CN103327535A - 一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法 - Google Patents

Abstract

一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法，分层蜂窝网络中包括宏基站与多个家庭基站，（1）宏基站周期性判断宏基站的能效是否小于阀值，若小于阀值，进入步骤（2），若大于阀值，宏基站正常服务当前宏用户；（2）宏基站根据各个宏用户的信载干噪比选出候选宏用户；（3）候选宏用户选择对其干扰最大的家庭基站作为目标家庭基站，并根据功率调整量从候选宏用户中选取转移宏用户；（4）转移宏用户转移至相应的目标家庭基站进行功率调整；（5）判断能效是否小于阀值，若是，返回步骤（1），否则，采用调整后的功率服务宏基站中剩余的宏用户。本发明有效解决邻近家庭基站的MUE的干扰问题，提升网络中的能效，可用于多种分层蜂窝网络场景中。

Description

一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及到分层蜂窝网络中的负载转移，具体说的是分层蜂窝网络中的宏基站转移远离宏基站而接近家庭基站的宏用户，并调整功率，实现对接纳宏用户的家庭基站的干扰补偿，从而提升网络中的能效。可用于多种分层蜂窝网络场景，实现负载转移。

背景技术

近年来，移动通信网络对高速数据业务需求越来越大，而根据研究表明，大部分无线数据业务发生在室内环境。家庭基站（Femtocell）是一种新兴的室内覆盖技术，能够以较低的功率为用户提供高速率高带宽的服务，使得移动通信系统在有限的频率资源内改善室内覆盖以及提供高速率数据业务，是新一代移动网络与固定网络的一种融合方式。

家庭基站通常与宏蜂窝（Macrocell）相互交叠，形成分层异构蜂窝网络。家庭基站可以在给定的宏蜂窝标准（GSM，UMTS，WiMAX，LTE）下，提供无线覆盖，从而提升系统的容量和室内覆盖。然而家庭基站的密集部署，对现有宏蜂窝中的宏用户造成明显的干扰，严重影响了宏用户的服务质量，从而影响分层蜂窝网络性能。尤其是当宏用户（宏用户，Macrocell User Equipment）远离宏基站，接近家庭基站时，其服务质量将会严重受到临近家庭基站的影响。

发明内容

本发明的目的在于提出一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法，改善分层蜂窝网络中用户的干扰情况，从而提升网络的整体性能。

为实现上述目的，本发明1、一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法，所述分层蜂窝网络中包括宏基站与多个家庭基站，其特征在于：包括如下步骤：

（1）宏基站周期性判断宏基站的能效是否小于阀值，若小于阀值，则进入步骤（2），若大于阀值，则宏基站正常服务当前宏用户；

（2）宏基站根据所述各个宏用户的信载干噪比选出候选宏用户；

（3）候选宏用户选择对其干扰最大的家庭基站作为目标家庭基站，宏基站分别计算所有候选宏用户转移至相应的目标家庭基站的功率调整量，并根据功率调整量从候选宏用户中选取转移宏用户；

（4）宏基站将转移宏用户转移至相应的目标家庭基站并进行功率调整；

（5）判断宏基站能效是否小于阀值，若是，则返回步骤（1），否则，宏基站采用调整后的功率服务宏基站中剩余的宏用户。

在上述技术方案的基础上，所述步骤（1）包括，

分层蜂窝网络中的M个宏用户测量自身的干扰信息，并反馈给宏基站，其中第m个宏用户测量的干扰信息为I_0,m(p_k,p_-k)，该干扰的干扰源是分层蜂窝网络中的家庭基站，p_k为网络中的第k个家庭基站的发射功率，p_-k为网络中第k个家庭基站以外的家庭基站的发射功率；

分层蜂窝网络中的宏基站根据宏用户反馈的干扰信息，周期性检测其是否触发负载转移：

若检测周期内，宏基站的能效η₀＜η_e，则转至步骤（2），进行负载转移；否则，宏基站不进行负载转移，并正常服务当前的宏用户；其中

P₀为宏基站的发射功率，

η_e由宏基站根据网络性能需求而设定。

在上述技术方案的基础上，所述步骤（2）包括，宏基站根据宏用户反馈的干扰信息，计算各宏用户的信载干噪比值，并通过宏用户的信载干噪比值的大小确定候选宏用户：具体选择方法如下，

