CN102006599A - 宏小区与毫微微小区的混合组网中的干扰抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宏小区与毫微微小区的混合组网中的干扰抑制方法，该方法对一定范围内的Femtocell进行分簇；对簇内毫微微基站的发射功率进行控制；调整Femtocell分簇情况；对干扰敏感区域的Femtocell进行分簇；对已完成分簇的干扰敏感区域的Femtocell，以簇为单位，对簇内的毫微微基站进行发射功率控制；调整干扰敏感区域的Femtocell的分簇情况，确定干扰敏感区域的Femtocell簇；将宏用户设备分为死区用户设备和非死区用户设备；从而将频谱资源分为相不重叠的三部分；并为干扰敏感区域的Femtocell，死区用户设备，非干扰敏感区域的Femtocell和非死区用户设备分配频谱资源。本发明能有效提高宏小区和Femtocell重叠覆盖的双层网络的频谱利用效率和系统容量，有效解决宏小区和Femtocell间的跨层干扰和Femtocell的同层干扰问题。

Description

宏小区与毫微微小区的混合组网中的干扰抑制方法
技术领域
本发明涉及无线通信网络技术领域，尤其涉及一种宏小区与毫微微小区的混合组网中的干扰抑制方法。
背景技术
众多高数据速率无线通信标准的出现，表明无线通信进入了可靠性和容量飞速增长的时代，Cooper定律很好的诠释了无线通信的容量增长：“在过去的104年里，无线通信容量每30个月增长1倍”。例如，自1957年美国民用无线通信系统得到推广应用，无线通信容量至今已增长了近100万倍，其中，由更宽频带的使用带来了25倍增长，更小的时、频调度粒度带来了5倍的增长，更好的调制方法带来了5倍的增长，通过减小小区的面积和传输距离带来了1600倍的增长。通过减小小区的面积带来的巨大增益，实质上是空间频谱利用率(即单位面积吞吐量的提高)和接收信号强度的提高带来的。因此，一种低成本、可提供高速率的室内覆盖的小区架构——Femtocell(毫微微小区)的出现，引起了研究领域、运营商和设备制造商的广泛关注。
宏小区是面积很大的区域，覆盖半径约1～30km，基站发射天线通常架设在周围建筑物上方。通常，在收发之间没有直达天线。而Femtocell是一种低功耗、短距离的无线数据接入小区，其覆盖范围一般为10～50米，使用光纤或数字用户线(x Digital Subscriber Line，xDSL)等宽带连接作为回传方式。Femtocell的出现得到了广泛的重视，3GPP LTE已将其纳入R8的标准，并将其命名为Home Node B(家庭基站)。
对于移动通信使用的调查表明超过50％的语音通信和超过70％的数据通信发生在室内环境。语音通信可以容忍较低的信号质量，因为所需的数据速率非常低，仅为10kbps或更低。而数据通信对数据速率要求较高，用户期待能够提供有线网络的Mbps级的无线网络感受。出于对成本考虑，移动终端通常是功率受限的，对于一定的传输功率而言，符号能量随传输数据速率的增加而减小。对于室内用户的移动终端设备，尤其是工作于高载波频段的设备，损耗将使得高的信号质量和高数据速率难以实现，用户对室内无线网络覆盖的不满，将使得用户在室内继续使用有线方式或其他运营商的无线方式。
随着小区半径减小，相邻小区间干扰信号传输模型也随之发生变化，同信道干扰大大增强，当Femtocell密集覆盖时，这个问题更为严重。此外，由于频谱资源的匮乏，运营商所拥有的频段有限，因此，在Femtocell辅助蜂窝小区中，Femtocell与宏小区必须复用部分或者全部频率资源，这种方式称为“全局频率复用方式”。由于毫微微基站的发射功率与宏基站的发射功率相差1～2数量级，在这种全局频率复用下，Femtocell与宏小区之间的跨层干扰成为制约Femtocell辅助蜂窝小区容量提高的重要因素之一。因此，若没有有效的干扰抑制和资源分配算法，Femtocell与宏小区混合组网的网络架构最终反而会降低系统容量。
另外，Femtocell、宏小区混合组网的网络架构与传统的分层小区(HCS，Hierarchical Cell System)的结构相比，具有以下特点：(1)传统HCS中微小区位置是通过预先规划确定，而Femtocell与宏小区混合组网的网络架构中毫微微基站是根据用户需求安置，用户只要求满足对微区域的覆盖，因此其分布具有随机性；(2)Femtocell覆盖半径(10～50m)更小，与通常的宏小区半径(300～2000m)相差2～3个数量级；(3)随着宏小区中Femtocell数量的增加，由于Femtocell采用xDSL方式作为数据回传方式，巨大的网络负载带来的时延，会使得Femtocell与宏小区之间可能无法直接进行协调控制。因此，传统HCS中干扰抑制和无线资源管理方法并不完全适用于Femtocell与宏小区混合组网的网络架构。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够有效提高宏小区和Femtocell重叠覆盖的双层网络的频谱利用效率和系统容量，同时有效解决宏小区和Femtocell间的跨层干扰和Femtocell的同层干扰问题的宏小区与毫微微小区的混合组网中干扰抑制方法。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种宏小区与毫微微小区的混合组网中的干扰抑制方法，包括以下步骤：
S1、选取一定范围内的毫微微小区Femtocell，并对该范围内的Femtocell分簇；
S2、对已完成分簇的Femtocell，以簇为单位对簇内的毫微微基站进行发射功率控制；同时调整Femtocell的分簇情况，并确定干扰敏感区域的Femtocell、非干扰敏感区域的Femtocell及非干扰敏感区域的Femtocell的分簇；
S3、对干扰敏感区域的Femtocell进行分簇；
S4、对已完成分簇的干扰敏感区域的Femtocell，以簇为单位对簇内的Femtocell进行发射功率控制；同时调整干扰敏感区域的Femtocell的分簇情况，并确定干扰敏感区域的Femtocell的分簇；
S5、将宏用户设备划分为死区用户设备和非死区用户设备，其中，若宏用户设备受到临近Femtocell的干扰的强度达到了使其无法与宏基站正常通信的程度，则将该宏用户设备划分为死区用户设备，若宏用户设备未受到Femtocell的干扰或受到临近Femtocell干扰的强度不影响其与宏基站正常通信，则将该宏用户设备划分为非死区用户设备；
