CN105554889B - 基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法和装置 - Google Patents

基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法和装置，方法包括：分别统计宏基站内圈和外圈用户数目，并根据各自用户数目判断是否需要开启内圈和外圈的微基站；分别统计宏基站内圈和外圈内的微基站CRE区域用户数目，以及微基站总的用户数目，得到用户分布情况；分别计算宏基站和微基站的负载，得到整个系统的负载情况；根据用户分布情况初步判定系统组网模式，根据系统是否过载，确定是否需要在已选择的组网模式上增加CA技术。本发明能够根据不同的用户分布情况和系统负载状况自适应地选择不同的增强型技术进行系统组网，能够适应于不同用户分布情况的系统，保证系统性能的同时，改善了边缘用户的吞吐量，降低系统能耗。

Description

基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法和装置
技术领域
本发明是一种用于LTE/LTE-A HETNET系统基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法和装置，属于移动通信系统中组网研究领域。
背景技术
随着大规模多输入多输出(Multiple input multiple output，MIMO)和超高频传输技术的发展，1Gbps的实验台已经成功搭建，理论速率更是高达10Gbps。另一方面，随着手机硬件性能的大幅提升和应用程序爆发式的增长，用户需求从单一的语音业务发展为语音，流媒体，网页浏览，在线游戏等一系列业务相融合。业务也表现出种类多，时延要求高，速率变化范围大，突发性强等特点。因突发事件导致的人员密度大，昼夜人流量相差较大，如何合理布置适用于不同业务需求的网络结构急需解决。
传统的无线网络组网方法比较单一，如单独采用增强型干扰消除(Enhancedinterference cancellation，eICIC)，多点协作传输，或者载波聚合技术，并且一旦选定，不管业务需求如何改变，系统结构，组网方法都不会发生变化。这些算法不能自适应的满足不同系统的网络负载，生成不同的网络结构，无法满足不断变化的用户需求。
所以，应该考虑基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法，根据系统中不同的用户分布及负载状况，自适应的选择不同的增强型技术来提高小区边缘用户的信干噪比，改善系统性能，降低系统能耗。
发明内容
技术问题:本发明公开了一种用于LTE/LTE-A HETNET系统基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法和装置，根据宏基站计算的系统用户分布，负载状态进行统计分析，从而能够自适应的选择系统组网技术，得到不同的系统组网结构。它能够实现不同系统的最优网络配置。
技术方案:本发明的一种用于LTE/LTE-A HETNET系统基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法，包括如下步骤：
(1)分别统计宏基站(Marco-BS)内圈和外圈用户数目，并根据各自用户数目判断是否需要开启内圈和外圈的微基站(Pico-BS)；
(2)分别统计宏基站内圈和外圈内的微基站小区范围扩展(Cell Rangeexpansion，CRE)区域用户数目，以及微基站总的用户数目，得到用户分布情况；
(3)分别计算宏基站和微基站的负载，得到整个系统的负载情况；
(4)根据用户分布情况初步判定系统组网模式，所述组网模式包括No-eICIC、低功率几乎空白子帧(lower power-Almost blank subframe，LP-ABS)、协同多点传输(Coordinated Multiple Points，CoMP)和LP-ABS+CoMP四种模式；
(5)根据系统是否过载，确定是否需要在已选择的组网模式上增加载波聚合(Carrier aggregation，CA)技术。
每次自适应组网的过程是在传输时间间隔的倍数重复执行上述步骤，如果通信处理完成，则宏基站和微基站不再使用LP-ABS，CoMP和CA技术。
进一步地，所述步骤(1)中根据各自用户数目判断是否需要开启内圈和外圈的微基站的规则为：
如果内圈区域用户的数目大于设定的阈值则开启区域内微基站，否则关闭区域内微基站；如果外圈区域用户的数目大于设定的阈值则开启区域内微基站，否则关闭区域内微基站。
