CN102026356A - 一种异构网络中的小型基站功率设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种用于无线通信系统异构网络中相邻小区间的小型基站的功率设置方法。本发明使得Fcell可以根据周围网络布署及非CSG用户的分布情况，自动调整其发射功率，有效降低该Fcell对周围非CSG用户的干扰，从而大幅提升异构网络的整体系统性能，在显著提升异构网络的小区边缘用户性能的同时，仍然保持了小区中心用户较好的性能，而且在Mcell与Fcell间取得了很好的平衡。

Description

一种异构网络中的小型基站功率设置方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种用于无线通信系统异构网络中相邻小区间的小型基站的功率设置方法。

背景技术

宽带无线通信系统，如第三代移动通信(3G)、3GPP长期演进(LTE)及第四代移动通信系统(4G)中，由于调制频率较高，无线电波路径损耗较大、建筑物穿透能力较低，使用单一的宏小区(Macro cell，以下简称Mcell)很难完成对室内的有效覆盖。小型化基站，例如毫微微小区基站(Femto cell，以下简称Fcell)则可由用户自行安装在家庭或办公室中，以改善宽带移动通信系统对室内覆盖不足的问题。

本发明引用以下4个参考文献：

[1]J.Zhang，G.Roche，“Femtocells：Technologies and deployment”，John Wildy &Sons，Ltd，1^st ed.，2010.

[2]3GPP TR36.921，“Home eNode B(HeNB)Radio Frequency(RF)requirements analysis”，v9.0.0.

[3]CATT，“DL Power Setting in Macro-Femto”，3GPP TSG RAN WG1 meeting #61bis，Dresden，Germany，28th June-2nd July，2010.

[4]3GPP TR36.814，“Further advancements for E-UTRA physical layer aspects”，v9.0.0.

另一方面，为实现高效的频谱利用率，新一代移动通信系统(如LTE系统)支持使用频率复用因子为1的频率复用方案。在这种情况下，Fcell的加入将使得原有网络的覆盖情况变得更为复杂。特别是由于Fcell拥有很强的自主性和灵活性，只有预先设定的用户域用户(如闭合用户群，即CSG用户)可以接入到Fcell中。此时，如果非CSG用户距离某一Fcell较近时，由于不能接入到该Fcell中，就会受到来自该cell的强烈下行干扰。由于Fcell布署具有很强的随机性--理论上，用户可能在任何一个地区的任一房间安装或卸载Fcell，这种异构网络下的小区间干扰很难在网络规划时得到有效估计并解决。文献[1]中提到传统的滤波方法、多用户检测方法、空域信号处理及高阶统计信号处理方法可以对小区间干扰进行抑制，然而此类方法实现复杂度较高，在现有软硬件条件下大多不适于产品实现。基于无线资源分配的干扰协调方法，如正交频分多路接入(OFDMA)系统中的部分频率复用及码分多址接入(CDMA)中的时跳机制，则需要预先进行网络规划，也不适用于Fcell的应用场景。

对此，文献[2]提供了根据Fcell至Mcell的距离调整其发射功率的方法，即由Fcell通过测量它所接收到Mcell的信号强度来调整自己的发射功率：测量到的Mcell信号越强(即Fcell离Mcell越近)，则Fcell自身的发射功率就调整得越高，反之则越低。Fcell的发射功率P_tx由下式决定：

P_tx＝Median(α·P_m+β，P_max，P_min)(dBm)        (1)

其中P_m表示由Fcell测量到的Mcell的信号发射功率，P_max表示Fcell允许的最大发射功率，P_min表示Fcell允许的最小发射功率。α、β为两个非负常数，用于调整计算P_tx的取值。

然而，文献[2]的方法没有考虑周围非CSG用户的分布情况，从而存在较大的局限性。例如，一方面，当Fcell离Mcell较远，而周围没有非CSG用户，此时降低Fcell的功率则不但不能获得任何增益，而且由于Fcell发射功率降低，将导致其覆盖区域内用户的性能下降。另一方面，当非CSG用户离Fcell较近时，又不能针对高干扰情形进行额外的功率设置。因此，该方法对干扰的协调性能较为有限。

