重新调度的结果的最大容量或具有比例公平性的效用函数大于仅针对其内部小区的用户的调度结果，更新其调度结果并将所更新的调度结果传送到所述虚拟小区；

所述虚拟小区检测其所有相关联的小区中的虚拟用户之间是否存在冲突，如果是，确定所述相关联的小区中具有最大容量或具有比例公平性的效用函数较大的小区具有较高优先级，并将所述结果发送回所述相关联的小区；

所述相关联的小区根据所述结果最终更新其调度结果并进行调度。

22.一种应用于通信网络的移动性管理的方法，所述通信网络包括：多个小区；以及至少一个虚拟小区，所述至少一个虚拟小区由所述多个小区的多个相邻的小区边缘区域组织而成；多个内部小区，所述多个内部小区中的每一个覆盖其对应的所述多个小区中的一个除去所述至少一个虚拟小区后的部分；其中，边缘用户在所属虚拟小区内做动态簇选择，并且小区边缘区域构成同一个虚拟小区的多个小区构成所述虚拟小区的小区集合，其中所述动态簇选择包括：在所述虚拟小区的小区集合中，根据预设准则确定多个小区作为协作小区；

所述移动性管理的方法包括：

当用户在同一个虚拟小区中移动时，不发生小区切换，利用根据权利要求15至21中任意一项所述的调度方法进行小区选择完成多小区协作；

当用户移动到另一个虚拟小区或移动到内部小区而没有发生服务小区变更，则只进行频带切换；

当用户移动到另一个虚拟小区或移动到内部小区并且发生了服务小区变更，进行小区切换。

23.一种应用于通信网络的小区导频设计方法，所述通信网络包括：多个小区；以及至少一个虚拟小区，所述至少一个虚拟小区由所述多个小区的多个相邻的小区边缘区域组织而成；多个内部小区，所述多个内部小区中的每一个覆盖其对应的所述多个小区中的一个除去所述至少一个虚拟小区后的部分；其中，边缘用户在所属虚拟小区内做动态簇选择，并且小区边缘区域构成同一个虚拟小区的多个小区构成所述虚拟小区的小区集合，其中所述动态簇选择包括：在所述虚拟小区的小区集合中，根据预设准则确定多个小区作为协作小区，所述小区导频设计方法包括：

仅对所述虚拟小区中所分配的子频带分配导频。

24.一种应用于通信网络的资源调度系统，所述通信网络包括：多个小区；以及至少一个虚拟小区，所述至少一个虚拟小区由所述多个小区的多个相邻的小区边缘区域组织而成；多个内部小区，所述多个内部小区中的每一个覆盖其对应的所述多个小区中的一个除去所述至少一个虚拟小区后的部分；其中，边缘用户在所属虚拟小区内做动态簇选择，并且小区边缘区域构成同一个虚拟小区的多个小区构成所述虚拟小区的小区集合，其中所述动态簇选择包括：在所述虚拟小区的小区集合中，根据预设准则确定多个小区作为协作小区，所述资源调度系统包括：

多个小区调度器，用于对其对应的小区中的资源进行调度；以及

至少一个虚拟小区调度器，所述至少一个虚拟小区调度器中的一个与所述多个小区调度器中的多个相对应，用于收集其对应的虚拟小区中用户的信息，并根据收集到的信息，通过与其相对应的多个小区调度器的交互，调度对所述用户的资源分配。

25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述至少一个虚拟小区调度器中的一个还用于根据收集到的信息计算调度准则，并接收其对应的小区调度器的对调度准则的计算结果，针对每一个频率资源将接收到的计算结果之和与自身计算的结果相比较，根据调度准则判定将频率资源调度给所述用户或其对应的小区的内部小区中的用户，并将调度结果传送给其对应的小区调度器；

所述对应的小区调度器还用于对调度准则进行计算，并将计算结果发送给所述至少一个虚拟小区调度器中的一个，接收所述至少一个虚拟小区调度器中的一个的所述调度结果，根据所述结果进行调度。

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