CN103442365B - 一种降低站内CoMP系统干扰的频率复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合功率控制降低站内CoMP系统干扰的频率复用方法，该方案首先将系统可用频率资源划分为互不重叠的6段，其中前3段资源划分给采用基站内协作的CoMP用户使用，后3段资源划分给采用单小区独立传输的边缘用户使用；然后为每个小区CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户分配划分可用频率资源；再对基站内各个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户的使用频段进行功率分配；最后降低能满足用户需求的PRB的发送功率，从而有效解决站内CoMP系统的资源分配问题，同时也降低站内CoMP系统的干扰。

Description

一种降低站内CoMP系统干扰的频率复用方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及小区间频率的复用，可用于LTE-A系统中在协作多点传输（CoMP）技术下协作频段的规划以及协作频率资源的分配。

背景技术

随着通信业务的发展以及人们需求的增长，未来的无线通信系统需要支持高速率的覆盖，而现有的通信系统存在着若干的问题使高速率和高容量的性能目标难以实现，其中小区间的干扰是较为严重的一个问题，由于位于小区边缘的用户容易受到相邻小区的干扰，导致小区边缘用户的吞吐量低于小区中心用户的吞吐量，这个问题已经成为制约系统整体性能的瓶颈。针对这一问题，近几年来出现了协作多点传输（CoMP）技术，其基本思想是通过多个小区的协作传输数据。CoMP技术能够通过在多个小区间共享信道和数据信息有效抑制小区间干扰，提高边缘频谱效率和系统吞吐量。频率资源分配是实现CoMP技术的关键，设计合理的节点间协商流程将有效的提升边缘用户的性能。但在CoMP系统中，由于网络架构的变化和小区之间的相互协作关系，原来LTE系统中仅仅依靠本小区基站的资源调度器来实现该小区的资源分配已经不再适用，需要对现有资源分配和资源管理算法等进行改进或重新考虑。目前，CoMP中较为常用的频率资源分配方法有以下几种：

NC—FFAP：网络控制协作集合的灵活频率分配方案，复杂度最小，性能增益最小，簇间干扰无法忽略。

NC—JPF：网络控制协作集合的联合比例公平调度方案，复杂度适中，性能增益适中，簇间干扰无法忽略。

UC—JPF：用户控制协作集合的联合比例公平调度方案，复杂度最大，性能增益最大，簇间干扰很小。

前两种方法虽然都能够有效降低协作集合内的干扰，但对于来自协作集合外的干扰仍旧无能为力，第三种方法虽然CoMP性能增益极大，但是要受到实际网络部署的影响，并不是所有强干扰的节点都能够为CoMP用户提供协作。因为在实际网络场景中，协作区域受到节点间交互时延和交互容量的限制，因此协作只能在有限的节点间进行，不能兼顾CoMP增益与实际网络限制。

发明内容

针对现有关于CoMP研究技术尚无法进一步降低簇间干扰的不足，本发明提出一种结合功率控制的降低站内CoMP系统干扰的频率复用方案，以解决站内CoMP用户的协作资源分配问题和站内CoMP系统干扰降低问题。

为实现上述目的，本发明所提供的一种结合功率控制降低CoMP系统干扰的频率复用方法，包括如下步骤：（1）将系统可用频率资源划分为互不重叠的6段，其中前3段资源分配给采用基站内协作的CoMP用户使用，后3段资源分配给采用单小区独立传输的非CoMP边缘用户使用；（2）为每个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户分配划分可用频率资源；（3）对基站内各个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户的使用频段进行功率分配；（4）提升每个小区CoMP用户和非CoMP用户在所占用的RB上的发射功率，同时降低各用户对应的最强干扰小区在所占用RB上的发射功率。

