CN103327495A - 一种基于多基站联合处理的动态频谱分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种基于多基站联合处理的动态频谱分配方法。本发明主要考虑了在由通用处理器以及多个基站，多个用户组成的网络中，下行链路的干扰问题，同时本发明结合了多基站联合处理的模式，通过相邻基站之间有效的频谱分配，极大地减少了下行链路的干扰，实现了频谱资源的有效利用，并且提升了网络性能。本发明主要包括三个方面的内容，首先是在实际的网络拓扑中，从用户的角度出发，用户对通信服务基站的选择，其次是根据相应的映射规则，将实际的网络拓扑图映射成能够具体反映网络中下行链路干扰的网络干扰协调图，最后根据映射出的网络干扰协调图进行有效的动态频谱资源的分配。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别的，本发明涉及到了多基站联合处理下的动态频谱分配方法，通用处理器，基站及频谱分配系统。
背景技术
目前，移动通信用户正在快速增长，移动通信业务需求正在高速发展，移动通信逐渐成为人们首选的通信手段和通信方式。这表明，移动通信也必须要有更大的系统容量，更高的传输速率，更多的业务类型和更好的服务质量。但是随着移动通信的发展，有限的频谱资源成为阻碍蜂窝系统性能提高的最主要因素。
正交频分复用(OFDM)由于具有高频谱利用率,并且能够有效解决宽带无线通信中的码间干扰问题,已经被广泛认为是未来宽带无线通信的关键技术。由于LTE采用的OFDM技术可以提供正交的子载波，避免了小区内的干扰问题。
而且，频谱资源是一种不可再生的有限资源，其价值显得越来越珍贵。如如何最大限度的提高频谱效率也是未来移动通信系统设计的一个重要因素。LTE中采用了频谱复用因子为1的频率规划方案，也就是相邻小区都使用相同的频谱资源，这种频谱规划方式可以很大程度上提高频谱利用率以及增大系统容量。
然而移动网络是由多基站构成的多小区的环境，小区之间的干扰是始终存在的，即相邻小区之间会有一定的信号覆盖重叠区域，如果移动用户处于该重叠区域之内，该用户除了能够接收到来自为其提供通信服务的基站的有用信号，同时也会接收到来自相邻基站的干扰信号，网络层内部的干扰，主要包括从基 站端到用户的下行链路的干扰，该干扰势必会极大地降低网络的性能。频谱复用因子为1的频率规划方案同时也带来了非常严重的小区间干扰问题，尤其是对处于小区边缘的用户来说这种干扰影响会更大，数据速率会受到极大的限制，通信质量也严重下降，如何提高小区边缘用户的数据及其话音业务的质量，成为目前OFDMA蜂窝网络中亟待解决的问题。
如何在频谱资源有限的限制条件下有效的提高频谱效率，降低网络中的下行链路干扰，并极大限度的提升网络的性能，是移动通信发展必须得面对以及解决的问题。因此为了解决这个问题，就必须采用有效的措施来减小小区之间的干扰。
从目前业界的研究来看，多基站联合处理技术是未来移动通信系统中有效的提高频谱效率、抑制基站间干扰、降低切换时延的关键技术之一。因此，本发明结合基于通用处理器的多基站联合处理技术，提出了一种有效的动态频谱分配方法来减小小区间的干扰。
发明内容
本发明旨在针对在多个基站之间，如何有效的通过基站之间的联合处理来减小小区间干扰的问题，依据基站和用户在实际网络拓扑中的分布，提出了一种较为有效的基于多基站联合处理的减少小区间干扰的动态频谱分配方式。
在本发明提出的动态频谱分配方式中，首先网络中的用户选择自己的通信基站，其次根据基站以及用户在实际网络中的位置，再按照一定的规则将实际的网络拓扑图映射成能够有效表示网络干扰的网络干扰协调图，最后由网络干扰协调图具体的通过频谱资源的有效分配解决干扰问题。
用户选择通信基站的步骤：
步骤1.对实际网络中的用户进行编号；