进一步地，所述步骤(4)中根据用户分布情况初步判定系统组网模式的规则为：
如果且则宏基站通知内圈外圈区域微基站CREBias＝0，不采用任何增强型技术；如果且则宏基站通知区域微基站CRE Bias＝0，范围内的微基站采用LP-ABS技术进行服务；如果且则宏基站通知区域微基站CRE Bias＝0，范围内的微基站与宏基站组成CoMP集合进行CoMP JT传输；如果且则宏基站通知范围内的微基站与宏基站组成CoMP集合进行CoMP JT传输，范围内的微基站采用LP-ABS技术进行服务；
其中χIn为内微基站CRE区域用户数目与内微基站总的用户数目的比值；χOut为内微基站CRE区域用户数目与内微基站总的用户数目的比值；为设定的阈值。
进一步地，所述步骤(3)中包括：
(3.1)宏基站和微基站根据各自小区内用户的CQI反馈，求出平均信干噪比和平均容量；
基站i的平均信干噪比的计算公式为
其中Ki代表基站i的服务用户数；T为时间窗口的大小；为基站i根据各自用户k的CQI反馈，得到的用户k在时间t的信干噪比；
基站i中用户的平均容量Ci的计算公式为
其中代表基站i平均用户带宽，W代表系统总的带宽；为基站i的平均信干噪比。
(3.2)宏基站和微基站分别根据用户反馈的需求比特数，求出用户需求的统计平均值；
(3.3)各基站根据用户需求统计平均值与平均容量的比值得到基站的负载；
基站i中用户需求的统计平均值Ui的计算公式为
其中T为时间窗口的大小；Ki代表基站i的服务用户数；为基站i中用户k在时间t需求的比特数。
(3.4)宏基站统计各基站的负载情况，判定整个系统是否过载。
判定系统是否过载的方法为：
各基站将其负载值与1进行比较，若大于1，则反馈1给宏基站；若小于1，则反馈0给宏基站，宏基站根据收到各基站反馈的负载情况进行判断，若满足则整个系统过载，反之系统不过载，其中L为统计出的反馈0的基站数目；Q为统计出的反馈1的基站数目，δload为过载阈值。
本发明公开的一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网装置，包括：
宏基站用户统计模块，用于分别统计宏基站内圈和外圈用户数目；
微基站开启判断模块，用于根据宏基站用户统计模块得到的用户数目判断是否需要开启内圈和外圈的微基站；
微基站用户统计模块，用于分别统计宏基站内圈和外圈内的微基站CRE区域用户数目，以及微基站总的用户数目；
组网初选模块，用于根据微基站用户统计模块得到的用户分布情况初步判定系统组网模式，所述组网模式包括No-eICIC、LP-ABS、CoMP和LP-ABS+CoMP四种模式；
系统负载计算模块，用于分别计算宏基站和微基站的负载，判断整个系统是否过载；
以及，组网终选模块，用于根据系统负载计算模块得出的负载情况，判断是否在组网初选模块选择的组网模式上增加CA技术。
有益效果：本发明的一种用于LTE/LTE-A HETNET系统基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法和装置，通过将宏基站分为内圈外圈，首先判断是否需要开启微基站对其内圈外圈进行补热补盲，其次根据内圈外圈微基站的不同用户分布，以及不同负载需求进行统计计算，根据相应的映射表选择相应的技术进行系统组网。本发明能够根据不同的用户分布情况，系统负载状况，自适应的选择不同的增强型技术进行系统组网，能够适应于不同用户分布情况的系统，针对不同的系统环境将会采用不同的组网技术进行组网，保证系统整体性能的同时，改善了边缘用户的吞吐量，降低系统能耗。
附图说明
图1是本发明方法的总体流程图。
图2是本发明实施例方法的详细流程图。
图3是本发明实施例中组网模式Mode0对应的网络结构示意图。其中：图3(a)中宏基站所有Pico基站关闭，图3(b)中宏基站内圈开启Pico基站，图3(c)中宏基站外圈开启Pico基站，图3(d)中宏基站内圈外圈开启Pico基站。
图4是本发明实施例中组网模式Mode1对应的网络结构示意图。其中：图4(a)中宏基站在LP-ABS期间发射低功率信号，宏基站内圈用户可以得到服务，而Pico1与Pico2在LP-ABS期间，由于宏基站对其CRE区域用户干扰减小，所以Pico基站为其边缘用户进行服务，改善边缘用户性能。图4(b)中Pico3由于CRE区域中用户比例很低，故令其Bias＝0，不进行CRE扩展。
图5是本发明实施例中组网模式Mode2对应的网络结构示意图。其中：图5(a)为宏基站内圈安置Pico基站，且与宏基站进行CoMP协作服务于Pico1边缘用户。图5(b)外圈中由于Pico基站CRE区域中用户比例很低，故令其Bias＝0，不进行CRE扩展，且Pico2，Pico3不采用任何增强型技术，只为增强覆盖。
