CN102186179B - 一种异构网系统资源复用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，提供了一种异构网系统资源复用的方法，在LTE下行包含宏基站和家庭基站的异构网络中研究了宏基站可容纳的家庭基站数量。本发明中假设两层系统用户可使用的频段都是全频带，在两层系统用户都需要满足中断概率需求情况下，研究如何采用两层频域规划使得系统总的吞吐量最大。在小区用户尤其是家庭基站用户有一定中断概率需求的前提下，有效规避了异构网环境下的干扰，从而使得宏小区可容纳更多的家庭基站，提升小区吞吐量；此外，还可以考虑宏小区频谱效率的因素，从而权衡宏小区频谱效率和系统总吞吐量。

Description

一种异构网系统资源复用的方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种异构网系统资源复用的方法。

背景技术

无线通信发展中，随着用户数量的上升以及用户需求的增加，现在的架构已不能满足需求，虽然缩小小区半径可适当解决上述问题，但也同时带来了设备架构复杂度太高的问题。在LTE-A(Long TermEvolution-Advanced)系统中，引入了演进型异构网，即在宏基站下布设家庭基站，通过缩短用户和基站间的距离来实现高数据量传输。

家庭基站是一种接入点或者说用于家庭范围的小型基站，家庭基站设备通过宽带(比如同轴电缆)同宏蜂窝基站相连，减少了用户和基站间的距离，发射端只需要很小的发射功率，接收端就能收到很强的数据信号。

Open-access和close-access是用户接入家庭基站的两种策略。其中在open-access策略下，用户接入家庭基站不受限制，用户可以随时随地接入家庭基站；而在close-access策略下，用户受限制，必须是注册用户才有权限接入家庭基站。close-access可容纳用户少(在标准评估中认为家庭基站中用户数是1个)，但可提供更多的资源给家庭基站用户；而open-access可容纳用户较多。根据仿真实验的结果，open-access有更好的系统总吞吐量和系统覆盖，而close-access可达到良好的区域覆盖。

但是在实际应用中，由于家庭基站是根据需求在办公场所等场景下授权架设的，类似WLAN，需要特殊用户群体注册使用，并不具有开放性。所以close-access接入策略跟实际场景更为吻合，可以保证权限及保密性。本发明考虑在close-access接入策略下，优化系统性能。

在大幅提升系统性能的情况下，家庭基站的引入带来的干扰问题已成为制约LTE系统异构网络发展的瓶颈。而随着家庭基站的增多，必然会导致干扰点增加，无论家庭基站或宏基站中用户中断概率也都会随之增大。

在LTE下行异构网系统的干扰抑制策略中，功率调整在系统实现中需要考虑很多限制，采用频率复用方案是相对易行的。现有干扰抑制策略中频率复用方案包括三种：家庭基站和宏小区采用全频率复用；宏小区间部分频率复用，家庭基站和所在宏小区采用正交频率复用；宏小区间部分频率复用，家庭基站全频率复用。

仿真实验的结果表明，如果系统采用全频率复用，相比于宏小区和家庭基站间采用正交频率复用的，室内用户容量呈现增大趋势，而宏小区用户容量呈减少趋势。而如果家庭基站采用全频率复用，宏基站采用部分频率复用，则系统总的吞吐量增大，但是中断概率也相应变大。而如果采用宏小区和家庭基站间的正交频率复用，则中断概率变小，相应的系统容量也变小。

若加入用户中断概率需求，上述结果并不一定能体现到真实的系统容量中。对于家庭基站采用全频率复用的仿真结果表明，当用户的中断概率满足低于一定门限的需求的情况下，家庭基站采用全频率复用是不允许接宏入基站的，即宏小区没有布设家庭基站。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术存在的缺陷，本发明为了解决现有技术中频率(频段)资源复用未充分考虑用户中断需求的问题，提出了一种异构网系统资源复用的方法，基于不同小区间干扰协调(Inter-Cell InterferenceCoordination；ICIC)方案进行家庭基站频域规划，既满足家庭基站或者宏基站的中断概率，又同时满足不同ICIC方案下的系统吞吐量。

