CN106028351B - 一种基于云计算的macro-femto网络的混合接入选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种基于云计算的macro‑femto网络的混合接入选择方法，属于无线通信技术领域，包括数据采集、云计算和用户接入3个步骤；本发明通过云计算快速为非授权宏用户匹配基站进行接入，可降低非授权宏用户盲目匹配造成的时延和丢包率，有效提高了非授权宏用户的吞吐量和系统的频谱效率。

Description

一种基于云计算的macro-femto网络的混合接入选择方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种基于云计算的macro-femto网络的混合接入选择方法。
背景技术
在蜂窝网络中，大约2/3的语音业务和90％以上的数据业务是在室内发生的，因此对于运营商来说，为语音、视频以及高速数据业务提供良好的室内覆盖变得日益重要。在多种解决室内覆盖的技术中，由于家庭式基站(Femto Base Station,FBS)价格低廉、增设位置灵活等诸多优点受到越来越多研究者的青睐。
根据3GPP(3rd Generation Partnership Project)的标准，家庭式基站分为三大类：封闭式接入方式、开放式接入方式和混合式接入方式的家庭基站。在宏基站和家庭基站(macrocell base station–femtocell base station,macro-femto)双层网络中，非授权宏用户不允许接入到工作在封闭接入模式下的FBS，因此即使宏用户的接入条件更适合于接入到FBS，其也无法接入。家庭基站作为低功耗接入点，一般只服务少数授权用户，大多数情况下会有多余的频谱资源可用于分享给宏基站用户。同时由于其低功耗的特性，可以用较低的功率消耗为靠近其周围的宏用户提供高质量的通信服务。但如果靠近FBS的宏用户不能接入FBS时，特别是当该用户与FBS授权用户使用相同的频带时，将受到FBS的严重干扰，宏基站为了这部分用户的通信质量，又会增加发射功率，从而造成基站能耗的增加和功率的浪费，所以制定一个合理的接入机制是协调干扰和提高吞吐量的有效方法。
当前，云计算正在快速发展，云计算是一种通过因特网，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给用户终端的计算方式，其中提供相应资源的网络可称为“云”。云计算由于具有动态可伸缩的扩展、海量信息处理、形态灵活等特点而广泛应用于各个行业，中国移动提出的C-RAN就是基于集中化处理、协作式无线电和实时云型架构的绿色无线接入网架构，将现有的异构蜂窝网络接入方式和云计算融合已成为当前无线通信的一个研究热点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对当前macro-femto网络的混合接入选择策略不合理的问题，提出一种基于云计算的macro-femto网络的混合接入选择方法，从而提高macro-femto网络整体吞吐量和降低同层干扰及层间干扰。
本发明可通过以下技术方案实现：
一种基于云计算的macro-femto网络的混合接入选择方法，包括数据采集、云计算和用户接入3个步骤；
所述的数据采集是，在小区建立“基带单元+射频拉远单元”系统，所述的基带单元放置于集中放置柜，射频拉远单元放置于距离基带单元1～10Km处的覆盖点，利用现有机房资源对周围区域立体覆盖，并通过骨干光纤与基带单元相连，从基带单元接收数据或给基带单元发送数据；从而对每个用户的位置信息、用户密度、信号质量、用户需求进行采集和集中处理；所述的基带单元具体型号优选华为BBU3900，所述的射频拉远单元具体型号优选华为RRU3832。
所述的云计算是，对采集到的用户和基站的数据进行比例分布的统计分析，并针对当前用户所处位置的信干噪比(SINR)、同层干扰及层间干扰水平、基站空闲状况、用户优先级、信道衰落的信息为非授权的宏用户分配可以接入的基站；具体是以各基站能够为宏用户提供的速率为选择标准，云端根据家庭基站的地理位置、所占带宽和干扰水平计算每个每个家庭基站能够为宏用户提供的服务速率，用供给吞吐量表示，同时云端计算每个宏用户满足基本通信需求所需的最小速率，用需求吞吐量表示，只有提供的服务速率大于宏用户所需的最小速率的基站才被列为备选接入基站，云端最终在备选基站中选择服务速率最大的基站作为接入基站；所述的供给吞吐量和需求吞吐量的计算公式为式中SINR由公式确定，其中N0为热噪声密度，B0为带宽，表示基站k覆盖范围内用户i的发送功率，表示信道衰落，表示用户受到的除基站k以外的其它基站的干扰，代表基站k的收发天线数量；同时，云端还为各家庭基站建立相应的存储空间，用于存储授权用户数量和家庭基站信号强度信息，家庭基站为了保障授权用户的服务质量和服务速率，对能够允许接入的非授权宏用户的比例设定一个系数r，r的范围为0％～100％，r＝0％表示当前为封闭式接入方式，即不允许接入非授权宏用户；r＝100％表示当前为开放式接入方式，即非授权宏用户可以接入到家庭基站和授权用户共用资源；系数r由公式确定，其中Ptot,j是基站j的总功率，βHS是高速下行分组接入(High Speed Downlink Packages Access，HSDPA)占总功率的比例，Lx,j是位置x到基站j的链路损耗，α是非正交因子，B是总共考虑在内的基站总数量，N是移动台的噪声功率。