S6、将频谱资源分为相互不重叠的三部分，并为属于所述干扰敏感区域的Femtocell的分簇、死区用户设备、属于所述非干扰敏感区域的Femtocell的分簇和非死区用户设备分别分配所述相互不重叠的三部分频谱资源。
其中，步骤S1具体为：首先获取Femtocell的位置信息，然后根据所述位置信息建立Femtocell干扰图和该干扰图的邻接矩阵，并基于所述Femtocell干扰图和邻接矩阵对Femtocell进行分簇。
其中，所述根据所述地理位置建立Femtocell干扰图和该干扰图的邻接矩阵的步骤具体包括：
用G＝(V，E)表示Femtocell干扰图，V为由Femtocell组成的端点集合，边集E中的元素表示端点Femtocell间的连接关系，任意两个端点间如果有连接关系，表示这两个端点对应的Femtocell间有碰撞干扰存在，则这两个端点不能分在同一簇中；
设所述Femtocell共有N个，建立矩阵Q＝D-Rth·(Ψ-I)，其中Ψ为N×N全1矩阵，I为N×N单位矩阵，D＝[dij]N×N，dij为Femtocell i和Femtocell j间的距离；在Q中，若dij-Rth＜0，表示对应的Femtocell i和Femtocell j间有连接关系，若dij-Rth≥0，表示对应的Femtocell i和Femtocell j间没有连接关系，根据上述方法获得干扰图G，所建立的矩阵Q决定干扰图G中端点Femtocell间的关系，即连接或非连接；Femtocell i和Femtocell j分别表示第i、j个Femtocell；
其中，Rth为簇干扰距离阈值，簇干扰距离阈值的定义为：任意两个Femtocell间的距离小于一定值时，毫微微基站的最大发射功率也无法满足Femtocell中用户的信干噪比要求，这个距离的最小值为簇干扰距离阈值；
然后根据所述干扰图G获得该干扰图的邻接矩阵A(G)。
其中，所述基于所述Femtocell干扰图和邻接矩阵对Femtocell进行分簇的步骤具体包括：
1)令vi表示所述Femtocell干扰图中的端点，令d(vi)表示端点vi在Femtocell干扰图中的度，l是Femtocell的分簇的编号，其初始值为1，第l个Femtocell的分簇用
Figure BSA00000340344800051
表示；
2)将度数为0的端点组成孤立点集合S；
3)建立余下度数不为0的端点的干扰图G和邻接矩阵Al(G)；
4)将Al(G)中度数最大的端点保存在集合B中，将这个端点所对应的行和列从Al(G)中删除，直到Al(G)为全零矩阵，Al(G)中余下的端点组成簇
Figure BSA00000340344800052
令l的值增加1；
5)利用集合B重新建立干扰图G和干扰图的邻接矩阵Al(G)，若新建的Al(G)为全零矩阵，则将新建的干扰图G中的端点组成簇
Figure BSA00000340344800053
其中N＝l是在Femtocell分簇步骤中当前分得的Femtocell的分簇的个数，向下进行步骤6)；若新建的Al(G)不为全零矩阵，则重复步骤4)；
6)将孤立点集合S中的端点所对应的Femtocell分入以上步骤得到的Femtocell的分簇中，在确定孤立点集合S中的端点vi分到哪一个Femtocell的分簇时，由
Figure BSA00000340344800054
获得簇的编号，表示孤立端点i到各簇中端点距离最小的端点间距离最大的端点j所在的簇。
其中，步骤S2中对已完成分簇的Femtocell，以簇为单位对簇内的毫微微基站进行发射功率控制的操作具体为：
令l是Femtocell的分簇的编号，其初始值为1，对于簇
Figure BSA00000340344800056
簇中端点的个数表示为Nl，簇
Figure BSA00000340344800057
中端点vi对应的Femtocelli基站发射功率表示为Pi，Femtocell i内参考用户的信干噪比要求表示为γi，
参考用户的定义为：由Femtocell服务的、处在Femtocell覆盖范围边缘且距离宏基站较近一侧的用户设备，如果一个Femtocell能够满足它的参考用户的服务质量QoS需求，则能够满足它覆盖范围内任意位置用户设备的QoS需求；
在保证簇
Figure BSA00000340344800058
中所有Femtocell的参考用户的QoS需求的前提下，Pi应满足的线性方程的矩阵表示为：
Figure BSA00000340344800061
其中，
γ = [ γ 1 G 11 f , γ 2 G 22 f · · · , γ N l G N l , N l f ] T , γ ^ = [ γ 1 · G M 1 m G 11 f , γ 2 · G M 2 m G 22 f , · · · , γ 2 · G M , N l m G N l , N l f ] T ,
Figure BSA00000340344800064
N0为噪声功率谱密度；上式中，
Figure BSA00000340344800065
为宏基站和簇
Figure BSA00000340344800066
内Femtocell i间的路径增益，
Figure BSA00000340344800067
为簇
Figure BSA00000340344800068
内Femtocell i与Femtocell j间的路径增益，
Figure BSA00000340344800069
为簇内Femtocell i中的参考用户与Femtocell i基站间的路径增益，PmBS为宏基站的发射功率；
上述线性方程的解是
Figure BSA000003403448000611
P中的元素分别对应簇中，各毫微微基站保证其参考用户的QoS需求前提下的最低发射功率，则簇中的Femtocelli中毫微微基站的发射功率在范围内。
其中，步骤S2中调整Femtocell的分簇情况，并确定干扰敏感区域的Femtocell、非干扰敏感区域的Femtocell及非干扰敏感区域的Femtocell的分簇的操作具体包括：
1)为解得的所述簇
Figure BSA000003403448000616
中毫微微基站发射功率的最小值，令
Figure BSA000003403448000617
