CN105491672A - 异构网络中低功率节点对用户的调度方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种异构网络中低功率节点对用户的调度方法及装置。该方法包括：低功率节点根据用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵；计算用户终端的最大速率；依据各个用户终端分别对应的最大速率和平均吞吐率确定出目标用户终端，并将频谱资源分配给目标用户终端。本发明实施例根据用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵，该预编码矩阵消除了层间干扰，通过频谱感知调整天线角度，实现了一种新的干扰协调技术，解决了传统异构网络中节点间干扰太大的问题；通过用户终端的最大速率确定用户终端的平均吞吐率，提高了异构网络系统的吞吐量；通过基于比例公平算法的用户调度保证了系统性能和公平性之间的平衡。

Description

异构网络中低功率节点对用户的调度方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种异构网络中低功率节点对用户的调度方法及装置。

背景技术

异构网络(HeterogeneousNetwork，简称HN)作为第三代移动通信技术的关键技术手段之一，采用了宏蜂窝、射频拉远以及低功率节点(LowPowerNode，简称LPN)在内的混合结构，其中，LPN包括pico-cells、femto-cells、中继等形式，它不仅可以有效解决蜂窝网络的覆盖问题,还能够提高蜂窝网络中频谱资源的利用率。

典型的异构网络包含宏基站和低功率节点两种接入点，一个单天线用户可以由宏基站或某一低功率节点提供服务，若一个单天线用户由低功率节点提供服务，则该单天线用户会受到宏基站或相邻低功率节点对其产生的层间干扰。

现有技术中，低功率节点服务的用户受到宏基站或相邻低功率节点对其产生的层间干扰较大，异构网络中系统吞吐量较小，另外，异构网络中低功率节点对用户的调度方法无法保证系统性能和公平性之间的平衡。

发明内容

本发明实施例提供一种异构网络中低功率节点对用户的调度方法及装置，以消除层间干扰、提高系统吞吐量，以及保证系统性能和公平性之间的平衡。

本发明实施例的一个方面是提供一种异构网络中低功率节点对用户的调度方法，包括：

低功率节点确定其服务的各个用户终端的信道信息；

所述低功率节点根据所述用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵；

所述低功率节点依据所述用户终端的信道信息和所述预编码矩阵计算所述用户终端的最大速率，并依据所述用户终端的最大速率确定所述用户终端的平均吞吐率；

所述低功率节点依据所述各个用户终端分别对应的最大速率和平均吞吐率确定出目标用户终端，并将频谱资源分配给所述目标用户终端，其中，所述目标用户终端的最大速率与所述目标用户终端的平均吞吐率的比值最大。

本发明实施例的另一个方面是提供一种异构网络中低功率节点对用户的调度装置，包括：

信道信息确定模块，用于确定低功率节点服务的各个用户终端的信道信息；

预编码矩阵确定模块，用于根据所述用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵；

计算模块，用于依据所述用户终端的信道信息和所述预编码矩阵计算所述用户终端的最大速率，并依据所述用户终端的最大速率确定所述用户终端的平均吞吐率；

用户调度模块，用于依据所述各个用户终端分别对应的最大速率和平均吞吐率确定出目标用户终端，并将频谱资源分配给所述目标用户终端，其中，所述目标用户终端的最大速率与所述目标用户终端的平均吞吐率的比值最大。

本发明实施例提供的异构网络中低功率节点对用户的调度方法及装置，根据用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵，该预编码矩阵消除了低功率节点服务的用户受到的宏基站或相邻低功率节点对其产生的层间干扰，通过频谱感知调整天线角度，实现了一种新的干扰协调技术，解决了传统异构网络中节点间干扰太大的问题；依据用户终端的信道信息和预编码矩阵计算用户终端的最大速率，通过用户终端的最大速率确定用户终端的平均吞吐率，提高了异构网络系统的吞吐量；通过基于比例公平算法的用户调度保证了系统性能和公平性之间的平衡。