(二)技术方案

为此，本发明提供了一种在中断概率需求下的基于不同ICIC方案的家庭基站设置，提出新的资源复用方案，以最大化系统容量。

具体地，本发明采用如下技术方案：

一种异构网系统资源复用的方法，所述异构网系统包括宏基站、家庭站、宏基站用户设备和家庭基站用户设备，所述宏基站用户设备的直传链路和家庭基站用户设备的直传链路在同一时隙内进行传输，所述方法包括步骤：

S1，宏小区中为宏基站采用不同复用因子的频率复用方案；

S2，宏基站获取家庭基站的信息；

S3，宏基站基于用户中断概率需求设置各频段上各家庭基站的缺省干扰强度门限值；

S4，宏基站将缺省干扰强度门限值通知给各家庭基站；

S5，家庭基站根据各频段的缺省干扰强度门限值决策，选取可用频段调度使用或被拒绝接入。

优选地，步骤S1中，所述频率复用方案包括：静态频率复用方案、半静态频率复用方案和/或动态频率复用方案。

优选地，步骤S2中，宏基站通过backhaul网关上传的参考信号，获取家庭基站的位置信息和发射功率。

优选地，步骤S3中，所述基于用户中断概率需求设置具体为：宏基站结合系统中的用户中断概率需求、当前系统家庭基站的数量及频率复用方案，设置欲接入本宏小区的家庭基站缺省干扰强度门限值。

优选地，所述用户中断概率需求包括宏小区中用户中断概率需求和家庭基站小区中用户中断概率需求。

优选地，在步骤S3中，家庭基站对所有频段测得的RSS排序，若家庭基站自身系统中用户的中断概率需求不能满足，则优先将RSS最大的宏基站频段缺省门限设置为0，再进行其他频段的设置。

优选地，步骤S4中，通过X2接口、带外/带内控制信道或同轴电缆来传递信令进行通知。

优选地，步骤S5中，所述决策具体为：若某频段的缺省干扰强度门限值为无穷大，则该家庭基站可调度使用该频段；若某频段的缺省干扰强度门限值为0，则该家庭基站不可使用该频段；

若存在可用频段，则该家庭基站选取可用频段调度使用；若全部频段均不可使用，则该家庭基站被拒绝接入。

优选地，步骤S5中，所述选取可用频段调度使用具体为：当存在多个可调度使用频段时，家庭基站对所有可用频段测得的RSS排序，优先采用造成RSS值较小的基站频段。

(三)有益效果

本发明的方案可结合系统用户中断概率需求，规避宏小区和家庭基站之间的相互干扰。根据上述策略，能够降低系统用户的中断概率，并能够更好保证用户数据传输质量。在系统中断概率限制下，可以在宏小区中接入更多家庭基站，从而提升小区的总吞吐量。

附图说明

图1为本发明的异构网系统资源复用的方法流程图；

图2是现有技术中异构网下频率复用和干扰状况示意图；

图3是本发明实施例1中采用频率复用因子为3时一种实施策略示意图；

图4是本发明实施例2中采用频率复用因子为7时一种实施策略示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于异构网系统而言，异构网系统包括宏基站、家庭站、宏基站用户设备和家庭基站用户设备，所述宏基站用户设备的直传链路和家庭基站用户设备的直传链路在同一时隙内进行传输。

本发明实施例将采用如图1所示的流程进行；可在满足系统用户一定中断概率需求情况下，最大化系统整体吞吐量：

S1，宏小区采用不同复用因子的频率复用方案；

S2，宏基站获取家庭基站通过backhaul网关上传的参考信号，包括位置信息，发射功率等；

S3，宏基站结合系统用户中断概率需求、频率复用方案等，设置所述家庭基站的缺省干扰强度门限值；

S4，通过X2接口，带外/带内控制信道或同轴电缆等接口传递信令，通知新接入的家庭基站干扰强度门限值；

S5，家庭基站将根据各频段干扰强度门限值决策；最终，家庭基站选干扰强度门限值无穷大的资源块进行调度使用或被拒绝接入。

现有技术中，两层系统的干扰状况如图2所示，可以看出两层系统的干扰包括宏基站间、宏基站与家庭基站间以及家庭基站间的干扰。由于现有标准中通常规定家庭基站中分布用户数为1到4，不考虑频选增益，则在接下来的分析两层系统中，不考虑快衰。假设某基站b的发送功率为P_b，则在某一位置p的用户或家庭基站所接受到基站b的功率为P_p＝P_b·ψ·D^-α，其中D为位置p和基站b的物理距离，α为路损指数，变量ψ是期望为0标准差为σ_dB的对数正态分布，σ_dB的取值为8dB。

