CN103327533A - 一种载波聚合系统中基于用户移动的成员载波选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载波聚合系统中基于用户移动的成员载波选择方法，涉及通信技术领域，包括如下步骤：S1：根据用户所需覆盖范围，确定该用户的载波备选集；S2：负载均衡因子满足给定阈值的条件下，在上述备选集中选择覆盖范围较大的载波作为用户的成员载波；S3：当小区内载波切换被触发之后，选择新的载波替代用户的SINR低于阈值的成员载波。本发明所记载的方法能够解决现有的LTE-A载波聚合场景下载波选择方法所存在的问题，不仅避免了频繁的载波切换，而且较精确地对载波间负载进行了均衡。

Description

一种载波聚合系统中基于用户移动的成员载波选择方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种载波聚合系统中基于用户移动的成员载波选择方法。

背景技术

为了支持快速增长的移动数据量，LTE-A系统在LTE（Long TermEvolution）的基础上引入了载波聚合技术，通过聚合方式将多个LTE载波或LTE-A（Long Term Evolution Advanced）系统新申请到的频带上的载波扩展成LTE-A系统所需的传输载波，以支撑更高的数据传输速率。其中，被聚合的单个载波称为成员载波（Component Carrier,CC）。

在载波聚合技术中，按成员载波功能的不同可以将其分为两类：主成员载波PCC（Primary CC）和辅成员载波SCC（Secondary CC）。PCC在RRC（Radio Resource Control）连接建立/重建/切换时提供NAS（Non-access Stratum）层移动信息，执行安全输入功能，每个UE只有一个。SCC依据用户业务数据量的大小进行配置，每个UE的SCC数目不固定。

用户移动，包括用户的移动方向和速率，将对系统性能产生重要影响，在选择成员载波时必须加以充分考虑。目前，两种较常见的载波选择方法分别是基于最少切换的载波选择方法和基于负载均衡的载波选择方法。这两种方法各有优劣：

首先，基于最少切换的载波选择方法选择具有最大RSRP（Reference Signal Receiving Power）值的载波作为用户的主成员载波PCC。该方法的优点在于，选择具有高RSRP值的载波将使得用户的信道质量得到充分保证从而避免因用户移动引起的频繁的载波切换。然而，小区内的所有用户都选择RSRP较高的低频载波将会导致低频载波的负载过重。

其次，基于负载均衡的载波选择方法对载波的负载均衡问题进行了研究，能够实现载波间的负载均衡。然而，这种算法未考虑用户移动对于载波选择的影响，这将会导致系统面临频繁的载波重选，增加信令开销，影响系统性能，造成用户体验恶化。

基于上述问题，本发明所记载的方法对用户移动进行了分析以避免频繁的载波切换，同时，设定负载均衡因子指导载波选择，从而避免载波负载过重，克服了上述两种载波选择方法的缺点。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种载波聚合系统中基于用户移动的成员载波选择方法，同时克服载波负载不均衡以及载波切换频繁的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种载波聚合系统中基于用户移动的成员载波选择方法，包括如下步骤：

S1：对用户移动进行分析，获得用户在给定时间内所需的覆盖范围，将能满足用户覆盖需求的载波选入该用户的载波备选集；

S2：根据载波的覆盖范围的大小，在上述载波备选集中为用户选择主成员载波和辅成员载波；

S3：当小区内载波切换被触发之后，选择新的载波替代用户的SINR低于阈值的上述主成员载波和∕或辅成员载波。

具体地，所述步骤S1具体是通过执行以下步骤完成的：

S11、当用户向服务基站发起业务请求时，基站获取当前时刻用户设备与基站之间的距离；

S12、根据用户速度在电磁波入射方向上的分量，计算出在给定时间后用户与基站的距离，从而预测用户在给定时间内所需的载波覆盖范围；

S13、选出所有覆盖范围能够满足相应用户需求的载波，生成该用户的载波备选集，所述备选集中各载波按照所能提供的覆盖范围大小降序排列。

优选地，所述覆盖范围能够满足相应用户需求的载波指覆盖范围落在用户与基站的当前距离与用户一定时间之后与基站的距离之间的载波。

具体地，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、按照上述步骤得到的载波排列顺序，逐一计算所述备选集中载波的负载均衡因子，找到第一个负载均衡因子不大于给定阈值的载波，作为用户的主成员载波；

S22、按照所述备选集中的载波排列顺序，将第二个负载均衡因子不大于给定阈值的载波作为用户的第一个SCC；如果一个SCC不足以满足该用户的数据传输需求，则继续按照所述载波排列顺序寻找负载均衡因子不大于给定阈值的载波作为用户的SCC，直到找到足够多的SCC能够满足用户业务需求为止。