附图说明

图1为本发明实施例提供的异构网络中低功率节点对用户的调度方法流程图；

图2为本发明实施例提供的低功率节点的环形天线示意图；

图3为本发明实施例提供的低功率节点和宏基站之间的方位几何关系示意图；

图4为本发明实施例提供的系统吞吐量的对比图；

图5为本发明实施例提供的信干噪比的累积分布函数的对比图；

图6为本发明实施例提供的感知角度数量不同时系统吞吐量的对比图；

图7为本发明实施例提供的感知角度数量不同时用户平均速度的对比图；

图8为本发明实施例提供的异构网络中低功率节点对用户的调度装置的结构图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的异构网络中低功率节点对用户的调度方法流程图；图2为本发明实施例提供的低功率节点的环形天线示意图；图3为本发明实施例提供的低功率节点和宏基站之间的方位几何关系示意图。本发明实施例针对低功率节点服务的用户受到宏基站或相邻低功率节点对其产生的层间干扰较大，异构网络中系统吞吐量较小，另外，异构网络中低功率节点对用户的调度方法无法保证系统性能和公平性之间的平衡，提供了异构网络中低功率节点对用户的调度方法，该方法具体步骤如下：

步骤S101、低功率节点确定其服务的各个用户终端的信道信息；

所述低功率节点确定其服务的各个用户终端的信道信息，包括：所述低功率节点获取宏基站和其他低功率节点分别对应的方位信息和频谱信息，并依据所述方位信息和所述频谱信息建立频谱感知模型；所述低功率节点依据所述频谱感知模型获得所述低功率节点最优的天线角度；所述低功率节点依据所述最优的天线角度获得所述各个用户终端的信道信息。

本发明实施例中的低功率节点采用环形天线阵列，每个天线配备N个天线振子，为K个用户提供服务。环形天线阵列的阵列因子表达式为公式(1)

$\begin{array}{c}AF=e^{j\[ka\sin \mathrm{\θ}\cos (\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_1)+{\mathrm{\β}}_1\]}+e^{j\[ka\sin \mathrm{\θ}\cos (\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_2)+{\mathrm{\β}}_2\]}\\ +...+e^{j\[ka\sin \mathrm{\θ}\cos (\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_N)+{\mathrm{\β}}_N\]}\\ =\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{e}^{j\[ka\sin \mathrm{\θ}\cos (\mathrm{\φ}-{\mathrm{\φ}}_n)+{\mathrm{\β}}_n\]}\end{array}---\left(1\right)$

如图2所示，a为环形天线半径，r表示该环形天线的接收信号的入射线，与x轴成φ角的虚线与r相对于xy平面对称，φ表示水平方向的入射角度，θ表示垂直方向的入射角度，φ_n是天线振子的角度，β_n是天线振子的相位，1≤n≤N。

如图3所示为低功率节点和宏基站之间的方位几何关系示意图，其中，宏基站eNB位于点O处，点O周围的三个六边形区域为该宏基站的三个扇区，点O1为其中一个扇区的中心点，r为该扇区的覆盖半径，d为低功率节点和宏基站之间的距离，l为低功率节点与点O1之间的距离，δ为宏基站与低功率节点之间的连线d和低功率节点与点O1之间的连线l的夹角，ω为低功率节点到该扇区的两条切线间夹角的一半，α为该宏基站与其扇区中心点O1之间的连线和该宏基站与低功率节点之间连线的夹角。低功率节点和宏基站之间的方位几何关系满足公式(2)-(5)：

$l=\sqrt{r^2+d^2-2rdcos\mathrm{\α}}---\left(2\right)$

$\mathrm{\δ}=\arccos \left(\frac{d^2+l^2-r^2}{2dl}\right)---\left(3\right)$

$\mathrm{\ω}=\arcsin \left(\frac{r}{l}\right)---\left(4\right)$

ω₁＝ω+δ,ω₂＝ω-δ(5)

其中，ω₁与ω₂低功率节点对宏基站覆盖范围影响扩展角度的上限与下限。

所述低功率节点依据所述频谱感知模型获得所述低功率节点最优的天线角度，包括：所述低功率节点依据所述频谱感知模型以及所述低功率节点和所述宏基站之间的方位几何关系建立单功率节点干扰模型；所述低功率节点依据所述单功率节点干扰模型确定全局外部干扰模型；所述低功率节点针对多种资源分配方式中的每一种资源分配方式选取多个天线角度中的各个天线角度，确定出最优资源分配方式和所述最优的天线角度，使得在所述最优资源分配方式下选用所述最优的天线角度时，所述全局外部干扰模型对应的外部干扰最小。