设第m个宏用户的信载干噪比值为

若

且第m个宏用户同时也在家庭基站的覆盖范围内，则选择该宏用户成为宏基站进行负载转移的候选宏用户。

在上述技术方案的基础上，所述步骤（3）包括，宏基站中的N个候选宏用户根据各自的信载干噪比值进行优先级排序，宏用户的信载干噪比值越小，优先级则越高，并由优先级排序后的候选宏用户组成候选集合C＝{MUE₁,MUE₂,...MUE_N}，C中的候选宏用户的优先级依次降低，即γ_0,1(P_k,P_-k)≤γ_0,2(P_k,P_-k)≤...≤γ_0,N(P_k,P_-k)。

在上述技术方案的基础上，宏基站依据宏用户反馈的干扰信息为候选宏用户选择目标家庭基站进行转移，其中候选宏基站

的目标家庭基站为网络中的第

个家庭基站：

$\hat{k}=\arg \underset{k\∈K}{\max }\left\{I_{0,\hat{m}}\left(P_k\right)\right\}$

其中

为第k个家庭基站对候选

的干扰，可从候选宏用户

反馈的干扰信息

中得到。

在上述技术方案的基础上，宏基站分别计算候选集合C中的候选宏用户转移至相应的目标家庭基站，对应的功率调整量

为候选

转移至第

个家庭基站，宏基站对应的功率调整量：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\hat{m}}\≥\frac{I_{\hat{k},\hat{m}}(P_0,P_{-\hat{k}})}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_{\hat{k},n}\left(P_0\right)}{P_0}}$

其中

是候选宏用户

测量的其在第

个家庭基站中的干扰，并由候选宏用户

反馈给宏基站，该干扰的干扰源是宏基站和第

个家庭基站以外的其他家庭基站，

为第

个家庭基站以外的家庭基站的发射功率；

是第个家庭基站的第n个家庭用户测量的来自于宏基站的干扰，并由该家庭用户反馈给第

个家庭基站，再由该基站上报给宏基站。

在上述技术方案的基础上，宏基站根据候选

测量的干扰信息

和第个家庭基站上报的干扰信息

计算得到

宏基站计算ΔP中的最大的功率调整量

并将ΔP_n和宏基站允许的最大功率调整量ΔP_max进行比较：

若ΔP_n＞ΔP_max，则候选宏用户MUE_n以及优先级次之的候选宏用户都将不能进行转移，若ΔP_n＝ΔP₁，则优先级最高的候选宏用户MUE₁也不能进行转移，负载转移失败，否则，更新候选集合C和ΔP，将不能进行转移的候选宏用户从候选集合C中删除，以及将不能进行转移的候选宏用户对应的功率调整量从ΔP中删除，并重新比较ΔP_n和宏基站允许的最大功率调整量ΔP_max，直至ΔP_n≤ΔP_max为止，并选取候选宏用户MUE_n以及优先级高之的候选宏用户为转移宏用户。

本发明的优点在于宏基站转移远离宏基站而接近家庭基站的宏用户，并调整发射功率对接纳宏用户的家庭基站进行干扰补偿，能够有效改善网络中用户的干扰情况，并提升能效；另外，本发明不仅适用于本发明中的分层蜂窝网络场景，而且还适用于由微微蜂窝（Picocell）或中继（Relay）与宏蜂窝构成的异构网络场景，本发明具有普适性。

仿真结果表明：本发明提出的分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法相对于无负载转移，可以明显改善网络性能。

附图说明

图1是本发明宏用户接入宏基站时的场景示意图；

图2是本发明宏用户接入家庭基站时的场景示意图；

图3是本发明的流程图；

图4是本发明与无负载转移的宏用户和家庭用户的平均信干噪比对比图。

具体实施方式

参照图3，本发明的分层蜂窝网络中干扰感知的联合功率协调方法的详细实施方式如下：

步骤（1），宏基站周期性判断宏基站的能效是否小于阀值，若小于阀值，则进入步骤（2），若大于阀值，则宏基站正常服务当前宏用户。其包括如下具体步骤：

1a）分层蜂窝网络中的宏用户测量自身的干扰信息，并反馈给宏基站,其中第m个宏用户测量的干扰信息为I_0,m(p_k,p_-k)，该干扰的干扰源是网络中的家庭基站，p_k为网络中的第k个家庭基站的发射功率，p_-k为网络中第k个家庭基站以外的家庭基站的发射功率；