根据SINR门限值将用户分为中心用户、CoMP用户和非CoMP边缘用户；确定CoMP用户所处协作子区域以及强干扰的非协作子区域，同时确定每个非CoMP边缘用户所处非协作子区域；根据强干扰子区域内非CoMP边缘用户与基站覆盖范围内总非CoMP边缘用户比例，划分各非协作子区域非CoMP边缘用户频段范围。对基站内各个小区的三类用户的使用频段进行功率分配具体包括：计算中心吞吐量与边缘吞吐量之比；通过X2接口向邻小区传输并计算；利用对CoMP系统每个频段进行功率分配。

计算中心吞吐量与边缘吞吐量之比具体为：根据公式：

${\mathrm{throught}}_{i,j}^m=w_{\mathrm{prb}}\log 2(1+{\mathrm{\γ}}_{i,j}^m)$ 计算吞吐量根据公式：

${\mathrm{Throught}}_{\mathrm{Edge}}^{i,j}=\underset{m\∈{{\mathrm{edge}}_j}^i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{throught}}_{i,j}^m+\underset{m\∈{{\mathrm{Comp}}_j}^i}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{2}{\mathrm{throught}}_{i,j}^m,$ ${\mathrm{Throught}}_{\mathrm{Cent}}^{i,j}=\underset{m\∈{{\mathrm{Cent}}_j}^i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{throught}}_i^m$ 确定边缘吞吐量和中心吞吐量根据公式

$B_j^i={\mathrm{Throught}}_{\mathrm{Edge}}^{i,j}/{\mathrm{Throught}}_{\mathrm{Cent}}^{i,j}$ 计算中心吞吐量与边缘吞吐量之比，其中w_prb为180KHz，为用户当前信干噪比SINR。每个PRB发送功率按公式：P_i,j ^m＝_Pm_ax/Max_RBm∈edge_j ⁱ或m∈Cent_j ⁱ或m∈Comp_j ⁱ进行初始功率分配，其中P_max为最大发送功率，Max_RB为系统可支持最大带宽。如果m为满意PRB，否则为不满意PRB，当m号PRB为不满意PRB时，功率不变化，当m号PRB为满意PRB时，根据公式计算降低的功率： $P_{i,j}^m=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{P_{i,j}}^m}{C^m}{\mathrm{\γ}}_{i,j}^{m,\mathrm{thr}}/{\mathrm{\γ}}_{i,j}^m& m\∈{{\mathrm{satis}}_{\mathrm{ij}}}^{\mathrm{RBs}}\\ {P_{i,j}}^m& m\∉{{\mathrm{satis}}_{\mathrm{ij}}}^{\mathrm{RBs}}\end{array}\right.$ 其中，satis_ij ^RBs为基站j内小区i中满意的PRB集合，表示满足用户需求的PRB的最低信干噪比。P_i,j ^m和分别代表基站j中小区i中m号PRB执行功率控制前和执行功率控制后的的功率。

本发明通过对系统内3类用户的使用频段进行划分，解决了CoMP用户协作频率分配冲突问题；各个小区通过（平均小区中心与边缘吞吐量之比）对3类用户使用频段的发送功率进行分配，考虑到了网络负载均衡性，具备一定的公平性；通过降低能满足用户需求的PRB的发送功率，能进一步的降低站内CoMP系统干扰。

附图说明

图1为本发明的一种复用方案流程图；

图2为本发明对基站内用户的使用频段进行功率分配流程图；

图3为共站3小区模型；

图4为异站3小区模型；

图5为站内CoMP系统频率划分示意图；

图6为站内CoMP系统区域划分示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对具体实施方式进行阐述，如图1所示为发明流程示意图。

本发明提出一种结合功率控制降低站内CoMP系统干扰的频率复用方法。（1）将系统可用频率资源划分为互不重叠的6段，其中前3段资源分配给采用基站内协作的CoMP用户使用，后3段资源分配给采用单小区独立传输的非CoMP边缘用户使用；（2）为每个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户分配划分可用频率资源；（3）对基站内各个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户的使用频段进行功率分配；（4）提升每个小区CoMP用户和非CoMP用户在所占用的RB上的发射功率，同时降低各用户对应的最强干扰小区在所占用RB上的发射功率。

