CN105376744B

CN105376744B - 无线异构网络中的协作基站分簇方法和装置

Info

Publication number: CN105376744B
Application number: CN201510698294.4A
Authority: CN
Inventors: 袁华璐; 丁莎莎; 田霖; 余萍; 韩东升
Original assignee: North China Electric Power University; Super High Transmission Co of China South Electric Net Co Ltd
Current assignee: North China Electric Power University; Super High Transmission Co of China South Electric Net Co Ltd
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2019-01-18
Anticipated expiration: 2035-10-21
Also published as: CN105376744A

Abstract

本发明实施例提供了一种无线异构网络中的协作基站分簇的方法和装置。包括：接收用户终端反馈的与各基站的信道状态信息；根据设定时间内的信道状态信息，计算主服务基站分别与每个非主服务基站协作时，受到除与主服务基站协作的非主服务基站以外的其他非主服务基站的干扰信号强度信息；根据所述干扰信号强度信息选取设定数量的受干扰强度较小的非主服务基站归纳于待选基站集合；计算用户终端接收到待选基站集合中待选基站的有效信号强度信息；根据所述各个待选基站的有效信号强度信息选取最终设定数量的信号强度较大的所述待选基站归纳于用户终端的协作基站簇。通过本发明实施例，在无线异构网络中，使得基站与用户终端之间的信息传输效率更高。

Description

无线异构网络中的协作基站分簇方法和装置

技术领域

本发明涉及信息通信技术领域，尤其涉及一种无线异构网络中的协作基站分簇方法和装置。

背景技术

随着信息技术的不断发展，人们对无线网络通讯体验的要求越来越高，人们不再只是追求能够连通网络，或者接收到网络信息，而是对利用网络进行通讯的速度，尤其是处于网络边缘的用户利用网络进行通讯的速度等等有了更多地需求，但是目前无线网络通讯的速度还有待调高(例如，利用手机进行通讯时，在距离手机信号基站一定距离后，虽然能够接收到基站传输的信号，但是，无论是通话质量还是上网浏览网页的速度，都是非常慢的)。所以，为了应对人们越来越高的需求，多站点协作(Coordinated Multiple Points，CoMP)传输技术等被广泛应用。

多站点协作传输技术能够显著的提高网络系统性能，尤其是改善区域边缘的用户终端的用户体验，但是，该种传输技术需要共享和反馈大量的用户数据信息、信道状态信息，若在整个网络系统中协作，会造成相当大的信息负担。因此，在进行多站点协作传输时，需要系统中的基站进行分簇，进而协同为用户传输数据。

现有技术中的一种方法为：将距离最近的基站分成一簇，进行簇内多站点协作传输，但是，该方案一般是基于基站类型相同的同构网络结构下进行数据传输的，不能够很好地试用当前较流行的无线异构网的分层结构。

总之，迫切本领域技术人员解决的技术问题就在于，如何使得无线异构网络中，信息传输的效率更高，并能有效改善边缘用户的信息体验。

发明内容

本发明的实施例提供了一种无线异构网络中的协作基站分簇方法，使得基站与用户终端之间信息传输的效率更高。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种无线异构网络中的协作基站分簇方法，包括：

接收用户终端反馈的与各基站的信道状态信息，所述基站包括用户终端的主服务基站以及非主服务基站；

根据设定时间内的所述信道状态信息，计算所述主服务基站分别与每个所述非主服务基站协作时，受到除与主服务基站协作的非主服务基站以外的其他非主服务基站的干扰信号强度信息；根据所述干扰信号强度信息，选取设定数量的受干扰强度较小的非主服务基站归纳于待选基站集合；

根据所述信道状态信息，计算用户终端接收到所述待选基站集合中待选基站的有效信号强度信息；根据所述各个待选基站的有效信号强度信息，选取设定数量的信号强度较大的所述待选基站归纳于用户终端的协作基站簇。

优选的，所述根据设定时间内的所述信道状态信息，计算所述主服务基站分别与每个所述非主服务基站协作时，受到除与主服务基站协作的非主服务基站以外的其他非主服务基站的干扰信号强度信息前，还包括：

