CN103648102A - 基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，属于异构无线网络中干扰协调技术领域，本发明全面考虑了用户基站的选择，资源分配过程中存在的干扰以及网络吞吐量性能，对于影响网络吞吐量性能的因素考虑的更为全面，更加符合异构网络应用的实际情况，能进一步推动异构网络的实用化；区域扩展的实时性更强，网络更加稳定，服务用户数增多的同时用户的服务质量也得到较大提高。

Description

基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法

技术领域

本发明属于异构无线网络中干扰协调技术领域，具体涉及一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法。

背景技术

LTE-Advanced(LTE-A)系统，被国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)认定为4G(4Generation)技术的主要备选方案。在LTE-A系统设计中，在现有的宏蜂窝网络中部署包括微微蜂窝(Picocell)，家庭基站(Femtocell)，中继节点等来共同组成下一代多层网络，即异构网络模型。异构网络通过增加的微微蜂窝等小型基站可以服务于离微微蜂窝比较近的用户，分担服务于宏蜂窝基站的用户，有效减轻宏蜂窝基站的负载，提高用户信号接收质量和小区边缘用户的性能，并通过频率的空间复用来提高单位区域内的频谱效率。异构网络的概念一经提出便引起了国际学术界的广泛关注，其理论和应用已成为通信领域研究的新热点。异构网络在提高网络吞吐量、改善负载均衡、信息快速可靠的交换与传输、增强网络稳定性等方面均显示出其优越性。但是，对于蜂窝基站覆盖小区的边缘地带，由于距离各自基站的位置较远，用户接收到的本小区的信号较小，同时收到来自相邻小区的信号的干扰，因此边缘用户的信干噪比(Signal to Interference plus Noise power Ratio，SINR)比小区中心用户要弱的多。小区间干扰对小区边缘用户的影响最大，边缘用户由于受到较大的干扰功率，会影响其上行链路或者下行链路接收信号的质量。在宏蜂窝基站和微微蜂窝基站组成的异构网络中，加入了很多微微蜂窝基站，相当于增加了很多的小区边缘，最终会导致虽然整个小区的吞吐量较高，但是小区边缘用户的服务反而较差，出现吞吐量较低的情况。这种跨层干扰问题将是异构网络中的主要技术挑战。因此，如何有效地协调用户之间的干扰问题，对于保障网络稳定、提高网络性能具有重要的意义。

目前提出的低功率节点覆盖增强技术(Range Expansion,RE)可以缓解微微基站的上行干扰问题，通过在小区选择参数中增加区域扩展偏置值(Range Expansion Bias,REB)，使得用户可以在微微基站的下行参考信号强度小于宏基站的下行参考信号强度时接入Picocell，缓解Picocell的上行干扰问题，同时增强了Picocell转移宏蜂窝基站负载的能力，但是REB的选取对于用户的上下行通信影响很大。REB设置的越大，微微基站的覆盖范围就越广，如果REB过大，位于扩大区域中的微微基站用户(Picocell User Equipment PUE)的下行接收功率较低，其下行信干噪比将严重下降。反之，如果REB较小，那么产生上行干扰的那些宏基站用户(Macrocell UE,MUE)不能完全接入微微小区，则仍可能存在较强的上行干扰。

当前，已经有一些关于异构网络区域扩展和干扰协调技术方面的研究成果。例如用户接收到来自微微蜂窝基站的信号质量值后加上一个固定的偏置，更改用户选择服务基站的接入判决条件等等。但这些方案一部分是以区域扩展为主，没有考虑干扰协调技术的基础上实现的，还有一部分以干扰协调为主，没有进行合适的区域扩展。目前很少有将区域扩展，基站之间干扰和网络吞吐量性能这三个问题整体结合考虑，都只是部分考虑。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，以达到在区域扩展的情况下通过功率控制技术降低基站之间的干扰、增强网络的吞吐量性能的目的。

一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，包括以下步骤：

步骤1、在传统宏蜂窝基站覆盖范围内，根据需求部署若干个微微蜂窝基站；

步骤2、分别计算宏蜂窝基站覆盖范围内用户和微微蜂窝基站覆盖范围内用户在子载波上的信干噪比值，并根据计算获得的信干噪比值确定上述两类基站下每个用户的吞吐量；

步骤3、设置一段时间作为计算周期，并根据获得的每个用户的吞吐量，求出本周期单位时间内，宏蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量；

步骤4、比较计算获得的宏蜂窝基站用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，并根据判断结果，调整微微蜂窝基站覆盖区域和计算用户平均吞吐量的计算周期，具体如下：

步骤4-1、比较计算获得的宏蜂窝基站用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量大于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则改变用户接入基站的判决条件，减小宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域；

所述的用户接入基站的判决条件为：用户接收来自宏蜂窝基站的信号强度值大于用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值；

此时，改变用户接入基站的判决条件方法为：在用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值上减去一个设定的数值，形成新的用户接入基站的判决条件；

步骤4-2、若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量小于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则改变用户接入基站的判决条件，增大宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域；

此时，改变用户接入基站的判决条件方法为：在用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值上加上一个设定的数值，形成新的用户接入基站的判决条件；

步骤4-3、若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量小于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域不变，并对该现象出现次数进行计数，若计数值小于给定的阈值，则重新设置计算周期；若计数值大于给定的阈值，则将计算周期替换为设定的最大计算周期；

步骤附、在微微蜂窝基站发射功率和微微蜂窝基站下用户发射功率固定不变的情况下，根据用户设定的期望目标信干噪比、信道增益、干扰功率和噪声功率，确定微微蜂窝基站下用户所使用的资源块上，宏蜂窝基站允许的最大发射功率和宏蜂窝基站下用户允许的最大发射功率；

步骤附-1、根据微微蜂窝基站接收信号强度和用户设定的期望目标信干噪比，确定用户在当前子载波资源上所能承受的下行最大干扰；根据微微蜂窝基站下用户接收信号强度和用户设定的期望目标信干噪比，确定用户在当前子载波资源上所能承受的上行最大干扰；

步骤附-2、根据获得的用户在当前子载波资源上所能承受的下行最大干扰和相邻微微蜂窝基站对该用户的下行干扰，确定宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的下行最大干扰；

步骤附-3、根据宏蜂窝基站与该用户之间的信道增益和宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的下行最大干扰，确定宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率；

步骤附-4、根据获得的用户在当前子载波资源上所能承受的上行最大干扰和在相邻微微蜂窝基站下的用户对该用户产生的上行干扰，确定宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的上行最大干扰；

步骤附-附、根据微微蜂窝与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的上行最大干扰，确定宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率；