其中步骤（2）具体包括：1）根据SINR门限值将用户分为中心用户、CoMP用户和非CoMP边缘用户；2）确定CoMP用户所处协作子区域以及强干扰的非协作子区域，同时确定每个非CoMP边缘用户所处非协作子区域；3）根据强干扰子区域内非CoMP边缘用户与基站覆盖范围内总非CoMP边缘用户比例，划分各非协作子区域非CoMP边缘用户频段范围。其中步骤3）具体包括：a、根据强干扰区域内非CoMP边缘用户与基站内所有用户的比例，为非CoMP边缘用户分配RB数目；b、根据强干扰区域内所有非CoMP边缘用户在各自分配的RB上的优先权值，构造非CoMP边缘用户的RB最高优先权值表；c、根据该RB最高优先权值表从各个频段内选出具有最优权值的RB集合，未选择的RB集合作为基站内剩余用户的可分配资源；d、将上述可分配资源按照与协作区域的CoMP用户数成正比的关系划分；e、根据各协作子区域内CoMP用户与站内所有用户的比例，为各个协作子区域内的CoMP用户分配协作RB数目；f、根据各个协作子区域内所有CoMP用户在分配协作频段范围内每个RB优先权值，构造CoMP用户的RB最高优先权值表；g、根据该RB最高优先权值表从各个协作频段内选出最优权值的RB集合，剩下的RB分配给相应小区的中心用户。

将系统可用频率资源划分为互不重叠的6段；为每个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户分配划分可用频率资源；对基站内各个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户的使用频段进行功率分配；提升每个小区CoMP用户和非CoMP用户在所占用的RB上的发射功率，同时降低各用户对应的最强干扰小区在所占用RB上的发射功率。

进一步具体为：根据SINR门限值将用户分为中心用户、CoMP用户和非CoMP边缘用户；确定CoMP用户所处协作子区域以及强干扰的非协作子区域，同时确定每个非CoMP边缘用户所处非协作子区域；根据强干扰子区域内非CoMP边缘用户与基站覆盖范围内总非CoMP边缘用户比例，划分各非协作子区域非CoMP边缘用户频段范围。

根据强干扰区域内非CoMP边缘用户与基站内所有用户的比例，为非CoMP边缘用户分配RB数目；根据强干扰区域内所有非CoMP边缘用户在各自分配的RB上的优先权值，构造非CoMP边缘用户的RB最高优先权值表；根据该RB最高优先权值表从各个频段内选出具有最优权值的RB集合，未选择的RB集合作为基站内剩余用户的可分配资源；将上述可分配资源按照与协作区域的CoMP用户数成正比的关系划分；根据各协作子区域内CoMP用户与站内所有用户的比例，为各个协作子区域内的CoMP用户分配协作RB数目；根据各个协作子区域内所有CoMP用户在分配协作频段范围内每个RB优先权值，构造CoMP用户的RB最高优先权值表；根据该RB最高优先权值表从各个协作频段内选出最优权值的RB集合，剩下的RB分配给相应小区的中心用户。

其中步骤（3）对基站内各个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户的使用频段进行功率分配，具体如下：

对基站内各个小区的三类用户的使用频段进行功率分配如图2所示，具体包括：计算中心吞吐量与边缘吞吐量之比通过X2接口向邻小区传输信息并计算利用对CoMP系统每个频段进行功率分配。

1计算中心吞吐量与边缘吞吐量之比

中心吞吐量与边缘吞吐量之比如公式（b）所示：

$B_j^i={\mathrm{Throught}}_{\mathrm{Edge}}^{i,j}/{\mathrm{Throught}}_{\mathrm{Cent}}^{i,j}---\left(b\right)$