根据所述信道状态信息，计算所述用户终端接收到所述主服务基站的有效信号强度；若所述主服务基站的有效信号强度低于设定阈值，则确定该用户终端为边缘用户终端；

或者，

根据所述信道状态信息，确定所述用户终端与所述主服务基站的传输距离；若该距离超过设定阈值，则确定该用户终端为边缘用户终端；所述用户终端与所述宏基站的传输距离由所述用户终端提供。

优选的，所述根据设定时间内的所述信道状态信息计算所述主服务基站分别与每个所述非主服务基站协作时，受到除与主服务基站协作的非主服务基站以外的其他非主服务基站的干扰信号强度信息；根据所述干扰信号强度信息，选取设定数量的受干扰强度较小的非主服务基站归纳于待选基站集合包括：

根据所述信道状态信息，计算出所述主服务基站分别与每个非主服务基站协作时的信干噪比；

根据所述信干噪比对所述与所述主服务基站协作的非主服务基站进行排序，选取设定数量的信干噪比较大的非主服务基站归纳于待选基站集合。

优选的，所述根据所述信道状态信息，计算出所述主服务基站分别与每个非主服务基站协作时的信干噪比包括：

设系统中共有L个微基站，每个微基站对应一个微小区；处于m小区的第i个微小区的第j个用户记作K_mij，用户K_mij的主服务基站记作L_mi，其余为非主服务基站L_mp；其中，1≤i≤L，1≤p≤L，i≠p；

通过以下方式确定所述主服务基站与每个非主服务基站协作时的信干噪比：

其中，G^ganrao _p为所述主基站L_mi与非主服务基站L_mp协作时的信干噪比；

P_N为系统中微基站的发送信号功率；

H_mij表示用户终端接收主服务基站L_mi发送信息的信道矩阵；

L_mv表示除主服务基站L_mi以及非主服务基站L_mp以外的第v个微基站；

W_mij表示针对用户终端K_mij设计的预编码矩阵；

W_mpj表示针对用户终端K_mpj设计的预编码矩阵；

H_mvj表示基站L_mv和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

优选的，通过以下方式计算用户终端接收到所述待选基站集合中待选基站的有效信号强度信息：

其中，p^qiangdu _p表示用户终端K_mij接收到非主服务基站L_mp的信号强度；

W_mpj表示针对用户K_mpj设计的预编码矩阵；

e_c表示得到的待选基站集合中待选基站的个数；

H_mpj表示基站L_mp和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

一种无线异构网络中的协作基站分簇装置，包括：

信道状态信息接收单元，用于接收用户终端反馈的与各基站的信道状态信息，所述基站包括用户终端的主服务基站以及非主服务基站；

待选基站确定单元，用于根据设定时间内的所述信道状态信息，计算所述主服务基站分别与每个所述非主服务基站协作时，受到除与主服务基站协作的非主服务基站以外的其他非主服务基站的干扰信号强度信息；根据所述干扰信号强度信息，选取设定数量的受干扰强度较小的非主服务基站归纳于待选基站集合；

协作基站归纳单元，用于根据所述信道状态信息，计算用户终端接收到所述待选基站集合中待选基站的有效信号强度信息；根据所述各个待选基站的有效信号强度信息，选取设定数量的信号强度较大的所述待选基站归纳于用户终端的协作基站簇。

优选的，还包括：

边缘用户第一确定单元，用于根据所述信道状态信息，计算所述用户终端接收到所述主服务基站的有效信号强度；若所述主服务基站的有效信号强度低于设定阈值，则确定该用户终端为边缘用户终端；

或者，

边缘用户第二确定单元，用于根据所述信道状态信息，确定所述用户终端与所述主服务基站的传输距离；若该距离超过设定阈值，则确定该用户终端为边缘用户终端；所述用户终端与所述宏基站的传输距离由所述用户终端提供。