根据公式(2)-(5)建立单功率节点干扰模型，依据所述单功率节点干扰模型确定全局外部干扰模型，全局外部干扰矩阵表示为公式(6)：

$A=\underset{g=0}{\overset{G-1}{\Σ}}{B}_g---\left(6\right)$

其中，B_g表示宏基站和其他低功率节点对该低功率节点造成的干扰矩阵，G表示宏基站和其他低功率节点的总个数，g表示宏基站或其他低功率节点的标识号。针对多种资源分配方式中的每一种资源分配方式选取多个天线角度中的各个天线角度，确定出最优资源分配方式和所述最优的天线角度，使得在所述最优资源分配方式下选用所述最优的天线角度时，所述全局外部干扰模型对应的外部干扰最小。所述低功率节点依据所述最优的天线角度获得所述各个用户终端的信道信息。

步骤S102、所述低功率节点根据所述用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵；

所述低功率节点根据所述用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵，包括：

所述低功率节点依据公式 和 $F_{opt,k}=\underset{F_{i,j}}{\mathrm{argmax}}\left|h_k{F}_{i,j}\right|,1\≤i\≤N,1\≤j\≤N$ 确定预编码矩阵F，其中，i表示所述低功率节点覆盖区域中的第i个扇区，j表示所述低功率节点的第j根天线，N表示所述低功率节点覆盖区域中扇区的总个数，k表示所述低功率节点对应的第k个用户终端，β_i,j表示第k个用户终端对应的下行链路信道中第(i，j)个共轭转置因子的相位，a表示所述低功率节点的天线半径，q为整数，q保证β_i,j在0到2π之间，表示所述第j根天线的角度，θ_max表示垂直方向最大的入射角度，h_k表示所述第k个用户终端的信道信息，i和j共同确定所述用户终端的位置信息，F_opt,k是所述预编码矩阵F的第k列。

低功率节点的覆盖区域根据天线数分为N个扇区，用户终端的位置信息由用户终端接入的天线和用户终端所属的扇区决定，第k个用户终端接收到的信号可表示为公式(7)：

$y_k=h_k^{H}Fs+n_k---\left(7\right)$

其中，表示低功率节点与第k个用户终端的下行链路的信道矩阵；F为预编码矩阵；s为传输信号；n_k为加性噪声。

预编码矩阵F可通过公式(8)-(10)确定：

$F_{i,j}=\frac{1}{\sqrt{N}}{e}_k^{{\mathrm{j\β}}_{i,j}}---\left(8\right)$

$F_{opt,k}=\underset{F_{i,j}}{\mathrm{argmax}}\left|h_k{F}_{i,j}\right|,1\≤i\≤N,1\≤j\≤N---\left(10\right)$

其中，i表示所述低功率节点覆盖区域中的第i个扇区，j表示所述低功率节点的第j根天线，N表示所述低功率节点覆盖区域中扇区的总个数，k表示所述低功率节点对应的第k个用户终端，β_i,j表示第k个用户终端对应的下行链路信道中第(i，j)个共轭转置因子的相位，a表示所述低功率节点的天线半径，q为整数，q保证β_i,j在0到2π之间，表示所述第j根天线的角度，θ_max表示垂直方向最大的入射角度，h_k表示所述第k个用户终端的信道信息，i和j共同确定所述用户终端的位置信息，F_opt,k是所述预编码矩阵F的第k列。低功率节点根据预编码矩阵选择最优的码本矩阵进而进行用户调度。

所述低功率节点根据用户端接收功率，以最大化接收功率为目标，获取用户真实信道最为接近的信道信息，判断用户位置。

步骤S103、所述低功率节点依据所述用户终端的信道信息和所述预编码矩阵计算所述用户终端的最大速率，并依据所述用户终端的最大速率确定所述用户终端的平均吞吐率；

所述低功率节点依据所述用户终端的信道信息和所述预编码矩阵计算所述用户终端的最大速率，并依据所述用户终端的最大速率确定所述用户终端的平均吞吐率，包括：

所述低功率节点依据所述第k个用户终端的信道信息h_k和所述预编码矩阵F的第k列F_opt,k确定所述第k个用户终端的信干噪比 ${\mathrm{SINR}}_k=\frac{\frac{P}{K}{\left|h_k^H{F}_{opt,k}\right|}^2}{1+{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}\frac{P}{K}{\left|h_k^H{F}_{opt,j}\right|}^2+{\mathrm{\Σ}}_m{P}_m{\left|h_{k,m}^H\right|}^2},$ 其中，P表示所述低功率节点的总功率，K表示所述低功率节点服务的用户终端的总个数，P_m表示所述宏基站和所述其他低功率节点的总功率，表示所述第k个用户终端和所述宏基站之间的信道信息或者所述第k个用户终端和所述其他低功率节点之间的信道信息；