边缘吞吐量、中心吞吐量计算如（c）、（d）所示：

${\mathrm{Throught}}_{\mathrm{Edge}}^{i,j}=\underset{m\∈{{\mathrm{edge}}_j}^i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{throught}}_{i,j}^m+\underset{m\∈{{\mathrm{Comp}}_j}^i}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{2}{\mathrm{throught}}_{i,j}^m---\left(c\right)$

${\mathrm{Throught}}_{\mathrm{Cent}}^{i,j}=\underset{m\∈{{\mathrm{Cent}}_j}^i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{throught}}_i^m---\left(d\right)$

其中吞吐量计算如公式（e）所示：

${\mathrm{throught}}_{i,j}^m=w_{\mathrm{prb}}\log 2(1+{\mathrm{\γ}}_{i,j}^m)---\left(e\right)$

其中物理资源块PRB的带宽w_prb为180KHz。

基站j小区i中m号PRB信干噪比计算如公式（f）所示：

其中δ²是热噪声，是基站内其余小区m号PRB到目标用户的干扰接收功率，是其余基站的所有小区m号PRB到目标用户的干扰接收功率，和P_k,j ^m分别代表基站j小区k的m号PRB到目标用户的信道增益和发送功率，J代表所有基站集合，m^CCS代表用户的协作小区集合，edge_j ⁱ、Cent_j ⁱ、Comp_j ⁱ分别代表基站j小区i非CoMP中边缘用户、中心用户、CoMP用户的可用PRB资源。

每个PRB发送功率按公式（g）进行初始分配

P_i,j ^m=P_max/Max_RBm∈edge_j ⁱ或m∈Cent_j ⁱ或m∈Comp_j ⁱ（g）

其中P_max为最大发送功率，Max_RB为系统可支持最大带宽。

2通过X2接口向邻小区传输信息并计算

通过公式（b-g）6个公式计算小区中心吞吐量与边缘吞吐量之比然后通过X2接口向周围邻小区传输；最后计算本小区与周围之间平均中心吞吐量与边缘吞吐量之比 其中N代表接收到的B信息个数，δ_ij(i^*,j^*)=1表示收到基站j的小区i收到基站j^*的小区i^*发送的B信息，δ_ij(i^*,j^*)=0则未收到。

3利用对CoMP系统每个频段进行功率分配

任意属于中心用户的可用PRB资源的发送功率相等，任意属于边缘用户/CoMP用户的可用PRB资源的发送功率相等，但受到基站总发射功率约束，即公式（h）

$\∀x,y\∈{{\mathrm{Cent}}_j}^i,{P_{i,j}}^x={P_{i,j}}^y---\left(h\right)$

或Comp_j ⁱ，P_i，j ^x＝P_i，j ^y

根据公式（b）建立公式： ${\stackrel{\‾}{B}}_j^i={\mathrm{Throught}}_{\mathrm{Edge}}^{i,j}/{\mathrm{Throught}}_{\mathrm{Cent}}^{i,j}---\left(i\right)$

再联合公式（d-h）计算各个PRB的发送功率。

4降低能满足用户需求的PRB的发送功率

假设满足用户需求的PRB的最低信干噪比以来表示，将所有PRB分为满意PRB和不满意PRB，即如果则m号PRB为满意PRB，否则为不满意PRB。当m号PRB为不满意PRB时，为了保证用户的速率，功率不变化，而当m号PRB为满意PRB时，根据信干噪比阈值与当前信干噪比之比适当降低功率，降低功率根据公式（j）计算获得。

$P_{i,j}^m=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{P_{i,j}}^m}{C^m}{\mathrm{\γ}}_{i,j}^{m,\mathrm{thr}}/{\mathrm{\γ}}_{i,j}^m& m\∈{{\mathrm{satis}}_{\mathrm{ij}}}^{\mathrm{RBs}}\\ {P_{i,j}}^m& m\∉{{\mathrm{satis}}_{\mathrm{ij}}}^{\mathrm{RBs}}\end{array}\right.---\left(j\right)$