具体地，上述步骤S3中，重新选择载波具体包括：

S31、检测用户在所有成员载波上接收信号的SINR，找出SINR小于给定阈值的成员载波；

S32、判断用户的载波备选集中是否还有未被该用户占用的载波，且这些载波的SINR值不小于给定阈值，如果有则执行步骤S33，否则执行S34；

S33、将用户原载波备选集中未被占用且SINR不小于给定阈值的载波选入用户的载波重选集，转到步骤S35；

S34、在用户原载波备选集之外选择新的载波，新选择的载波构成用户的载波重选集，并更新用户的载波备选集；

S35、对用户载波重选集中的载波按照覆盖范围由大到小排列；

S36、按照步骤S35的排列顺序，用载波重选集中载波负载因子不大于给定阈值的载波替代用户SINR小于给定阈值的成员载波。

所述步骤S34具体包括：计算用户与基站的当前距离和给定时间之后用户与基站的距离，预测用户所需的覆盖范围；将覆盖范围满足用户需求且不属于原有载波备选集的载波选入用户的载波重选集；将用户重选集中的载波按照覆盖范围的大小降序排列插入到用户的原载波备选集中，完成用户备选集的更新。

（三）有益效果

本发明提供了一种基于用户移动的成员载波选择方法，用于解决现有的LTE-A载波聚合场景下载波选择方法所存在的问题。本发明所记载的方法兼顾了载波切换与负载均衡这两项性能指标。首先，本发明基于用户需求选择载波备选集，实现了初步的载波负载均衡，又借助于设定载波负载均衡因子的阈值，实现了精确的载波负载均衡；其次，本发明在载波备选集中优先选择覆盖范围较大的载波作为其成员载波，避免了用户快速移动引起的频繁的载波切换。

附图说明

图1为3GPP确定的五种载波聚合场景示意图；

图2为载波聚合系统的RRM架构示意图；

图3为本发明的一种实施方式的步骤流程示意图；

图4为图3中步骤S1的具体实施流程图；

图5为本发明的一种实施方式的用户移动示意图；

图6为图3中步骤S3的具体实施流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在LTE-A系统中，3GPP确定了如图1所示的5种载波聚合部署的场景。场景1中CC1和CC2处于同一频带，具有类似的传播特性（如路径损耗），因此可以提供相近的覆盖范围和移动性。载波聚合技术应用于场景1将提高小区的数据速率。场景2中CC1和CC2处于不同频带，且CC2所处的频带高于CC1所处的频带。由于载波所处的频带越高，其在传输过程中所经历的路径损耗越大，因此，CC2所提供的覆盖范围小于CC1。在这一场景下，考虑到小区中各个用户与基站之间的距离通常是不同的，此时可以根据用户与基站的间距为其分配具有不同覆盖范围的载波，以在满足用户覆盖需求的前提醒下均衡载波的负载。场景3类似于场景2，不同之处在于场景3中CC2的天线指向CC1的边界以提高小区边缘的吞吐量。在此场景下，由于CC2覆盖范围较小，因此CC2可能具有覆盖空洞。场景4中CC2为无线射频拉远单元RRH，与CC1的射频单元处于不同位置。在这一场景下，CC1提供充足的覆盖和移动性，CC2提供热点地区的吞吐量。场景5也与场景2类似，但是覆盖范围较小的CC2使用频率选择直放站来扩展覆盖。其中，场景1和场景2是部署最为广泛的两种场景，也是本实施例所应用的场景，本领域的一般技术人员根据本实施例所记载方法的详细步骤，能够容易地将其扩展到其他场景中。

载波聚合系统的无线资源管理（RRM）架构如图2所示，当用户终端（UE）发起呼叫请求时，基站将根据系统无线资源的负载和干扰状况等来决定是否允许该UE接入本小区，在本实施例中，若基站所能提供的载波不能满足用户业务需求，则该基站拒绝该用户的接入。然后，基站将在层3为UE选择其数据传输所需的载波。由于载波的合理配置将能够使系统在保障用户体验的同时提升网络的整体容量，因此载波选择是影响载波聚合成效的重要环节。基站完成载波选择之后，在层2执行数据包调度，为用户数据分配各个成员载波上的时域和频域资源。层2还采用了混合自动请求重传技术，以保障数据传输的高可靠性，同时兼顾其有效性。最后，各个成员载波在层1完成比特数据流的传输。

在载波聚合技术中，按成员载波功能的不同可以将其分为两类：主成员载波和辅成员载波。PCC在RRC连接建立/重建/切换时提供NAS层移动信息，执行安全输入功能。每个UE只有一个PCC。SCC依据用户业务数据量的大小进行配置，每个UE的SCC数目不固定。