步骤际、根据设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比、宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站在当前子载波接收到的总干扰功率，确定宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率；并根据设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比、宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站下用户在当前子载波接收到的总干扰功率，确定宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率；

步骤7、根据用户设定的目标吞吐量、编码效率、单个资源块的吞吐量，确定用户所需的最少资源块数目；

步骤8、将获得的宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率、宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率、宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率、宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率、用户所需的最少资源块数目和一个资源块只能用一次作为约束条件，采用网络单纯形算法获得宏蜂窝基站中分配的资源块个数、宏蜂窝基站的最低发射功率和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率；

步骤么、根据获得的资源块个数，宏蜂窝基站将资源块分配给宏蜂窝基站下的用户；根据宏蜂窝基站的最低发射功率设置宏蜂窝基站；根据宏蜂窝基站下用户的最低发射功率设置宏蜂窝基站下每个用户。

步骤4-3所述的重新设置计算周期，公式如下：

$T_{\mathrm{int}\_p}=T_{\mathrm{int}\_\min }+(T_{\mathrm{int}\_\max }-T_{\mathrm{int}\_\min })\·\frac{\mathrm{counter}\_p}{X}---\left(1\right)$

其中，T_{int_p}表示计算周期，T_{int_min}表示根据需求设定的计算周期的下限；T_{int_max}表示根据需求设定的计算周期的上限；counter_p表示所记次数；X表示根据需求设定的计数门限值。

步骤附-1所述的确定用户在当前子载波资源上所能承受的最大干扰，其中，能承受的其他基站所带来的最大干扰，公式如下：

$I_{u,k}^{\max }=\frac{{\mathrm{\ω}}_{u,k}^p}{{\mathrm{\γ}}_u^{t\arg \mathrm{et}}}-{\mathrm{\σ}}^2---\left(2\right)$

其中，

表示对于微微蜂窝基站下的用户当前使用的子载波资源块所能承受的其他基站所带来的最大干扰；表示微微蜂窝基站在当前使用的子载波资源块上接收信号强度；表示用户设定的期望目标信干噪比；σ²表示噪声功率；p表示第p个微微蜂窝基站；u表示微微蜂窝基站下的用户；k表示当前使用的资源块；

能承受的其他基站下用户所带来的最大干扰，公式如下：

$I_{p,k}^{\max }=\frac{{\mathrm{\ω}}_{p,k}^u}{{\mathrm{\γ}}_u^{t\arg \mathrm{et}}}-{\mathrm{\σ}}^2---\left(3\right)$

其中，

表示对于微微蜂窝基站下的用户当前使用的子载波资源块所能承受的其他基站下用户所带来的最大干扰；ω^u _p,k表示微微蜂窝基站下用户在当前使用的子载波资源块上接收信号强度。

步骤附-2所述的确定宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰，公式如下：

$I_{u,k}^{m,\max }=I_{u,k}^{\max }-\underset{p^{\′}=1,p^{\′}\≠p}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_{u,k}^{p^{\′}}---\left(4\right)$

其中，

表示宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰；p′表示除自身微微蜂窝基站外的其他微微蜂窝基站；ω^p′ _u,k表示其他微微蜂窝基站在当前使用的子载波资源块上接收信号强度；P表示微微蜂窝基站的总数。

步骤附-3所述的确定宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率，公式如下：

$p_{m,k}^{\max }=\frac{I_{u,k}^{m,\max }}{{\mathrm{\Γ}}_{m,u}}---\left(5\right)$

其中，

表示宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率，Γ_m,u表示宏蜂窝基站与该用户之间的信道增益，m表示第m个宏蜂窝基站。

步骤附-4所述的确定宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰，公式如下：

$I_{p,k}^{u^{\′},\max }=I_{p,k}^{\max }-\underset{p^{\′}=1,p^{\′}\≠p}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}\underset{u^{\′\′}\∈u^{p^{\′}}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_{p,k}^{u^{\′\′}}---\left(6\right)$

其中，

表示宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰，u′表示宏蜂窝基站下用户；u′′表示相邻微微蜂窝基站下的一个用户；u^p′表示相邻微微蜂窝基站的用户；ω^u′′ _p,k表示相邻微微蜂窝基站下用户在当前使用的子载波资源块上接收信号强度。

步骤附-附所述的确定宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率，公式如下：

$p_{u^{\′},k}^{\max }=\frac{I_{p,k}^{u^{\′},\max }}{{\mathrm{\Γ}}_{u^{\′},p}}---\left(7\right)$

其中，

表示宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率，Γ_u′,p表示微微蜂窝与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益。

步骤际所述的确定宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率，公式如下：

$p_{m,k}={\mathrm{\γ}}_{r_u}\·\frac{I_{u,k}+{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\Γ}}_{m.u}}---\left(8\right)$

其中，p_m,k表示宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率，

表示设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比，Γ_m.u表示宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益；I_u,k表示宏蜂窝基站在当前子载波接收到的总干扰功率；

所述的确定宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率，公式如下：

$p_{u,k}={\mathrm{\γ}}_{r_u}\·\frac{I_{m,k}+{\mathrm{\σ}}^2}{{\mathrm{\Γ}}_{m.u}}---\left(9\right)$

其中，p_u,k表示宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率；I_m,k表示宏蜂窝基站下用户在当前子载波接收到的总干扰功率。

步骤7所述的确定用户所需的最少资源块数目，公式如下：

其中，D_u表示用户所需的最少资源块数；

表示用户设定的目标吞吐量；Ω表示单个资源块的吞吐量；

表示编码效率。

步骤8所述的获得宏蜂窝基站中分配的资源块个数、宏蜂窝基站的最低发射功率和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率，其中，确定宏蜂窝基站中分配给用户的资源块个数和宏蜂窝基站的最低发射功率公式如下：

其中，χ_u,k表示资源块的使用情况，当取值为1时表示使用该资源块，当取值为0时表示不使用该资源块；U^M表示宏蜂窝基站下的总用户数；K表示资源块总数；D′_u表示宏蜂窝基站中分配给用户的资源块个数；

确定宏蜂窝基站下用户需要的资源块个数和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率公式如下：

其中，D″_u宏蜂窝基站下用户需要的资源块个数。

本发明优点：

本发明基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，本发明全面考虑了用户基站的选择，资源分配过程中存在的干扰以及网络吞吐量性能，对于影响网络吞吐量性能的因素考虑的更为全面，更加符合异构网络应用的实际情况，能进一步推动异构网络的实用化。区域扩展的实时性更强，网络更加稳定，服务用户数增多的同时用户的服务质量也得到较大提高。

