CN103338505B - 一种分层蜂窝网络中干扰感知的联合功率协调方法 - Google Patents

Abstract

一种分层蜂窝网络中干扰感知的联合功率协调方法，包括如下步骤：S1测量所述分层蜂窝网络中的家庭用户受到干扰情况，并将测量到的干扰情况反馈给宏基站；S2宏基站根据接收到的家庭用户受到干扰情况调整自身的发射功率；S3宏基站将宏用户所受到的干扰情况发送至所述分层蜂窝网络中所有家庭基站；S4所述分层蜂窝网络中所有家庭基站依照接收到的宏用户所受到的干扰情况调整自身的发射功率；S5判断宏基站和家庭基站的发射功率是否收敛若收敛，则完成功率协调，若未收敛，则返回步骤S1。本发明可以充分利用网络中格的干扰信息，进行功率协调，从而改善网络干扰，提升网络性能。可用于多种分层蜂窝网络场景中的干扰协调。

Description

一种分层蜂窝网络中干扰感知的联合功率协调方法

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干扰协调，具体说的是采用一种干扰感知的联合功率协调方法，以有效实现分层蜂窝网络中的干扰协调，提升网络整体性能。可用于多种分层蜂窝网络场景，实现干扰协调。

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，形成分层异构无线网络。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，与现有宏蜂窝的重叠覆盖造成复杂的干扰结构。因而，在家庭基站大规模部署前，分层蜂窝网络中的干扰管理技术问题成为运营商面临的巨大挑战。干扰协调被3GPPRAN4工作组认为是解决分层蜂窝网络中干扰问题的有效方法之一，现有的干扰协调技术中主要有功率控制，频域分配和时域控制。然而各种干扰协调技术都还处于研究阶段，本发明则从功率控制出发，实现分层蜂窝网的干扰协调。

本发明提出的分层蜂窝网络中干扰感知的联合功率协调主要针对如图1所示的分层蜂窝网络的下行场景。该场景由多个家庭基站重叠覆盖一个宏蜂窝覆盖区域，本发明的干扰感知信息反应分层蜂窝网中的干扰情况，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(FUE,FemtocellUserEquipment)的干扰和家庭基站对宏用户(MUE,MacrocellUserEquipment)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FUE的干扰。

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感知的联合功率协调方法，实现分层蜂窝网的干扰协调，从而提升网络的整体性能。

为实现上述目的，本发明的一种分层蜂窝网络中干扰感知的联合功率协调方法，包括如下步骤：

S1测量所述分层蜂窝网络中的家庭用户受到干扰情况，并将测量到的干扰情况反馈给宏基站；

S2宏基站根据接收到的家庭用户受到干扰情况调整自身的发射功率；

S3宏基站将宏用户所受到的干扰情况发送至所述分层蜂窝网络中所有家庭基站；

S4所述分层蜂窝网络中所有家庭基站依照接收到的宏用户所受到的干扰情况调整自身的发射功率；

S5判断宏基站和家庭基站的发射功率是否收敛至预设值，若收敛至预设值，则完成功率协调，若未收敛至预设值，则返回步骤S1。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S1包括：所述分层蜂窝网络中的家庭用户测量自身的干扰信息，并反馈给相应的家庭基站，其中第k个家庭基站得到的来自于其第n个家庭用户的干扰信息为I_k,n(p₀,p_-k)，该干扰信息主要包含宏基站和其他家庭基站带来的干扰。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S1还包括：所述分层蜂窝网络中的家庭基站从FUE反馈的干扰信息中，估计来自于宏基站的干扰，并将估计结果反馈给宏基站，其中宏基站从第k个家庭基站上报信息中得知其对该家庭基站中的第n个FUE的干扰为I_k,n(p₀)。

在上述技术方案的基础上，其中步骤S2中所述的宏基站进行功率调控，是按照以下公式进行的：

$p_0=\frac{1-{\mathrm{\α}}_0}{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{1}{{\mathrm{\β}}_k}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_{k,n}\left(p_0\right)}{p_0{I}_{k,n}^2(p_0,p_{-k})}\right)+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{th}}^k\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{k,n}\frac{I_{k,n}\left(p_0\right)}{p_0}-\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_m}$

且 ${\mathrm{\β}}_k=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{I_{k,n}(p_0,p_k)};$

其中，K为分层蜂窝网络中家庭基站的个数，且每个家庭基站均服务N个FUE，而网络中宏基站服务的MUE的个数为M；α₀为介于0到1之间的常数，是宏基站根据宏用户在分层蜂窝网络中的分布和网络性能需求设定的；为第k个家庭基站的信载干燥比门限值，由家庭基站设定；λ_k,n，λ_m均为大于等于零的拉格朗日因子。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S4所述家庭基站进行功率协调，是按照如下公式进行的：