图6是本发明实施例中组网模式Mode3对应的网络结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本实施例采用20M的系统带宽，可用的资源块数量为100个。每个TTI包含两个0.5ms的时隙，每个时隙包含7个OFDM符号，10个TTI构成一个无线帧长。系统具体参数如表1。
表1系统参数
如图1所示，本发明实施例公开的一种用于LTE/LTE-A HETNET系统基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法，主要包括如下步骤：
(1)分别统计宏基站内圈和外圈用户数目，并根据各自用户数目判断是否需要开启内圈和外圈的微基站。本步骤中包括：
(1.1)：宏基站将其覆盖范围ΦMacro根据
分为外圈、内圈，其中r代表内宏小区内圈覆盖半径；R代表整个宏小区覆盖半径；代表宏小区外圈面积；代表宏小区内圈面积；δS代表内圈与整个宏基站覆盖范围的比例。本例中内圈半径r设为0.45R，也可根据基站覆盖能力做适当调整。
(1.2)：宏基站分别统计区域用户的数目，如果区域用户的数目满足[规则2]，则开启区域内微基站，反之关闭区域内微基站；如果区域用户的数目满足[规则3]，则开启区域内微基站，反之关闭区域内微基站。
其中为区域用户的数目；为给定宏小区内圈用户数目的阈值；为宏小区区域用户的数目；为给定宏小区外圈用户数目的阈值。和可根据内圈外圈面积比例分析得到，本例中取值为12和48。
(2)分别统计宏基站内圈和外圈内的微基站CRE区域用户数目，以及微基站总的用户数目，得到用户分布情况。本步骤中包括：
(2.1)：宏基站内，Pico基站集合记作M代表宏基站内部区域Pico基站的数目(M≥0)；宏基站内，Pico基站集合记作N代表宏基站外部区域Pico基站的数目(N≥0)。设定所有Pico基站的CRE Bias＝H dB，本例中设置CRE Bias＝9dB。
(2.2)：宏基站统计内微基站CRE区域用户数目，分别记作而内微基站总的用户数目记作 根据
求出两者比例，记为χIn，χOut。如果内微基站完全关闭，则χIn＝0；如果内微基站完全关闭，则χOut＝0。
(3)分别计算宏基站和微基站的负载，得到整个系统的负载情况。本步骤包括：
(3.1)：宏基站和微基站根据各自用户k的CQI反馈，得到基站i中，用户k在时间t的信干噪比，记作根据
求出在基站i的平均信干噪比T为时间窗口的大小，Ki是该小区服务的用户数；每个基站带宽为W，且每个用户等概获取带宽，则根据
求出i基站中用户的平均容量Ci，其中代表i基站平均用户带宽；Ki是该小区服务的用户数；Ci为i基站中用户的平均容量。
(3.2)：宏基站和微基站中的用户需求的统计平均值Ui，在基站端的计算根据
为基站i中，用户k在时间t需求的比特数，可以通过UEk在上行信道反馈给基站，来告知此刻用户需要多少的比特数，从而可以在基站端算出T(T≤n)时间内用户需求的统计平均值。
(3.3)：各个基站根据
求出i基站的负载loadi。各个基站将其负载值与1进行比较，若大于1，则通过X2接口反馈1给宏基站；若小于1，则反馈0给宏基站。
(3.4)宏基站根据收到各个基站的负载情况，若满足
则整个系统过载，记为Hload，反之记为Lload。Ui为i基站中用户需求的统计平均值；Ci为i基站中用户的平均容量；L为统计出的反馈0的基站数目；Q为统计出的反馈1的基站数目；δload为过载阈值，本例中设为0.65，可根据经验或系统要求做适当调整。
(4)宏基站根据用户分布情况初步判定系统组网模式。具体为：
宏基站根据步骤(2)中求得的χIn，χOut，首先初步决定系统组网方案，取定两者阈值分别为将不同的组网技术记作不同的模式，见表2。和的取值可在LP-ABS的比例值的基础上变化得到，通常传统方案中LP-ABS一旦启用，其比例值为0.2，本例中这两个阈值可分别设为0.2和0.25。如果则宏基站通过X2接口通知区域微基站CRE Bias＝0，采用Mode0组网；如果则宏基站通过X2接口通知区域微基站CRE Bias＝0，范围内的微基站采用LP-ABS技术进行服务；如果则宏基站通过X2接口通知区域微基站CRE Bias＝0，范围内的微基站与宏基站组成CoMP集合进行CoMP JT传输；如果则宏基站通过X2接口通知范围内的微基站与宏基站组成CoMP集合进行CoMP JT传输，范围内的微基站采用LP-ABS技术进行服务。
表2、模式选择表
Mode0 No-eICIC
Mode1 LP-ABS
Mode2 CoMP
Mode3 LP-ABS+CoMP
Mode4 CA
Mode5 LP-ABS+CA