优选的，所述待选基站确定单元包括：

信干噪比计算子单元，用于根据所述信道状态信息，计算出所述主服务基站分别与每个非主服务基站协作时的信干噪比；

待选基站确定子单元，用于根据所述信干噪比对所述与所述主服务基站协作的非主服务基站进行排序，选取设定数量的信干噪比较大的非主服务基站归纳于待选基站集合。

优选的，所述信干噪比计算子单元还用于：

P_N为系统中微基站的发送信号功率；

H_mij表示用户终端接收主服务基站L_mi发送信息的信道矩阵；

W_mij表示针对用户终端K_mij设计的预编码矩阵；

W_mpj表示针对用户终端K_mpj设计的预编码矩阵；

H_mvj表示基站L_mv和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

优选的，协作基站归纳单元还用于，

通过以下方式计算用户终端接收到所述待选基站集合中待选基站的有效信号强度信息：

W_mpj表示针对用户K_mpj设计的预编码矩阵；

e_c表示得到的待选基站集合中待选基站的个数；

H_mpj表示基站L_mp和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过利用对用户终端的受到其他基站的信号干扰较小的并且信号强度较高的非主服务基站与主服务基站进行协作为用户终端进行数据传输，提高了系统性能，增加了边缘用户终端的信息传输速率，有效的改善了边缘用户的信息体验。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为无线异构网络系统分布示意图；

图2为本发明实施例一提供的无线异构网络中的协作基站分簇方法的处理流程图；

图3为本发明实施例二提供的无线异构网络中的协作基站分簇装置结构示意图；

图4为不同分簇方法下的传输速率变化曲线；

图5为改变发送天线数后传输速率变化曲线；

图6为改变基站数后的传输速率变化曲线；

图7为改变待选基站个数后传输速率变化。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请的发明人通过分析发现：一个无线异构网络系统中，包括多个宏基站，并且根据每个宏基站形成一个小区，假设无线异构网络系统中共有B个宏基站，根据每个宏基站形成B个小区，每个小区的边缘和热点区域随机分布多个微小区，边缘用户随机分布在微小区中，如图1所示。通过分析发现，边缘用户不仅能够接收到所在微小区内的主服务基站发送的信号，还有可能受到微小区内除主服务基站以外的微基站的信号干扰，甚至还可能受到系统中其余宏基站和微基站的干扰。

若在边缘用户所在的小区中心设置有一个宏基站m，覆盖半径为R的圆形区域，该宏基站的发送信号功率为P_M；

在该小区范围内还设置有L个微基站，该小区内的第i个微基站记做L_mi，微基站发送信号功率为P_N，微基站的覆盖半径为r_pico。

该小区内随机分配有K个用户，第i个微小区的边缘用户j记为K_mij；

宏基站配备M_T根发送天线，微基站配备M_F根天线，用户有M_R根接收天线。基站通过无线广播信道向用户传输数据，可以通过以下方式确定用户K_mij接收信号强度：

其中，表示处于小区m中的宏基站和用户之间的信道矩阵；表示针对用户K_mij设计的预编码矩阵；s_mij ^M：表示处于小区m中的宏基站向用户发送的信号，且，表示处于微基站L_mi与用户之间传输数据的信道矩阵；w_mij ^N：表示针对用户K_mij设计的预编码矩阵，s_mij ^N表示微基站L_mi向用户发送的数据流；表示用户接收到该小区m中的非L_mi微基站发送数据的信道矩阵；w_Lj ^L：表示针对用户设计的预编码矩阵；s_Lj ^L：表示向用户发送的数据流；表示用户接收非小区m中的宏基站发送信息的信道矩阵；w_Mij：表示预编码矩阵；s_Mij：表示向用户发送的数据流；表示用户接收到非m小区的微基站发送数据的信道矩阵；w_MLj ^ML：表示预编码矩阵；s_MLj ^ML：表示基站向用户发送的数据流；N_mij为信号传输过程中均值为0，方差为1的高斯白噪声。

那么，用户K_mij接收信号的信干噪比(SINR)为：

由(2)式可得边缘用户K_mij的信号接收速率为：

其中：

分析(3)式，提高边缘用户的信号速率可以增加带宽，或者提高接收端的信干噪比。但是频率资源十分匮乏，一般考虑通过提高接收端的信干噪比来提升传输速率。多基站协作传输就是通过把干扰基站变为可以协作的基站，并为用户终端传输有用信号，进而多个基站通过协作共同为用户终端传输有效信号，提高接收端信号的有效功率，同时降低干扰，实现了传输速率的提升。这说明系统中除主基站之外的基站信号强度以及产生的干扰大小都会影响接收端传输速率，基于以上分析，本申请的发明人提出了一种无线异构网络中的协作基站分簇方法。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