表示毫微微基站的最大发射功率，P中所有发射功率满足的元素对应的Femtocell即为属于干扰敏感区域的Femtocell，将这些干扰敏感区域的Femtocell所对应的端点从簇
Figure BSA000003403448000619
中移出至干扰敏感区域的Femtocell集合DISA中；
2)在功率的解P中，若不存在元素
Figure BSA000003403448000620
则向下进行步骤3)；将矩阵H中行和列之和最大的端点，也即由
Figure BSA000003403448000621
确定的编号在簇
Figure BSA000003403448000622
中对应的端点从簇
Figure BSA000003403448000623
移到簇Cl+1′，得到新的簇并执行步骤S2计算新的簇
Figure BSA00000340344800072
的毫微微基站发射功率解P，并继续下面的步骤3)；
3)若l＜N，将l增加1，返回步骤S2执行下一个簇的计算；若l＝N，则完成了步骤S3的操作；
至此确定了属于干扰敏感区域的Femtocell，不属于敏感区域的Femtocell即为非干扰敏感区域的Femtocell，非干扰敏感区域的Femtocell组成的簇就是非干扰敏感区域的Femtocell的分簇。
其中，步骤S3的分簇操作与步骤S1的分簇操作相同。
其中，步骤S4中对已完成分簇的干扰敏感区域的Femtocell，以簇为单位对簇内的Femtocell进行发射功率控制的操作具体包括：
设步骤S3中对所述干扰敏感区域的Femtocell分成了M个簇，q是簇的编号，初始值为1，第q个簇用Cq表示；
对于簇Cq，簇中端点的个数表示为Nq，簇Cq中端点vi对应的Femtocell i基站发射功率表示为Pi，所述Femtocell i内参考用户的信干噪比要求表示为γi；
在保证簇Cq中所有Femtocell的参考用户的信干噪比要求的前提下，Pi应满足的线性方程的矩阵表示形式为：(I-H)·P＝N0·Υ，其中，
γ = [ γ 1 G 11 f , γ 2 G 22 f · · · , γ N q G N q , N q f ] T ,
Figure BSA00000340344800074
Figure BSA00000340344800075
为宏基站和簇Cq内Femtocell i间的路径增益，
Figure BSA00000340344800076
为簇Cq内Femtocell i与Femtocell j间的路径增益，
Figure BSA00000340344800077
为簇Cq内Femtocell i中的参考用户与Femtocell i的基站间的路径增益；
上式线性方程的解是
Figure BSA00000340344800078
P中元素分别对应簇Cq中，毫微微基站保证其参考用户QoS需求前提下的最低发射功率，则簇
Figure BSA00000340344800079
中的Femtocell i的基站的发射功率在
Figure BSA00000340344800081
范围内。
其中，步骤S4中调整干扰敏感区域的Femtocell的分簇情况，并确定干扰敏感区域的Femtocell的分簇的操作具体包括：
1)令
Figure BSA00000340344800082
表示毫微微基站的最大发射功率，步骤S4中求得的功率解P中，若所有元素都满足
Figure BSA00000340344800083
则进行步骤2)；若存在元素则将步骤S4的矩阵H中，行和列之和最大的端点，也即由
Figure BSA00000340344800085
确定的编号在簇Cq中对应的端点从簇Cq移到簇Cq+1，得到新的簇Cq，并执行步骤S4计算新的簇Cq的干扰敏感毫微微基站发射功率解P，并继续下面的步骤2)；
2)若l＜M，将I增加1，返回步骤S4执行下一个簇的计算；若l＝M，则完成了调整干扰敏感区域的Femtocell的分簇情况，并确定干扰敏感区域的Femtocell的分簇的操作；
至此确定了干扰敏感区域中Femtocell的分簇。
其中，在步骤S5中将宏用户设备划分为死区用户设备和非死区用户设备的方式为：预先根据宏用户设备的位置进行划分或根据宏用户设备所处的信道状况进行划分。
其中，在步骤S5中根据宏用户设备所处的信道状况将宏用户设备划分的操作具体为：
宏用户设备根据接收到的临近Femtocell的导频信号强度、信干噪比或信噪比判断自身属于死区用户设备或非死区用户设备；或
为所述宏用户设备服务的宏基站根据宏用户设备反馈的信道状态信息、导频信号强度、信干噪比或信噪比判断所述宏用户设备属于死区用户设备或非死区用户设备；或
宏用户设备根据接收到的临近Femtocell的导频信号强度、信干噪比或信噪比判断自身属于死区用户设备或非死区用户设备，并将判断结果上报给为所述宏用户设备服务的宏基站，所述宏基站再根据宏用户设备反馈的信道状态信息、导频信号强度、信干噪比或信噪比结合该宏用户设备的判断结果进一步判断所述宏用户设备属于死区用户设备或非死区用户设备。
在步骤S6中，所述相互不重叠的三部分为Femtocell专用资源，宏小区专用资源和Femtocell与宏小区共享资源。
在步骤S6中，在为所述干扰敏感区域的Femtocell的分簇、死区用户设备、非干扰敏感区域的Femtocell的分簇和非死区用户设备分别分配所述相互不重叠的三部分频谱资源时，所述干扰敏感区域的Femtocell的分簇中的Femtocell选择所述Femtocell专用资源，所述死区用户设备选择宏小区专用资源，所述非干扰敏感区域的Femtocell的分簇中的Femtocell和非死区用户设备选择所述Femtocell与宏共享资源。
其中，在将频谱资源分为相互不重叠的三部分时，各部分占频谱资源的比例根据干扰敏感区域的Femtocell的分簇的个数和死区用户设备的个数来确定。
其中，在为所述干扰敏感区域的Femtocell的分簇、死区用户设备，非干扰敏感区域的Femtocell的分簇和非死区用户设备分别分配所述相互不重叠的三部分频谱资源时，同一簇内的Femtocell使用相同的资源，所述资源为时域或者频域的频谱资源。
(三)有益效果
本发明以资源分配与功率控制来实现干扰抑制，从而能够有效提高宏小区和Femtocell重叠覆盖的双层网络的频谱利用效率和系统容量，同时有效解决宏小区和Femtocell间的跨层干扰和Femtocell的同层干扰问题。
附图说明
图1为本发明方法实施例的流程示意图；