此外，文献[2]中还提供了另一个方法，即基于对Fcell周围距离最近的非CSG用户的路径损耗估计来调整其发射功率，以此减小其对非CSG用户的干扰。该功率设置算法如下所述[2]：

P_tx＝Median(α·P_m+P_offset，P_max，P_min)(dBm)    (2)

其中

P_offset＝Median(P_Inter_pathloss，P_offset_max，P_offset_min)    (3)

其中P_Inter_pathloss为Fcell测量出的与其距离最近的非CSG用户之间的路径损耗以及穿透损耗相关的一个功率偏移值，其值可以由P_m及Fcell收到的该非CSG用户的信号功率P_MUE_rx计算出。P_offset_max与P_offset_min分别为P_Inter_pathloss的上下限。然而，该方法没有考虑Fcell与Mcell之间的相对距离。例如，当Fcell离Mcell较近的时候，其周围的非CSG用户也可以获得较好的Mcell的信号，此时降低Fcell的功率显得没有必要，反而由于Fcell受到较强的Mcell下行干扰，使得Fcell内的用户信干噪比(SINR)降低，影响了用户体验。

文献[3]中提供了最小化Fcell发射功率的方法，在Fcell采用仅满足其覆盖区域内最低SINR要求的发射功率，如下式所示[3]：

P_tx＝Γ+Ω+IoT(dBm)                (4)

其中Γ表示Fcell覆盖区域内用户的最低SINR要求，Ω为背景噪声强度，IoT表示来自最近的Mcell的干扰加噪声与噪声功率之比。该方法以牺牲所有CSG用户的性能为代价，换取对非CSG用户的影响最小化，这在实际网络部署时也不是最佳的方案。

为有效解决上述异构网络相邻小区间干扰的问题，本发明提供了一种基于Fcell自适应发射功率设置的方法。该方法结合了上述三种功率设置方案各自的优点，克服了它们各自的不足之处，使得Fcell可以根据周围网络布署及非CSG用户的分布情况，自动调整其发射功率，有效降低该Fcell对周围非CSG用户的干扰，从而大幅提升异构网络的整体系统性能。

发明内容

现有的功率设置方法仅从Fcell与Mcell的距离或与最近非CSG用户间的损耗等单一角度寻找干扰协调的解决方案，缺乏全局观点，因此并不能很好实现干扰协调的目的。本发明提供了两种实现简单，并能同时具备前述三种方案优点的功率设置方法。简单地说，Fcell同时测量与其最近的非CSG用户及Mcell的路径损耗，再根据该两项测量值进行合并，同时满足其覆盖区域内用户的最低SINR要求。

功率设置方法一：权衡的功率设置方法

该方法可以总结为以下步骤：

1.由Fcell测量周围Mcell的参考信号接收功率(RSRP)，获取周围最强的Mcell RSRP值P_m；

2.估计距离Fcell最近的非CSG用户与Mcell间的损耗PL＝P_M_tx-P_m，其中P_M_tx为Mcell发射功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取广播信息等方式获取；

3.估计非CSG用户的发射功率P_MUE_tx＝P0+PL，PL＝P_M_tx-P_m，其中P0为Mcell期望接收到的用户信号功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取系统广播信息等方式获取；

4.分别根据Fcell与Mcell的距离以及与相距最近的非CSG用户间的路径损耗两个方面进行计算，分别得到Fcell的发射功率P1以及P2：

P1＝Median(α·P_m+β，P_max，P_min)(dBm)            (5)

P2＝Median(α·P_m+P_offset，P_max，P_min)(dBm)      (6)