所述低功率节点依据公式R_k＝W×log₂(1+SINR_k)计算所述第k个用户终端的最大速率R_k，W表示所述低功率节点与所述第k个用户终端之间的信道带宽；

所述低功率节点依据公式 $T_k(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}(1-\frac{1}{t_c})T_k\left(t\right)+\frac{1}{t_c}{R}_k\left(t\right)& k=k^{*}\\ (1-\frac{1}{t_c})T_k\left(t\right)& k\≠k^{*}\end{array}\right.$ 确定t+1时隙所述第k个用户终端的平均吞吐率T_k(t+1)，其中，R_k(t)表示t时隙所述第k个用户终端的最大速率R_k，t_c为常数。

所述低功率节点通过公式(11)计算第k个用户终端的信干噪比SINR_k，依据公式(12)计算所述第k个用户终端的最大速率R_k，并通过公式(13)计算t+1时隙所述第k个用户终端的平均吞吐率T_k(t+1)：

${\mathrm{SINR}}_k=\frac{\frac{P}{K}{\left|h_k^H{F}_{opt,k}\right|}^2}{1+{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}\frac{P}{K}{\left|h_k^H{F}_{opt,j}\right|}^2+{\mathrm{\Σ}}_m{P}_m{\left|h_{k,m}^H\right|}^2}---\left(11\right)$

R_k＝W×log₂(1+SINR_k)(12)

$T_k(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}(1-\frac{1}{t_c})T_k\left(t\right)+\frac{1}{t_c}{R}_k\left(t\right)& k=k^{*}\\ (1-\frac{1}{t_c})T_k\left(t\right)& k\≠k^{*}\end{array}\right.---\left(13\right)$

步骤S104、所述低功率节点依据所述各个用户终端分别对应的最大速率和平均吞吐率确定出目标用户终端，并将频谱资源分配给所述目标用户终端，其中，所述目标用户终端的最大速率与所述目标用户终端的平均吞吐率的比值最大。

所述低功率节点依据所述各个用户终端分别对应的最大速率和平均吞吐率确定出目标用户终端，包括：

所述低功率节点依据公式确定最大k^*值，所述最大k^*值对应的k为所述目标用户终端的标识号，所述低功率节点将频谱资源分配给所述目标用户终端即第k用户终端。

本发明实施例通过基于比例公平算法进行用户调度，具体的比例公平算法可表示为公式(14)：

$k^{*}=\underset{k=1,2,...,K}{\mathrm{argmax}}\frac{R_k\left(t\right)}{T_k\left(t\right)}---\left(14\right)$

本发明实施例根据用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵，该预编码矩阵消除了低功率节点服务的用户受到的宏基站或相邻低功率节点对其产生的层间干扰，通过频谱感知调整天线角度，实现了一种新的干扰协调技术，解决了传统异构网络中节点间干扰太大的问题；依据用户终端的信道信息和预编码矩阵计算用户终端的最大速率，通过用户终端的最大速率确定用户终端的平均吞吐率，提高了异构网络系统的吞吐量；通过基于比例公平算法的用户调度保证了系统性能和公平性之间的平衡。

图4为本发明实施例提供的系统吞吐量的对比图；图5为本发明实施例提供的信干噪比的累积分布函数的对比图；图6为本发明实施例提供的感知角度数量不同时系统吞吐量的对比图；图7为本发明实施例提供的感知角度数量不同时用户平均速度的对比图。

本发明实施例具体限定低功率节点采用环形天线阵列，LPN数量为6*7；一个LPN天线数量为8，用户终端数量为100*7。根据所述感知模型，利用系统内各节点的方位几何关系，建立对单功率节点的干扰模型，其方位关系可以通过公式(2)-(5)计算，其中，基站之间的距离选取500米，每个基站配3个扇区。