其中P_i,j ^m和分别代表基站j中小区i中m号PRB执行功率控制前和执行功率控制后的的功率。

其中satis_ij ^RBs为基站j内小区i中满意的PRB集合，C^m代表m号PRB的协作传输小区数，当m号PRB属于Comp_j ⁱ（即两小区协同传输频段）范围内，C^m=2；而当m号不属于Comp_j ⁱ（可能属于edge_j ⁱ，也可能属于Cent_j ⁱ）范围内，对于单小区传输模式C^m=1。

图3为共站3小区模型示意图，图4为异站3小区模型示意图。

以下举一具体实例对本发明的实施作进一步说明：

将系统可用频率资源划分为互不重叠的6段，其中前3段资源划分给采用基站内协作的CoMP用户（如处于C1，C2，C3区域的用户）使用，后3段资源划分给采用单小区独立传输的用户（如处于C4，C5，C6区域或中心区域的用户）使用。所述将系统可用资源划分为6段，具体为：

第1步：将系统可用频率资源划分为互不重叠的6段如图5所示，其中前3段资源划分给采用基站内协作的CoMP用户（如图中C1，C2，C3区域的用户）使用，后3段资源划分给采用单小区独立传输的用户（如图3中C4，C5，C6区域）使用。

所述将系统可用资源划分为6段，具体为：

将基站中心区域或称基站内多小区重叠覆盖区域（如图中C1、C2、C3区域）归为站内协作区域（称CoMP用户区域），将不同基站重叠覆盖的边缘区域（如图中C4，C5，C6区域）归为基站的边缘区域（称非CoMP边缘用户区域），将基站内其余区域归为基站的中心区域（称中心用户区域），其中C1区域为同一基站内的小区1与小区2的协作区域，C2区域为同一基站内的小区2与小区3的协作区域，C3区域为同一基站内的小区3与小区1的协作区域，C4区域和C6区域分别为基站i小区3与邻基站重叠覆盖区域，C4区域和C5区域分别为基站i小区2与邻基站重叠覆盖区域，C5区域和C6区域分别为基站i小区1与邻基站重叠覆盖区域；

图6所示区域（C1，C2，C3，C4，C5，C6）内用户可用频段分别如图5所示（F1，F2，F3，F4，F5，F6），其中F1=F2=F3=F/9，F4=F5=F6=2F/9，F是系统总带宽。

第2步：为每个小区CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户分配划分可用频率资源。

所述的为每个小区的三类用户划分可用频率资源如公式（a），具体为：

基站k中小区1边缘区域分别为（C1，C3，C5，C6），其区域内CoMP用户和非CoMP用户可用频段分别为（F1，F3）、(F5，F6），而中心用户可用频段为（F2，F4）；基站k中小区2边缘区域分别为（C1，C2，C4，C5），其区域内CoMP用户和非CoMP边缘用户可用频段分别为（F1，F2）、（F4，F5），而中心用户可用频段为（F3，F6）；基站k中小区3边缘区域分别为（C2，C3，C4，C6），其区域内CoMP用户和非CoMP边缘用户可用频段分别为（F2，F3）、F4，F6），而中心用户可用频段为（F1，F5），其中k为系统任意基站。

${{\mathrm{edge}}_j}^i=\left\{\begin{array}{cc}F6& i=1\\ F5& i=2\\ F4& i=3\end{array}\right.,{{\mathrm{Comp}}_j}^i=\left\{\begin{array}{cc}F1,F3& i=1\\ F1,F2& i=2\\ F2,F3& i=3\end{array}\right.,{{\mathrm{Cent}}_j}^i=\left\{\begin{array}{cc}F2,F4,F5& i=1\\ F3,F4,F6& i=2\\ F1,F5,F6& i=3\end{array}\right.---\left(a\right)$