该实施例提供了一种无线异构网络中的协作基站分簇方法的处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：

步骤210、接收用户终端反馈的与各基站的信道状态信息。

本发明实施例通过基于无线异构网络的多个站点协作来为用户传输数据。基于无线异构网络的系统一般包括若干个宏基站以及微基站，一般在宏基站上都有相应的基站控制单元，每个基站都可以覆盖一定范围内的若干用户终端。基站控制单元可以根据相应的协作基站分簇方法选出若干基站，通过被选出的基站之间的协作来为用户传输数据。其中，用户终端会将其与各个基站的信道状态信息实时的或在设定的时间间隔内反馈给基站控制单元。

在本发明实施例中，用户终端对应的主服务基站与非主服务基站既可以由宏基站以及微基站构成，也可以仅仅由微基站构成，具体实现方式根据该用户所处小区，以及与各个基站之间的信道状态确定。例如，若用户终端处于微小区内，且接收到的有效信号强度以及干扰信号强度较大的基站全部为微基站，那么，该用户终端对应的主服务基站与非主服务基站全部为微基站。

步骤220、根据设定时间内的所述信道状态信息，计算所述主服务基站分别与每个所述非主服务基站协作时，受到除与主服务基站协作的非主服务基站以外的其他非主服务基站的干扰信号强度信息；根据所述干扰信号强度信息，选取设定数量的受干扰强度较小的非主服务基站归纳于待选基站集合。

本发明实施例在具体实施过程中，由于多点协作传输技术主要是为了改善处在小区边缘的边缘用户终端，以增加边缘用户终端的信息吞吐量，以及信息的传输效率，微基站的设置也是主要为了使无线网络覆盖更多的边缘用户，所以在确定待选基站之前，还可以判断需要进行信息交互的客户终端是否为边缘客户终端，进而再确定用户终端是否需要多站点协作进行数据传输。

其中，具体确定用户终端是否为边缘用户的方式可以如下所示。

方式一

基站控制单元根据用户终端反馈的信道状态信息，计算接收到的主服务基站的信号强度，通过与预设在基站控制单元内的阈值进行比较，若该用户接收到的主服务基站的信号强度低于该阈值，那么确定该用户终端为边缘用户终端。

方式二

基站控制单元根据用户终端反馈的信道状态信息，确定用户终端与主服务基站的距离，通常情况下，与主服务基站的距离越远，信号强度越差；该距离信息可以由客户终端提供给基站控制单元，通过与预设在基站控制单元中的阈值进行比较，若用户终端与主服务器的距离超过阈值，则确定该用户终端为边缘用户终端。

本发明实施例在具体实施过程中，在基于无线异构网络的系统中，一般包括直接与用户交互数据的基站，称之为主服务基站，其他有可能与主服务基站协作与用户终端交互数据的基站或对用户终端有干扰的基站，统称为非主服务基站。在与用户终端进行数据交互过程中，主服务基站与其他基站进行协作时，会受到除主服务基站和与之协作的其他基站之外的基站的干扰，通过用户终端反馈的与各个基站的信道状态信息可以计算出受到干扰的强度信息。其中，用户终端实时的或每隔设定的时间会向基站控制单元反馈与各个基站之间的信道状态信息，基站控制单元可以将这些信道状态信息记录，在计算主服务基站与其他基站进行协作时受到的干扰强度信息时，通过统计一定时间段内的信道状态信息，根据该时间段内的信道状态信息计算出主服务基站与其他基站进行协作时受到其他非主服务基站的干扰强度信息。

其中，基站控制单元根据主服务基站与每个非主服务基站协作形成协作簇后受到的干扰信号强度的大小可以通过信干噪比来判断，信干噪比越大，则受到的干扰信号强度较小，信干噪比越小，受到的干扰信号强度较大。

具体的，信干噪比可以有如下确定方式。

考虑到用户K_mij的主基站L_mi以广播形式发送数据，为消除多用户干扰，信号首先在基站端进行预编码。因此，主基站发送信号形式为：

s＝s_mij·w_mij·h_mij+s₁·w₁·h_mij+,...,+s_K-1·w_(K-1)·h_mij (6)