宏基站天线增益选取14dBi，LPN天线增益5dBi，宏基站传输功率46dBm，LPN传输功率30dBm，热噪声密度为-174dBm/Hz，TTI设为1米；根据对单功率节点的干扰模型，建立全局外部干扰模型，并带入公式(6)进行计算。从计算结果中选择最小化外部干扰的资源分配方式，得到最优的天线角度。

利用低功率节点感知小区内所有用户信道信息，确定用户的位置。并计算预编码矩阵，选择码本。

计算某时隙第k个用户终端的平均吞吐率，并应用比例公平算法对用户终端进行调度。

如图4所示，对比了三种不同方案的性能，第一种方案为随机分配RBs,第二种方案为伴随着宏基站的干扰分配RBs，第三种方案为通过本发明实施例的方案分配RBs，随着RB密度的增加，系统的吞吐量在增加，通过本发明实施例的方案分配RBs时系统的吞吐量总大于其他两种方式，说明本发明实施例的方案能够增加系统的吞吐量。

如图5所示，对比了三种不同方案的性能，第一种方案为随机分配RBs,第二种方案为伴随着宏基站的干扰分配RBs，第三种方案为通过本发明实施例的方案分配RBs，对于相同的累积分布函数，通过本发明实施例的方案分配RBs时信干噪比大于其他两种方式，说明本发明实施例的方案能够增加信干噪比。

如图6所示，随着感知角度数量的增加，系统的吞吐量在增加，因此感知的角度越高，系统在同一时间可以配置的用户更多。如图7所示,随着RB密度的增加，用户平均速度在增加，采用天线感知的方式可提高系统和低功率节点的用户平均速度。

本发明实施例通过仿真结果说明本发明实施例对应的技术方案可以有效提高吞吐量和增大用户的数据速率，显著降低系统的复杂度。

图8为本发明实施例提供的异构网络中低功率节点对用户的调度装置的结构图。本发明实施例提供的异构网络中低功率节点对用户的调度装置可以执行异构网络中低功率节点对用户的调度方法实施例提供的处理流程，如图8所示，异构网络中低功率节点对用户的调度装置80包括信道信息确定模块81、预编码矩阵确定模块82、计算模块83和用户调度模块84，其中，信道信息确定模块81用于确定低功率节点服务的各个用户终端的信道信息；预编码矩阵确定模块82用于根据所述用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵；计算模块83用于依据所述用户终端的信道信息和所述预编码矩阵计算所述用户终端的最大速率，并依据所述用户终端的最大速率确定所述用户终端的平均吞吐率；用户调度模块84用于依据所述各个用户终端分别对应的最大速率和平均吞吐率确定出目标用户终端，并将频谱资源分配给所述目标用户终端，其中，所述目标用户终端的最大速率与所述目标用户终端的平均吞吐率的比值最大。

本发明实施例根据用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵，该预编码矩阵消除了低功率节点服务的用户受到的宏基站或相邻低功率节点对其产生的层间干扰，通过频谱感知调整天线角度，实现了一种新的干扰协调技术，解决了传统异构网络中节点间干扰太大的问题；依据用户终端的信道信息和预编码矩阵计算用户终端的最大速率，通过用户终端的最大速率确定用户终端的平均吞吐率，提高了异构网络系统的吞吐量；通过基于比例公平算法的用户调度保证了系统性能和公平性之间的平衡。

在上述实施例的基础上，信道信息确定模块81具体用于获取宏基站和其他低功率节点分别对应的方位信息和频谱信息，并依据所述方位信息和所述频谱信息建立频谱感知模型；依据所述频谱感知模型获得所述低功率节点最优的天线角度；依据所述最优的天线角度获得所述各个用户终端的信道信息。

信道信息确定模块81还具体用于依据所述频谱感知模型以及所述低功率节点和所述宏基站之间的方位几何关系建立单功率节点干扰模型；依据所述单功率节点干扰模型确定全局外部干扰模型；针对多种资源分配方式中的每一种资源分配方式选取多个天线角度中的各个天线角度，确定出最优资源分配方式和所述最优的天线角度，使得在所述最优资源分配方式下选用所述最优的天线角度时，所述全局外部干扰模型对应的外部干扰最小。

