CN105871427B - 基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法 - Google Patents

基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法，该方法中每个宏基站中心有3个相邻的六边形扇区，在每个扇区，均匀分布着N个小基站，同时K个用户也均匀随机的分布在每个宏基站覆盖范围内；根据CRE用户是否存在邻近基站选择相邻小基站协作传输或者宏基站传输，同时小基站在调度CRE用户资源上提高其传输功率，减少来宏基站跨层干扰带来的影响，通过最大化系统的总吞吐量来得到最优小基站的功率提高因子。本发明小区边缘用户(CRE)的平均吞吐量性能较之于传统的基准方案有显著的改善，系统的总平均吞吐量性能也有一定的提升。

Description

基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法
技术邻域：
本发明涉及5G移动通信技术邻域中的超密集组网技术，具体涉及一种基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法。
背景技术：
根据最新市场分析预测表示，面向2020年及未来，移动数据流量将出现爆炸式的增长，预计2010年到2020年全球移动数据流量增长将超过200倍。超密集小区网络将是满足2020年以及未来移动数据流量需求的主要技术手段，超密集小区通过更加“密集化”的无线网络基础设施部署，可以使用户更靠近基站从而获得更好的信号性能，可以获得更高的频谱复用效率，从而在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升。
传统的异构网中采用增强的小区间干扰协调技术通过对宏基站某些时刻配置几乎空白子帧保护小基站中的CRE用户，而忽略小基站之间的同层干扰，这是因为小基站的覆盖范围较小，并且小基站的部署较少，他们之间的覆盖范围通常部署重叠的。但是随着小基站的密集化和和小区的随机部署，也会带来更多的干扰，随着小基站的密集化和不规律化，会产生很多的邻近小区，小区边缘用户除了遭受宏基站的跨层干扰还会受到邻近小基站的同层干扰。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法，该方法能很好的改善小区边缘用户的吞吐量性能。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案来实现的：
基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法，包括以下步骤：
1)在用户小区选择准则中，对小基站参考信号接收功率人为增加的正的偏置值，而宏基站参考信号接受功率不增加偏置值，在用户选择服务基站后，定义从宏基站新加入小基站的用户为CRE用户；
2)将CRE用户划分为两部分，存在相邻小基站强烈干扰的CRE用户选择服务基站和强干扰基站协作服务传输，其他CRE用户选择宏基站传输；
3)对于采用协作传输的CRE用户，小基站在调度该CRE用户资源时提高其发射功率，宏基站在小基站功率提高的资源上调度其信干噪比性能较高的用户，建立效用函数，优化效用函数得到最优的小基站功率提高因子α。
本发明进一步的改进在于，所述步骤1)的具体实现方法如下：
考虑一个两层的异构网络系统，每个宏基站中心有3个相邻的六边形扇区，在每个扇区，均匀分布着N个小基站，宏基站和小基站复用相同的频谱资源，同时K个用户也均匀随机的分布在每个宏基站覆盖范围内；小区选择准则为最大参考信号接收准则，在小基站参考信号接收功率人为增加的正的偏置值后，用户j选择服务基站的准则如下：
其中i*代表用户最终选择的基站，RSRPi j表示用户j在第i个候选基站的参考信号接收功率，Biasi是人为设置的偏置值，对于宏基站Biasi＝0，对小基站Biasi＞0，N∈{0,1,…,N}表示宏基站和小基站的集合，i＝0表示该基站为宏基站，i≠0表示该基站为第i个小基站。
本发明进一步的改进在于，所述步骤2)的具体实现方法如下：
为了改善CRE用户的性能，将CRE用户分为两部分，对于存在邻近小基站的CRE用户采用服务基站和强干扰基站协作传输，减少相邻小基站对其造成的强烈同层干扰，提高CRE用户的信号强度，改善CRE用户的吞吐量性能；对于没有邻近小基站的CER用户，为避免其信干噪比性能过低，选择宏基站传输；
CRE用户选择协作传输的条件为：
其中，Pm(g,k)表示用户k在宏基站g上的参考信号接收功率，Ps(i,k)和Ps(j,k)表示用户k在小基站中2个功率最强的参考信号接收功率，Ps Bias(i,k)和Ps Bias(j,k)表示Ps(i,k)和Ps(j,k)增加偏置值后的参考信号接收功率。
本发明进一步的改进在于，所述步骤3)的具体实现方法如下：
对于选择小基站为服务基站的CRE用户，会受到宏基站严重的跨层干扰，小基站在调度CRE用户资源上提高其传输功率，改善其信干噪比性能，同时宏基站在这部分资源上调度其SINR性能较好的用，以减少小基站发射功率提高对宏基站用户的干扰；另外考虑宏基站用户的SINR计算公式如下：
对于SUE，SINR计算公式如下：
其中，表示第r个资源块上宏基站到第k个用户的信道增益，表示第r个资源块上小基站到第k个用户的信道增益，为了保护CRE用户的性能，频谱资源采用比例公平调度，ρ表示小基站传输的CRE用户和协作传输的CRE用户之和与小基站总用户之比；
根据给出的信干噪比表达式，宏基站和小基站的吞吐量分别表示如下：