式(6)表示了基站L_mi向小区中其它用户发送的数据信号也经过信道h_mij到达用户K_mij。其中，s_mij,s₁,...,s_(K-1)分别表示用户j,1,....K-1的请求数据流，w_mij,w₁,...,w_(K-1)表示相应用户j,1,....K-1的预编码矩阵。

P_N为系统中微基站(既可以包括主服务基站也可以包括非主服务基站)的发送信号功率；

H_mij表示用户终端接收主服务基站L_mi发送信息的信道矩阵；

W_mij表示针对用户终端K_mij设计的预编码矩阵；

W_mpj表示针对用户终端K_mpj设计的预编码矩阵；

H_mvj表示基站L_mv和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

基站控制单元可以根据基站主服务器与每个非主服务基站协作形成协作簇后受到的干扰信号强度的大小，对非主服务基站进行排序，从中选择出设定数量的受到干扰强度小的非主服务基站作为待选基站。

经过上述步骤，根据信干噪比确定用户终端受到的干扰情况，最终可得到用户终端受到的信干噪比的集合为：

G^ganrao＝{G^ganrao ₁,G^ganrao ₂,...,G^ganrao _p,...,G^ganrao _L-1} (8)

通过依据信干噪比的大小进行排序得到集合：

相应的基站编号集合：

Base^bianhao＝{e₁,e₂,...,e_L-1} (10)

此时，从集合G^ganrao中选出信干噪比较大的e_c个基站，并将它们的编号归纳于集合B₁ ^(COOP)，得出待选基站集合。

此时待选基站集和为：

B₁ ^(COOP)＝{e₁,...,e_c}且1≤A＜e_c＜L (11)

步骤230、根据所述信道状态信息，计算用户终端接收到所述待选基站集合中待选基站的有效信号强度信息；根据所述各个待选基站的有效信号强度信息，选取设定数量的信号强度较大的所述待选基站归纳于用户终端的协作基站簇。

在基站控制单元通过用户终端反馈的信道状态信息确定出待选基站集合后，还需要根据用户终端反馈的信道状态信息，计算出用户终端接收到的各个待选基站的有效信号强度，其中，在具体计算待选基站的信号强度时，可以根据用户终端当前或者最近一次反馈的对应待选基站的信道状态信息，计算出用户终端接收到该待选基站当前的有效信号强度信息。

具体的，由于无线传输环境复杂，大尺度衰落和小尺度衰落都会造成基站发送信号到达用户终端后信号强度发生衰减，计算用户终端接收到信号的强度可以有如下方式：

W_mpj表示针对用户K_mpj设计的预编码矩阵；

e_c表示得到的待选基站集合中待选基站的个数；

H_mpj表示基站L_mp和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

本发明实施例在具体实施过程中，基站控制单元根据待选基站的有效信号强度信息，从待选基站集合中选出设定数量的信号强度较大的基站，并归纳于最终的协作基站簇。基站控制单元通知最终确定的各个协作基站，以便通过协作基站簇中的协作基站之间的协作为用户终端传输数据。

经过上述步骤，计算得到用户终端受到各个待选基站的信号强的集合为p^qiangdu，那么：

对得到的信号强度进行排序，得出由大到小排列的信号强度集合：

相应的基站编号：

从集合中选出A个信号强度最大的基站存入集合B^(COOP),

那么，最终得出的有A个基站的可以参与协作的基站集合(最终协作基站簇)：

B^(COOP)＝{f₁,...f_A} (16)

经过计算可得经过分簇后的基站进行协作与用户终端进行数据交互中用户终端接收端信干噪比为：

通过分析(17)中确定的信干噪比可知，本发明实施例同时考虑到系统中非主服务基站发送信号强度对用户终端的影响以及非主服务基站对协作簇的干扰大小，利用对用户终端的受到其他基站的信号干扰较小的，并且信号强度较高的，非主服务基站与主服务基站进行协作为用户终端进行数据传输，提高了系统性能。