预编码矩阵确定模块82具体用于依据公式 和 $F_{opt,k}=\underset{F_{i,j}}{\mathrm{argmax}}\left|h_k{F}_{i,j}\right|,1\≤i\≤N,1\≤j\≤N$ 确定预编码矩阵F，其中，i表示所述低功率节点覆盖区域中的第i个扇区，j表示所述低功率节点的第j根天线，N表示所述低功率节点覆盖区域中扇区的总个数，k表示所述低功率节点对应的第k个用户终端，β_i,j表示第k个用户终端对应的下行链路信道中第(i，j)个共轭转置因子的相位，a表示所述低功率节点的天线半径，q为整数，q保证β_i,j在0到2π之间，表示所述第j根天线的角度，θ_max表示垂直方向最大的入射角度，h_k表示所述第k个用户终端的信道信息，i和j共同确定所述用户终端的位置信息，F_opt,k是所述预编码矩阵F的第k列。

计算模块83具体用于依据所述第k个用户终端的信道信息h_k和所述预编码矩阵F的第k列F_opt,k确定所述第k个用户终端的信干噪比 ${\mathrm{SINR}}_k=\frac{\frac{P}{K}{\left|h_k^H{F}_{opt,k}\right|}^2}{1+{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}\frac{P}{K}{\left|h_k^H{F}_{opt,j}\right|}^2+{\mathrm{\Σ}}_m{P}_m{\left|h_{k,m}^H\right|}^2},$ 其中，P表示所述低功率节点的总功率，K表示所述低功率节点服务的用户终端的总个数，P_m表示所述宏基站和所述其他低功率节点的总功率，表示所述第k个用户终端和所述宏基站之间的信道信息或者所述第k个用户终端和所述其他低功率节点之间的信道信息；依据公式R_k＝W×log₂(1+SINR_k)计算所述第k个用户终端的最大速率R_k，W表示所述低功率节点与所述第k个用户终端之间的信道带宽；依据公式 $T_k(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}(1-\frac{1}{t_c})T_k\left(t\right)+\frac{1}{t_c}{R}_k\left(t\right)& k=k^{*}\\ (1-\frac{1}{t_c})T_k\left(t\right)& k\≠k^{*}\end{array}\right.$ 确定t+1时隙所述第k个用户终端的平均吞吐率T_k(t+1)，其中，R_k(t)表示t时隙所述第k个用户终端的最大速率R_k，t_c为常数；

用户调度模块84具体用于依据公式确定最大k^*值，所述最大k^*值对应的k为所述目标用户终端的标识号。

本发明实施例提供的异构网络中低功率节点对用户的调度装置可以具体用于执行上述图1所提供的方法实施例，具体功能此处不再赘述。

本发明实施例根据用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵，该预编码矩阵消除了低功率节点服务的用户受到的宏基站或相邻低功率节点对其产生的层间干扰，通过频谱感知调整天线角度，实现了一种新的干扰协调技术，解决了传统异构网络中节点间干扰太大的问题；依据用户终端的信道信息和预编码矩阵计算用户终端的最大速率，通过用户终端的最大速率确定用户终端的平均吞吐率，提高了异构网络系统的吞吐量；通过基于比例公平算法的用户调度保证了系统性能和公平性之间的平衡。

综上所述，本发明实施例根据用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵，该预编码矩阵消除了低功率节点服务的用户受到的宏基站或相邻低功率节点对其产生的层间干扰，通过频谱感知调整天线角度，实现了一种新的干扰协调技术，解决了传统异构网络中节点间干扰太大的问题；依据用户终端的信道信息和预编码矩阵计算用户终端的最大速率，通过用户终端的最大速率确定用户终端的平均吞吐率，提高了异构网络系统的吞吐量；通过基于比例公平算法的用户调度保证了系统性能和公平性之间的平衡；通过仿真结果说明本发明实施例对应的技术方案可以有效提高吞吐量和增大用户的数据速率，显著降低系统的复杂度。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，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)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种异构网络中低功率节点对用户的调度方法，其特征在于，包括：

低功率节点确定其服务的各个用户终端的信道信息；

所述低功率节点根据所述用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵；

所述低功率节点依据所述用户终端的信道信息和所述预编码矩阵计算所述用户终端的最大速率，并依据所述用户终端的最大速率确定所述用户终端的平均吞吐率；

所述低功率节点依据所述各个用户终端分别对应的最大速率和平均吞吐率确定出目标用户终端，并将频谱资源分配给所述目标用户终端，其中，所述目标用户终端的最大速率与所述目标用户终端的平均吞吐率的比值最大。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低功率节点确定其服务的各个用户终端的信道信息，包括：