Mode6 CoMP+CA
Mode7 LP-ABS+CoMP+CA
(5)根据系统是否过载，确定是否需要在已选择的组网模式上增加CA技术。本步骤中，根据步骤(4)的初步组网判断，其次根据宏基站在步骤(3)中求出的系统load情况，如果load∈Lload，则仍旧按照步骤(4)组网方法进行组网，即宏基站通过X2接口通知系统执行Mode0～Mode3；如果load∈Hload，则系统处于过载状态，则在Mode0～Mode3组网技术上增加CA技术，宏基站通过X2接口通知系统执行Mode4～Mode7。步骤(4)和(5)的组网技术选择概括如表3，表4所示。
表3、load∈Lload情况下，系统组网选择方案
表4、load∈Hload情况下，系统组网选择方案
经过上述基于用户分布及负载情况进行的系统组网技术选择判断后，根据宏基站通过X2接口通知的不同增强型技术要求进行系统组网。每次自适应组网的过程是在传输时间间隔(TTI)的倍数(如k*TTI(k＝1,2...K)重复执行上述步骤，如果通信处理完成，则宏基站、微基站不再使用LP-ABS，CoMP，CA技术，系统恢复到Mode0状态。图2为本发明实施例的方法的详细流程图。
下面对本发明涉及到的集中组网模式的网络结构示意图做简要说明。
1)Mode0(No-eICIC)
Mode0有4种不同的网络结构，如图3(a)～3(d)。图3(a)中宏基站所有Pico基站关闭，图3(b)中宏基站内圈开启Pico基站，图3(c)中宏基站外圈开启Pico基站，图3(d)中宏基站内圈外圈开启Pico基站。
2)Mode1(LP-ABS)
Mode1有两种网络结构，如图4(a)～4(b)，图4(a)中宏基站在LP-ABS期间发射低功率信号，宏基站内圈用户可以得到服务，而Pico1与Pico2在LP-ABS期间，由于宏基站对其CRE区域用户干扰减小，所以Pico基站为其边缘用户进行服务，改善边缘用户性能。图4(b)中Pico3由于CRE区域中用户比例很低，故令其Bias＝0，不进行CRE扩展。
3)Mode2(CoMP JT)
图5(a)为宏基站内圈安置Pico基站，且与宏基站进行CoMP协作服务于Pico1边缘用户。图5(b)外圈中由于Pico基站CRE区域中用户比例很低，故令其Bias＝0，不进行CRE扩展。且Pico2，Pico3不采用任何增强型技术，只为增强覆盖。
4)Mode3(LP-ABS+CoMP)
图6宏基站内圈Pico基站采用CoMP技术，外圈Pico基站采用LP-ABS技术进行组网。
5)Mode4，Mode5，Mode6，Mode7组网结构如Mode0，Mode1，Mode2，Mode3，区别主要是增加了CA技术，只是在其频带上分配了额外频段，对于网络结构没有发生任何变化，故此省略。
本发明实施例公开的实现上述方法的一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网装置，包括：宏基站用户统计模块，用于分别统计宏基站内圈和外圈用户数目；微基站开启判断模块，用于根据宏基站用户统计模块得到的用户数目判断是否需要开启内圈和外圈的微基站；微基站用户统计模块，用于分别统计宏基站内圈和外圈内的微基站CRE区域用户数目，以及微基站总的用户数目，得到用户分布情况；组网初选模块，用于根据微基站用户统计模块得到的用户分布情况初步判定系统组网模式；系统负载计算模块，用于分别计算宏基站和微基站的负载，得到整个系统的负载情况；以及，组网终选模块，用于根据系统负载计算模块得出的负载情况，判断是否在组网初选模块选择的组网模式上增加CA技术。为了便于模式选择索引，本装置还设有一如表3所示的模式选择表，用于组网初选模块以及组网终选模块根据表3、4的规则所示的不同的输入组合情况，进行查表操作，根据表中数据进行快速组网技术的选择。
本发明能够根据不同的用户分布情况和系统负载状况自适应地选择不同的增强型技术进行系统组网，能够适应于不同用户分布情况的系统，针对不同的系统环境将会采用不同的组网技术进行组网，保证系统性能的同时，改善了边缘用户的吞吐量，降低系统能耗。

Claims (8)

1.一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)分别统计宏基站内圈和外圈用户数目，并根据各自用户数目判断是否需要开启内圈和外圈的微基站；
(2)分别统计宏基站内圈和外圈内的微基站CRE区域用户数目，以及微基站总的用户数目，得到用户分布情况；
(3)分别计算宏基站和微基站的负载，得到整个系统的负载情况；
(4)根据用户分布情况初步判定系统组网模式，所述组网模式包括No-eICIC、LP-ABS、CoMP和LP-ABS+CoMP四种模式；具体规则为：