$p_k=\frac{1-{\mathrm{\α}}_k}{\frac{1}{{\mathrm{\β}}_0}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_{0,m}\left(p_k\right)}{p_k{I}_{0,m}^2(p_k,p_{-k})}+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{th}}^0\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{0,m}\frac{I_{0,m}\left(p_k\right)}{p_k}-\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_n}$

且 ${\mathrm{\β}}_0=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{I_{0,m}(p_k,p_{-k})};$

其中，p_k是分层蜂窝网络中第k个家庭基站的发射功率，α_k为介于0到1之间的常数，是由第k个家庭基站根据其所服务的FUE的分布和网络性能需求设定的；为宏基站的SINR门限值，由宏基站设定；λ_0,m，λ_n均为大于等于零的拉格朗日因子

本发明的优点在于宏基站在功率调整时，可以充分利用其对分层蜂窝网络中的FUE造成的干扰信息，同样，家庭基站的功率调整也充分利用了其对MUE的干扰信息，这种由宏基站和家庭基站联合功率协作的方法能够充分利用网络中的干扰情况，可以保证网络的性能优势；另外，本发明不仅适用于本发明的分层网络场景，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，以及一些同构网络场景，本发明具有普适性。

仿真结果表明：本发明提出的联合功率协作方法具有收敛性，且相对于无功率控制，本发明有明显的性能优势。

附图说明

图1是本发明的场景示意图；

图2是本发明的流程图；

图3是本发明的功率收敛曲线图。

具体实施方式

参照图2，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S1，测量所述分层蜂窝网络中的家庭用户受到干扰情况，并将测量到的干扰情况反馈给宏基站，其具体包括，

1a）分层蜂窝网络中的家庭用户测量自身的干扰信息，并反馈给相应的家庭基站，其中第k个家庭基站得到的来自于其第n个家庭用户的干扰信息为I_k,n(p₀,p_-k)，该干扰信息主要包含宏基站和其他家庭基站带来的干扰；

1b）分层蜂窝网络中的家庭基站从家庭用户反馈的干扰信息中，估计来自于宏基站的干扰，并将估计结果反馈给宏基站，其中宏基站从第k个家庭基站上报信息中得知其对该家庭基站中的第n个家庭用户的干扰为I_k,n(p₀)；

步骤S2，宏基站根据接收到的家庭用户受到干扰情况调整自身的发射功率。其包括：

宏基站从家庭基站的上报信息中可以得知其对网络中家庭用户造成的干扰，宏基站根据家庭基站的上报信息，调整自身的发射功率，从而调整其对网络中家庭用户造成的干扰。宏基站的具体功率调整是按照以下公式进行的：

$p_0=\frac{1-{\mathrm{\α}}_0}{\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{1}{{\mathrm{\β}}_k}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_{k,n}\left(p_0\right)}{p_0{I}_{k,n}^2(p_0,p_{-k})}\right)+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{th}}^k\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{k,n}\frac{I_{k,n}\left(p_0\right)}{p_0}-\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_m}$

且 ${\mathrm{\β}}_k=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{I_{k,n}(p_0,p_k)};$

其中，K为分层网络中家庭基站的个数，且每个家庭基站均服务N个家庭用户，而网络中宏基站服务的宏用户的个数为M；α₀为介于0到1之间的常数，是宏基站根据宏用户在分层蜂窝网络中的分布和网络性能需求设定的；为第k个家庭基站的信载干燥比（SINR，SignaltoInterferenceandNoiseRatio）门限值，由家庭基站设定；λ_k,n，λ_m均为大于等于零的拉格朗日因子。

步骤S3，宏基站将宏用户所受到的干扰情况发送至所述分层蜂窝网络中所有家庭基站。其包括：

3a）宏基站功率调整后，宏用户测量自身的干扰情况，并反馈给宏基站，其中，宏基站得到的来自于第m个宏用户的干扰信息为I_0,m(p_k,p_-k)，该干扰主要来自于网络中的家庭基站；

3b）宏基站从宏用户反馈的干扰信息中，估计分别来自于各家庭基站的干扰，并将估计结果分别下发给各家庭基站，其中第k个家庭基站从宏基站下发的干扰信息中得知其对第m个宏用户的干扰为I_0,m(p_k)。

步骤S4，分层蜂窝网络中所有家庭基站依照接收到的宏用户所受到的干扰情况调整自身的发射功率。其具体包括：

家庭基站可以从宏基站下发的干扰信息中得知其对宏用户造成的干扰，并根据宏基站的下发信息，进行自身发射功率的调整。各家庭基站的具体调整是按照如下公式进行的：

$p_k=\frac{1-{\mathrm{\α}}_k}{\frac{1}{{\mathrm{\β}}_0}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{I_{0,m}\left(p_k\right)}{p_k{I}_{0,m}^2(p_k,p_{-k})}+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{th}}^0\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{0,m}\frac{I_{0,m}\left(p_k\right)}{p_k}-\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_n}$

且 ${\mathrm{\β}}_0=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{I_{0,m}(p_k,p_{-k})};$