附图说明

图1为本发明一种实施例的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法流程图；

图2为本发明一种实施例的宏蜂窝基站和微微蜂窝基站组成的异构网络模型示意图；

图3为本发明一种实施例的异构网络中用户的干扰示意图；

图4为本发明一种实施例的不同扩展偏移量变化步长下平均网络吞吐量比较示意图；

图5为本发明一种实施例的区域扩展更新频率随时间的变化情况示意图；

图6为本发明一种实施例的不同更新时间下平均网络吞吐量示意图；

图7为本发明一种实施例的几乎空白子帧(Almost Blank Sub-Frame,ABSF)为50%时不同REB情况下下行用户平均吞吐量累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)曲线示意图；

图8为本发明一种实施例的ABSF为50%时不同REB情况下上行用户平均吞吐量CDF曲线图；

图9为本发明一种实施例的ABSF为20%时不同REB情况下下行用户平均吞吐量CDF曲线图；

图10为本发明一种实施例的ABSF为80%时不同REB情况下下行用户平均吞吐量CDF曲线图；

图11为本发明一种实施例的ABSF为50%时不同REB情况下下行平均网络吞吐量图；

图12为本发明一种实施例的ABSF为50%时不同REB情况下上行平均网络吞吐量图；

图13为本发明一种实施例的不同ABSF比例下平均REB大小CDF曲线图；

图14为本发明一种实施例的不同小区间干扰协调技术(Inter-Cell Interference Coordination,ICIC)方法下下行平均网络吞吐量图；

图15为本发明一种实施例的不同ICIC方法下上行平均网络吞吐量图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，方法流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、在传统宏蜂窝基站覆盖范围内，根据需求部署若干个微微蜂窝基站；

本发明实施例中，宏蜂窝基站(Macrocell Base Station,MBS)由运营商部署，为用户提供开放式的频谱接入方式，并且提供较大的覆盖区域，覆盖范围可以达到数公里。宏蜂窝基站的发射功率达到46dBm，为数千个用户提供服务，并拥有专用链路接入核心网。微微蜂窝基站(Picocell Base Station,PBS)是由运营商部署的低功率节点，采用与宏蜂窝基站相同的开放式接入方式，并且通过专用链路接入核心网。微微蜂窝基站在300米或者更小的范围内为数十个用户提供服务，发射功率在23dBm到30dBm的范围。

本发明实施例中，建立由宏蜂窝基站和微微蜂窝基站组成的异构网络模型，如图2所示，为一个宏蜂窝小区内部署多个微微基站。网络模型中包括宏蜂窝基站、微微蜂窝基站和用户设备。系统模型如下：

一个宏蜂窝小区

其中m=1，M表示宏蜂窝基站；一定数量的微微蜂窝基站其中1≤p≤P，{p,P}∈Ν，P表示微微蜂窝基站，N表示正整数集合，本发明实施例中，微微蜂窝基站为4个；一定数量的用户

其中，1≤u≤U,{u,U}∈Ν，U表示用户，u表示第几个用户，a表示属于哪个基站，当上标a=M时，此用户为宏蜂窝用户，即MUE；当a=P时，此用户为微微蜂窝用户，即PUE；本发明实施例中，50个上行用户，50个下行用户随机分布。一定数量的资源块(Resource Blocks,RBs)：κ={1,…,k,…,K}，其中1≤k≤K,{k,K}∈Ν，本发明实施例中，资源块的个数为50个。

步骤2、分别计算宏蜂窝基站覆盖范围内用户和微微蜂窝基站覆盖范围内用户在子载波上的信干噪比值，并根据计算获得的信干噪比值确定上述两类基站下每个用户的吞吐量；

本发明实施例中，计算异构网络中用户接收到的信号质量值和用户吞吐量；资源块(Resource Block,RB)是LTE中分配给用户的最小单位，一个资源块是包含了12个子载波并且持续一个时隙的一个资源组合，每一个时隙长0.5毫秒。

分别计算宏蜂窝基站覆盖范围内用户和微微蜂窝基站覆盖范围内用户在子载波上的信干噪比值，具体如公式(13)至公式(17)：

假设每个资源块中子载波的无线信道状况都相同情形，如图3所示，宏蜂窝

中用户

在RB k上的下行信干噪比(SINR)值

为：

${\mathrm{\γ}}_{m,u,k}^{\mathrm{DL}}=\frac{p_{m,k}\·{\mathrm{\Γ}}_{m,u}}{I_{u,k}+{\mathrm{\σ}}^2}=\frac{p_{m,k}\·{\mathrm{\Γ}}_{m,u}}{\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{p,k}\·{\mathrm{\Γ}}_{p,u}+{\mathrm{\σ}}^2},\∀u\∈u^m---\left(13\right)$

其中，u^m为连接到宏蜂窝基站

的一组用户；p_m,k为宏蜂窝基站

中第k个资源块上子载波的下行发射功率；I_u,k是用户

在RB k上接收到的总干扰；σ²是RB k上的热噪声(噪声功率)；Γ_m,u=(G_mG_u)/(ξ_m,uδ_m,u)是从宏蜂窝基站

基站到用户

的信道增益；G_m为宏蜂窝基站

的天线增益；G_u是用户

的天线增益；ξ_m,u为宏蜂窝基站

到用户

的信号所受的墙穿透损耗，设定位20dB；δ_m,u为宏蜂窝基站

到用户

的路径损耗，公式为：

其中，

为宏蜂窝基站

的系统损耗；d_m,u为宏蜂窝基站

的基站到用户的距离；α_m为宏蜂窝基站

路径损耗指数。该模型为3GPP组织定义的异构网络的路径损耗模型。

宏蜂窝基站

中的用户在RB k上的上行信干噪比(SINR)值

为：

${\mathrm{\γ}}_{m,u,k}^{\mathrm{UL}}=\frac{p_{u,k}\·{\mathrm{\Γ}}_{m,u}}{I_{m,k}+{\mathrm{\σ}}^2}=\frac{p_{u,k}\·{\mathrm{\Γ}}_{m,u}}{\underset{p=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}\underset{u^{\′}\∈u^p}{\mathrm{\Σ}}{p}_{u^{\′},k}\·{\mathrm{\Γ}}_{p,u^{\′}}+{\mathrm{\σ}}^2},\∀u\∈u^m---\left(15\right)$