步骤2.从编号为1的用户开始遍历用户；
步骤3.判断用户编号是否大于用户总数，若是，跳转到步骤9，否则进入步骤4；
步骤4.判断该用户是否处于网络中某一基站的覆盖范围之内，若是，进入步骤5，否则进入步骤6；
步骤5.判断该用户是否处于相邻基站的信号覆盖重叠区域内，若是，进入步骤7，否则进入步骤8；
步骤6.该用户接收不到任何基站的信号功率，没有基站为其提供通信服务，跳转到步骤2，并将用户编号加1；
步骤7.根据链路增益分别计算出该重叠区域内的相邻基站发送给该用户的信号功率，该基站选择接收信号功率最大的基站作为通信基站，跳转到步骤2，并将用户编号加1；
步骤8.该用户选择所处信号覆盖中心区域基站作为通信基站，跳转到步骤2，并将用户编号加1；
步骤9.用户选择基站过程完毕，结束该过程。
将实际网络拓扑图映射成网络干扰协调图的步骤：
步骤1.对所有用户根据用户选择通信基站的机制选择用户的通信基站，并根据实际网络拓扑图对基站及用户进行编号；
步骤2.根据基站在网络中的具体位置以及基站之间的距离按照一定的比例将所有基站映射成图中的点；
步骤3.从1号基站开始遍历所有的基站；
步骤4.判断基站编号是否达到网络中基站最大数，如果是直接到步骤10， 否则转到步骤5；
步骤5.判断网络中是否有该基站的用户，如果有进入步骤6，否则跳转到步骤3，并将基站编号加1；
步骤6.判断该基站是否与相邻基站有信号覆盖的重叠区域，如果有进入步骤7，否则跳转到步骤3，并将基站编号加1；
步骤7.判断该基站的用户是否位于重叠区域内，如果是进入步骤8，否则进入步骤9；
步骤8.将映射图中代表这两个有重叠区域的相邻基站的点连接起来，并跳转到步骤3，并将基站编号加1；
步骤9.判断重叠区域之内是否有相邻基站的用户，如果有，进入步骤8，否则跳转到步骤3，并将基站编号加1；
步骤10.最终将实际网络拓扑图映射成网络干扰协调图。
由网络干扰协调图进行干扰子信道分配的步骤：
步骤1.将网络干扰协调图中的边进行编号；
步骤2.从网络干扰协调图中的1号边开始，遍历网络干扰协调图中的边；
步骤3.判断是否所有的边都已遍历完毕，即边的编号是否达到边的最大条数，若满足，则跳转到步骤，否则，进入步骤4；
步骤4.从1号子信道开始遍历子信道；
步骤5.判断子信道数是否已达到最大子信道数，若是，跳转到步骤2，并将边的编号加1，否则进入步骤6；
步骤6.判断处于该干扰协调边上的用户所属的基站是否占用了该子信道，若是，进入步骤7，否则，跳转到步骤4，并将子信道数编号加1；
步骤7.计算该用户在该子信道上的信干噪比SINR;
步骤8.判断该信干噪比SINR是否大于或等于该用户的信干噪比门限值Γ，若是，进入步骤9，否则进入步骤10；
步骤9.在网络干扰协调图中，该干扰协调边的两个点表示的实际网络中的两个据有重叠区域的基站可以同时使用该子信道上；
步骤10.处于该干扰协调边上的用户所属的基站不能使用该子信道上，该子信道上不会分配给该基站，但可以分配给与其有重叠区域的相邻基站；
步骤11.基于网络干扰协调图的干扰子信道分配完毕，结束该过程。
下面通过附图和具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
附图说明
为了更清晰地阐述本发明的实施例和现有的技术方案，下面将本发明的技术方案说明附图和现有技术描述中用到的说明附图做简单的介绍，显而易见，在不付出创造性劳动的前提下，本领域普通技术人员可以通过本附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中包含通用处理器，多个联合处理基站以及移动用户的系统场景图，即实际的网络拓扑示意图。
图2是本发明实施例中由图1中实际的网络拓扑示意图映射出的网络干扰协调示意图。