1b）宏基站根据宏用户反馈的干扰信息，计算其当前的能效,

其中P₀为宏基站的发射功率，

并比较当前能效与其期望能效值η_e的大小，其中η_e由宏基站根据网络性能需求而设定：

若η₀＞η_e，则转到步骤（2），实现宏基站的负载转移；否则，宏基站不进行负载转移，并正常服务当前的宏用户；

步骤（2），宏基站根据所述各个宏用户的信载干噪比选出候选宏用户；其包括如下具体步骤：

2a）宏基站根据宏用户反馈的干扰信息，计算各宏用户的信干噪比值，并通过宏用户的信干噪比值的大小确定候选宏用户：

第m个宏用户的信干噪比值为 ${\mathrm{\γ}}_{0,m}=\frac{P_0}{I_{0,m}(P_k,P_{-k})},$ 若且第m个宏用户同时也在家庭基站的覆盖范围内，则选择该宏用户成为宏基站进行负载转移的候选宏用户；

2b）宏基站中的N个候选宏用户根据各自的信干噪比值进行优先级排序，宏用户的信干噪比值越小，优先级则越低，并由优先级排序后的候选宏用户组成候选集合C＝{MUE₁,MUE₂,...MUE_N}，C中的候选宏用户的优先级依次降低，即γ_0,1(P_k,P_-k)≤γ_0,2(P_k,P_-k)≤...≤γ_0,N(P_k,P_-k)。

步骤（3），宏基站依据宏用户反馈的干扰信息为候选宏用户选择目标家庭基站。候选宏用户选择对其干扰最大的家庭基站作为目标家庭基站，宏基站分别计算所有候选宏用户转移至相应的目标家庭基站的功率调整量，并根据功率调整量从候选宏用户中选取转移宏用户，其具体包括以下步骤：

候选宏用户选择对其干扰最大的家庭基站，作为其目标家庭基站，以改善自身的干扰情况：

候选宏用户

的目标家庭基站为网络中的第

个家庭基站，则：

$\hat{k}=\arg \underset{k\∈K}{\max }\left\{I_{0,\hat{m}}\left(P_k\right)\right\}$

其中

为第k个家庭基站对候选

的干扰，可从候选宏用户

反馈的干扰信息

中得到。

宏基站分别计算候选集合C中的候选宏用户转移至相应的目标家庭基站，对应的功率调整量

为候选宏用户转移至第

个家庭基站，宏基站对应的功率调整量：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\hat{m}}\≥\frac{I_{\hat{k},\hat{m}}(P_0,P_{-\hat{k}})}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_{\hat{k},n}\left(P_0\right)}{P_0}}$

其中

是候选

测量的其在第

个家庭基站中的干扰，并由候选

反馈给宏基站，该干扰的干扰源是宏基站和第

个家庭基站以外的其他家庭基站，

为第

个家庭基站以外的家庭基站的发射功率；是第

个家庭基站的第n个家庭用户测量的来自于宏基站的干扰，并由该家庭用户反馈给第

个家庭基站，再由该基站上报给宏基站。

宏基站根据候选

测量的干扰信息

和第

个家庭基站上报的干扰信息

计算得到

宏基站

的功率调整量能够在第

个家庭基站接纳候选宏用户

后，为第

个家庭基站提供足够的干扰补偿，保证其在接纳候选宏用户

后，其所服务的家庭用户的干扰情况不会恶化。

宏基站计算ΔP中的最大功率调整量

并将ΔP_n和宏基站允许的最大功率调整量ΔP_max进行比较：

若ΔP_n＞ΔP_max，则候选宏用户MUE_n以及优先级次之的候选宏用户都将不能进行转移，若ΔP_n＝ΔP₁，则优先级最高的候选宏用户MUE₁也不能进行转移，负载转移失败，否则，更新候选集合C和ΔP，将不能进行转移的候选宏用户从候选集合C中删除，以及将不能进行转移的候选宏用户对应的功率调整量从ΔP中删除，并重新比较ΔP_n和宏基站允许的最大功率调整量ΔP_max，直至ΔP_n≤ΔP_max为止，并选取候选宏用户MUE_n以及优先级高之的候选宏用户为转移宏用户。

