CN103391553A - 基于rsrp的流量卸载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RSRP的流量卸载方法，包括以下步骤：S1：初始化，生成网络部署图：生成基站、用户，产生宏小区用户和微微小区用户；S2：对异构网络的频率资源进行部分复用；S3：建立负载表和用户接收的参考信号接收功率表；S4：选择满足卸载条件的用户：宏小区有卸载条件为r_k,i+RSRP₀≥r_k,0；微微小区的卸载条件为r_k,j,j∈[1,2,3,4,5,6]/i满足r_k,j≥r_k,i；S5：选择用户切换的目标微微小区；S6：更新各个小区的负载表和每个用户的参考信号接收功率表。本发明通过对满足卸载条件的宏小区和微微小区进行流量卸载来提高系统的能量效率、接入容量和覆盖范围；能够提高系统的频谱利用率，可以减少微微小区边缘用户接受到来自宏小区和邻居微微小区的干扰。

Description

基于RSRP的流量卸载方法

技术领域

本发明涉及一种基于RSRP的流量卸载方法。

背景技术

随着移动互联网、智能终端的飞速发展，数据业务也在爆炸性的增长，然而，迅速发展的移动互联网也给通信行业带了极大的挑战，大量通信设备的部署势必带来能耗的急剧增加，目前，高耗能的通信行业已成为温室气体排放的主要行业之一。另外，在某些特定的场景下，例如密集城区，传统的宏基站小区分裂技术已经不能保证日益增长的用户的服务质量，并且部署宏基站的成本太高。因此，LTE-A架构下宏基站覆盖范围内重叠部署低功率基站成为提高通信系统能效的热点研究课题。

由宏基站和低功率基站重叠部署的网络称为异构网络，在异构网络中，不同类型的基站具有不同的容量、约束条件和功能。低功率基站如微微基站、毫微微基站和中继到用户的距离较近，路径损耗较小，用户能获得较大的信干噪比。因此，通过低功率基站来卸载宏基站的流量在解决通信系统能效、容量、覆盖范围等方面都是一个可行的解决方案,异构网络中低功率基站的部署能够提高系统的能量效率，同时也会带来小区边缘用户的用户服务质量（QoS）的降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种将部分频率复用技术和TO算法相结合，得到小区边缘用户QoS较好的TOFFR流量卸载算法的基于RSRP的流量卸载方法，本方法通过对满足卸载条件的宏小区和微微小区进行流量卸载来提高系统的能量效率、接入容量和覆盖范围。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：它包括以下步骤：

S1：初始化，生成网络部署图：生成基站，单个宏基站部署在坐标原点，宏小区分为三个扇区，每个扇区随机部署一个微微基站；生成用户，产生宏小区用户和微微小区用户，用户随机分布在小区的覆盖范围内，其中宏小区有K个用户，用集合K={1，2，L,K}表示，微微小区i,i∈[1,2,3,4,5,6]有K_i个用户，用集合K_i={1,2,L,K_i}表示，各小区的负载都在最大负载范围内；

S2：对异构网络的频率资源进行部分复用，即将微微小区分为内外两个部分，靠近微微基站的为中心区域，远离微微基站的为边缘区域，在中心区域的用户为微微小区中心用户，在边缘区域的用户为边缘用户；将系统的频带划分为X和Y两个部分，X部分带宽较小，用于微微小区的小区边缘用户，Y部分带宽较大，用于微微小区的中心用户和宏小区用户，对微微小区的边缘用户采用较大的发射功率；

S3：建立负载表和用户接收的参考信号接收功率表：在基站端，每个基站计算本小区的负载，负载为小区中已分配的子载波数目与总子载波数目之比，系统中各小区的负载用集合L={ρ₀,ρ₁,ρ₂,ρ₃,ρ₄,ρ₅,ρ₆}表示，其中ρ₀为宏小区的负载值，ρ_i,i∈[1,2,3,4,5,6]为微微小区的负载值,通过小区间的信息交互，每个基站端建立一个网络中各小区的负载分布表,在用户端，用户k接收到来自所有基站参考信号接收功率用集合R_k={r_k,i|i∈[0,1,2,3,4,5,6]}表示，建立参考信号接收功率表；

S4：选择满足卸载条件的用户：对于宏小区的用户k，比较R_k中r_k,0与r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]的值，如果有r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]满足r_k,i+RSRP₀≥r_k,0，则该用户满足卸载条件；对于微微小区i,i∈[1,2,3,4,5,6]的用户k，如果有r_k,j,j∈[1,2,3,4,5,6]/i满足r_k,j≥r_k,i，则该用户满足卸载条件，小区i,i∈[0,1,2,3,4,5,6]中满足卸载条件的用户集合用T_i表示，其中T₀={k|r_k,i+RSRP₀≥r_k.0}，T_i={k|r_k,j≥r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]}；