其中，u^p为连接到微微蜂窝

的一组用户；p_u,k为用户

在RB k的子载波上的功率；I_m,k为宏蜂窝基站

在RB k上接收的总干扰。

微微蜂窝基站

中的用户

在RB k上的下行和上行信干噪比(SINR)值分别为：

${\mathrm{\γ}}_{p,u,k}^{\mathrm{DL}}=\frac{p_{p,k}\·{\mathrm{\Γ}}_{p,u}}{I_{u,k}+{\mathrm{\σ}}^2}=\frac{p_{p,k}\·{\mathrm{\Γ}}_{p,u}}{p_{m,k}\·{\mathrm{\Γ}}_{m,u}\underset{p^{\′}=1,p^{\′}\≠p}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{p}_{p^{\′},k}\·{\mathrm{\Γ}}_{p^{\′},u}+{\mathrm{\σ}}^2},\∀u\∈u^p---\left(16\right)$

${\mathrm{\γ}}_{p,u,k}^{\mathrm{UL}}=\frac{p_{u,k}\·{\mathrm{\Γ}}_{p,u}}{I_{p,k}+{\mathrm{\σ}}^2}=\frac{p_{u,k}\·{\mathrm{\Γ}}_{p,u}}{\underset{p^{\′}=1p^{\′}\≠p}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}\underset{u^{\′}\∈u^{p^{\′}}}{\mathrm{\Σ}}{p}_{u^{\′},k}\·{\mathrm{\Γ}}_{p,u^{\′}}+\underset{u^{\′\′}\∈u^m}{\mathrm{\Σ}}{p}_{u^{\′\′},k}\·{\mathrm{\Γ}}_{p,u^{\′\′}}+{\mathrm{\σ}}^2},\∀u\∈u^p---\left(17\right)$

其中，各变量含义与公式(13)、(15)定义原则相同，仅把上标m和M相应地换成p和P即可。

根据计算获得的信干噪比值确定上述两类基站下每个用户的吞吐量，计算如公式(18)至公式(20)：

当使用调制编码方案(Modulation and Coding Schemes,MCSs)为r时，计算用户

在RB k上的比特率BR_r和吞吐量TP_u,r,k，公式如下：

${\mathrm{BR}}_r=\mathrm{\Ω}\·{\mathrm{\η}}_r=\frac{A_{\mathrm{ofdma}}\·B_{\mathrm{ofdma}}}{T_{\mathrm{subframe}}}\·{\mathrm{\η}}_r---\left(18\right)$

其中，Ω由网络的配置来决定；η_r为当MCS为r时的调制编码效率，单位为bits/symbol；A_ofdma和B_ofdma分别为每个资源块中的子载波数量和符号数目；T_subframe为每个资源块持续时间；

宏蜂窝基站中用户吞吐量，公式如下：

TP_u,r,k=BR_r·(1-BLER(r,γ_m,u,k))             (19)

其中，BLER(r,γ_m,u,k)为宏蜂窝基站在当前RB k上的误块率(Block Error Rate,BLER),

微微蜂窝基站中用户吞吐量，公式如下：

TP_u,r,k=BR_r·(1-BLER(r,γ_p,u,k))     (20)

其中，BLER(r,γ_p,u,k)为微微蜂窝基站在当前RB k上的误块率(Block Error Rate,BLER),该BLER为MCS r和SINRγ_m,u,k的函数。

步骤3、设置一段时间作为计算周期，并根据获得的每个用户的吞吐量，求出本周期单位时间内，宏蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量；

本发明实施例中，微微蜂窝基站的建立可以将宏蜂窝中的负载转移到微微蜂窝基站中，从而减轻宏蜂窝基站的负载，但是这是以牺牲微微蜂窝基站中的用户网络性能为代价。REB的值越大，就会有越多的宏蜂窝基站用户切换到微微蜂窝基站，对微微蜂窝基站中原有的用户来说，损失的吞吐量就越多。然而，新接入微微蜂窝基站的用户的吞吐量会有明显的补偿，特别是当它们在切换到微微蜂窝基站之前，处在宏蜂窝基站的小区边缘时。因此，对微微蜂窝基站中原有用户的吞吐量损失，切换到微微蜂窝基站的新用户的吞吐量会有一个增益补偿。为了平衡小区中心和小区边缘用户的吞吐量，平均对数吞吐量x被用来作为选择合适REB的度量标准。并且定义宏蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量，公式如下：

$U_p\left(t\right)=\frac{1}{N_p}\underset{j=1}{\overset{N_p}{\mathrm{\Σ}}}\log \left(\frac{1}{T_{\mathrm{int}}}\underset{t-T_{\mathrm{int}}}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{j,p}\left(t\right)\right),t\≥T_{\mathrm{int}},1\≤p\≤P---\left(21\right)$

$U_m\left(t\right)=\frac{1}{N_m}\underset{j=1}{\overset{N_m}{\mathrm{\Σ}}}\log \left(\frac{1}{T_{\mathrm{int}}}\underset{t-T_{\mathrm{int}}}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{j,m}\left(t\right)\right),t\≥T_{\mathrm{int}}---\left(22\right)$

其中，U_p(t)表示微微蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量，U_m(t)表示宏蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量；N_p表示微微蜂窝基站中用户个数；N_m表示宏蜂窝基站中的用户个数；x_j,p(t)微微蜂窝基站中用户j在时间t的对数吞吐量；x_j,m(t)表示宏蜂窝基站中用户j在时间t的对数吞吐量；T_int为计算周期，即每隔T_int时间，REB的值更新一次。当U_p(t)与U_m(t)相差不多时，表明这两个蜂窝负载平衡。

步骤4、比较计算获得的宏蜂窝基站用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，并根据判断结果，调整微微蜂窝基站覆盖区域和计算用户平均吞吐量的计算周期，具体方法如下：

步骤4-1、比较计算获得的宏蜂窝基站用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量大于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则改变用户接入基站的判决条件，减小宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域；

所述的用户接入基站的判决条件为：用户接收来自宏蜂窝基站的信号强度值大于用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值；此时，改变用户接入基站的判决条件方法为：在用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值上减去一个设定的数值β，形成新的用户接入基站的判决条件，进而确定新的扩展的偏置值；

本发明实施例中，通过宏蜂窝基站用户的平均吞吐量U_m(t)和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量U_p(t)的比较，动态的更新微微蜂窝区域扩展偏移量的大小，更新后的区域扩展偏置值如公式(23)与公式(24)：

${\mathrm{\δ}}_p^{(k+1)}=\min \{{\mathrm{\δ}}_p^{\left(k\right)}+\mathrm{\β},{\mathrm{\δ}}_{\max }\}---\left(23\right)$

${\mathrm{\δ}}_p^{(k+1)}=\max \{{\mathrm{\δ}}_p^{\left(k\right)}+\mathrm{\β},{\mathrm{\δ}}_{\min }\}---\left(24\right)$