其中：

α＞0，0≤β≤180；

P_offset＝Median(P_Inter_pathloss，P_offset_max，P_offset_min)；

P_Inter_pathloss＝P_MUE_tx-P_MUE_rx；

P_MUE_rx为Fcell测量的非CSG用户的信号接收功率；

5.为保证Fcell根据环境调节的发射功率对非CSG用户影响最小，以改善离Fcell较近的非CGS用户的接收性能，基于步骤4的计算结果，按下式计算初步的功率调整值

$P_F^1=\min (P1,P2)\left(\mathrm{dBm}\right)$

6.为保证覆盖区域内用户的最小SINR要求Γ，计算发射功率调整的下界P3，并在步骤5得到的

基础上进行调整，得到第二次功率调整值

$P_F^2=\max (P_F^1,P3)\left(\mathrm{dBm}\right)$

P3＝Γ+Ω+IoT(dBm)                    (7)

7.为确保经过步骤6调整的发射功率不超过Fcell基站允许的上下限，按下式计算最终的功率设置值：

$P\_\mathrm{tx}=\mathrm{Median}(P_F^2,P\_\max ,P\_\min )\left(\mathrm{dBm}\right)---\left(8\right)$

功率设置方法二：合并的功率设置方法

方法一通过选取P1、P2中的较小值，即min(P1，P2)，考虑了Fcell与Mcell的距离及Fcell与最近的非CSG用户的损耗两个因素。但简单地取两者最小值仅能解决离Fcell较近的非CSG用户的干扰协调，对那些近距离内没有非CSG用户的Fcell依然存在过度限制功率的问题。确切地说，即当Fcell离Mcell较远时，Fcell会测量得到一个较低的P1值，但如果此时Fcell周围没有非CSG用户，则将得到较大的P2值，但按照方法一却只会选择较小的P1值。因此，本发明提供了改进的功率设置方法，即合并的功率设置方法。该方法可通过控制Fcell对周围非CSG用户的影响程度，解决了上述问题并进一步提高了系统性能。

该方法可以总结为以下步骤：

1.由Fcell测量周围Mcell的参考信号接收功率(RSRP)，获取周围最强的Mcell RSRP值P_m；

2.估计距离Fcell最近的非CSG用户与Mcell间的损耗PL＝P_M_tx-P_m，其中P_M_tx为Mcell发射功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取广播信息等方式获取；

3.估计非CSG用户的发射功率P_MUE_tx＝P0+PL，PL＝P_M_tx-P_m，其中P0为Mcell期望接收到的用户信号功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取系统广播信息等方式获取；

4.计算P_offset：

P_offset＝Median(P_Inter_pathloss，P_offset_max，P_offset_min)

P_Inter_pathloss＝P_MUE_tx-P_MUE_rx，

P_MUE_rx为Fcell测量的非CSG用户的接收信号功率

5.根据预配置参数，调整Fcell的发射功率：

P4＝Median(α·P_m+λ·P_offset+β，P_max，P_min)(dBm)        (9)

其中：

α＞0，0≤β≤180；

λ∈(0，1]为一个控制参数，用于控制Fcell对周围非CSG用户的影响程度；

6.为保证覆盖区域内用户的最小SINR要求Γ，计算发射功率调整的下界P3，并在步骤5得到的P4基础上进行调整，得到功率调整值

$P_F^3=\max (P4,P3)\left(\mathrm{dBm}\right)$

P3＝Γ+Ω+IoT(dBm)

7.为确保经过步骤6调整的发射功率不超过Fcell基站允许的上下限，按下式计算最终的功率设置值：

$P\_\mathrm{tx}=\mathrm{Median}(P_F^3,P\_\max ,P\_\min )\left(\mathrm{dBm}\right)---\left(10\right)$

功率设置触发条件；

Fcell的功率设置应该是条件触发的。例如，当Fcell周围没有Mcell，则P m趋于无穷小，按以上两种方法计算得出的Fcell的发射功率也会趋于无穷小。这就使Fcell失去覆盖Mcell盲点的意义。因此，本发明提出功率设置的触发条件如下所述：

假设系统控制信道的最低SINR要求为ψdB，则触发功率设置过程的条件为：

P_m≥ψ+Ω+Δ_Offset                (11)