第3步：对基站内各个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户的使用频段进行功率分配。

第4步：降低能满足用户需求的PRB的发送功率

将所有PRB分为不满意PRB和PRB，逐一降低满意PRB的发送功率。

Claims (4)

1.一种降低站内协作多点传输CoMP系统干扰的频率复用方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将系统可用频率资源划分为互不重叠的6段，其中前3段资源分配给采用基站内协作的CoMP用户使用，后3段资源分配给采用单小区独立传输的非CoMP边缘用户使用；(2)为每个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户分配划分可用频率资源；(3)对基站内各个小区的CoMP用户、非CoMP边缘用户、中心用户的使用频段进行功率分配，具体包括：根据公式：计算吞吐量根据公式： ${\mathrm{Throught}}_{Edge}^{i,j}=\underset{m\∈{{\mathrm{edge}}_j}^i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{throught}}_{i,j}^m+\underset{m\∈{{\mathrm{Comp}}_j}^i}{\mathrm{\Σ}}\frac{1}{2}{\mathrm{throught}}_{i,j}^m,{\mathrm{Throught}}_{Cent}^{i,j}=\underset{m\∈{{\mathrm{Cent}}_j}^i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{throught}}_i^m$ 确定边缘吞吐量和中心吞吐量根据公式计算中心吞吐量与边缘吞吐量之比通过X2接口向邻小区传输根据公式计算本小区与周围小区之间平均中心吞吐量与边缘吞吐量之比任意属于中心用户的可用物理资源块PRB资源的发送功率相等，任意属于边缘用户/CoMP用户的可用PRB资源的发送功率相等，其中w_prb为180KHz，为用户信干噪比，N代表接收到的信息个数，δ_ij(i^*,j^*)＝1表示收到基站j的小区i及收到基站j^*的小区i^*发送的信息，δ_ij(i^*,j^*)＝0表示未收到，m为PRB号数；(4)提升每个小区CoMP用户和非CoMP用户在所占用的RB上的发射功率，同时降低各用户对应的最强干扰小区在所占用RB上的发射功率。

2.根据权利要求1所述的频率复用方法，其特征在于，其中步骤(2)具体包括：(1)根据SINR门限值将用户分为中心用户、CoMP用户和非CoMP边缘用户；(2)确定CoMP用户所处协作子区域以及强干扰的非协作子区域，同时确定每个非CoMP边缘用户所处非协作子区域；(3)根据强干扰子区域内非CoMP边缘用户与基站覆盖范围内总非CoMP边缘用户比例，划分各非协作子区域非CoMP边缘用户频段范围。

3.根据权利要求1所述的频率复用方法，其特征在于，每个PRB发送功率按公式：P_i,j ^m＝P_max/Max_RBm∈edge_j ⁱ或m∈Cent_j ⁱ或m∈Comp_j ⁱ进行初始功率分配，其中P_max为最大发送功率，Max_RB为系统可支持最大带宽。

4.根据权利要求1所述的频率复用方法，其特征在于，如果m号PRB为满意PRB，否则为不满意PRB，当m号PRB为不满意PRB时，功率不变化，当m号PRB为满意PRB时，根据公式计算降低的功率：

$P_{i,j}^m=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{P_{i,j}}^m}{C^m}{\mathrm{\γ}}_{i,j}^{m,thr}/{\mathrm{\γ}}_{i,j}^m& m\∈{{\mathrm{satis}}_{ij}}^{RBs}\\ {P_{i,j}}^m& m\∉{{\mathrm{satis}}_{ij}}^{RBs}\end{array}\right.$ 其中，表示满足用户需求的PRB的最低信干噪比，satis_ij ^RBs为基站j内小区i中满意的PRB集合，P_i,j ^m和分别代表基站j中小区i中m号PRB执行功率控制前和执行功率控制后的的功率，C^m表示m号PRB的协作传输小区数。