所述低功率节点获取宏基站和其他低功率节点分别对应的方位信息和频谱信息，并依据所述方位信息和所述频谱信息建立频谱感知模型；

所述低功率节点依据所述频谱感知模型获得所述低功率节点最优的天线角度；

所述低功率节点依据所述最优的天线角度获得所述各个用户终端的信道信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述低功率节点依据所述频谱感知模型获得所述低功率节点最优的天线角度，包括：

所述低功率节点依据所述频谱感知模型以及所述低功率节点和所述宏基站之间的方位几何关系建立单功率节点干扰模型；

所述低功率节点依据所述单功率节点干扰模型确定全局外部干扰模型；

所述低功率节点针对多种资源分配方式中的每一种资源分配方式选取多个天线角度中的各个天线角度，确定出最优资源分配方式和所述最优的天线角度，使得在所述最优资源分配方式下选用所述最优的天线角度时，所述全局外部干扰模型对应的外部干扰最小。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述低功率节点根据所述用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵，包括：

所述低功率节点依据公式 和 $F_{opt,k}=\underset{F_{i,j}}{\mathrm{argmax}}\left|h_k{F}_{i,j}\right|,1\≤i\≤N,1\≤j\≤N$ 确定预编码矩阵F，其中，i表示所述低功率节点覆盖区域中的第i个扇区，j表示所述低功率节点的第j根天线，N表示所述低功率节点覆盖区域中扇区的总个数，k表示所述低功率节点对应的第k个用户终端，β_i,j表示第k个用户终端对应的下行链路信道中第(i，j)个共轭转置因子的相位，a表示所述低功率节点的天线半径，q为整数，q保证β_i,j在0到2π之间，表示所述第j根天线的角度，θ_max表示垂直方向最大的入射角度，h_k表示所述第k个用户终端的信道信息，i和j共同确定所述用户终端的位置信息，F_opt,k是所述预编码矩阵F的第k列。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述低功率节点依据所述用户终端的信道信息和所述预编码矩阵计算所述用户终端的最大速率，并依据所述用户终端的最大速率确定所述用户终端的平均吞吐率，包括：

所述低功率节点依据所述第k个用户终端的信道信息h_k和所述预编码矩阵F的第k列F_opt,k确定所述第k个用户终端的信干噪比 ${\mathrm{SINR}}_k=\frac{\frac{P}{K}|h_k^H{F}_{opt,k}{|}^2}{1+{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}\frac{P}{K}|h_k^H{F}_{opt,j}{|}^2+{\mathrm{\Σ}}_m{P}_m|h_{k,m}^H{|}^2},$ 其中，P表示所述低功率节点的总功率，K表示所述低功率节点服务的用户终端的总个数，P_m表示所述宏基站和所述其他低功率节点的总功率，表示所述第k个用户终端和所述宏基站之间的信道信息或者所述第k个用户终端和所述其他低功率节点之间的信道信息；

所述低功率节点依据公式R_k＝W×log₂(1+SINR_k)计算所述第k个用户终端的最大速率R_k，W表示所述低功率节点与所述第k个用户终端之间的信道带宽；

所述低功率节点依据公式 $T_k(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}(1-\frac{1}{t_c})T_k\left(t\right)+\frac{1}{t_c}{R}_k\left(t\right)& k=k^{*}\\ (1-\frac{1}{t_c})T_k\left(t\right)& k\≠k^{*}\end{array}\right.$ 确定t+1时隙所述第k个用户终端的平均吞吐率T_k(t+1)，其中，R_k(t)表示t时隙所述第k个用户终端的最大速率R_k，t_c为常数；