图2为本发明方法实施例中建立干扰邻接图及获得干扰邻接矩阵流程图；
图3为本发明方法实施例中分簇算法流程图；
图4为本发明方法实施例中所用到的干扰距离阈值实例图；
图5为本发明方法实施例中非干扰敏感区功率控制及分簇调整流程图；
图6为本发明方法实施例中干扰敏感区功率控制及分簇调整流程图；
图7为本发明方法实施例中频谱频率资源划分实例图；
图8为本发明方法实施例中干扰敏感区域与非干扰敏感区域，以及宏用户下行死区与非死区资源分配示意图；
图9为本发明方法实施例中用到的自适应启发式分簇算法实例；
图10为本发明方法实施例中的以逐步迁移算法分簇后的结果实例。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的基本思想是，对一定范围内的Femtocell进行分簇；以簇为单位，对簇内毫微微基站的发射功率进行控制；调整Femtocell分簇情况，确定干扰敏感区域Femtocell和非干扰敏感区域Femtocell，以及非干扰敏感区域Femtocell的分簇；对干扰敏感区域的Femtocell进行分簇；对已完成分簇的干扰敏感区域的Femtocell，以簇为单位，对簇内的毫微微基站进行发射功率控制；调整干扰敏感区域的Femtocell的分簇情况，确定干扰敏感区域的Femtocell的分簇；同时将宏用户设备划分为死区用户设备和非死区用户设备；从而可以将频谱资源分为相互不重叠的三部分；并为干扰敏感区域的Femtocell，死区用户设备，非干扰敏感区域的Femtocell和非死区用户设备分别分配相互不重叠的三部分频谱资源。
如图1所示，是本发明在通信系统中基于Femtocell分簇，对Femtocell进行联合资源分配和功率控制方法的一实施例的流程示意图。本实施例包括以下步骤：
步骤101、构造干扰图并获得干扰图邻接矩阵，根据干扰图邻接矩阵，采用分簇算法对一定范围内的所有Femtocell进行分簇；
步骤102、以簇为单位，对簇内毫微微基站发射功率进行控制并同时采用逐步迁移算法调整Femtocell分簇情况，最终确定干扰敏感区域的Femtocell和非干扰敏感区域的Femtocell，以及非干扰敏感区域的Femtocell的分簇，完成非干扰敏感区域的毫微微小区分簇与功率分配操作；
步骤103、对干扰敏感区域的Femtocell，构造干扰邻接图，并获得干扰邻接图矩阵，采用上述分簇算法对其进行分簇；
步骤104、对已完成分簇的干扰敏感区域的Femtocell，以簇为单位，对簇内的毫微微基站进行发射功率控制(构造功率控制方程组并求解)并同时利用逐步迁移算法调整干扰敏感区域的Femtocell分簇情况，确定干扰敏感区域的Femtocell的分簇；
步骤105、将宏用户设备(也称为宏用户，即由宏基站提供服务的移动台)划分为死区用户设备和非死区用户设备；其中，若宏用户设备受到临近Femtocell的干扰的强度达到了使其无法与宏基站正常通信(即无法达到预设的、用户要求的通信质量，例如误码率和通信速率要求)的程度，则将该宏用户设备划分为死区用户设备，若宏用户设备未受到Femtocell的干扰或受到临近Femtocell干扰的强度不影响其与宏基站正常通信，则将该宏用户设备划分为非死区用户设备；
步骤106、将频谱资源分为相互不重叠的三部分，并为属于干扰敏感区域的Femtocell的分簇，死区用户设备，属于非干扰敏感区域的Femtocell的分簇和非死区用户设备分别分配相互不重叠的三部分频谱资源。
下面给出步骤101对对一个宏小区覆盖范围内的Femtocell进行分簇的具体的实施步骤：
步骤201(如图2所示)：建立干扰图G＝(V，E)，其中端点集合V中的元素表示Femtocell，边集E中元素表示Femtocell间的干扰碰撞关系，两个端点间有边，表示两个端点之间有干扰碰撞关系。簇干扰距离阈值用Rth表示，如图4所示，任意两个相互距离小于Rth的Femtocell会相互干扰，不能分在同一簇中；任意两个相互距离大于Rth的Femtocell相互之间干扰通过有效功率范围内的功率控制解决，可以分在同一簇中。
设共有N个Femtocell，建立矩阵Q：Q＝D-Rth·(Ψ-I)，其中Ψ为N×N全1矩阵，I为N×N单位阵，D＝[dij]N×N，dij为Femtocell i和Femtocell j间的距离；Q中，若dij-Rth＜0，表示Femtocell i和Femtocell j间有连接，若dij-Rth≥0，表示Femtocell i和Femtocell j间没有连接。若矩阵Q中的项小于0，则将该项置1；否则将该项置0。根据上述方法获得干扰图G，所建立的矩阵Q中的0或1决定干扰图G中端点Femtocell间的关系，即连接(0)或非连接(1)；Femtocell i和Femtocell j分别表示第i、j个Femtocell。
步骤202：根据所述干扰图G获得它的邻接矩阵A(G)。获得方式如下：干扰图G中各端点为邻接矩阵的行与列，邻接矩阵的行与列中对应的端点的排列顺序相同，若两端点连接，行与列对应的值为1，否则，对应的值为0。
步骤203：执行分簇算法。令vi表示所述干扰图中的端点，令d(vi)表示端点vi在干扰图中的度。l是簇的编号，初始值为1，“移除”或“移出”端点是将端点相对应的行和列从干扰图邻接矩阵A(G)中删除。如图3所示，步骤203包括：
步骤3-1：集合S表示度数为0的端点组成孤立点，集合B表示临时集合。移除干扰图邻接矩阵A(G)中度为0的端点的行和列，得到余下端点的邻接矩阵，命名为Al(G)。
步骤3-2：将度数最大的端点移出Al(G)，直到Al(G)为全零矩阵，Al(G)中余下的端点组成簇
Figure BSA00000340344800131
且移出的端点保存在集合B中。l值加1，即l←l+1。此处需要说明的是：矩阵Al(G)中的0或1表示的是端点间的非连接或连接关系，矩阵的维数表示的是端点的数量。
步骤3-3：利用集合B重新建立干扰图G和干扰图邻接矩阵Al(G)，若新建的Al(G)全零，所述新建立的干扰图G中的端点组成簇
Figure BSA00000340344800132
其中N＝l是最终分得的Femtocell的分簇的个数，并向下进行步骤3-4；若新建的Al(G)不为全零阵，清空集合B，重复步骤3-2。
步骤3-4：孤立点集合S中的端点所对应的Femtocell分入以上步骤得到的Femtocell的分簇中，根据规则
Figure BSA00000340344800133