其中Δ_Offset为一可调偏移值，用于控制该触发条件的敏感度。以LTE系统为例，其下行控制信道SINR低于-6dB时将导致控制信号的BLER值将大于10％，此时用户已处于无线链路连接失败状态，不能维持正常通信。如果Fcell测得周围最强Mcell信号的SINR＜-10dB，即Mcell和Fcell之间的距离足够远，则此时Fcell是否对周围非CSG用户造成很强干扰已无关紧要，不必触发功率设置过程。

附图说明

图1：异构网络场景示意图；

图2：方法一实施流程图；

图3：P_offset计算流程图；

图4：方法二实施流程图；

图5：方法一与现有方法的性能比较；

图6：方法二与现有方法的性能比较。

具体实施方式

下面以LTE系统为例，给出本发明提供的功率设置方法的两个具体实施例。如图1所示的LTE同频网络布署场景，带宽为10MHz的LTE系统中，一个Fcell在Mcell的覆盖区内上电启动，此时正好Fcell附近有一个非CSG用户MUE1。由于MUE1不能接入到Fcell中，因此将受到来自Fcell的较强的同频干扰。相比之下，由于MUE2离Fcell较远，Fcell对它的干扰则可忽略不计。

以下是功率设置方法一的一个实施例，如图2所示：

1、Fcell开机；

2、Fcell测量周围Mcell的RSRP，将测得的最大RSRP值设为P_m(dBm)。然后判定P_m是否满足功率设置的触发条件，若不满足则设置P_m＝0dBm；

3、Fcell根据预先选定的α，β值(如α＝1，β＝70)，由(5)计算P1；

P1＝Median(α·P_m+β，P_max，P_min)(dBm)            (5)

4、Fcell读取Mcell广播信道中的SIB消息，获取P0值(如P0＝-106dBm)以及Mcell的发射功率P_M_tx值(如29dBm)；

5、按以下步骤计算P_Inter_pathloss，如图3所示：

a)由P_M_tx以及P_m估算出与Fcell相距最近的非CSG用户与Mcell之间的路径损耗为

PL＝P_M_tx-P_m；

b)Fcell测量其接收到的非CSG用户的信号功率，并将其最大值设为P_MUE_rx；

c)由PL值估算非CSG用户的信号发射功率为

P_MUE_tx＝P0+PL；

d)由下式计算P_Inter_pathloss：

P_Inter_pathloss＝P_MUE_tx-P_MUE_rx；

6、由下式计算P_offset：

P_offset＝Median(P_Inter_pathloss，P_offset_max，P_offset_min)；

7、由下式计算P2：

P2＝Median(α·P_m+P_offset，P_max，P_min)(dBm)；

8、由下式计算P3：

P3＝Γ+Ω+IoT(dBm)；

9、计算Fcell的经调整的发射功率P_tx：

$P\_\mathrm{tx}=\mathrm{Median}(P_F^2,P\_\max ,P\_\min )\left(\mathrm{dBm}\right)---\left(8\right)$

其中：

$P_F^2=\max (P_F^1,P3)\left(\mathrm{dBm}\right);$

$P_F^1=\min (P1,P2)\left(\mathrm{dBm}\right);$

10、将P_tx设置为Fcell的发射功率。

以下是功率设置方法二的一个实施例，如图4所示：

1、Fcell开机；

2、Fcell测量周围Mcell的RSRP，将测得的最大RSRP值设为P_m(dBm)。然后判定P_m是否满足功率设置的触发条件，若不满足则设置P_m＝0dBm；