其中，是微微蜂窝基站

第k次计算后的区域扩展偏置值(REB)；δ_min和δ_max分别为REB的下限和上限；β为每次REB变化的步长，取值范围为0～2dB，具体取值根据实际情况而定，若对精度要求不高，加快平衡，则取大值，否则取小值。

步骤4-2、若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量小于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则改变用户接入基站的判决条件，增大宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域；

此时，改变用户接入基站的判决条件方法为：在用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值上加上一个设定的数值，形成新的用户接入基站的判决条件；

步骤4-3、若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量小于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域不变，并对该现象出现次数进行计数，若计数值小于给定的阈值，则重新设置计算周期；若计数值大于给定的阈值，则将计算周期替换为设定的最大计算周期；

为了快速的达到网络的负载平衡，本流程中还定义了动态更新时间，如公式(1)所示：

$T_{\mathrm{int}\_p}=T_{\mathrm{int}\_\min }+(T_{\mathrm{int}\_\max }-T_{\mathrm{int}\_\min })\·\frac{\mathrm{counter}\_p}{X}---\left(1\right)$

对区域扩展的性能进行验证，具体如下：

本发明实施例中，利用Matlab进行验证，采用几乎空白子帧(Almost Blank Sub-Frame,ABSF)干扰协调技术。图4为不同扩展偏移量变化步长β情况下，下行和上行平均网络吞吐量的比较。β为每次经过宏蜂窝与微微蜂窝效用函数比较后，REB变化的步长。由图可见，β的取值对网络性能有很大的影响。从中可以看出，在本文网络环境下，当β=1dB时，下行和上行平均网络吞吐量达到最大。这是因为，如果β取值过大，则每次微微蜂窝区域扩展都比较大，则会有更多的用户接入微微蜂窝，会导致微微蜂窝扩展区域内离微微基站较远的用户信干噪比很低。如果β值比较小，则每次微微蜂窝区域扩展都不够充分，仍然会存在很强的上行干扰。因此在本文的网络情况下，后面的验证中都取β=1。

图5与图6分别为不同验证时间下所需的区域扩展更新频率和不同更新时间下平均网络吞吐量的比较。在图5中，分别对固定更新时间为10ms和15ms及T_{int_min}=10ms和T_{int_min}=15ms时的动态更新时间进行了验证。由图可见，使用本章提出的动态更新时间方法可以明显减少更新频率，节省网络开销。相对应图5，又在相应的更新频率的情况下对网络平均吞吐量进行了验证，如图6所示。对应于图5与图6中相应曲线可知，虽然更新频率减少，网络吞吐量与固定更新频率的网络吞吐量相比具有可比性，即在保证了网络吞吐量的同时，降低了网络的开销。从图6中还可以看出，T_{int_min}=10ms时比T_{int_min}=15ms情况时网络吞吐量高，这是因为如果更新频率过小，很难跟踪复杂的网络变化，很多用户处于低的SINR状态。因此，后面的验证中，本文使用T_{int_min}=10ms的动态时间间隔更新。

图7和图8为下行和上行用户平均吞吐量在不同区域扩展方法曲线图，采用累积分布函数CDF曲线。累积分布函数能够完整的描述一个实数随机变量的概率分布，其定义为对于所有小于等于a的值，其出现的概率和，即F(a)=P(x<a)。从图7和图8中可以看出，不论在下行链路还是上行链路中，本章提出的动态区域扩展(Dynamic Cell Range Expansion，DCRE)算法具有最好的网络性能。

对于图7，采用ABSF所占的比例为τ=50%、τ=20%和τ=80%时的情况，如图9和图10所示，DCRE算法具有明显优势。而这三个图却没有明显的差别，因为当τ值较小时，即ABSF所占比例较小，宏蜂窝与微微蜂窝之间干扰会相应变大。当ABSF所占比例较大时，虽然宏蜂窝与微微蜂窝之间干扰会相应减小，但此时微微蜂窝会接入更多的用户，会产生更多下行干扰。因此后面的验证中，设ABSF比例为τ=50%。

图11和图12为下行和上行平均网络吞吐量在不同区域扩展方法示意图。由图可见，不论在下行链路还是上行链路中，本章提出的DCRE算法具有最高的网络吞吐量。

图13为不同ABSF比例下平均REB大小的CDF曲线。从图中可以看到，当ABSF比例为80%时，在大部分情况下，需要较大的微微蜂窝扩展偏移量。这是因为由于ABSF比例较大时，宏蜂窝与微微蜂窝之间干扰较小，并且此时宏蜂窝可以用的资源较少，所以微微蜂窝扩展较大的偏移量，来接入更多的用户，将宏蜂窝的负载转移到微微蜂窝内。相反，当ABSF比例为20%时，其大部分扩展偏移量较小，因为此时宏蜂窝所占资源较多，并且宏蜂窝与微微蜂窝之间干扰较大。

步骤附、在微微蜂窝基站发射功率和微微蜂窝基站下用户发射功率固定不变的情况下，根据用户设定的期望目标信干噪比、信道增益、干扰功率和噪声功率，确定微微蜂窝基站下用户所使用的资源块上，宏蜂窝基站允许的最大发射功率和宏蜂窝基站下用户允许的最大发射功率；

本发明实施例中，若微微蜂窝基站扩展区域内用户

的下行信干噪比值小于其目标信干噪比值

微微蜂窝基站

会告知宏蜂窝基站

宏蜂窝基站

将RB k上的发射功率从p_m,k降低到p′_m,k，其中

为宏蜂窝基站

在RB k上可以发射的最大功率，以保证微微蜂窝扩展区域内用户

可以达到其下行目标SINR

若微微蜂窝扩展区域内用户

的上行信干噪比

小于其目标信干噪比

微微基站会告知宏蜂窝基站宏蜂窝基站

将其用户在RB k上的上行发射功率从p_u′,k降低到p′_u′,k，其中

为宏蜂窝用户在RB k上可以发射的最大功率，以保证微微蜂窝扩展区域内用户

可以达到其上行目标信干噪比

步骤附-1、根据微微蜂窝基站接收信号强度和用户设定的期望目标信干噪比，确定用户在当前子载波资源上所能承受的下行最大干扰；根据微微蜂窝基站下用户接收信号强度和用户设定的期望目标信干噪比，确定用户在当前子载波资源上所能承受的上行最大干扰；

确定用户在当前子载波资源上所能承受的最大干扰，其中，能承受的其他基站所带来的最大干扰，公式如下：

$I_{u,k}^{\max }=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{u,k}^p}{{\mathrm{\&gamma;}}_u^{t\arg \mathrm{et}}}-{\mathrm{\&sigma;}}^2---\left(2\right)$