本领域普通技术人员可以理解，本发明实施例仅以上述流程为例进行说明，而不是用于限制本发明，例如本发明还可以应用于家庭基站和宏基站中断概率需求不同的情况，其所使用的策略仍可以是发明内容所包含的策略。

实施例1

图3所示的实施例中提供了一种异构网系统资源复用方法的实施策略，其中宏小区采用复用因子为3的静态频率复用；在本实施例中认为家庭基站用户和宏基站用户中断概率需求相同，通过考虑不同宏基站对家庭基站的干扰，通过频率复用的方式，规避最强的干扰源，从而降低家庭基站用户的中断概率。

具体地，根据中断概率需求设置缺省干扰强度门限值的方法为：

(一)首先，计算宏小区用户信号干扰比(Signal to InterferenceRatio；SIR)：

假设用户U₀所属的宏基站是B₀，对其造成干扰的宏基站为B_i，干扰基站组合为Ω＝{B_i}，用户U₀到宏基站的物理距离为r，用户U₀所受宏基站B_i宏小区的干扰为：

$I_{c,c}=\underset{i\∈\mathrm{\Ω}}{\mathrm{\Σ}}{P}_i{\mathrm{\ψ}}_i{D_i}^{-\mathrm{\α}},$

其中P_i表示B_i的发射功率，D_i代表B_i与U₀之间的距离，α代表路损指数，阴影衰落ψ_i服从对数正态分布函数LN(0，σ_i)，σ_i为阴影标准差，取定值8dB。

对用户造成干扰的家庭基站组合为：F＝{F_i}，则用户U₀所受家庭基站干扰为：

其中P_i′表示F_i的发射功率，D′_i代表F_i与U₀之间的距离，β代表路损指数，常量W代表信号穿墙损耗，阴影衰落ψ′_i服从LN(0，σ′_i)，σ_i′为阴影标准差，取定值8dB。

则宏小区用户SIR可以表示为：

其中P_m表示B₀的发射功率，阴影衰落ψ_m服从对数正态分布函数LN(0，σ_m)，σ_m为阴影标准差，取定值8dB。

(二)其次，规定宏小区用户信号干扰比与中断概率及门限值关系：

当家庭基站服从强度为λ_f的柏松点分布时，用户U₀中断概率为：q_c，r(λ_f)＝P(SIR_c，r＜r_c)，其中r表示用户U₀所处位置，P(·)表示概率密度函数。

规定当接收SIR大于宏基站SIR门限值r_c时为正确接收，其中r_c＞0，如果不满足则视为通信中断。

(三)随后，计算家庭基站用户信号干扰比：

假设用户U_f0所属的家庭基站是F₀，对其造成干扰的宏基站为B_j，干扰基站组合为：Ω＝{B_j}，用户U_f0到宏基站的物理距离为R_f。用户U_f0所受宏小区干扰为：

$I_{f,c}=\underset{n\∈\mathrm{\φ}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{WP}}_n{\mathrm{\ψ}}_n{D_n}^{-\mathrm{\α}},$

其中P_j表示B_j的发射功率，D_j代表B_j与U_f0之间的距离，α代表路损指数，阴影衰落ψ_j服从LN(0，σ_j)，σ_j为阴影标准差，取定值8dB。

对U_f0造成干扰的家庭基站集合为：F＝{F_i}，所以U_f0所受家庭基站干扰为：

$I_{f,f}=\underset{1\∈\mathrm{\Λ}}{\mathrm{\Σ}}{W}^2{P}_j^{\′}{\mathrm{\ψ}}_j^{\′}{D}_j^{\′-\mathrm{\β}},$