S5：选择用户切换的目标微微小区：对于小区i,i∈[0,1,2,3,4,5,6]的满足卸载条件的用户k,k∈T_i，它的参考信号接收功率表为R_k={r_k,i|i∈[0,1,2,3,4,5,6}，选择使用户满足卸载条件的微微基站，将它们按r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]的值的大小进行升序排列，选择r_k,i值最大且小区负载满足最大负载限定值的微微基站i作为用户进行切换的目标基站，如果所有使用户满足卸载条件的微微基站的负载均不满足负载要求，则用户留在原小区，不进行切换；

S6：更新各个小区的负载表和每个用户的参考信号接收功率表。

所述的RSRP₀为偏置值，对于宏小区用户，所述的r_k,i为用户k接收来自微微基站i的接收信号参考功率，r_k,0为用户k接收来自宏小区的接收信号参考功率，对于微微基站，r_k,i为用户接收服务微微小区的接收信号参考功率，r_k,j为用户接收来自邻居微微小区的接收信号参考功率。

本发明的有益效果是：

1、根据用户测量的RSRP，分别设定宏小区和微微小区的流量卸载条件，宏小区满足r_k,i+RSRP₀≥r_k,0时，宏小区的用户切换到微微小区；微微小区满足r_k,j≥r_k,i时，本微微小区的用户切换到邻居微微小区，通过对满足卸载条件的宏小区和微微小区进行流量卸载来提高系统的能量效率、接入容量和覆盖范围；

2、对微微小区的边缘用户采用较大的发射功率，能够提高系统的频谱利用率；通过频率部分复用，可以减少微微小区边缘用户接受到来自宏小区和邻居微微小区的干扰；将部分频率复用技术和TO算法相结合，得到小区边缘用户QoS较好的TOFFR算法，可以显著地提高系统的能量效率。

附图说明

图1为本发明将宏小区的负载全部卸载到微微基站的能效增益上界图；

图2为本发明的对异构网络的频率资源进行部分复用的频带划分示意图；

图3为本发明的不同的RSRP0值下进行流量卸载与没有流量卸载的能效曲线。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案，但本发明所保护的内容不局限于以下所述。

考虑单个宏小区和N个毫微微小区共存的异构网络场景，小区用0,1，…,N表示，其中0表示宏小区。假设系统中有K个用户，微微基站卸载的用户数量用集合T={t₁,...,t_n}表示，则微微基站i的卸载率为

${\mathrm{ratio}}_{\mathrm{offlaoding}}=\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i}{K}$

一般来说，宏基站的功率消耗与基站的配置和小区的负载有关，表达公式为：

P_Macro=P_p+m(P_TRX+ρ·P_max/c)

其中，m为宏小区的扇区数量，P_p是信号处理单元的功率，P_TRX是无线电模块的固定功率，P_max是基站的最大输出功率，ρ是宏小区的负载，c是无线电资源转换因子。由于Pico的功率消耗较小，且大部分的功率消耗为静态功率消耗，因此可以假设Pico的功率为常数P_pico，P_pico的范围在10w到70w之间，随着Pico设备的改进功率会减少。

因此，在宏小区的负载流量没有被微微基站卸载的情况下，系统的功率消耗为

P_{no_ofloading}(ρ)=P_p+m(P_TRX+ρ·P_max/c)+N·P_pico

当微微基站卸载宏小区的负载流量时，系统的功率消耗是流量卸载率的函数

P_ofloading(ρ)=P_p+m(P_TRX+ρ·(1-ratio_ofloading)·P_max/c)+N·P_pico

相应地，在没有流量卸载情况和流量卸载情况下，系统的数据速率为

$R_{\mathrm{no}\_\mathrm{offloading}}=\underset{k\∈K}{\mathrm{\Σ}}{B}_1\left(k\right)(1+{\mathrm{SINR}}_m\left(k\right))$

$R_{\mathrm{offloading}}=\underset{k\∈K_m}{\mathrm{\Σ}}{B}_1\left(k\right)(1+{\mathrm{SINR}}_m\left(k\right))+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k\∈K_{\mathrm{pi}}}{\mathrm{\Σ}}{B}_2\left(k\right)(1+{\mathrm{SINR}}_i\left(k\right))$

因此流量卸载带来的能效增益为

$\mathrm{\ΔEE}=\frac{R_{\mathrm{offloading}}}{P_{\mathrm{offloading}}}-\frac{R_{\mathrm{no}\_\mathrm{offloading}}}{P_{\mathrm{no}\_\mathrm{offloading}}}$