实施例二

该实施例提供了一种无线异构网络中的协作基站分簇装置，其具体实现结构如图3所示，具体可以包括如下的模块：

信道状态信息接收单元310，用于接收用户终端反馈的与各基站的信道状态信息，所述基站包括用户终端的主服务基站以及非主服务基站；

待选基站确定单元320，用于根据设定时间内的所述信道状态信息，计算所述主服务基站分别与每个所述非主服务基站协作时，受到除与主服务基站协作的非主服务基站以外的其他非主服务基站的干扰信号强度信息；根据所述干扰信号强度信息，选取设定数量的受干扰强度较小的非主服务基站归纳于待选基站集合；

协作基站归纳单元330，用于根据所述信道状态信息，计算用户终端接收到所述待选基站集合中待选基站的有效信号强度信息；根据所述各个待选基站的有效信号强度信息，选取设定数量的信号强度较大的所述待选基站归纳于用户终端的协作基站簇。

本发明实施例在具体实施过程中，还需要确定需要传输数据的客户终端是否为边缘用户终端，具体还可以包括如下模块：

或者，

具体的，确定用户终端受到的干扰强度信息可以通过计算信干噪比的方式，待选基站确定单元320可以包括如下模块：

信干噪比计算子单元，用于信干噪比计算子单元，用于根据所述信道状态信息，计算出所述主服务基站分别与每个非主服务基站协作时的信干噪比；

进一步的，信干噪比计算子单元还用于：

设系统中共有L个微基站，每个微基站对应有一个微小区；处于m小区的第i个微小区的第j个用户记作K_mij，用户K_mij的主服务基站记作L_mi，其余为非主服务基站L_mp；1≤i≤L，1≤p≤L，i≠p；

H_mij表示用户终端接收主服务基站L_mi发送信息的信道矩阵；

W_mij表示针对用户终端K_mij设计的预编码矩阵；

W_mpj表示针对用户终端K_mpj设计的预编码矩阵；

H_mvj表示基站L_mv和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

另外，协作基站归纳单元330还用于，

W_mpj表示针对用户K_mpj设计的预编码矩阵；

e_c表示得到的待选基站集合中待选基站的个数；

H_mpj表示基站L_mp和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

在本发明实施例具体实施过程中，本申请的发明人，通过下述数据对方案进行了较为全面的实验，具体实验结果如下所示。

表1. 仿真参数设置

仿真结果

根据表1中的仿真参数，其中dh为宏基站和用户之间的距离，单位km；dw为微基站和用户之间的距离，单位km，在MATLAB(Matrix Laboratory，矩阵实验室)中进行仿真验证。不失一般性，本文通过设置A＝2，也就是找到除主服务基站之外的2个基站进行基站分簇为边缘用户共同传输数据。以协作后接收端传输速率Rate^COOP随信噪比SNR变化情况进行性能分析。

图4为不同分簇方法下的传输速率变化曲线。

仿真图4是设置宏基站发送天线数M_T＝2，微基站天线数M_F＝1，微基站个数L＝10时，比较现有接收功率最大法、阈值法和本文提出的分步法得出的接收端协作传输速率的变化曲线。从曲线变化可以看出，本申请文件中的提出的分步法得到的接收端传输速率较高。在已提出的接收功率最大方法中，是用户的主服务基站和接收到相邻基站中信号强度最大的基站之间协作，但是没考虑周围基站的干扰影响。阈值法是通过设置接收信号强度阈值来选择高于该阈值的基站进行协作，但是选择出的可以协作的基站个数对接收端传输速率有影响，因此造成这两种方法得到的接收端协作传输速率较小。由仿真曲线的变化趋势可以看出，当SNR＝15dB左右时，本申请文件中的方法的Rate^COOP基本达到最大，以后的变化趋于稳定变化；而另两种方法是在SNR＝10dB时Rate^COOP达到最大，以后趋于稳定变。本申请文件中的方法得到的协作传输速率最大值约为0.58bps/Hz，其余两种方法得到的Rate^COOP大约为0.4bps/Hz和0.32bps/Hz，虽然协作传输速率较早趋于稳定，但最大协作传输速率Rate^COOP都小于0.58bps/Hz。分析基站天线数改变后，三种方法对应的传输速率变化情况。