确定孤立点集合S中的端点vi的簇号。
下面给出步骤102以簇为单位，对簇内毫微微基站发射功率进行控制并同时调整Femtocell分簇情况，最终确定干扰敏感区域的Femtocell和非干扰敏感区域的Femtocell，以及非干扰敏感区域的Femtocell的分簇的具体的实施步骤，如图5所示：
步骤501：首先给出一些符号的定义。l是簇的编号，初始值为1。对于簇
Figure BSA00000340344800134
簇中端点的个数表示为Nl，簇
Figure BSA00000340344800135
中端点vi对应的Femtocell i的基站发射功率表示为Pi，毫微微基站的最大发射功率表示为
Figure BSA00000340344800136
所述Femtocell i内参考用户的SINR(信号与干扰加噪声比)需求表示为γi。参考用户的定义为：由Femtocell提供服务的、处在Femtocell的边缘且在距离宏基站较近的一侧的用户设备。如果一个Femtocell能够满足它的参考用户的服务质量需求，则能够满足它范围内任意位置用户设备的服务质量需求。
步骤502：对于簇
Figure BSA00000340344800137
解线性方程
Figure BSA00000340344800138
并得到功率解
Figure BSA00000340344800139
P中元素分别对应簇
Figure BSA000003403448001310
中毫微微基站的最低发射功率。线性方程
Figure BSA000003403448001311
中，
γ = [ γ 1 G 11 f , γ 2 G 22 f · · · , γ N l G N l , N l f ] T , γ ^ = [ γ 1 · G M 1 m G 11 f , γ 2 · G M 2 m G 22 f , · · · , γ 2 · G M , N l m G N l , N l f ] T ,
Figure BSA00000340344800141
Figure BSA00000340344800142
为宏基站和簇
Figure BSA00000340344800143
内Femtocell i间的路径增益，为簇内Femtocell i与Femtocell j间的路径增益，
Figure BSA00000340344800146
为簇
Figure BSA00000340344800147
内Femtocell i中的参考用户与Femtocell i的基站间的路径增益，PmBS为宏基站的发射功率。
步骤503：判断任一簇中毫微微小区用户的功率解的绝对值|Pk|是否大于毫微微基站的最大功率
Figure BSA00000340344800148
即，如果在功率解(向量)P中，所有
Figure BSA00000340344800149
的元素对应的Femtocell划分为干扰敏感区域Femtocell，则将这些干扰敏感区域Femtocell所对应的端点从簇中移出至干扰敏感区域Femtocell集合DISA中，下标ISA是指干扰敏感区域(Interference Sensitive Area)；否则执行如下步骤：
步骤504：进一步判断任一簇中用户的功率解是否都处于集合
Figure BSA000003403448001411
中，若不存在元素
Figure BSA000003403448001412
则向下进行步骤505。若存在元素
Figure BSA000003403448001413
则步骤502中的矩阵H中，由
Figure BSA000003403448001414
确定的标号在簇
Figure BSA000003403448001415
中对应的端点(即Femtocell)，若l＝N，则将其从移到干扰敏感区域Femtocell集合DISA中；否则，从簇移到簇返回步骤502计算新的簇
Figure BSA000003403448001418
的毫微微基站最小发射功率，并继续步骤502之后的操作。
步骤505：若l＜N，l←l+1，返回步骤501进行下一个簇的相关计算；若l＝N，结束。
至此确定了干扰敏感区域的Femtocell，不属于干扰敏感区域的Femtocell即为属于非干扰敏感区域的Femtocell。
步骤103中对干扰敏感区域的Femtocell进行分簇的方法和步骤101中的分簇方法一致；
下面给出步骤104对已完成分簇的干扰敏感区域的Femtocell，以簇为单位，对簇内的Femtocell基站进行发射功率控制并同时调整干扰敏感区域Femtocell的分簇情况，确定干扰敏感区域的Femtocell的分簇的具体步骤，如图6所示：
步骤601：q是簇的编号，初始值为1，对于簇Cq，簇中端点的个数表示为Nq，簇Cq中端点vi对应的Femtocell i基站发射功率表示为Pi，Femtocell基站的最大发射功率表示为
Figure BSA00000340344800151
Femtocell i内参考用户的SINR需求表示为γi。
步骤602：对于簇Cq，解线性方程的矩阵表示形式：(I-H)·P＝N0·Υ，得到功率解
Figure BSA00000340344800152
P中元素为簇Cq中对应Femtocell基站的最低发射功率。线性方程(I-H)·P＝N0·Υ中，
Figure BSA00000340344800153
Figure BSA00000340344800154
为宏基站和簇Cq内Femtocell i间的路径增益，
Figure BSA00000340344800156
为簇Cq内Femtocell i与Femtocell j间的路径增益，
Figure BSA00000340344800157
为簇Cq内Femtocell i中的参考用户与Femtocell i的基站间的路径增益。
步骤603：功率解P中，若所有元素都满足
Figure BSA00000340344800158
进行步骤604；若存在元素
Figure BSA00000340344800159
则矩阵H中，由
Figure BSA000003403448001510
确定的标号在簇Cq中对应的端点，从簇Cq移到簇Cq+1，返回步骤602计算新的簇Cq的毫微微基站发射功率解P，并继续步骤602的操作。
步骤604：若q＜M，q←q+1，返回步骤601进行下一个簇的相关计算；若q＝M，结束。
至此确定了干扰敏感区域Femtocell的分簇。