其中，NMUE,分别表示宏基站和第i个小基站的用户数，
分别表示宏基站调度资源ρW和(1-ρ)W的用户数，分别表示第i个小基站调度资源ρW和(1-ρ)W的用户数；
优化问题建立模型如下形式：
argmaxC(a)＝CM(a)+Cm(a)
根据宏基站和小基站各种吞吐量公式得出，宏基站的总吞吐量CM(a)是α的减函数，而小基站的总吞吐量Cm(a)是α的增函数，因此在保证宏基站用户性能的前提下提高α以改善小基站边缘用户的性能。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明针对超密集小区中CRE用户的干扰问题，提出了一种邻近小基站协作传输CRE用户的方法。本发明方法对存在相邻小基站的CRE用户采用相邻小基站进行协作传输，消除了邻近小基站对CRE用户的同层干扰，改善了该CRE用户的性能，同时在小基站在调度CRE用户资源上提高其传输功率，较少了宏基站跨层干扰对其性能的影响。对于没有邻近小基站的CRE用户，选择宏基站传输。定义目标函数为系统的总吞吐量，通过求解得出每个小基站功率提高因子，在系统总吞吐量提高的同时，小基站边缘用户的平均吞吐量性能也有很大的改善。
附图说明：
图1为本发明中所应用的场景实例；其中，三角形表示宏基站，圆圈表示小基站；
图2为本发明中不同偏置值下系统平均吞吐量性能的对比图；
图3为本发明中不同偏置值下宏用户平均吞吐量性能对比图；
图4为本发明中不同偏置值下CRE用户平均吞吐量性能对比图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参见图1所示，本发明基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法，该方法中每个宏基站中心有3个相邻的六边形扇区，在每个扇区里，均匀分布着N个小基站，同时K个用户也均匀随机的分布在每个小区内。具体步骤如下：
1)在用户小区选择准则中，对小基站参考信号接收功率人为增加的正的偏置值，而宏基站参考信号接受功率不增加偏置值，在用户选择服务基站后，定义从宏基站新加入小基站的用户为CRE用户。
其中，考虑一个两层的异构网络系统，每个宏基站中心有3个相邻的六边形扇区，在每个扇区，均匀分布着N个小基站，宏基站和小基站复用相同的频谱资源，同时K个用户也均匀随机的分布在每个宏基站覆盖范围内。传统的小区选择准则为最大参考信号接收准则，在小基站参考信号接收功率人为增加的正的偏置值后，用户j的选择服务基站的准则如下：
其中i*代表用户最终选择的基站，RSRPi j表示用户j在第i个候选基站的参考信号接收功率，Biasi是人为设置的偏置值，对于宏基站Biasi＝0，对小基站Biasi＞0，N∈{0,1,…,N}表示宏基站和小基站的集合，i＝0表示该基站为宏基站，i≠0表示该基站为第i个小基站。
2)将CRE用户划分为两部分，存在相邻小基站强烈干扰的CRE用户选择服务基站和强干扰基站协作传输，其他CRE用户选择宏基站传输。
其中，为了改善CRE用户的性能，将CRE用户分为两部分，对于存在邻近小基站的CRE用户采用服务基站和强干扰基站协作传输，减少相邻小基站对其造成的强烈同层干扰，提高CRE用户的信号强度，改善CRE用户的吞吐量性能；对于没有邻近小基站的CER用户，为避免其信干噪比性能过低，选择宏基站传输。
CRE用户选择协作传输的条件为：
Pm(g,k)表示用户k在宏基站g上的参考信号接收功率，Ps(i,k)和Ps(j,k)表示用户k在小基站中2个功率最强的参考信号接收功率，Ps Bias(i,k)和Ps Bias(j,k)表示Ps(i,k)和Ps(j,k)增加偏置值后的参考信号接收功率。
3)对于采用协作传输的CRE用户，小基站在调度该CRE用户资源时提高其发射功率，宏基站在小基站功率提高的资源上调度其信干噪比性能较高的用户，建立效用函数，优化效用函数得到最优的小基站功率提高因子α。
其中，对于选择小基站为服务基站的CRE用户，会受到宏基站严重的跨层干扰，小基站在调度CRE用户资源上提高其传输功率，改善其信干噪比性能，同时宏基站在这部分资源上调度其SINR性能较好的用，以减少小基站发射功率提高对宏基站用户的干扰。另外考虑宏基站用户的SINR计算公式如下：
对于SUE，SINR计算公式如下：
其中，表示第r个资源块上宏基站到第k个用户的信道增益，表示第r个资源块上小基站到第k个用户的信道增益，为了保护CRE用户的性能，频谱资源采用比例公平调度，ρ表示小基站传输的CRE用户和协作传输的CRE用户之和与小基站总用户之比。
根据给出的信干噪比表达式，宏基站和小基站的吞吐量可以分别表示如下：
NMUE,分别表示宏基站和第i个小基站的用户数，分别表示宏基站调度资源ρW和(1-ρ)W的用户数，分别表示第i个小基站调度资源ρW和(1-ρ)W的用户数。
优化问题建立模型如下形式
argmaxC(a)＝CM(a)+Cm(a)
根据宏基站和小基站各种吞吐量公式可以得出，宏基站的总吞吐量CM(a)是α的减函数，而小基站的总吞吐量Cm(a)是α的增函数，因此在保证宏基站用户性能的前提下尽量提高α以改善小基站边缘用户的性能。
仿真实验和结果分析
仿真模型参数如下表：
仿真结果分析，通过图2、图3、图4可以看出，较之传统的基准方案，本发明的CRE平均吞吐量，系统平均吞吐量都有所提高。由于本方案主要为了改善CRE用户性能，会导致对宏基站用户性能有一定的损失。当偏置值较大时，传统的基准方案CRE用户性能较差，本方案可以较大的改善其吞吐量性能。
因此综上可知，本发明提出的方案较之传统的基准方案对小区边缘用户性能有显著的提升。