图3是本发明实例中用户选择通信基站的选择机制流程图。
图4是本发明实例中由实际的网络拓扑图映射成网络干扰协调图的流程图。
图5是本发明实例中根据网络干扰协调图进行干扰子信道分配的流程图。
具体实施方式
为将本发明的技术方案优势描述的更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细阐述，显然所描述的实施例只是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。在此基础上可以将本发明的实施例加以扩展，在整体架构一致的情况下，得到更多优化方案。根据本发明的实施例，本领域的普通技术人员在不经创造性劳动的基础上可以实现本发明的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的主要思想是：在由通用处理器以及多个基站，用户组成的网络中，势必会存在着很大的干扰，在本发明中主要考虑了基站端到用户端的下行链路的干扰问题，干扰的存在会极大地影响网络的性能，同时通信频谱资源是一种有限的资源，应将其实现有效的利用，尽可能在有限的频谱资源约束的情况下实现更大的网络性能。本发明就结合了通用处理器以及多基站联合处理的模式，通过相邻基站之间有效的频谱分配，一方面极大地减少了下行链路的干扰，另一方面实现了频谱资源的有效利用，并且提升了网络性能。本发明主要包括三个方面的内容，首先是在实际的网络拓扑中，从用户的角度出发，用户对通信服务基站的选择，其次是根据相应的映射规则，将实际的网络拓扑图映射成能够具体反映网络中下行链路干扰的网络干扰协调图，最后根据映射出的网络干扰协调图进行有效的动态频谱资源的分配。
图1是本发明实施例中包含通用处理器，多个联合处理基站以及移动用户的系统场景图，即实际的网络拓扑示意图。
图2是本发明实施例中由图1中实际的网络拓扑示意图映射出的网络干扰协调示意图。
图3是本发明实例中用户选择通信基站的选择机制流程图。
图4是本发明实例中由实际的网络拓扑图映射成网络干扰协调图的流程图。
图5是本发明实例中根据网络干扰协调图进行干扰子信道分配的流程图。
具体描述如下：
步骤301.从1开始，对实际的网络中的用户进行编号；
步骤302.选取用户编号为1的用户；
步骤303.遍历用户；
步骤304.判断现在遍历的用户的用户编号是否大于网络中的用户总数，若是，结束该过程，所有的用户都已选择的基站，否则直接进入步骤305；
步骤305.判断该用户是否处于网络中某一基站的覆盖范围之内，若是，进入步骤307，否则进入步骤306；
步骤306.该用户接收不到任何基站的信号功率，没有基站为其提供通信服务，跳转到步骤303，并将用户编号加1；
步骤307.判断该用户是否处于相邻基站的信号覆盖重叠区域内，若是，进入步骤309，否则进入步骤308；
步骤308.该用户选择所处信号覆盖中心区域基站作为通信基站，跳转到步骤303，并将用户编号加1；
步骤309.根据链路增益分别计算出该重叠区域内的相邻基站发送给该用户的信号功率;
步骤310.该基站选择接收信号功率最大的基站作为通信基站，跳转到步骤303，并将用户编号加1；
步骤401.根据实际网络拓扑图对基站及用户进行编号；
步骤402.对所有用户根据用户选择通信基站的机制选择用户的通信基站，；
步骤403.根据基站在网络中的具体位置以及基站之间的距离按照一定的比 例将所有基站映射成图中的点；
步骤404.从1号基站开始遍历所有的基站；
步骤405.判断基站编号是否达到网络中基站最大数，如果是直接到步骤411，否则转到步骤406；
步骤406.判断网络中是否有该基站的用户，如果有进入步骤407，否则跳转到步骤404，并将基站编号加1；