下面通过如图7和图8对步骤106进行说明。将频谱资源分为相互不重叠的三部分，分别为Femtocell专用资源，宏小区专用资源和Femtocell与宏小区共享资源。如图7为在频域上划分，图8为干扰敏感区域与非干扰敏感区域中Femtocell资源的分配，以及宏用户下行死区中分配资源示例。
下面举例说明：假设有6个Femtocell分布如图9中(a)所示，在图中每个femtocell被称为一个端点，它们之间的位置距离关系为d12，d23，d13，d45＜Rth，其它端点间距离都大于Rth。根据位置距离关系建立Femtocell干扰图如图9中(a)所示，其对应的邻接矩阵为：
0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 .
由于端点6的度为0，如图9中(b)所示，首先移除端点6并存储于集合S中。然后如图9中(c)所示，按顺序移除图中度最大的端点1，2和4，并保存于集合B中，从而端点3和5的度为0，并构成第一个簇，即
Figure BSA00000340344800162
然后，利用集合B中记录的端点重新构造Femtocell干扰图与邻接矩阵如图9中(d)所示，并清空集合B，移除度最大的端点1，并构成第二个簇，即
Figure BSA00000340344800163
如图9中(e)所示，由于集合B中只存在一个端点，因此其构成第三簇另外，对于孤立点集合S中的端点6，根据关系式
Figure BSA00000340344800165
因此第三个簇重构为
Figure BSA00000340344800166
图9中(f)给出了分簇结果。
假设如图9中所示分布的Femtocell与宏基站间的关系如图10所示，图10中femtocell的第一步分簇已由上述方法完成，那么，对第一个簇建立功率控制方程组为：
( I - H ) · P = N 0 · γ + P mBS · γ ^ , 其中，
H = 0 G 35 m G 33 f γ 3 G 53 m G 55 f γ 5 0 ,
P＝[P3，P5]T，
γ = [ γ 3 G 33 f , γ 5 G 55 f ] T ,
γ ^ = [ γ 3 · G M 3 m G 33 f , γ 5 · G M 5 m G 55 f ] T .
求解二维方程组得到解向量P＝[P3，P5]T，设其解满足
Figure BSA00000340344800175
然后，对第二个簇建立率控制方程组，并得到解向量P＝[P2，P4]T，设其解满足对第三个簇建立功率控制方程组，设其解
Figure BSA00000340344800177
则将端点1第三个簇C3′中移出到干扰敏感区域集合DISA中，并重新计算对C3′中剩余端点6的功率。
对DISA中端点1建立干扰图与并得到其邻接矩阵，由于只有一个端点，即其度为0，因此端点1构成干扰敏感区域唯一簇。建立其功率控制方程，求解得到其功率P1。
因此，最终的分簇结果为：属于非干扰敏感区域(Not Interference Sensitive Area，NISA)区域的femtocell为femtocell 2～6，簇划分为
Figure BSA00000340344800178
和
Figure BSA000003403448001710
属于干扰敏感区域(Interference Sensitive Area，ISA)的femtocell为femtocell 1，簇划分为，
Figure BSA000003403448001711
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (15)

1.一种宏小区与毫微微小区的混合组网中的干扰抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取一定范围内的毫微微小区Femtocell，并对该范围内的Femtocell分簇；
S2、对已完成分簇的Femtocell，以簇为单位对簇内的毫微微基站进行发射功率控制；同时调整Femtocell的分簇情况，并确定干扰敏感区域的Femtocell、非干扰敏感区域的Femtocell及非干扰敏感区域的Femtocell的分簇；
S3、对干扰敏感区域的Femtocell进行分簇；
S4、对已完成分簇的干扰敏感区域的Femtocell，以簇为单位对簇内的Femtocell进行发射功率控制；同时调整干扰敏感区域的Femtocell的分簇情况，并确定干扰敏感区域的Femtocell的分簇；
S5、将宏用户设备划分为死区用户设备和非死区用户设备，其中，若宏用户设备受到临近Femtocell的干扰的强度达到了使其无法与宏基站正常通信的程度，则将该宏用户设备划分为死区用户设备，若宏用户设备未受到Femtocell的干扰或受到临近Femtocell干扰的强度不影响其与宏基站正常通信，则将该宏用户设备划分为非死区用户设备；
S6、将频谱资源分为相互不重叠的三部分，并为属于所述干扰敏感区域的Femtocell的分簇、死区用户设备、属于所述非干扰敏感区域的Femtocell的分簇和非死区用户设备分别分配所述相互不重叠的三部分频谱资源。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，步骤S1具体为：首先获取Femtocell的位置信息，然后根据所述位置信息建立Femtocell干扰图和该干扰图的邻接矩阵，并基于所述Femtocell干扰图和邻接矩阵对Femtocell进行分簇。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述根据所述地理位置建立Femtocell干扰图和该干扰图的邻接矩阵的步骤具体包括：
用G＝(V，E)表示Femtocell干扰图，V为由Femtocell组成的端点集合，边集E中的元素表示端点Femtocell间的连接关系，任意两个端点间如果有连接关系，表示这两个端点对应的Femtocell间有碰撞干扰存在，则这两个端点不能分在同一簇中；
设所述Femtocell共有N个，建立矩阵Q＝D-Rth·(Ψ-I)，其中Ψ为N×N全1矩阵，I为N×N单位矩阵，D＝[dij]N×N，dij为Femtocell i和Femtocell j间的距离；在Q中，若dij-Rth＜0，表示对应的Femtocell i和Femtocell j间有连接关系，若dij-Rth≥0，表示对应的Femtocell i和Femtocell j间没有连接关系，根据上述方法获得干扰图G，所建立的矩阵Q决定干扰图G中端点Femtocell间的关系，即连接或非连接；Femtocell i和Femtocell j分别表示第i、j个Femtocell；