所述低功率节点依据所述各个用户终端分别对应的最大速率和平均吞吐率确定出目标用户终端，包括：

所述低功率节点依据公式确定最大k^*值，所述最大k^*值对应的k为所述目标用户终端的标识号。

6.一种异构网络中低功率节点对用户的调度装置，其特征在于，包括：

信道信息确定模块，用于确定低功率节点服务的各个用户终端的信道信息；

预编码矩阵确定模块，用于根据所述用户终端的信道信息和用户终端的位置信息确定预编码矩阵；

计算模块，用于依据所述用户终端的信道信息和所述预编码矩阵计算所述用户终端的最大速率，并依据所述用户终端的最大速率确定所述用户终端的平均吞吐率；

用户调度模块，用于依据所述各个用户终端分别对应的最大速率和平均吞吐率确定出目标用户终端，并将频谱资源分配给所述目标用户终端，其中，所述目标用户终端的最大速率与所述目标用户终端的平均吞吐率的比值最大。

7.根据权利要求6所述的异构网络中低功率节点对用户的调度装置，其特征在于，所述信道信息确定模块具体用于获取宏基站和其他低功率节点分别对应的方位信息和频谱信息，并依据所述方位信息和所述频谱信息建立频谱感知模型；依据所述频谱感知模型获得所述低功率节点最优的天线角度；依据所述最优的天线角度获得所述各个用户终端的信道信息。

8.根据权利要求7所述的异构网络中低功率节点对用户的调度装置，其特征在于，所述信道信息确定模块还具体用于依据所述频谱感知模型以及所述低功率节点和所述宏基站之间的方位几何关系建立单功率节点干扰模型；依据所述单功率节点干扰模型确定全局外部干扰模型；针对多种资源分配方式中的每一种资源分配方式选取多个天线角度中的各个天线角度，确定出最优资源分配方式和所述最优的天线角度，使得在所述最优资源分配方式下选用所述最优的天线角度时，所述全局外部干扰模型对应的外部干扰最小。

9.根据权利要求8所述的异构网络中低功率节点对用户的调度装置，其特征在于，所述预编码矩阵确定模块具体用于依据公式 和 $F_{opt,k}=\underset{F_{i,j}}{\mathrm{argmax}}\left|h_k{F}_{i,j}\right|,1\≤i\≤N,1\≤j\≤N$ 确定预编码矩阵F，其中，i表示所述低功率节点覆盖区域中的第i个扇区，j表示所述低功率节点的第j根天线，N表示所述低功率节点覆盖区域中扇区的总个数，k表示所述低功率节点对应的第k个用户终端，β_i,j表示第k个用户终端对应的下行链路信道中第(i，j)个共轭转置因子的相位，a表示所述低功率节点的天线半径，q为整数，q保证β_i,j在0到2π之间，表示所述第j根天线的角度，θ_max表示垂直方向最大的入射角度，h_k表示所述第k个用户终端的信道信息，i和j共同确定所述用户终端的位置信息，F_opt,k是所述预编码矩阵F的第k列。

10.根据权利要求9所述的异构网络中低功率节点对用户的调度装置，其特征在于，所述计算模块具体用于依据所述第k个用户终端的信道信息h_k和所述预编码矩阵F的第k列F_opt,k确定所述第k个用户终端的信干噪比 ${\mathrm{SINR}}_k=\frac{\frac{P}{K}|h_k^H{F}_{opt,k}{|}^2}{1+{\mathrm{\Σ}}_{j\≠k}\frac{P}{K}|h_k^H{F}_{opt,j}{|}^2+{\mathrm{\Σ}}_m{P}_m|h_{k,m}^H{|}^2},$ 其中，P表示所述低功率节点的总功率，K表示所述低功率节点服务的用户终端的总个数，P_m表示所述宏基站和所述其他低功率节点的总功率，表示所述第k个用户终端和所述宏基站之间的信道信息或者所述第k个用户终端和所述其他低功率节点之间的信道信息；依据公式R_k＝W×log₂(1+SINR_k)计算所述第k个用户终端的最大速率R_k，W表示所述低功率节点与所述第k个用户终端之间的信道带宽；依据公式 $T_k(t+1)=\left\{\begin{array}{cc}(1-\frac{1}{t_c})T_k\left(t\right)+\frac{1}{t_c}{R}_k\left(t\right)& k=k^{*}\\ (1-\frac{1}{t_c})T_k\left(t\right)& k\≠k^{*}\end{array}\right.$ 确定t+1时隙所述第k个用户终端的平均吞吐率T_k(t+1)，其中，R_k(t)表示t时隙所述第k个用户终端的最大速率R_k，t_c为常数；

所述用户调度模块具体用于依据公式确定最大k^*值，所述最大k^*值对应的k为所述目标用户终端的标识号。