我们将宏小区的负载全部卸载到微微基站，得到流量卸载的能效增益上界，如图1所示。由图可知，随着宏小区中负载的增加，流量卸载带来的能效增益呈升高的趋势，因此，异构网络中部署微微基站来卸载宏小区的流量是能够提高系统的能量效率的。

基于RSRP的流量卸载方法，它包括以下步骤：

S1：初始化，生成网络部署图：生成基站，单个宏基站部署在坐标原点，宏小区分为三个扇区，每个扇区随机部署一个微微基站；生成用户，产生宏小区用户和微微小区用户，用户随机分布在小区的覆盖范围内，其中宏小区有K个用户，用集合K={1，2，L,K}表示，微微小区i,i∈[1,2,3,4,5,6]有K_i个用户，用集合K_i={1,2,L,K_i}表示，各小区的负载都在最大负载范围内；

S2：如图2所示，对异构网络的频率资源进行部分复用，即将微微小区分为内外两个部分，靠近微微基站的为中心区域，远离微微基站的为边缘区域，在中心区域的用户为微微小区中心用户，在边缘区域的用户为边缘用户；将系统的频带划分为X和Y两个部分，X部分带宽较小，用于微微小区的小区边缘用户，Y部分带宽较大，用于微微小区的中心用户和宏小区用户，对微微小区的边缘用户采用较大的发射功率；

S3：建立负载表和用户接收的参考信号接收功率表：在基站端，每个基站计算本小区的负载，负载为小区中已分配的子载波数目与总子载波数目之比，系统中各小区的负载用集合L={ρ₀,ρ₁,ρ₂,ρ₃,ρ₄,ρ₅,ρ₆}表示，其中ρ₀为宏小区的负载值，ρ_i,i∈[1,2,3,4,5,6]为微微小区的负载值,通过小区间的信息交互，每个基站端建立一个网络中各小区的负载分布表,在用户端，用户k接收到来自所有基站参考信号接收功率用集合R_k={r_k,i|i∈[0,1,2,3,4,5,6]}表示，建立参考信号接收功率表；

S4：选择满足卸载条件的用户：对于宏小区的用户k，比较R_k中r_k,0与r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]的值，如果有r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]满足r_k,i+RSRP₀≥r_k,0，则该用户满足卸载条件；对于微微小区i,i∈[1,2,3,4,5,6]的用户k，如果有r_k,j,j∈[1,2,3,4,5,6]/i满足r_k,j≥r_k,i，则该用户满足卸载条件，小区i,i∈[0,1,2,3,4,5,6]中满足卸载条件的用户集合用T_i表示，其中T₀={k|r_k,i+RSRP₀≥r_k.0}，T_i={k|r_k,j≥r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]}；

S5：选择用户切换的目标微微小区：对于小区i,i∈[0,1,2,3,4,5,6]的满足卸载条件的用户k,k∈T_i，它的参考信号接收功率表为R_k={r_k,i|i∈[0,1,2,3,4,5,6]}，选择使用户满足卸载条件的微微基站，将它们按r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]的值的大小进行升序排列，选择r_k,i值最大且小区负载满足最大负载限定值的微微基站i作为用户进行切换的目标基站，如果所有使用户满足卸载条件的微微基站的负载均不满足负载要求，则用户留在原小区，不进行切换；

S6：更新各个小区的负载表和每个用户的参考信号接收功率表。

所述的RSRP₀为偏置值，对于宏小区用户，所述的r_k,i为用户k接收来自微微基站i的接收信号参考功率，r_k,0为用户k接收来自宏小区的接收信号参考功率，对于微微基站，r_k,i为用户接收服务微微小区的接收信号参考功率，r_k,j为用户接收来自邻居微微小区的接收信号参考功率。

根据LTE-A中的测量规范，物理层提供UE的测量能力，其中UE的测量值之一就是参考信号接收功率(RSRP，Reference Signal Receive Power)。在LTE-A异构蜂窝网络中，微微基站卸载流量的方式有两种：一是卸载宏小区的流量，二是卸载邻居微微基站的流量。TO(Traffic Offloading)算法根据用户测量的RSRP，分别进行这两种方式的流量卸载，本发明方案中的步骤S1和S3～S6即为TO算法。设定宏小区用户的卸载条件为r_k,i+RSRP₀≥r_k,0，其中r_k,i为用户k接收来自微微基站i的接收信号参考功率，r_k,0为用户k接收来自宏小区的接收信号参考功率，RSRP₀为偏置值，设置偏置值是为了让微微小区卸载较多的宏小区负载。当宏小区的用户k测量到来自某一微微基站的r_k,i+RSRP₀≥r_k,0时，宏小区的用户切换到微微小区。设定微微小区间的卸载条件为r_k,j≥r_k,i，其中r_k,i为用户接收服务微微小区的接收信号参考功率，r_k,j为用户接收来自邻居微微小区的接收信号参考功率，当微微小区的用户k测量到来自邻居微微小区的r_k,j满足r_k,j≥r_k,i，本微微小区的用户切换到邻居微微小区。