其中，Rth为簇干扰距离阈值，簇干扰距离阈值的定义为：任意两个Femtocell间的距离小于一定值时，毫微微基站的最大发射功率也无法满足Femtocell中用户的信干噪比要求，这个距离的最小值为簇干扰距离阈值；
然后根据所述干扰图G获得该干扰图的邻接矩阵A(G)。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述基于所述Femtocell干扰图和邻接矩阵对Femtocell进行分簇的步骤具体包括：
1)令vi表示所述Femtocell干扰图中的端点，令d(vi)表示端点vi在Femtocell干扰图中的度，l是Femtocell的分簇的编号，其初始值为1，第l个Femtocell的分簇用
Figure FSA00000340344700021
表示；
2)将度数为0的端点组成孤立点集合S；
3)建立余下度数不为0的端点的干扰图G和邻接矩阵Al(G)；
4)将Al(G)中度数最大的端点保存在集合B中，将这个端点所对应的行和列从Al(G)中删除，直到Al(G)为全零矩阵，Al(G)中余下的端点组成簇
Figure FSA00000340344700031
令l的值增加1；
5)利用集合B重新建立干扰图G和干扰图的邻接矩阵Al(G)，若新建的Al(G)为全零矩阵，则将新建的干扰图G中的端点组成簇
Figure FSA00000340344700032
其中N＝l是在Femtocell分簇步骤中当前分得的Femtocell的分簇的个数，向下进行步骤6)；若新建的Al(G)不为全零矩阵，则重复步骤4)；
6)将孤立点集合S中的端点所对应的Femtocell分入以上步骤得到的Femtocell的分簇中，在确定孤立点集合S中的端点vi分到哪一个Femtocell的分簇时，由
Figure FSA00000340344700033
获得簇的编号，
Figure FSA00000340344700034
表示孤立端点i到各簇中端点距离最小的端点间距离最大的端点j所在的簇。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，步骤S2中对已完成分簇的Femtocell，以簇为单位对簇内的毫微微基站进行发射功率控制的操作具体为：
令l是Femtocell的分簇的编号，其初始值为1，对于簇
Figure FSA00000340344700035
簇中端点的个数表示为Nl，簇
Figure FSA00000340344700036
中端点vi对应的Femtocelli基站发射功率表示为Pi，Femtocell i内参考用户的信干噪比要求表示为γi，
参考用户的定义为：由Femtocell服务的、处在Femtocell覆盖范围边缘且距离宏基站较近一侧的用户设备，如果一个Femtocell能够满足它的参考用户的服务质量QoS需求，则能够满足它覆盖范围内任意位置用户设备的QoS需求；
在保证簇
Figure FSA00000340344700037
中所有Femtocell的参考用户的QoS需求的前提下，Pi应满足的线性方程的矩阵表示为：其中，
γ = [ γ 1 G 11 f , γ 2 G 22 f · · · , γ N l G N l , N l f ] T , γ ^ = [ γ 1 · G M 1 m G 11 f , γ 2 · G M 2 m G 22 f , · · · , γ 2 · G M , N l m G N l , N l f ] T ,
N0为噪声功率谱密度；上式中，为宏基站和簇
Figure FSA00000340344700043
内Femtocell i间的路径增益，为簇
Figure FSA00000340344700045
内Femtocell i与Femtocell j间的路径增益，
Figure FSA00000340344700046
为簇
Figure FSA00000340344700047
内Femtocell i中的参考用户与Femtocell i基站间的路径增益，PmBS为宏基站的发射功率；
上述线性方程的解是
Figure FSA00000340344700048
P中的元素分别对应簇
Figure FSA00000340344700049
中，各毫微微基站保证其参考用户的QoS需求前提下的最低发射功率，则簇中的Femtocell i中毫微微基站的发射功率在
Figure FSA000003403447000411
范围内。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中，步骤S2中调整Femtocell的分簇情况，并确定干扰敏感区域的Femtocell、非干扰敏感区域的Femtocell及非干扰敏感区域的Femtocell的分簇的操作具体包括：
1)
Figure FSA000003403447000412
为解得的所述簇
Figure FSA000003403447000413
中毫微微基站发射功率的最小值，令
Figure FSA000003403447000414
表示毫微微基站的最大发射功率，P中所有发射功率满足
Figure FSA000003403447000415
的元素对应的Femtocell即为属于干扰敏感区域的Femtocell，将这些干扰敏感区域的Femtocell所对应的端点从簇
Figure FSA000003403447000416
中移出至干扰敏感区域的Femtocell集合DISA中；
2)在功率的解P中，若不存在元素
Figure FSA000003403447000417
则向下进行步骤3)；将矩阵H中行和列之和最大的端点，也即由
Figure FSA000003403447000418
确定的编号在簇
Figure FSA000003403447000419
中对应的端点从簇
Figure FSA000003403447000420
移到簇Cl+1′，得到新的簇并执行步骤S2计算新的簇的毫微微基站发射功率解P，并继续下面的步骤3)；