其中，

表示对于微微蜂窝基站下的用户当前使用的子载波资源块所能承受的其他基站所带来的最大干扰；

表示微微蜂窝基站在当前使用的子载波资源块上接收信号强度，由微微蜂窝基站扩展区域内用户在其服务小区

发送的载波信号上测量所得，并且

从微微蜂窝扩展区域内用户所发送的信道质量指示(Channel Quality Indicators，CQIs)获得

表示用户设定的期望目标信干噪比；σ²表示噪声功率；p表示微微蜂窝基站；u表示微微蜂窝基站下的用户；k表示当前使用的资源块；

能承受的其他基站下用户所带来的最大干扰，公式如下：

$I_{p,k}^{\max }=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{p,k}^u}{{\mathrm{\&gamma;}}_u^{t\arg \mathrm{et}}}-{\mathrm{\&sigma;}}^2---\left(3\right)$

其中，

表示对于微微蜂窝基站下的用户当前使用的子载波资源块所能承受的其他基站下用户所带来的最大干扰；ω^u _p,k表示微微蜂窝基站下用户在当前使用的子载波资源块上接收信号强度，由微微蜂窝基站

在扩展区域内用户

发送的载波信号上测量所得。

步骤5-2、根据获得的用户在当前子载波资源上所能承受的下行最大干扰和相邻微微蜂窝基站对该用户的下行干扰，确定宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的下行最大干扰，公式如下：

$I_{u,k}^{m,\max }=I_{u,k}^{\max }-\underset{p^{\&prime;}=1,p^{\&prime;}\&NotEqual;p}{\overset{P}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&omega;}}_{u,k}^{p^{\&prime;}}---\left(4\right)$

其中，

表示宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰；p′表示除自身微微蜂窝基站外的其他微微蜂窝基站；ω^p′ _u,k表示其他微微蜂窝基站在当前使用的子载波资源块上接收信号强度，即相邻微微蜂窝对该扩展区域内用户的干扰，由扩展区域内用户

测得并且发送给其服务小区如果多个宏蜂窝都对用户产生干扰，则

应以比例公平的方式分配给所有宏蜂窝；P表示微微蜂窝基站的总数。

步骤5-3、根据宏蜂窝基站与该用户之间的信道增益和宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的下行最大干扰，确定宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率，公式如下：

$p_{m,k}^{\max }=\frac{I_{u,k}^{m,\max }}{{\mathrm{\&Gamma;}}_{m,u}}---\left(5\right)$

其中，表示宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率，Γ_m,u表示宏蜂窝基站与该用户之间的信道增益，微微蜂窝基站

通过其用户

发送的测量报告(MeasurementReports，MRs)得到Γ_m,u值；m表示宏蜂窝基站。

由于微微蜂窝基站通过数据调度或者其用户反馈信息，可以得到

和Γ_m,u，因此微微蜂窝可以通过式(2)、(4)、(5)计算出宏蜂窝下行发射功率约束条件

然后微微蜂窝基站

通过X2接口告知宏蜂窝这个下行发射功率约束条件

和相应的资源块标号k。为了减小信令开销，仅仅当

的值大于1dB时，

才会将这些信息发送给

步骤附-4、根据获得的用户在当前子载波资源上所能承受的上行最大干扰和在相邻微微蜂窝基站下的用户对该用户产生的上行干扰，确定宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的上行最大干扰，公式如下：

$I_{p,k}^{u^{\&prime;},\max }=I_{p,k}^{\max }-\underset{p^{\&prime;}=1,p^{\&prime;}\&NotEqual;p}{\overset{P}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{u^{\&prime;\&prime;}\&Element;u^{p^{\&prime;}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&omega;}}_{p,k}^{u^{\&prime;\&prime;}}---\left(6\right)$

其中，

表示宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰，u′表示宏蜂窝基站下用户；u′′表示相邻微微蜂窝基站下的一个用户；u^p′表示相邻微微蜂窝基站的用户；ω^u′′ _p,k表示相邻微微蜂窝基站下用户在当前使用的子载波资源块上接收信号强度，即相邻微微蜂窝内用户对该扩展区域内用户的干扰，由其服务小区

测量所得。

步骤附-附、根据微微蜂窝与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的上行最大干扰，确定宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率，公式如下：

$p_{u^{\&prime;},k}^{\max }=\frac{I_{p,k}^{u^{\&prime;},\max }}{{\mathrm{\&Gamma;}}_{u^{\&prime;},p}}---\left(7\right)$

其中，表示宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率，Γ_u′,p表示微微蜂窝与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益。

由于微微蜂窝通过数据调度或者其用户反馈信息，知道

和因此微微蜂窝可以通过式(3)、(6)、(7)计算出宏蜂窝用户所能带来的最大干扰

然后微微蜂窝

通过X2接口将和相应的资源块标号k发送给宏蜂窝

为了减小信令开销，仅仅当

的值大于1dB时，

才会将这些信息发送给

当收到这些信息后，会用公式(19)计算出宏蜂窝用户

在RB k上的上行发射功率约束条件

步骤际、根据设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比、宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站在当前子载波接收到的总干扰功率，确定宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率；并根据设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比、宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站下用户在当前子载波接收到的总干扰功率，确定宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率；

确定宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率，公式如下：

$p_{m,k}={\mathrm{\&gamma;}}_{r_u}\&CenterDot;\frac{I_{u,k}+{\mathrm{\&sigma;}}^2}{{\mathrm{\&Gamma;}}_{m.u}}---\left(8\right)$

其中，p_m,k表示宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率，

表示设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比，Γ_m.u表示宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益；I_u,k表示宏蜂窝基站在当前子载波接收到的总干扰功率；

所述的确定宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率，公式如下：

$p_{u,k}={\mathrm{\&gamma;}}_{r_u}\&CenterDot;\frac{I_{m,k}+{\mathrm{\&sigma;}}^2}{{\mathrm{\&Gamma;}}_{m.u}}---\left(9\right)$

其中，p_u,k表示宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率；I_m,k表示宏蜂窝基站下用户在当前子载波接收到的总干扰功率。其中通过用户

发送给蜂窝

的反馈测量报告和信道测量指标，获得路径增益Γ_m.u和I_u,k值；宏蜂窝

通过上行测量报告可以直接获得I_m,k值。

步骤7、根据用户设定的目标吞吐量、编码效率、单个资源块的吞吐量，确定用户所需的最少资源块数目；

根据计算获得的功率约束条件

和

宏蜂窝基站

有很多种方法来分配RBs和其用户的下行和上行发射功率。本发明实施例中提出宏蜂窝-微微蜂窝协调资源分配方案，不仅可以应用于下行的无线资源分配，还可以应用于上行的无线资源分配方案。