本实施例主要结合单小区进行分析，包括一个基站和N个用户，(N≥2)，系统可用载波总数表示为S，CC_i表示载波集G＝{CC₁,CC₂,…,CC_S}(1≤i≤S)中的第i个载波，c_i表示CC_i所能提供的覆盖范围。在G中，各载波按其覆盖范围降序排列，即c₁≥c₂≥…≥c_S。为便于方法的描述且不失一般性，本实施例以用户n(1≤n≤N)为例来进行说明。本领域的一般技术人员能够容易地根据本实施例记载的方法步骤将该方法推广到多小区系统中。

参照图3记载的本实施例的基于用户移动的成员载波选择方法的流程，包括如下步骤：

S1：对用户移动进行分析，获得用户在给定时间内所需的覆盖范围，将能满足用户覆盖需求的载波选入该用户的载波备选集；

S2：根据载波的覆盖范围的大小，在上述载波备选集中为用户选择PCC和SCC；

S3：当小区内载波切换被触发之后，选择新的载波替代用户的SINR低于阈值的成员载波。

如图4所示，图3中步骤S1是通过执行以下步骤实现的：

S11、获得当前时刻用户与基站之间的距离。以用户n为例，当其向服务基站发起业务请求时，基站通过基于路径损耗的定位技术获得当前时刻用户n的移动设备与基站的间距

S12、预测给定时间T后用户与基站之间的距离。如图5所示，影响用户设备与基站间距的是用户速度在电磁波入射方向上的分量。对于用户n，影响其与基站间距的速度分量v_n'＝|v_n|·cosθ_n可由多普勒频移公式反推得出，如公式(1)所示：

$f_d=\frac{\left|v_n\right|\·\cos {\mathrm{\θ}}_n}{c}\·f_c---\left(1\right)$

其中，f_d为基站检测到的多普勒频移，c为电磁波传播速率，f_c为载波中心频率。

然后，计算出给定时间T之后用户n与基站的间距

由和

便可确定用户n在给定时间T内所需的覆盖范围，亦即载波需要为用户n提供的覆盖范围。

所述给定时间T可以根据基站所记载的用户载波切换的平均周期来确定，也可以根据当前的网络状况适时调整，但时间T的设定方法不限于此。

S13、生成用户的载波备选集。对于用户n，v_n'为正值意味着用户背离基站运动，如图5中的用户2（UE2）,v_n'为负值意味着用户向着靠近基站的方向运动，如图5中的用户1（UE₁），v_n'等于零或者其值足够小时意味着用户保持静止或以极低的速率运动，如图5中的用户3（UE₃）。

用户背离基站运动时，载波需要为用户n提供的覆盖范围cⁿ应当满足公式(2)：

$s_1^n\≤c^n\≤s_2^n---\left(2\right)$

用户向着基站运动时，载波需要为用户n提供的覆盖范围cⁿ应当满足公式(3)：

$s_2^n\≤c^n\≤s_1^n---\left(3\right)$

用户保持静止或以极低速率运动时，载波需要为用户n提供的覆盖范围cⁿ只需满足用户n当前的覆盖即可，如公式(4)所示：

$c^n\≈s_1^n\left(\mathrm{or}{s}_2^n\right)---\left(4\right)$

综上，根据用户n不同的运动方向，覆盖满足要求的载波被选入用户n的载波备选集

中，在此集合中，各载波按照所能提供的覆盖降序排列，即：

,其中M是指有M个载波满足用户n的覆盖需求，1≤M≤S。

用户的载波备选集生成之后，将从中为用户选择主成员载波PCC和辅成员载波SCC。

步骤S2中，PCC和SCC的选择是通过执行以下步骤实现的：

S21：用户PCC的选择。在用户的载波备选集中，载波所能提供的覆盖越大，意味着载波上的信道质量越好，因此具有的被选优先级也越高。对于用户n而言，在其载波备选集Gⁿ中，

具有最高的被选优先级。

考虑载波的负载均衡问题，本实施例采用负载均衡因子来衡量载波的负载，具体计算如公式(5)所示：

${\mathrm{\α}}_i={\mathrm{\β}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}(1\≤i\≤S)$

${\mathrm{\β}}_i=\frac{K_i}{B_i},K_i=K_{i,\mathrm{PCC}}+K_{i,\mathrm{SCC}}---\left(5\right)$

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}=\frac{1}{S}\left(\underset{i=1}{\overset{S}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\β}}_i\right)$

其中，S是小区内可用载波的个数，K_i是第i个载波的总负载，K_i,PCC和K_i,SCC分别是第i个载波被选为PCC和SCC时的负载，B_i是第i个载波的带宽，

是所有可用载波的平均负载。

当依据公式（5）算得的负载均衡因子

不超过给定阈值α_thr时，将被选作用户n的主成员载波PCC。否则，

将被加以考虑，如果其负载均衡因子不超过给定阈值α_thr，则

将被选作用户n的PCC。依此类推。

S22：用户SCC的选择。随着用户业务数据量的增长，需要为用户配置一个甚至多个辅成员载波SCC以保证用户业务所需的数据速率。本方法中，用户的SCC将从其PCC的补集中进行选择，以避免相邻信道的干扰，保障PCC的信道质量。