如果且则宏基站通知内圈外圈区域微基站CREBias＝0，不采用任何增强型技术；如果且则宏基站通知区域微基站CRE Bias＝0，范围内的微基站采用LP-ABS技术进行服务；如果且则宏基站通知区域微基站CRE Bias＝0，范围内的微基站与宏基站组成CoMP集合进行CoMP JT传输；如果且则宏基站通知范围内的微基站与宏基站组成CoMP集合进行CoMP JT传输，范围内的微基站采用LP-ABS技术进行服务；其中χIn为内微基站CRE区域用户数目与内微基站总的用户数目的比值；χOut为内微基站CRE区域用户数目与内微基站总的用户数目的比值；为设定的阈值；
(5)根据系统是否过载，确定是否需要在已选择的组网模式上增加CA技术；
每次自适应组网的过程是在传输时间间隔的倍数重复执行上述步骤(1)-(5)，如果通信处理完成，则宏基站和微基站不再使用LP-ABS，CoMP和CA技术。
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法，其特征在于，所述步骤(1)中根据各自用户数目判断是否需要开启内圈和外圈的微基站的规则为：
如果内圈区域用户的数目大于设定的阈值则开启区域内微基站，否则关闭区域内微基站；如果外圈区域用户的数目大于设定的阈值则开启区域内微基站，否则关闭区域内微基站。
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法，其特征在于，所述步骤(3)中包括：
(3.1)宏基站和微基站根据各自小区内用户的CQI反馈，求出平均信干噪比和平均容量；
(3.2)宏基站和微基站分别根据用户反馈的需求比特数，求出用户需求的统计平均值；
(3.3)各基站根据用户需求统计平均值与平均容量的比值得到基站的负载；
(3.4)宏基站统计各基站的负载情况，判定整个系统是否过载。
4.根据权利要求3所述的一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法，其特征在于，所述步骤(3.4)中判定系统是否过载的方法为：
各基站将其负载值与1进行比较，若大于1，则反馈1给宏基站；若小于1，则反馈0给宏基站，宏基站根据收到各基站反馈的负载情况进行判断，若满足则整个系统过载，反之系统不过载，其中L为统计出的反馈0的基站数目；Q为统计出的反馈1的基站数目，δload为过载阈值。
5.根据权利要求3所述的一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法，其特征在于，所述步骤(3.1)中，
基站i的平均信干噪比的计算公式为
其中Ki代表基站i的服务用户数；T为时间窗口的大小；为基站i根据各自用户k的CQI反馈，得到的用户k在时间t的信干噪比；
基站i中用户的平均容量Ci的计算公式为
其中代表基站i平均用户带宽，W代表系统总的带宽；为基站i的平均信干噪比。
6.根据权利要求3所述的一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法，其特征在于，所述步骤(3.2)中，
基站i中用户需求的统计平均值Ui的计算公式为
其中T为时间窗口的大小；Ki代表基站i的服务用户数；为基站i中用户k在时间t需求的比特数。
7.实现如权利要求1-6任一项所述的基于自适应增强型技术选择的无线网络组网方法的一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网装置，其特征在于，包括：
宏基站用户统计模块，用于分别统计宏基站内圈和外圈用户数目；
微基站开启判断模块，用于根据宏基站用户统计模块得到的用户数目判断是否需要开启内圈和外圈的微基站；
微基站用户统计模块，用于分别统计宏基站内圈和外圈内的微基站CRE区域用户数目，以及微基站总的用户数目，得到用户分布情况；
组网初选模块，用于根据微基站用户统计模块得到的用户分布情况初步判定系统组网模式，所述组网模式包括No-eICIC、LP-ABS、CoMP和LP-ABS+CoMP四种模式；
系统负载计算模块，用于分别计算宏基站和微基站的负载，得到整个系统的负载情况；
以及，组网终选模块，用于根据系统负载计算模块得出的负载情况，判断是否在组网初选模块选择的组网模式上增加CA技术。
8.根据权利要求7所述的一种基于自适应增强型技术选择的无线网络组网装置，其特征在于，还包括模式选择表，用于组网初选模块以及组网终选模块模式选择时进行索引，所述模式选择表如下：
其中Mode0-7为索引号。
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