对宏蜂窝用户

为了以最少数目的RBs和最小的发送功率来达到其目标吞吐量

分配给其调制编码方案r_u，公式如下：

其中，D_u表示用户所需的最少资源块数；

表示用户设定的目标吞吐量；Ω表示单个资源块的吞吐量；

表示编码效率。

步骤8、将获得的宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率、宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率、宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率、宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率、用户所需的最少资源块数目和一个资源块只能用一次作为约束条件，采用网络单纯形算法获得宏蜂窝基站中分配的资源块个数、宏蜂窝基站的最低发射功率和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率；

本发明实施例中，在下行通信中，对微微蜂窝与宏蜂窝协调分配RBs与功率问题((Thecooperative RB and power allocation problem,coRPAP)建模成如下整数线性规划(LinearProgramming,LP)问题：

确定宏蜂窝基站中分配给用户的资源块个数和宏蜂窝基站的最低发射功率公式如下：

其中，χ_u,k表示资源块的使用情况，当取值为1时表示使用该资源块，当取值为0时表示不使用该资源块；U^m表示宏蜂窝基站下的总用户数；K表示资源块总数；D′_u表示宏蜂窝基站中分配给用户的资源块个数；f(x)表示宏蜂窝基站的总功率；

本发明实施例中，目标函数为宏蜂窝基站

在每个用户

上的RBs发射功率最小。第一个约束条件为了满足用户的下行SINR门限，蜂窝

发射功率限制；第二个约束条件为一个资源块最多只能分配给一个用户；第三个和第四个约束条件为保证用户

分配到D_u个RBs；第五个约束条件为减小微微蜂窝扩展区域内用户所受宏蜂窝对其下行干扰；最后一个约束条件为当用户

用到RB k时，χ_u,k=1，否则χ_u,k=0。

确定宏蜂窝基站下用户需要的资源块个数和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率公式如下：

其中，D″_u宏蜂窝基站下用户需要的资源块个数。f′(x)表示宏蜂窝基站下用户的总功率；

本发明实施例中，目标函数为每个宏蜂窝用户

在其RBs上的上行发射功率最小。第一个约束条件为用户

上行发射功率限制；第五个约束条件为减小宏蜂窝用户对微微蜂窝扩展区域内用户的上行干扰；其它约束条件同下行情况。

利用网络单纯形算法求解上述的约束方程，就能得出宏蜂窝基站对本小区用户分配资源块和发射功率。

步骤么、根据获得的资源块个数，宏蜂窝基站将资源块分配给宏蜂窝基站下的用户；根据宏蜂窝基站的最低发射功率设置宏蜂窝基站；根据宏蜂窝基站下用户的最低发射功率设置宏蜂窝基站下每个用户。

图14和图15为不同干扰协调方案下，下行和上行的平均网络吞吐量的仿真对比图。从图14和图15中可以看出，coRPAP方案有最好的网络性能，有效的提高了网络吞吐量。

Claims (10)

1.一种基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在传统宏蜂窝基站覆盖范围内，根据需求部署若干个微微蜂窝基站；

步骤2、分别计算宏蜂窝基站覆盖范围内用户和微微蜂窝基站覆盖范围内用户在子载波上的信干噪比值，并根据计算获得的信干噪比值确定上述两类基站下每个用户的吞吐量；

步骤3、设置一段时间作为计算周期，并根据获得的每个用户的吞吐量，求出本周期单位时间内，宏蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站下单个子载波上所有用户的平均吞吐量；

步骤4、比较计算获得的宏蜂窝基站用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，并根据判断结果，调整微微蜂窝基站覆盖区域和计算用户平均吞吐量的计算周期，具体如下：

步骤4-1、比较计算获得的宏蜂窝基站用户的平均吞吐量和微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量大于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则改变用户接入基站的判决条件，减小宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域；

所述的用户接入基站的判决条件为：用户接收来自宏蜂窝基站的信号强度值大于用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值；

此时，改变用户接入基站的判决条件方法为：在用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值上减去一个设定的数值，形成新的用户接入基站的判决条件；

步骤4-2、若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量小于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则改变用户接入基站的判决条件，增大宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域；

此时，改变用户接入基站的判决条件方法为：在用户接收来自微微蜂窝基站的信号强度值上加上一个设定的数值，形成新的用户接入基站的判决条件；

步骤4-3、若宏蜂窝基站用户的平均吞吐量小于微微蜂窝基站用户的平均吞吐量，则宏蜂窝基站覆盖范围下的微微蜂窝基站覆盖区域不变，并对该现象出现次数进行计数，若计数值小于给定的阈值，则重新设置计算周期；若计数值大于给定的阈值，则将计算周期替换为设定的最大计算周期；

步骤5、在微微蜂窝基站发射功率和微微蜂窝基站下用户发射功率固定不变的情况下，根据用户设定的期望目标信干噪比、信道增益、干扰功率和噪声功率，确定微微蜂窝基站下用户所使用的资源块上，宏蜂窝基站允许的最大发射功率和宏蜂窝基站下用户允许的最大发射功率；

步骤5-1、根据微微蜂窝基站接收信号强度和用户设定的期望目标信干噪比，确定用户在当前子载波资源上所能承受的下行最大干扰；根据微微蜂窝基站下用户接收信号强度和用户设定的期望目标信干噪比，确定用户在当前子载波资源上所能承受的上行最大干扰；

步骤5-2、根据获得的用户在当前子载波资源上所能承受的下行最大干扰和相邻微微蜂窝基站对该用户的下行干扰，确定宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的下行最大干扰；

步骤5-3、根据宏蜂窝基站与该用户之间的信道增益和宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的下行最大干扰，确定宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率；

步骤5-4、根据获得的用户在当前子载波资源上所能承受的上行最大干扰和在相邻微微蜂窝基站下的用户对该用户产生的上行干扰，确定宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的上行最大干扰；

步骤5-5、根据微微蜂窝与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的上行最大干扰，确定宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率；

步骤6、根据设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比、宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站在当前子载波接收到的总干扰功率，确定宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率；并根据设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比、宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益和宏蜂窝基站下用户在当前子载波接收到的总干扰功率，确定宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率；

步骤7、根据用户设定的目标吞吐量、编码效率、单个资源块的吞吐量，确定用户所需的最少资源块数目；

步骤8、将获得的宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率、宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率、宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率、宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率、用户所需的最少资源块数目和一个资源块只能用一次作为约束条件，采用网络单纯形算法获得宏蜂窝基站中分配的资源块个数、宏蜂窝基站的最低发射功率和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率；