若ΔP_n≤ΔP_max，宏基站确定转移集合T＝C并记录功率调整值ΔP_n，转至步骤（4）；

步骤（4）宏基站将转移宏用户转移至相应的目标家庭基站并进行功率调整，实现干扰补偿。

步骤（6）判断宏基站能效是否小于阀值，若是，则返回步骤（1），重复执行上述步骤，否则，宏基站采用调整后的功率服务宏基站中剩余的宏用户。

本发明的效果可以通过仿真进一步说明：

1.仿真条件：

参考图1与图2，本发明构建的仿真模型是由一个宏基站和K个家庭基站重叠覆盖构成的分层蜂窝网络，且每个家庭基站均服务N个家庭用户，而宏基站服务的宏用户个数为M个。参考TR36.814，本发明的具体仿真场景中分别取K＝10,N＝40,M＝2，且家庭基站采用5*5Grid Model，其中每个Grid大小为10*10m，家庭用户和宏用户均随机分布在相应的基站覆盖范围内，且宏基站的最大发射功率为46dBm，而家庭基站的最大发射功率为20dBm。

2.仿真内容与结果

内容：分别在无负载均衡和干扰补偿的负载均衡下对分层蜂窝网络中的宏用户和家庭用户的平均信干噪比进行分析，仿真结果如图4所示。

从图4可见，本发明的干扰补偿的负载转移方法可以明显改善宏用户和家庭用户的平均信干噪比，这是因为宏基站将宏蜂窝中的信干噪比较低的宏用户转移至家庭蜂窝，家庭蜂窝接纳信干噪比较低的宏用户后，宏基站对家庭蜂窝进行干扰补偿，使得家庭基站服务的用户的信干噪比得以改善，因而宏蜂窝中宏用户的平均信干噪比改善的同时，家庭蜂窝中家庭用户的平均信干噪比也得以提升，从而改善分层蜂窝网络的性能。

本发明提出的分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法主要针对如图(1)所示的分层蜂窝网络中的下行场景。该场景由多个家庭基站重叠覆盖一个宏蜂窝覆盖区域，因而该场景中存在的干扰包括层间干扰和层内干扰。层间干扰指的是宏基站对家庭用户（家庭用户，Femtocell User Equipment）的干扰和家庭基站对宏用户的干扰，而层内干扰指的是家庭基站对其他家庭基站服务的家庭用户的干扰。在本发明中，当宏用户远离宏基站，接近家庭基站时，就将该宏用户转移至家庭基站进行服务，如图2所示，而宏基站调整发射功率，对接纳宏用户的家庭基站进行干扰补偿，从而改善该宏用户的干扰情况，提升其服务质量，并提升网络中的能效。

Claims (7)

1.一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法，所述分层蜂窝网络中包括宏基站与多个家庭基站，其特征在于：包括如下步骤：

（1）宏基站周期性判断宏基站的能效是否小于阀值，若小于阀值，则进入步骤（2），若大于阀值，则宏基站正常服务当前宏用户；

（2）宏基站根据所述各个宏用户的信载干噪比选出候选宏用户；

（3）候选宏用户选择对其干扰最大的家庭基站作为目标家庭基站，宏基站分别计算所有候选宏用户转移至相应的目标家庭基站的功率调整量，并根据功率调整量从候选宏用户中选取转移宏用户；

（4）宏基站将转移宏用户转移至相应的目标家庭基站并进行功率调整；

（5）判断宏基站能效是否小于阀值，若是，则返回步骤（1），否则，宏基站采用调整后的功率服务宏基站中剩余的宏用户。

2.如权利要求1所述的一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法，其特征在于：所述步骤（1）包括，

分层蜂窝网络中的M个宏用户测量自身的干扰信息，并反馈给宏基站，其中第m个宏用户测量的干扰信息为I_0,m(p_k,p_-k)，该干扰的干扰源是分层蜂窝网络中的家庭基站，p_k为网络中的第k个家庭基站的发射功率，p_-k为网络中第k个家庭基站以外的家庭基站的发射功率；