用户的PCC选择之后，假设选取所述载波备选集中的第k个载波作为PCC，则在用户n的载波备选集Gⁿ中，从

开始，第一个负载均衡因子不大于阈值α_thr的载波将被选择为用户n的第一个SCC；如果一个SCC不足以满足用户n的业务数据传输需求，则继续寻找负载均衡因子不大于给定阈值α_thr的载波作为用户n的第二个SCC；依此类推，直到找到的找到足够的SCC能够满足用户n的需求。

如图6所示，所述步骤S3是通过执行以下步骤实现的：

S31、本实施例主要介绍小区内的载波重选。首先检测用户在所有成员载波上接收信号的SINR，找出SINR小于给定阈值SINR_Thr的成员载波；

S32、判断用户的载波备选集中是否还有未被该用户占用的载波，且这些载波的SINR值不小于SINR_Thr，如果有则执行步骤S33，否则执行S34；

S33、将用户原载波备选集中未被占用且SINR不小于给定阈值的载波选入用户的载波重选集，转到步骤S35；

S34、在用户原载波备选集之外选择新的载波，新选择的载波构成用户的载波重选集，并更新用户的载波备选集；

新载波的选择过程如步骤1，首先计算用户与基站的当前距离与给定时间T之后用户与基站的距离，预测用户所需的覆盖范围；将覆盖范围满足用户需求且不属于原有载波备选集的载波选入用户的载波重选集；将用户重选集中的载波按照覆盖范围的降序排列插入到用户的原载波备选集中，完成用户备选集的更新；

S35、对用户载波重选集中的载波按照覆盖范围的大小降序排列；

S36、按照步骤S35所述排列顺序，用载波重选集中载波负载因子不大于α_thr的载波替代用户SINR小于给定阈值SINR_Thr的成员载波。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种载波聚合系统中基于用户移动的成员载波选择方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：对用户移动进行分析，获得用户在给定时间内所需的覆盖范围，将能满足用户覆盖需求的载波选入该用户的载波备选集；

S2：根据载波的覆盖范围的大小，在上述载波备选集中为用户选择主成员载波和辅成员载波；

S3：当小区内载波切换被触发之后，选择新的载波替代用户的SINR低于阈值的上述主成员载波和∕或辅成员载波。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体是通过执行以下步骤完成的：

S11、当用户向服务基站发起业务请求时，基站获取当前时刻用户设备与基站之间的距离；

S12、根据用户速度在电磁波入射方向上的分量，计算出在给定时间后用户与基站的距离，从而预测用户在给定时间内所需的载波覆盖范围；

S13、选出所有覆盖范围能够满足相应用户需求的载波，生成该用户的载波备选集，所述备选集中各载波按照所能提供的覆盖范围大小降序排列。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述覆盖范围能够满足相应用户需求的载波是指覆盖范围落在用户与基站的当前距离与用户给定时间之后与基站的距离之间的载波。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21、按照上述步骤得到的载波排列顺序，逐一计算所述备选集中载波的负载均衡因子，找到第一个负载均衡因子不大于给定阈值的载波，作为用户的主成员载波；

S22、按照所述备选集中的载波排列顺序，将第二个负载均衡因子不大于给定阈值的载波作为用户的第一个SCC；如果一个SCC不足以满足该用户的数据传输需求，则继续按照所述载波排列顺序寻找负载均衡因子不大于给定阈值的载波作为用户的SCC，直到找到足够多的SCC能够满足用户业务需求为止。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，重新选择载波具体包括：

S31、检测用户在所有成员载波上接收信号的SINR，找出SINR小于给定阈值的成员载波；

S32、判断用户的载波备选集中是否还有未被该用户占用的载波，且这些载波的SINR值不小于给定阈值，如果有则执行步骤S33，否则执行S34；

S33、将用户原载波备选集中未被占用且SINR不小于给定阈值的载波选入用户的载波重选集，转到步骤S35；

S34、在用户原载波备选集之外选择新的载波，新选择的载波构成用户的载波重选集，并更新用户的载波备选集；

S35、对用户载波重选集中的载波按照覆盖范围由大到小排列；

S36、按照步骤S35的排列顺序，用载波重选集中载波负载因子不大于给定阈值的载波替代用户SINR小于给定阈值的成员载波。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S34具体包括：计算用户与基站的当前距离和给定时间之后用户与基站的距离，预测用户所需的覆盖范围；将覆盖范围满足用户需求且不属于原有载波备选集的载波选入用户的载波重选集；将用户重选集中的载波按照覆盖范围的大小降序排列插入到用户的原载波备选集中，完成用户备选集的更新。

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