3、读取Mcell的广播信道中的SIB消息，获取P0值(如P0＝-106dBm)及Mcell发射功率P_M_tx(如29dBm)；

4、按以下步骤计算P_Inter_pathloss，如图3所示：

a)由P_M_tx以及P_m估算出与Fcell相距最近的非CSG用户与Mcell之间的路径损耗为

PL＝P_M_tx-P_m；

b)Fcell测量其接收到的非CSG用户的信号功率，并将其最大值设为P_MUE_rx；

c)由PL值估算非CSG用户的发射功率为

P_MUE_tx＝P0+PL；

d)由下式计算P_Inter_pathloss：

P_Inter_pathloss＝P_MUE_tx-P_MUE_rx；

5、计算P_offset＝Median(P_Inter_pathloss，P_offset_max，P_offset_min)；

6、根据预先设置好的α、β、λ值(如α＝1，β＝40，λ＝0.5)，由下式计算P4：

P4＝Median(α·P_m+λ·P_offset+β，P_max，P_min)(dBm)；

7、由下式计算P3：

P3＝Γ+Ω+IoT(dBm)；

8、由下式计算Fcell发射功率P_tx：

$P\_\mathrm{tx}=\mathrm{Median}(P_F^3,P\_\max ,P\_\min )\left(\mathrm{dBm}\right);$

其中：

$P_F^3=\max (P4,P3)\left(\mathrm{dBm}\right);$

9、将P_tx设为Fcell的发射功率。

系统仿真结果：

图5与图6为按本发明所提供的方法一、二分别在异构网络中实施后，所得到的系统仿真性能结果。仿真的主要参数在表1给出，其他参数配置参见文献[4]。图中：

●MUE表示Mcell用户的累计分布函数(CDF)曲线；

●FUE表示Fcell用户的CDF曲线；

●P1为按文献[2]方案进行功率设置的结果；

●P2为按文献[2]方案进行功率设置的结果；

●P3为按文献[3]里提供的方法进行功率设置的结果。

●图5中的方法一为按本发明提供的方法一进行功率设置的结果；

●图6中的方法二为按本发明提供的方法二进行功率设置的结果。

根据图5与图6中显示的本发明提供的方法一、二与现有方法的性能比较，可以看出，相比现有方法，本发明所提供的方法在显著提升异构网络的小区边缘用户性能的同时，仍然保持了小区中心用户较好的性能，而且在Mcell与Fcell间取得了很好的平衡。需要指出，本仿真结果通过一个具体的例子，展示了本发明所提供的功率设置方法相对现有方法的优越性。在真实的异构网络中，本发明的实施并不局限于本仿真给出的测试配置。

表1：仿真参数设置

以上所述仅为本发明的两个实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种异构网络中的小型基站功率设置方法，其特征在于：该方法是权衡的功率设置方法，该方法包括以下步骤：

1)由Fcell测量周围Mcell的参考信号接收功率(RSRP)，获取周围最强的Mcell RSRP值P_m；

2)估计距离Fcell最近的非CSG用户与Mcell间的损耗PL＝P_M_tx-P_m，其中P_M_tx为Mcell发射功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取广播信息等方式获取；

3)估计非CSG用户的发射功率P_MUE_tx＝P0+PL，PL＝P_M_tx-P_m，其中P0为Mcell期望接收到的用户信号功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取系统广播信息等方式获取；

4)分别根据Fcell与Mcell的距离以及与相距最近的非CSG用户间的路径损耗两个方面进行计算，分别得到Fcell的发射功率P1以及P2：

P1＝Median(α·P_m+β，P_max，P_min)(dBm)            (5)

P2＝Median(α·P_m+P_offset，P_max，P_min)(dBm)      (6)

其中：

α＞0，0≤β≤180；

P_offset＝Median(P_Inter_pathloss，P_offset_max，P_offset_min)；

P_Inter_pathloss＝P_MUE_tx-P_MUE_rx；

P_NUE_rx为Fcell测量的非CSG用户的信号接收功率；

5)为保证Fcell根据环境调节的发射功率对非CSG用户影响最小，以改善离Fcell较近的非CGS用户的接收性能，基于步骤4的计算结果，按下式计算初步的功率调整值