Claims (3)

1.基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在用户小区选择准则中，对小基站参考信号接收功率人为增加的正的偏置值，而宏基站参考信号接受功率不增加偏置值，在用户选择服务基站后，定义从宏基站新加入小基站的用户为CRE用户；
2)将CRE用户划分为两部分，存在相邻小基站强烈干扰的CRE用户选择服务基站和强干扰基站协作服务传输，其他CRE用户选择宏基站传输；
3)对于采用协作传输的CRE用户，小基站在调度该CRE用户资源时提高其发射功率，宏基站在小基站功率提高的资源上调度其信干噪比性能较高的用户，建立效用函数，优化效用函数得到最优的小基站功率提高因子α；
对于选择小基站为服务基站的CRE用户，会受到宏基站严重的跨层干扰，小基站在调度CRE用户资源上提高其传输功率，改善其信干噪比性能，同时宏基站在这部分资源上调度其SINR性能较好的用，以减少小基站发射功率提高对宏基站用户的干扰；另外考虑宏基站用户的SINR计算公式如下：
对于SUE，SINR计算公式如下：
其中，表示第r个资源块上宏基站到第k个用户的信道增益，表示第r个资源块上小基站到第k个用户的信道增益，为了保护CRE用户的性能，频谱资源采用比例公平调度，ρ表示小基站传输的CRE用户和协作传输的CRE用户之和与小基站总用户之比；
根据给出的信干噪比表达式，宏基站和小基站的吞吐量分别表示如下：
其中，NMUE,分别表示宏基站和第i个小基站的用户数，分别表示宏基站调度资源ρW和(1-ρ)W的用户数，分别表示第i个小基站调度资源ρW和(1-ρ)W的用户数；
优化问题建立模型如下形式：
argmaxC(α)＝CM(α)+Cm(α)
根据宏基站和小基站各种吞吐量公式得出，宏基站的总吞吐量CM(α)是α的减函数，而小基站的总吞吐量Cm(α)是α的增函数，因此在保证宏基站用户性能的前提下提高α以改善小基站边缘用户的性能。
2.根据权利要求1所述的基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法，其特征在于，所述步骤1)的具体实现方法如下：
考虑一个两层的异构网络系统，每个宏基站中心有3个相邻的六边形扇区，在每个扇区，均匀分布着N个小基站，宏基站和小基站复用相同的频谱资源，同时K个用户也均匀随机的分布在每个宏基站覆盖范围内；小区选择准则为最大参考信号接收准则，在小基站参考信号接收功率人为增加的正的偏置值后，用户j选择服务基站的准则如下：
其中i*代表用户最终选择的基站，RSRPi j表示用户j在第i个候选基站的参考信号接收功率，Biasi是人为设置的偏置值，对于宏基站Biasi＝0，对小基站Biasi＞0，N∈{0,1,…,N}表示宏基站和小基站的集合，i＝0表示该基站为宏基站，i≠0表示该基站为第i个小基站。
3.根据权利要求1所述的基于超密集蜂窝网络中小区间的资源管理和协作传输方法，其特征在于，所述步骤2)的具体实现方法如下：
为了改善CRE用户的性能，将CRE用户分为两部分，对于存在邻近小基站的CRE用户采用服务基站和强干扰基站协作传输，减少相邻小基站对其造成的强烈同层干扰，提高CRE用户的信号强度，改善CRE用户的吞吐量性能；对于没有邻近小基站的CER用户，为避免其信干噪比性能过低，选择宏基站传输；
CRE用户选择协作传输的条件为：
其中，Pm(g,k)表示用户k在宏基站g上的参考信号接收功率，Ps(i,k)和Ps(j,k)表示用户k在小基站中2个功率最强的参考信号接收功率，和表示Ps(i,k)和Ps(j,k)增加偏置值后的参考信号接收功率。
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