在宏小区覆盖范围内重叠部署微微基站，在宏小区中产生了很多新的小区覆盖边缘，位于边缘的用户受到强烈的干扰，性能较差，导致系统吞吐量一定程度上的降低，为了解决这个问题，提出了TOFFR(Traffic Offloading based on Fractional Frequency Reuse)算法。TOFFR算法是在在TO算法的基础上，对异构网络的频率资源进行部分复用，即本发明中步骤S2使用的方法，频带划分示意图如图2所示，对微微小区的边缘用户采用较大的发射功率，能够提高系统的频谱利用率；通过频率部分复用，可以减少微微小区边缘用户接受到来自宏小区和邻居微微小区的干扰，将部分频率复用技术和TO算法相结合，得到本发明的TOFFR算法。

图3为本发明的不同的RSRP0值下进行流量卸载与没有流量卸载的能效曲线。

Claims (2)

1.基于RSRP的流量卸载方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：初始化，生成网络部署图：生成基站，单个宏基站部署在坐标原点，宏小区分为三个扇区，每个扇区随机部署一个微微基站；生成用户，产生宏小区用户和微微小区用户，用户随机分布在小区的覆盖范围内，其中宏小区有K个用户，用集合K={1，2，L,K}表示，微微小区i,i∈[1,2,3,4,5,6]有K_i个用户，用集合K_i={1,2,L,K_i}表示，各小区的负载都在最大负载范围内；

S2：对异构网络的频率资源进行部分复用，即将微微小区分为内外两个部分，靠近微微基站的为中心区域，远离微微基站的为边缘区域，在中心区域的用户为微微小区中心用户，在边缘区域的用户为边缘用户；将系统的频带划分为X和Y两个部分，X部分带宽较小，用于微微小区的小区边缘用户，Y部分带宽较大，用于微微小区的中心用户和宏小区用户，对微微小区的边缘用户采用较大的发射功率；

S3：建立负载表和用户接收的参考信号接收功率表：在基站端，每个基站计算本小区的负载，负载为小区中已分配的子载波数目与总子载波数目之比，系统中各小区的负载用集合L={ρ₀,ρ₁,ρ₂,ρ₃,ρ₄,ρ₅,ρ₆}表示，其中ρ₀为宏小区的负载值，ρ_i,i∈[1,2,3,4,5,6]为微微小区的负载值,通过小区间的信息交互，每个基站端建立一个网络中各小区的负载分布表；在用户端，用户k接收到来自所有基站参考信号接收功率用集合R_k={r_k,i|i∈[0,1,2,3,4,5,6]}表示，建立参考信号接收功率表；

S4：选择满足卸载条件的用户：对于宏小区的用户k，比较R_k中r_k,0与r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]的值，如果有r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]满足r_k,i+RSRP₀≥r_k,0，则该用户满足卸载条件；对于微微小区i,i∈[1,2,3,4,5,6]的用户k，如果有r_k,j,j∈[1,2,3,4,5,6]/i满足r_k,j≥r_k,i，则该用户满足卸载条件，小区i,i∈[1,2,3,4,5,6]中满足卸载条件的用户集合用T_i表示，其中T₀={k|r_k,i+RSRP₀≥r_k,0}，T_i={k|r_k,j≥r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]}；

S5：选择用户切换的目标微微小区：对于小区i,i∈[0,1,2,3,4,5,6]的满足卸载条件的用户k,k∈T_i，它的参考信号接收功率表为R_k={r_k,i|i∈[0,1,2,3,4,5,6]}，选择使用户满足卸载条件的微微基站，将它们按r_k,i,i∈[1,2,3,4,5,6]的值的大小进行升序排列，选择r_k,i值最大且小区负载满足最大负载限定值的微微基站i作为用户进行切换的目标基站，如果所有使用户满足卸载条件的微微基站的负载均不满足负载要求，则用户留在原小区，不进行切换；

S6：更新各个小区的负载表和每个用户的参考信号接收功率表。

2.根据权利要求1所述的基于RSRP的流量卸载方法，其特征在于：所述的RSRP₀为偏置值，对于宏小区用户，所述的r_k,i为用户k接收来自微微基站i的接收信号参考功率，r_k,0为用户k接收来自宏小区的接收信号参考功率，对于微微基站，r_k,i为用户接收服务微微小区的接收信号参考功率，r_k,j为用户接收来自邻居微微小区的接收信号参考功率。

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