步骤9、根据获得的资源块个数，宏蜂窝基站将资源块分配给宏蜂窝基站下的用户；根据宏蜂窝基站的最低发射功率设置宏蜂窝基站；根据宏蜂窝基站下用户的最低发射功率设置宏蜂窝基站下每个用户。

2.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤4-3所述的重新设置计算周期，公式如下：

$T_{\mathrm{int}\_p}=T_{\mathrm{int}\_\min }+(T_{\mathrm{int}\_\max }-T_{\mathrm{int}\_\min })\&CenterDot;\frac{\mathrm{counter}\_p}{X}---\left(1\right)$

其中，T_{int_p}表示计算周期，T_{int_min}表示根据需求设定的计算周期的下限；T_{int_max}表示根据需求设定的计算周期的上限；counter_p表示所记次数；X表示根据需求设定的计数门限值。

3.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤5-1所述的确定用户在当前子载波资源上所能承受的最大干扰，其中，能承受的其他基站所带来的最大干扰，公式如下：

$I_{u,k}^{\max }=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{u,k}^p}{{\mathrm{\&gamma;}}_u^{t\arg \mathrm{et}}}-{\mathrm{\&sigma;}}^2---\left(2\right)$

其中，

表示对于微微蜂窝基站下的用户当前使用的子载波资源块所能承受的其他基站所带来的最大干扰；

表示微微蜂窝基站在当前使用的子载波资源块上接收信号强度；表示用户设定的期望目标信干噪比；σ²表示噪声功率；p表示第p个微微蜂窝基站；u表示微微蜂窝基站下的用户；k表示当前使用的资源块；

能承受的其他基站下用户所带来的最大干扰，公式如下：

$I_{p,k}^{\max }=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{p,k}^u}{{\mathrm{\&gamma;}}_u^{t\arg \mathrm{et}}}-{\mathrm{\&sigma;}}^2---\left(3\right)$

其中，

表示对于微微蜂窝基站下的用户当前使用的子载波资源块所能承受的其他基站下用户所带来的最大干扰；ω^u _p,k表示微微蜂窝基站下用户在当前使用的子载波资源块上接收信号强度。

4.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤5-2所述的确定宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰，公式如下：

$I_{u,k}^{m,\max }=I_{u,k}^{\max }-\underset{p^{\&prime;}=1,p^{\&prime;}\&NotEqual;p}{\overset{P}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&omega;}}_{u,k}^{p^{\&prime;}}---\left(4\right)$

其中，

表示宏蜂窝基站对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰；p′表示除自身微微蜂窝基站外的其他微微蜂窝基站；ω^p′ _u,k表示其他微微蜂窝基站在当前使用的子载波资源块上接收信号强度；P表示微微蜂窝基站的总数。

5.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤5-3所述的确定宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率，公式如下：

$p_{m,k}^{\max }=\frac{I_{u,k}^{m,\max }}{{\mathrm{\&Gamma;}}_{m,u}}---\left(5\right)$

其中，

表示宏蜂窝基站在当前资源块上允许的最大发射功率，Γ_m,u表示宏蜂窝基站与该用户之间的信道增益，m表示第m个宏蜂窝基站。

6.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤5-4所述的确定宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰，公式如下：

$I_{p,k}^{u^{\&prime;},\max }=I_{p,k}^{\max }-\underset{p^{\&prime;}=1,p^{\&prime;}\&NotEqual;p}{\overset{P}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{u^{\&prime;\&prime;}\&Element;u^{p^{\&prime;}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{\mathrm{\&omega;}}_{p,k}^{u^{\&prime;\&prime;}}---\left(6\right)$

其中，

表示宏蜂窝基站下用户对微微蜂窝基站下的用户允许产生的最大干扰，u′表示宏蜂窝基站下用户；u′′表示相邻微微蜂窝基站下的一个用户；u^p′表示相邻微微蜂窝基站的用户；ω^u′′ _p,k表示相邻微微蜂窝基站下用户在当前使用的子载波资源块上接收信号强度。

7.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤5-5所述的确定宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率，公式如下：

$p_{u^{\&prime;},k}^{\max }=\frac{I_{p,k}^{u^{\&prime;},\max }}{{\mathrm{\&Gamma;}}_{u^{\&prime;},p}}---\left(7\right)$

其中，表示宏蜂窝基站下的用户在此资源块上允许的最大发射功率，Γ_u′,p表示微微蜂窝与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益。

8.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤6所述的确定宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率，公式如下：

$p_{m,k}={\mathrm{\&gamma;}}_{r_u}\&CenterDot;\frac{I_{u,k}+{\mathrm{\&sigma;}}^2}{{\mathrm{\&Gamma;}}_{m.u}}---\left(8\right)$

其中，p_m,k表示宏蜂窝基站在子载波上发射的最小功率，

表示设定的宏蜂窝基站用户的最低信干噪比，Γ_m.u表示宏蜂窝基站与宏蜂窝基站下的用户之间的信道增益；I_u,k表示宏蜂窝基站在当前子载波接收到的总干扰功率；

所述的确定宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率，公式如下：

$p_{u,k}={\mathrm{\&gamma;}}_{r_u}\&CenterDot;\frac{I_{m,k}+{\mathrm{\&sigma;}}^2}{{\mathrm{\&Gamma;}}_{m.u}}---\left(9\right)$

其中，p_u,k表示宏蜂窝基站下用户在子载波上发射的最小功率；I_m,k表示宏蜂窝基站下用户在当前子载波接收到的总干扰功率。

9.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤7所述的确定用户所需的最少资源块数目，公式如下：

其中，D_u表示用户所需的最少资源块数；

表示用户设定的目标吞吐量；Ω表示单个资源块的吞吐量；表示编码效率。

10.根据权利要求1所述的基于动态区域扩展和功率控制的异构网络干扰协调方法，其特征在于，步骤8所述的获得宏蜂窝基站中分配的资源块个数、宏蜂窝基站的最低发射功率和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率，其中，确定宏蜂窝基站中分配给用户的资源块个数和宏蜂窝基站的最低发射功率公式如下：

其中，χ_u,k表示资源块的使用情况，当取值为1时表示使用该资源块，当取值为0时表示不使用该资源块；U^M表示宏蜂窝基站下的总用户数；K表示资源块总数；D′_u表示宏蜂窝基站中分配给用户的资源块个数；

确定宏蜂窝基站下用户需要的资源块个数和宏蜂窝基站下用户的最低发射功率公式如下：

其中，D″_u宏蜂窝基站下用户需要的资源块个数。

Images