$P_F^1=\min (P1,P2)\left(\mathrm{dBm}\right)$

6)为保证覆盖区域内用户的最小SINR要求Γ，计算发射功率调整的下界P3，并在步骤5得到的

基础上进行调整，得到第二次功率调整值

$P_F^2=\max (P_F^1,P3)\left(\mathrm{dBm}\right)$

P3＝Γ+Ω+IoT(dBm)                    (7)

7)为确保经过步骤6调整的发射功率不超过Fcell基站允许的上下限，按下式计算最终的功率设置值：

$P\_\mathrm{tx}=\mathrm{Median}(P_F^2,P\_\max ,P\_\min )\left(\mathrm{dBm}\right)---\left(8\right).$

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：为保证Fcell根据环境调节的发射功率对非CSG用户的影响最小，以改善离Fcell较近的非CGS用户的接收性能，用以下方法设置第一次功率调整值

$P_F^1=\min (P1,P2)\left(\mathrm{dBm}\right).$

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：为保证覆盖区域内用户的最小SINR要求Γ，确保第二次功率调整值

不小于发射功率调整的下界P3。

4.一种异构网络中的小型基站功率设置方法，其特征在于：该方法是合并的功率设置方法，其包括以下步骤：

1)由Fcell测量周围Mcell的参考信号接收功率(RSRP)，获取周围最强的Mcell RSRP值P_m；

2)估计距离Fcell最近的非CSG用户与Mcell间的损耗PL＝P_M_tx-P_m，其中P_M_tx为Mcell发射功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取广播信息等方式获取；

3)估计非CSG用户的发射功率P_MUE_tx＝P0+PL，PL＝P_M_tx-P_m，其中P0为Mcell期望接收到的用户信号功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取系统广播信息等方式获取；

4)计算P_offset：

P_offset＝Median(P_Inter_pathloss，P_offset_max，P_offset_min)

P_Inter_pathloss＝P_MUE_tx-P_MUE_rx，

P_MUE_rx为Fcell测量的非CSG用户的接收信号功率

5)根据预配置参数，调整Fcell的发射功率：

P4＝Median(α·P_m+λ·P_offset+β，P_max，P_min)(dBm)     (9)

其中：

α＞0，0≤β≤180；

λ∈(0，1]为一个控制参数，用于控制Fcell对周围非CSG用户的影响程度；

6)为保证覆盖区域内用户的最小SINR要求Γ，计算发射功率调整的下界P3，并在步骤5得到的P4基础上进行调整，得到功率调整值

$P_F^3=\max (P4,P3)\left(\mathrm{dBm}\right)$

P3＝Γ+Ω+IoT(dBm)

7)为确保经过步骤6调整的发射功率不超过Fcell基站允许的上下限，按下式计算最终的功率设置值：

$P\_\mathrm{tx}=\mathrm{Median}(P_F^3,P\_\max ,P\_\min )\left(\mathrm{dBm}\right)---\left(10\right).$

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：由预配置参数按下式计算合并的Fcell功率P4：

P4＝Median(α·P_m+λ·P_offset+β，P_max，P_min)(dBm)

其中：

α＞0，0≤β≤180；

λ∈(0，1]为一个控制参数，用于控制Fcell对周围非CSG用户的影响程度。

6.如权利要求1或2或4或5中所述的小型基站功率设置方法，其特征在于：所述方法的功率设置触发条件为：假设系统控制信道的最低SINR要求为ψdB，则触发功率设置过程的条件为：

P_m≥ψ+Ω+Δ_Offset            (11)

其中Δ_Offset为一可调偏移值，用于控制该触发条件的敏感度。

7.如权利要求6中所述的小型基站功率设置方法，其特征在于：在具体系统中，其下行控制信道SINR低于某个阈值时，将导致控制信号的BLER值大于10％，此时用户已处于无线链路连接失败状态，不能维持正常通信；如果Fcell测得周围最强Mcell信号的SINR低于某个阈值时，即Mcell和Fcell之间的距离足够远，则此时Fcell是否对周围非CSG用户造成很强干扰已无关紧要，不必触发功率设置过程。

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