其中，p_k是分层蜂窝网络中第k个家庭基站的发射功率，α_k为介于0到1之间的常数，是由第k个家庭基站根据其所服务的家庭用户的分布和网络性能需求设定的；为宏基站的SINR门限值，由宏基站设定；λ_0,m，λ_n均为大于等于零的拉格朗日因子。

步骤S5，判断宏基站和家庭基站的发射功率是否收敛若收敛，则完成功率协调，若未收敛，则返回步骤S1，此时宏基站和家庭基站的发射功率都收敛到一个固定值。

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，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＝6,N＝4,M＝6，且家庭基站采用5*5GridModel，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，且宏基站和家庭基站的最大发射功率分别为46dBm，20dBm。

2.仿真内容与结果

先后对宏基站和家庭基站的发射功率设两组不同的初值，分别为（46dBm,20dBm）和（23dBm,10dBm），采用联合功率协调后，对两组初值下的发射功率收敛结果进行对比分析，仿真结果如图3所示。

从图3可见，本发明的干扰感知的联合功率调控方法在宏基站和家庭基站设有不同初值时，均收敛到相同的结果，说明本发明中的算法与初值的设定无关，具有收敛性。

Claims (4)

1.一种分层蜂窝网络中干扰感知的联合功率协调方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1测量所述分层蜂窝网络中的家庭用户受到干扰情况，并将测量到的干扰情况反馈给宏基站；

S2宏基站根据接收到的家庭用户受到干扰情况调整自身的发射功率；

S3宏基站将宏用户所受到的干扰情况发送至所述分层蜂窝网络中所有家庭基站；

S4所述分层蜂窝网络中所有家庭基站依照接收到的宏用户所受到的干扰情况调整自身的发射功率；

S5判断宏基站和家庭基站的发射功率是否收敛，若收敛，则完成功率协调，若未收敛，则返回步骤S1；

所述步骤S1还包括：所述分层蜂窝网络中的家庭基站从家庭用户家庭用户FUE反馈的干扰信息中，估计来自于宏基站的干扰，并将估计结果反馈给宏基站，其中宏基站从第k个家庭基站上报信息中得知其对该家庭基站中的第n个家庭用户FUE的干扰为I_k,n(p₀)。

2.如权利要求1所述的一种分层蜂窝网络中干扰感知的联合功率协调方法，其特征在于：所述步骤S1包括：所述分层蜂窝网络中的家庭用户测量自身的干扰信息，并反馈给相应的家庭基站，其中第k个家庭基站得到的来自于其第n个家庭用户的干扰信息为I_k,n(p₀,p_-k)，该干扰信息主要包含宏基站和其他家庭基站带来的干扰。

3.如权利要求1所述的一种分层蜂窝网络中的干扰感知的联合功率协调方法，其特征在于：其中步骤S2中所述的宏基站进行功率调控，是按照以下公式进行的：

$p_0=\frac{1-{\mathrm{\α}}_0}{\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\left(\frac{1}{{\mathrm{\β}}_k}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}\frac{I_{k,n}\left(p_0\right)}{p_0{I}_{k,n}^2(p_0,p_{-k})}\right)+{\mathrm{\γ}}_{th}^k\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{k,n}\frac{I_{k,n}\left(p_0\right)}{p_0}-\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_m}$

且 ${\mathrm{\β}}_k=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}\frac{1}{I_{k,n}(p_0,p_k)};$

其中，K为分层蜂窝网络中家庭基站的个数，且每个家庭基站均服务N个家庭用户FUE，而网络中宏基站服务的宏用户个数为M；α₀为介于0到1之间的常数，是宏基站根据宏用户在分层蜂窝网络中的分布和网络性能需求设定的；为第k个家庭基站的信载干噪比门限值，由家庭基站设定；λ_k,n，λ_m均为大于等于零的拉格朗日因子。

4.如权利要求1所述的一种分层蜂窝网络中的干扰感知的联合功率协调方法，其特征在于：所述步骤S4所述家庭基站进行功率协调，是按照如下公式进行的：

$p_k=\frac{1-{\mathrm{\α}}_k}{\frac{1}{{\mathrm{\β}}_0}\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\frac{I_{0,m}\left(p_k\right)}{p_k{I}_{0,m}^2(p_k,p_{-k})}+{\mathrm{\γ}}_{th}^0\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_{0,m}\frac{I_{0,m}\left(p_k\right)}{p_k}-\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_n}$

且 ${\mathrm{\β}}_0=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\frac{1}{I_{0,m}(p_k,p_{-k})};$

其中，p_k是分层蜂窝网络中第k个家庭基站的发射功率，α_k为介于0到1之间的常数，是由第k个家庭基站根据其所服务的家庭用户FUE的分布和网络性能需求设定的；为宏基站的SINR门限值，由宏基站设定；λ_0,m，λ_n均为大于等于零的拉格朗日因子。