步骤407.判断该基站是否与相邻基站有信号覆盖的重叠区域，如果有进入步骤408，否则跳转到步骤404，并将基站编号加1；
步骤408.判断该基站的用户是否位于重叠区域内，如果是进入步骤409，否则进入步骤410；
步骤409.将映射图中代表这两个有重叠区域的相邻基站的点连接起来，并跳转到步骤404，并将基站编号加1；
步骤410.判断重叠区域之内是否有相邻基站的用户，如果有，进入步骤409，否则跳转到步骤404，并将基站编号加1；
步骤411.最终由实际网络拓扑图映射出网络干扰协调图，结束该过程。
步骤501.将网络干扰协调图中的边进行编号；
步骤502.从网络干扰协调图中的1号边开始，遍历网络干扰协调图中的边；
步骤503.判断是否所有的边都已遍历完毕，即边的编号是否达到边的最大条数，若满足，则跳转到步骤512，否则，进入步骤504；
步骤504.选取当前子信道为1号子信道；
步骤505.从当前子信道开始遍历子信道；
步骤506.判断当前子信道数是否已达到最大子信道数，若是，跳转到步骤 502，并将边的编号加1，否则进入步骤507；
步骤507.判断处于该干扰协调边上的用户所属的基站是否占用了该子信道，若是，进入步骤508，否则，跳转到步骤505，并将子信道数编号加1；
步骤508.计算该用户在该子信道上的信干噪比SINR;
步骤509.判断该信干噪比SINR是否大于或等于该用户的信干噪比门限值Γ，若是，进入步骤520，否则进入步骤511；
步骤510.在网络干扰协调图中，该干扰协调边的两个点表示的实际网络中的两个据有重叠区域的基站可以同时使用该子信道上；
步骤511.处于该干扰协调边上的用户所属的基站不能使用该子信道上，该子信道上不会分配给该基站，，该基站需要重新调整对该子信道的占有情况，但可以分配给与其有重叠区域的相邻基站；
步骤512.基于网络干扰协调图的干扰子信道分配完毕，结束该过程。
Claims (8)
1.一种基于多基站联合处理的动态频谱分配方法，其特征在于包括以下三个过程：
过程一：用户选择通信基站。在该过程中，网络中的用户根据接收附近基站的信号功率的大小来选择自己的通信基站；
过程二：将实际网络拓扑图映射成网络干扰协调图。在过程一用户对通信基站选择完毕的基础上，根据用户在网络中的具体位置，将实际的网络拓扑图映射成能够具体表示网络中下行链路干扰的网络干扰协调图；
过程三：根据网络干扰协调图进行频谱资源的分配。由过程二映射出了网络干扰协调图，对网络干扰协调图进行分析，根据具体的干扰协调链路进行频谱资源的分配。
2.根据权利要求书1所述的基于多基站联合处理的动态频谱分配方法，其特征在于：
所述过程一：用户选择基站，其包括以下步骤：
步骤1.对实际网络中的用户进行编号；
步骤2.从编号为1的用户开始遍历用户；
步骤3.判断用户编号是否大于用户总数，若是，跳转到步骤9，否则进入步骤4；
步骤4.判断该用户是否处于网络中某一基站的覆盖范围之内，若是，进入步骤5，否则进入步骤6；
步骤5.判断该用户是否处于相邻基站的信号覆盖重叠区域内，若是，进入步骤7，否则进入步骤8；
步骤6.该用户接收不到任何基站的信号功率，没有基站为其提供通信服务，跳转到步骤2，并将用户编号加1；
步骤7.根据链路增益分别计算出该重叠区域内的相邻基站发送给该用户的信号功率，该基站选择接收信号功率最大的基站作为通信基站，跳转到步骤2，并将用户编号加1；
步骤8.该用户选择所处信号覆盖中心区域基站作为通信基站，跳转到步骤2，并将用户编号加1；
步骤9.用户选择基站过程完毕，结束该过程。
3.根据权利要求书1所述的基于多基站联合处理的动态频谱分配方法，其特征在于：
所述过程二：将实际网络拓扑图映射成网络干扰协调图，其包括以下步骤：
步骤1.对所有用户根据用户选择通信基站的机制选择用户的通信基站，并根据实际网络拓扑图对基站及用户进行编号；