分层蜂窝网络中的宏基站根据宏用户反馈的干扰信息，周期性检测其是否触发负载转移：

若检测周期内，宏基站的能效η₀＜η_e，则转至步骤（2），进行负载转移；否则，宏基站不进行负载转移，并正常服务当前的宏用户；其中

P₀为宏基站的发射功率，

η_e由宏基站根据网络性能需求而设定。

3.如权利要求1所述的一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法，其特征在于：所述步骤（2）包括，宏基站根据宏用户反馈的干扰信息，计算各宏用户的信载干噪比值，并通过宏用户的信载干噪比值的大小确定候选宏用户：具体选择方法如下，

设第m个宏用户的信载干噪比值为若

且第m个宏用户同时也在家庭基站的覆盖范围内，则选择该宏用户成为宏基站进行负载转移的候选宏用户。

4.如权利要求1所述的一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法，其特征在于：所述步骤（3）包括，宏基站中的N个候选宏用户根据各自的信载干噪比值进行优先级排序，宏用户的信载干噪比值越小，优先级则越高，并由优先级排序后的候选宏用户组成候选集合C＝{MUE₁,MUE₂,...MUE_N}，C中的候选宏用户的优先级依次降低，即γ_0,1(P_k,P_-k)≤γ_0,2(P_k,P_-k)≤...≤γ_0,N(P_k,P_-k)。

5.如权利要求4所述的一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法，其特征在于：宏基站依据宏用户反馈的干扰信息为候选宏用户选择目标家庭基站进行转移，其中候选宏基站的目标家庭基站为网络中的第

个家庭基站：

$\hat{k}=\arg \underset{k\∈K}{\max }\left\{I_{0,\hat{m}}\left(P_k\right)\right\}$

其中

为第k个家庭基站对候选

的干扰，可从候选宏用户

反馈的干扰信息

中得到。

6.如权利要求5所述的一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法，其特征在于：宏基站分别计算候选集合C中的候选宏用户转移至相应的目标家庭基站，对应的功率调整量 $\mathrm{\ΔP}=\{\mathrm{\Δ}{P}_1,\mathrm{\Δ}{P}_2,...\mathrm{\Δ}{P}_{\hat{m}}\mathrm{\Δ}{P}_{\hat{m}},...\mathrm{\Δ}{P}_N\},$

为候选转移至第

个家庭基站，宏基站对应的功率调整量：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\hat{m}}\≥\frac{I_{\hat{k},\hat{m}}(P_0,P_{-\hat{k}})}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_{\hat{k},n}\left(P_0\right)}{P_0}}$

其中是候选宏用户

测量的其在第

个家庭基站中的干扰，并由候选宏用户

反馈给宏基站，该干扰的干扰源是宏基站和第个家庭基站以外的其他家庭基站，

为第

个家庭基站以外的家庭基站的发射功率；

是第

个家庭基站的第n个家庭用户测量的来自于宏基站的干扰，并由该家庭用户反馈给第

个家庭基站，再由该基站上报给宏基站。

7.如权利要求6所述的一种分层蜂窝网络中干扰补偿的负载转移方法，其特征在于：宏基站根据候选

测量的干扰信息和第

个家庭基站上报的干扰信息

计算得到

宏基站计算ΔP中的最大的功率调整量并将ΔP_n和宏基站允许的最大功率调整量ΔP_max进行比较：

若ΔP_n＞ΔP_max，则候选宏用户MUE_n以及优先级次之的候选宏用户都将不能进行转移，若ΔP_n＝ΔP₁，则优先级最高的候选宏用户MUE₁也不能进行转移，负载转移失败，否则，更新候选集合C和ΔP，将不能进行转移的候选宏用户从候选集合C中删除，以及将不能进行转移的候选宏用户对应的功率调整量从ΔP中删除，并重新比较ΔP_n和宏基站允许的最大功率调整量ΔP_max，直至ΔP_n≤ΔP_max为止，并选取候选宏用户MUE_n以及优先级高之的候选宏用户为转移宏用户。

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