3)若l＜N，将l增加1，返回步骤S2执行下一个簇的计算；若l＝N，则完成了步骤S3的操作；
至此确定了属于干扰敏感区域的Femtocell，不属于敏感区域的Femtocell即为非干扰敏感区域的Femtocell，非干扰敏感区域的Femtocell组成的簇就是非干扰敏感区域的Femtocell的分簇。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，步骤S3的分簇操作与步骤S1的分簇操作相同。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，步骤S4中对已完成分簇的干扰敏感区域的Femtocell，以簇为单位对簇内的Femtocell进行发射功率控制的操作具体包括：
设步骤S3中对所述干扰敏感区域的Femtocell分成了M个簇，q是簇的编号，初始值为1，第q个簇用Cq表示；
对于簇Cq，簇中端点的个数表示为Nq，簇Cq中端点vi对应的Femtocell i基站发射功率表示为Pi，所述Femtocell i内参考用户的信干噪比要求表示为γi；
在保证簇Cq中所有Femtocell的参考用户的信干噪比要求的前提下，Pi应满足的线性方程的矩阵表示形式为：(I-H)·P＝N0·Υ，其中，
γ = [ γ 1 G 11 f , γ 2 G 22 f · · · , γ N q G N q , N q f ] T ,
Figure FSA00000340344700052
Figure FSA00000340344700053
为宏基站和簇Cq内Femtocell i间的路径增益，
Figure FSA00000340344700054
为簇Cq内Femtocell i与Femtocell j间的路径增益，
Figure FSA00000340344700055
为簇Cq内Femtocell i中的参考用户与Femtocell i的基站间的路径增益；
上式线性方程的解是
Figure FSA00000340344700056
P中元素分别对应簇Cq中，毫微微基站保证其参考用户QoS需求前提下的最低发射功率，则簇
Figure FSA00000340344700057
中的Femtocell i的基站的发射功率在
Figure FSA00000340344700061
范围内。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，其中，步骤S4中调整干扰敏感区域的Femtocell的分簇情况，并确定干扰敏感区域的Femtocell的分簇的操作具体包括：
1)令
Figure FSA00000340344700062
表示毫微微基站的最大发射功率，步骤S4中求得的功率解P中，若所有元素都满足
Figure FSA00000340344700063
则进行步骤2)；若存在元素
Figure FSA00000340344700064
则将步骤S4的矩阵H中，行和列之和最大的端点，也即由
Figure FSA00000340344700065
确定的编号在簇Cq中对应的端点从簇Cq移到簇Cq+1，得到新的簇Cq，并执行步骤S4计算新的簇Cq的干扰敏感毫微微基站发射功率解P，并继续下面的步骤2)；
2)若l＜M，将I增加1，返回步骤S4执行下一个簇的计算；若l＝M，则完成了调整干扰敏感区域的Femtocell的分簇情况，并确定干扰敏感区域的Femtocell的分簇的操作；
至此确定了干扰敏感区域中Femtocell的分簇。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，在步骤S5中将宏用户设备划分为死区用户设备和非死区用户设备的方式为：预先根据宏用户设备的位置进行划分或根据宏用户设备所处的信道状况进行划分。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，其中，在步骤S5中根据宏用户设备所处的信道状况将宏用户设备划分的操作具体为：
宏用户设备根据接收到的临近Femtocell的导频信号强度、信干噪比或信噪比判断自身属于死区用户设备或非死区用户设备；或
为所述宏用户设备服务的宏基站根据宏用户设备反馈的信道状态信息、导频信号强度、信干噪比或信噪比判断所述宏用户设备属于死区用户设备或非死区用户设备；或
宏用户设备根据接收到的临近Femtocell的导频信号强度、信干噪比或信噪比判断自身属于死区用户设备或非死区用户设备，并将判断结果上报给为所述宏用户设备服务的宏基站，所述宏基站再根据宏用户设备反馈的信道状态信息、导频信号强度、信干噪比或信噪比结合该宏用户设备的判断结果进一步判断所述宏用户设备属于死区用户设备或非死区用户设备。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S6中，所述相互不重叠的三部分为Femtocell专用资源，宏小区专用资源和Femtocell与宏小区共享资源。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤S6中，在为所述干扰敏感区域的Femtocell的分簇、死区用户设备、非干扰敏感区域的Femtocell的分簇和非死区用户设备分别分配所述相互不重叠的三部分频谱资源时，所述干扰敏感区域的Femtocell的分簇中的Femtocell选择所述Femtocell专用资源，所述死区用户设备选择宏小区专用资源，所述非干扰敏感区域的Femtocell的分簇中的Femtocell和非死区用户设备选择所述Femtocell与宏共享资源。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中，在将频谱资源分为相互不重叠的三部分时，各部分占频谱资源的比例根据干扰敏感区域的Femtocell的分簇的个数和死区用户设备的个数来确定。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，其中，在为所述干扰敏感区域的Femtocell的分簇、死区用户设备，非干扰敏感区域的Femtocell的分簇和非死区用户设备分别分配所述相互不重叠的三部分频谱资源时，同一簇内的Femtocell使用相同的资源，所述资源为时域或者频域的频谱资源。
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