步骤2.根据基站在网络中的具体位置以及基站之间的距离按照一定的比例将所有基站映 射成图中的点；
步骤3.从1号基站开始遍历所有的基站；
步骤4.判断基站编号是否达到网络中基站最大数，如果是直接到步骤10，否则转到步骤5；
步骤5.判断网络中是否有该基站的用户，如果有进入步骤6，否则跳转到步骤3，并将基站编号加1；
步骤6.判断该基站是否与相邻基站有信号覆盖的重叠区域，如果有进入步骤7，否则跳转到步骤3，并将基站编号加1；
步骤7.判断该基站的用户是否位于重叠区域内，如果是进入步骤8，否则进入步骤9；
步骤8.将映射图中代表这两个有重叠区域的相邻基站的点连接起来，并跳转到步骤3，并将基站编号加1；
步骤9.判断重叠区域之内是否有相邻基站的用户，如果有，进入步骤8，否则跳转到步骤3，并将基站编号加1；
步骤10.最终将实际网络拓扑图映射成网络干扰协调图。
4.根据权利要求书1所述的基于多基站联合处理的动态频谱分配方法，其特征在于：
所述过程二：根据网络干扰协调图进行频谱资源的分配，其包括以下步骤：
步骤1.将网络干扰协调图中的边进行编号；
步骤2.从网络干扰协调图中的1号边开始，遍历网络干扰协调图中的边；
步骤3.判断是否所有的边都已遍历完毕，即边的编号是否达到边的最大条数，若满足，则跳转到步骤11，否则，进入步骤4；
步骤4.从1号子信道开始遍历子信道；
步骤5.判断子信道数是否已达到最大子信道数，若是，跳转到步骤2，并将边的编号加1，否则进入步骤6；
步骤6.判断处于该干扰协调边上的用户所属的基站是否占用了该子信道，若是，进入步骤7，否则，跳转到步骤4，并将子信道数编号加1；
步骤7.计算该用户在该子信道上的信干噪比SINR;
步骤8.判断该信干噪比SINR是否大于或等于该用户的信干噪比门限值Γ，若是，进入步骤9，否则进入步骤10；
步骤9.在网络干扰协调图中，该干扰协调边的两个点表示的实际网络中的两个据有重叠 区域的基站可以同时使用该子信道上；
步骤10.处于该干扰协调边上的用户所属的基站不能使用该子信道上，该子信道上不会分配给该基站，但可以分配给与其有重叠区域的相邻基站；
步骤11.基于网络干扰协调图的干扰子信道分配完毕，结束该过程。
5.根据权利要求书2所述的基于多基站联合处理的动态频谱分配方法，其特征在于：
所述过程一用户选择基站的步骤7和8中，用户选择通信基站是根据用户接收到的所处覆盖区域的基站的接收功率，该功率是相应基站的发射功率在乘以链路增益，链路增益包括大尺度衰落以及阴影衰落，而不仅仅是基站的发射功率
6.根据权利要求书3所述的基于多基站联合处理的动态频谱分配方法，其特征在于：
所述过程二将实际网络拓扑图映射成网络干扰协调图的步骤2中，将实际基站映射成对应的点后，用图中的点表示的基站空间位置关系与实际的基站空间位置关系应一致，只是在映射的过程中，用图中的点表示基站，基站之间的实际距离按照一定的把比例缩小后表示。
7.根据权利要求书4所述的基于多基站联合处理的动态频谱分配方法，其特征在于：
所述过程三根据网络干扰协调图进行频谱资源的分配的步骤1中，将图中的边进行编号的过程中，开始和结束的边没有特定要求，但是要确保编号完毕后所有的边都得编号，而且编号不能重复。
8.根据权利要求书4所述的基于多基站联合处理的动态频谱分配方法，其特征在于：
所述过程三根据网络干扰协调图进行频谱资源的分配的步骤7和步骤8中，在计算用户在某一子信道上的信干噪比SINR时，只考虑构成该用户所在信号覆盖重叠区域的基站，其中一个基站为该用户的通信服务基站，为该用户提供有用信号，其它基站作为干扰基站，用户将会接收到来自这些相邻基站的干扰信号功率。
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