其中P′_j表示F_j的发射功率，D′_j代表F_j与U_f0之间的距离，β代表路损指数，阴影衰落ψ′_j服从LN(0，σ′_j)，σ_j′为阴影标准差，取定值8dB。

所以家庭基站用户SIR为：

${\mathrm{SIR}}_f=\frac{P_f\·{\mathrm{\ψ}}_f\·{\left|R_f\right|}^{-\mathrm{\β}}}{I_{f,c}+I_{f,f}},$

其中P_f表示F₀的发射功率，阴影衰落ψ_f服从对数正态分布函数LN(0，σ_f)，σ_f为阴影标准差，取定值8dB。

由于家庭基站间穿透损耗比较严重，而且本身发射功率就小，所以家庭基站间的干扰我们忽略不计，上式可表示为：

${\mathrm{SIR}}_f=\frac{P_f\·{\mathrm{\ψ}}_f\·{\left|R_f\right|}^{-\mathrm{\β}}}{I_{f,c}}.$

(四)规定家庭基站用户信号干扰比与中断概率及门限值关系：

当家庭基站服从强度为λ_f的柏松点分布时，用户U_f0中断概率为：q_fr(λ_f)＝P(SIR_fr＜r_f)，其中r表示用户U_f0所处位置，P(·)表示概率密度函数。

规定当接收SIR大于家庭基站SIR门限值r_f时为正确接收，其中r_f＞0，如果不满足则视为通信中断。

(五)将宏小区与家庭基站中断概率关联，定义中断概率需求：

取各用户中断概率的期望值，可得家庭基站用户中断概率为：q_f(λ_f)＝E(q_f，r(λ_f))；宏小区用户中断概率为：q_c(λ_f)＝E(q_c，r(λ_f))；E(·)代表期望。

定义中断概率需求：q_f(λ_f)＝ε_f，q_c(λ_f)＝ε_c；ε_f表示家庭基站的中断概率需求，ε_c表示宏基站的中断概率需求。

(六)最后，将中断概率需求代入上述各式中，进行干扰强度门限值的迭代计算：

如果宏基站用户和家庭基站用户中断概率需求是相同的，同样要求中断概率较小，容忍度在一定的门限内。对于宏基站来讲，采用静态频率复用策略，小区间频率复用因子为3。而对于家庭基站来讲，根据接收到不同基站的RSS，判断是否超出干扰强度门限，使用不超出干扰强度门限的频段；具体的迭代计算步骤为：

1)根据频率复用方案，划分宏基站占用频段区间；

2)在家庭基站选择接入时，根据所获得家庭基站物理信息，对于一个宏基站而言，此宏基站将根据其占有相应的频段区间计算q_c(λ_f)，可得家庭基站接入后是否满足q_c(λ_f)＝ε_c，如果满足则证明此频段区间家庭基站可用，将满足条件的宏基站所占用的此频段区间缺省门限值设为无穷大，并进行步骤3)，如果不满足直接将宏基站占用此频段区间缺省门限值设为0；

3)家庭基站对接收到的频段区间缺省门限值进行合并，如果占用某个频段的宏基站中，有一个在本频段缺省门限值为0，则反馈给其他占用此频段的宏基站在这个频段上缺省门限值设置为0；

4)家庭基站结合接收到的缺省门限值会根据q_f(λ_f)计算是否q_f(λ_f)＝ε_f，如果满足，则缺省门限值不为0的宏基站频段可以被家庭基站使用，家庭基站可以接入。如果不满足，则选择接收到的缺省门限值不为0的基站中最大的宏基站RSS，将缺省门限值反馈给此宏基站并反馈给同样使用此频段的宏基站，将本宏基站及其他占用的这段频段的宏基站在此频段上缺省门限值设为0。重新计算不使用此基站占用频带情况下的q_f(λ_f)；

5)如果q_f(λ_f)满足q_f(λ_f)＝ε_f，则将其余缺省门限值不为0的宏基站频段缺省门限值设为无穷；如果不满足继续按照步骤4)删减可使用频段，并反馈给占用相应频带的宏基站。