图5为改变发送天线数后传输速率变化曲线。

图5中表示的是当基站多天线发送，即宏基站发送天线数M_T＝8，微基站发送天线数M_F＝2时，得到不同分簇方法下的接收端传输速率变化曲线，从曲线变化趋势可以得出，本申请文件中的方法得到的协作传输速率最大，系统性能最好。并且比较图4中传输速率变化情况，在该设置场景下，三种方法得出的Rate^COOP达到最大并趋于稳定变化时的SNR与图4中的变化趋势相同，分别是SNR＝10dB和SNR＝15dB时Rate^COOP有最大值并在以后趋于稳定变化。但是，在相同SNR值下，三种方法对应的Rate^COOP都小于图4中对应的协作速率，其中本申请文件中的方法中最大协作传输速率Rate^COOP约为0.46bps/Hz；最大功率法和阈值法得到的Rate^COOP约为0.24bps/Hz和0.23bps/Hz，并且后两种方法得到的协作传输速率曲线之间的差距变小。比较图3中的情况，传输速率都变小主要是由于天线数增多，每根天线等功率发送后，非协作集合中的基站发送的干扰信号功率增加，并且增加的总和大于有效信号功率增加总和，使得信干噪比SINR_cooper降低，接收端协作速率Rate^COOP变小。由图3和图4可以得出，基站端发送天线的个数影响协作后传输速率，并且随着天线数增多，Rate^COOP变小。分析系统中基站个数增加后，三种方法对应的传输速率变化情况。

图6为改变基站数后的传输速率变化曲线。

仿真图6是在宏基站发送天线数M_T＝2，微基站发送天线数，系统中基站个数分别为L＝15和L＝20时三种分簇方法对应的协作传输速率变化曲线。从图中可以看出，L＝15，e_c＝5时，得到的协作传输速率Rate^COOP最大，但是当L增加，待选基站个数e_c增加时，协作速率降低，这是由于基站个数增加，在选择出可以协作的基站A后，剩余基站产生的干扰增加，致使信干噪比SINR_cooper减小，所以协作速率降低。阈值法速率曲线位于L＝15和L＝20时的分步法速率曲线之间，并且阈值法得到的协作速率值也是随着L的增加而减小的，同时说明阈值法在基站个数较多时比分步法有优势。从曲线的变化趋势可以看出，当SNR≥10dB时三种方法的协作传输速率Rate^COOP逐渐趋于稳定；由仿真图4和6可知，系统中的基站个数影响协作后传输速率的大小，并且当系统中基站的个数较少时，本申请文件中的提出的方法性能比较好。现分析改变待选集合B₁ ^COOP中基站个数e_c的值，分步法得到的协作传输速率变化情况。

图7为改变待选基站个数后传输速率变化曲线。

仿真图7是在系统中基站个数L＝10时，改变待选集合中基站个数e_c后得到的协作传输速率变化曲线。从仿真曲线中可以看出，待选集合中基站个数e_c＝7时的速率曲线高于e_c＝4时的速率曲线。这是由于待选集合中基站个数越多，可以选择的机会越大，那么能够选择的满足条件的可协作基站概率变大。由此可见待选集合的大小影响选择出的可协作基站的协作传输速率。

综上所述，本发明实施例通过利用对用户终端的受到其他基站的信号干扰较小的并且信号强度较高的非主服务基站与主服务基站进行协作为用户终端进行数据传输，提高了系统性能，增加了边缘用户终端的信息传输速率。

本发明实施例在具体实施过程中，通过协作基站簇进行数据传输技术，能够改善小区相互间干扰，同时利用相互之间的协作传输，提高小区边缘用户终端的传输速率，以及信息吞吐量。本发明实施例在选择协作基站簇时，根据系统中基站的信道状态情况动态选择可以协作的基站，并把可以协作的基站编号反馈给用户终端的主服务基站。仿真结果表明，随着基站的发送天线个数增加，非协作簇中的干扰信号功率增加，使得接收端传输速率是降低的；而当系统中待选协作基站个数较少时，分步法获得的用户端传输速率高于现有方法，有较好的系统性能。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种无线异构网络中的协作基站分簇方法，其特征在于，包括：