实施例2

如图4所示的实施例2还提供了一种在中断概率需求下的基于不同ICIC方案的家庭基站设置，提出新的资源复用方案，实现宏基站结合宏基站用户频谱效率需求与系统容量之间的权衡。

所述方法包括：宏基站结合系统用户中断概率需求，宏基站频谱效率需求与资源复用方案，计算缺省干扰强度门限值。

如果宏基站用户和家庭基站用户中断概率需求是相同的，同样要求中断概率很小，甚至逼近于0；对于宏基站来讲，采用静态频率复用策略，即小区间频率复用因子为7；而对于家庭基站来讲，根据接收到不同基站的信号强度，不使用对其影响超出干扰强度门限的宏基站频段，使用其余的频段。

本实施例中，中断概率要求很小(接近于0)，则要求干扰要更小，需要家庭基站对宏基站做最大限度的规避干扰；此外，本实施例具体操作和计算流程与实施例1基本相同，但是因为复用因子为7且是静态频率复用，宏基站复用7个频段，干扰强度门限值迭代计算流程相对简单。即家庭基站在干扰强度门限值迭代计算的过程中，其步骤4)中无需进行“将缺省门限值反馈给此宏基站并反馈给同样使用此频段的宏基站”这一步，因而省去了通过带外/X2等方式的反馈过程。

本发明不仅适用一个宏基站覆盖范围内只有一个家庭基站的情况，也适用一个宏基站内具有多个家庭基站的情况；本发明不仅可以针对宏基站用户和家庭基站用户中断概率需求相同的情况，也可以针对宏基站用户和家庭基站用户中断概率需求不同的情况，本发明不仅可以保证异构网两层系统中断概率降低，同时也保证异构网两层系统频谱利用率。

家庭基站与宏基站之间采用上述频率复用方案，可以减少宏基站对家庭基站的干扰，而采用这种频率复用方案可消除大部分干扰，则能保证宏基站用户中断概率大幅下降。

本领域普通技术人员还可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的算法步骤及实施方案，专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

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，本发明的发明保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种异构网系统资源复用的方法，所述异构网系统包括宏基站、家庭站、宏基站用户设备和家庭基站用户设备，所述宏基站用户设备的直传链路和家庭基站用户设备的直传链路在同一时隙内进行传输，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1，宏小区中为宏基站采用不同复用因子的频率复用方案；

S2，宏基站获取家庭基站的信息；

S3，宏基站基于用户中断概率需求设置各频段上各家庭基站的缺省干扰强度门限值；

S4，宏基站将缺省干扰强度门限值通知给各家庭基站；

S5，家庭基站根据各频段的缺省干扰强度门限值决策，选取可用频段调度使用或被拒绝接入；

步骤S3中，所述基于用户中断概率需求设置具体为：宏基站结合系统中的用户中断概率需求、当前系统家庭基站的数量及频率复用方案，设置欲接入本宏小区的家庭基站缺省干扰强度门限值；

所述用户中断概率需求包括宏小区中用户中断概率需求和家庭基站小区中用户中断概率需求；

步骤S5中，所述决策具体为：若某频段的缺省干扰强度门限值为无穷大，则该家庭基站可调度使用该频段；若某频段的缺省干扰强度门限值为0，则该家庭基站不可使用该频段；

若存在可用频段，则该家庭基站选取可用频段调度使用；若全部频段均不可使用，则该家庭基站被拒绝接入。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述频率复用方案包括：静态频率复用方案、半静态频率复用方案和/或动态频率复用方案。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，宏基站通过backhaul网关上传的参考信号，获取家庭基站的位置信息和发射功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，家庭基站对所有频段测得的RSS排序，若家庭基站自身系统中用户的中断概率需求不能满足，则优先将RSS最大的宏基站频段缺省门限设置为0，再进行其他频段的设置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，通过X2接口、带外/带内控制信道或同轴电缆来传递信令进行通知。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，所述选取可用频段调度使用具体为：当存在多个可调度使用频段时，家庭基站对所有可用频段测得的RSS排序，优先采用造成RSS值较小的基站频段。

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