根据所述信道状态信息，计算用户终端接收到所述待选基站集合中待选基站的有效信号强度信息；根据各个待选基站的有效信号强度信息，选取设定数量的有效信号强度较大的所述待选基站归纳于用户终端的协作基站簇；

设系统中共有L个微基站，每个微基站对应一个微小区；处于m小区的第i个微小区的第j个用户终端记作K_mij，用户终端K_mij的主服务基站记作L_mi，其余为非主服务基站L_mp；其中，1≤i≤L，1≤p≤L，i≠p；

W_mpj表示针对用户终端K_mpj设计的预编码矩阵；

e_c表示得到的待选基站集合中待选基站的个数；

H_mpj表示非主服务基站L_mp和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

2.根据权利要求1所述的无线异构网络中的协作基站分簇方法，其特征在于，所述根据设定时间内的所述信道状态信息，计算所述主服务基站分别与每个所述非主服务基站协作时，受到除与主服务基站协作的非主服务基站以外的其他非主服务基站的干扰信号强度信息前，还包括：

或者，

根据所述信道状态信息，确定所述用户终端与所述主服务基站的传输距离；若该距离超过设定阈值，则确定该用户终端为边缘用户终端；所述用户终端与所述主服务基站的传输距离由所述用户终端提供。

3.根据权利要求1所述的无线异构网络中的协作基站分簇方法，其特征在于，所述根据设定时间内的所述信道状态信息，计算所述主服务基站分别与每个所述非主服务基站协作时，受到除与主服务基站协作的非主服务基站以外的其他非主服务基站的干扰信号强度信息；根据所述干扰信号强度信息，选取设定数量的受干扰强度较小的非主服务基站归纳于待选基站集合包括：

根据所述信干噪比对所述与主服务基站协作的非主服务基站进行排序，选取设定数量的信干噪比较大的非主服务基站归纳于待选基站集合。

4.根据权利要求3所述的无线异构网络中的协作基站分簇方法，其特征在于，所述根据所述信道状态信息，计算出所述主服务基站分别与每个非主服务基站协作时的信干噪比包括：

其中，G^ganrao _p为所述主服务基站L_mi与非主服务基站L_mp协作时的信干噪比；

P_N为系统中微基站的发送信号功率；

H_mij表示用户终端K_mij接收主服务基站L_mi发送信息的信道矩阵；

W_mij表示针对用户终端K_mij设计的预编码矩阵；

W_mpj表示针对用户终端K_mpj设计的预编码矩阵；

H_mvj表示微基站L_mv和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

5.一种无线异构网络中的协作基站分簇装置，其特征在于，包括：

协作基站归纳单元，用于根据所述信道状态信息，计算用户终端接收到所述待选基站集合中待选基站的有效信号强度信息；根据各个待选基站的有效信号强度信息，选取设定数量的有效信号强度较大的所述待选基站归纳于用户终端的协作基站簇；

协作基站归纳单元还用于，

W_mpj表示针对用户终端K_mpj设计的预编码矩阵；

e_c表示得到的待选基站集合中待选基站的个数；

H_mpj表示非主服务基站L_mp和用户终端K_mij之间的信道矩阵。

6.根据权利要求5所述的无线异构网络中的协作基站分簇装置，其特征在于，还包括：

或者，

边缘用户第二确定单元，用于根据所述信道状态信息，确定所述用户终端与所述主服务基站的传输距离；若该距离超过设定阈值，则确定该用户终端为边缘用户终端；所述用户终端与所述主服务基站的传输距离由所述用户终端提供。

7.根据权利要求5所述的无线异构网络中的协作基站分簇装置，其特征在于，所述待选基站确定单元包括：

待选基站确定子单元，用于根据所述信干噪比对所述与主服务基站协作的非主服务基站进行排序，选取设定数量的信干噪比较大的非主服务基站归纳于待选基站集合。

8.根据权利要求7所述的无线异构网络中的协作基站分簇装置，其特征在于，所述信干噪比计算子单元还用于：

P_N为系统中微基站的发送信号功率；

W_mij表示针对用户终端K_mij设计的预编码矩阵；

W_mpj表示针对用户终端K_mpj设计的预编码矩阵；

H_mvj表示微基站L_mv和用户终端K_mij之间的信道矩阵。