所述的用户接入是，在经过数据采集之后，根据云计算的结果，将非授权宏用户接入或切换到匹配的基站。
本发明对用户数据进行采集与整理，这些用户包括家庭基站授权的用户(HomeUser Equipment,HUE)和非授权宏用户(Macrocell User Equipment,MUE)，将这些用户的地理位置、用户密度、信号强度、信道质量、用户需求、干扰水平等数据整理并发送至云端，利用云计算技术对这些数据进行整合和分类，为每个宏用户分配出最合适的基站进行接入。同时本发明针对femtocell能够允许接入的非授权用户的比例设定一个系数r范围为0％～100％，从而使授权用户的服务质量(Quality of Service,QoS)和非授权用户的吞吐量得到协调。
综上，本发明有以下有益效果：
1、本发明通过云计算可以快速为非授权宏用户匹配基站进行接入，降低非授权宏用户盲目匹配造成的时延和丢包率。
2、本发明通过信息的采集和处理后再进行接入，充分考虑信道、信干噪比等因素，可有效抑制干扰水平。
3、本发明对femtocell的授权用户数量等信息进行采集，设立可接入非授权宏用户比例r，有效提高了非授权宏用户的吞吐量和系统的频谱效率。
4、本发明采用先进的RRU+BBU技术，将数据信息采集并集中处理，弱化基站功能，有效节省基站的功耗，提高能量效率。
附图说明
图1是本发明的信息采集框架图。
图2是本发明的整体流程示意图。
图3是非授权宏用户的具体接入流程图。
图4是采用本发明的接入算法前后所有家庭基站吞吐量的对比图。
图5是采用本发明的接入算法前后全网吞吐量的对比图。
具体实施方案
根据说明书附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1本发明的信息采集过程
参照图1，本发明一种基于云计算的macro-femto网络的混合接入选择方法，本实施例中对数据的采集是通过在小区中建立的基带单元(Base Band Unit，BBU)和射频拉远单元(Remote Radio Unit，RRU)实现的，RRU负责对数据的数模转换和射频收发，BBU则集中了所有的数字基带处理的作用。BBU放置于集中放置柜，而RRU则放置于覆盖点，利用现有机房资源对周围区域立体覆盖。RRU通过光纤或光纤传送网与BBU相连接，RRU可以部署在远离BBU物理位置的远端站点(如1～10Km)。为方便部署，RRU设计得小巧轻便，通过光纤从BBU接收或给BBU发送数据。每个RRU上发送或接收的信号的处理都在BBU基带池内一个虚拟的基带处理单元内完成，从而对每个用户的位置信息、用户密度、信号质量、用户需求等信息进行采集和集中处理。所述的基带单元可采用华为BBU3900，所述的射频拉远单元可采用华为RRU3832。
实施例2本发明的云计算过程
以各基站能够为宏用户提供的速率为选择标准，云端根据FBS的地理位置、所占带宽和干扰水平计算每个FBS能够为宏用户提供的服务速率，用供给吞吐量表示，同时云端计算每个宏用户满足基本通信需求所需的最小速率，用需求吞吐量表示。只有提供的服务速率大于宏用户所需的最小速率的基站才被考虑为备选接入基站，云端最终在备选基站中选择提供服务速率最大的基站作为接入基站。所述的供给吞吐量和需求吞吐量的计算根据公式(1)确定，公式(1)中SINR根据公式(2)确定。
其中，N0为热噪声密度，B0为带宽，表示基站k覆盖范围内用户i的发送功率，表示信道衰落，表示用户受到的除基站k以外的其它基站的干扰，代表基站k的收发天线数量。
与此同时，云端还为各FBS建立相应的存储空间，用于存储授权用户数量、家庭基站信号强度信息。家庭基站为了保障授权用户的服务质量和服务速率，对femtocell能够允许接入的非授权用户的比例设定一个系数r(范围为0％～100％)，r＝0％表示此时为封闭式接入方式，即femtocell不允许接入非授权宏用户；r＝100％表示此时为开放式接入方式，即非授权宏用户可以接入到femtocell和授权用户争夺资源。系数r可以根据公式(3)确定。
其中，Ptot,j是基站j的总功率，βHS是高速下行分组接入(High Speed DownlinkPackages Access，HSDPA)占总功率的比例，Lx,j是位置x到基站j的链路损耗，α是非正交因子，B是总共考虑在内的基站总数量，N是移动台的噪声功率。
实施例3本发明的用户接入具体流程
图3是本发明用户接入流程图，一个非授权用户的具体接入过程步骤是：
步骤一：非授权宏用户在发出接入请求后等待接收云端反馈回来的接入信息。
步骤二：按照分配的基站进行接入，若分配接入为femtocell，则切换至所分配的femtocell，若所分配接入为macrocell，则无需切换。
步骤三：若该用户中途掉话或被中断，则需重新发出请求，再次由云端分配基站接入；若成功接入直到该用户的服务结束，则该接入完成。
实施例4本发明的整体流程
参照图2，是本发明一种基于云计算的macro-femto网络的混合接入选择方法的整体流程图：
步骤一：各小区建立BBU+RRU系统，采集小区内所有基站的地理位置、覆盖范围、家庭基站的授权用户数量的信息，发送至云端，并在云端建立相应的云存储空间。
步骤二：用户发出接入请求信息，信息采集模块将这些用户的地理位置、请求服务的类别、信干噪比、用户优先级、干扰等信息采集并发至云端。
步骤三：云端在该小区的云存储空间内为用户匹配一个最适合接入的基站(匹配方法见实施例2)，用户根据云端分配的基站进行接入。
步骤四：更新待接入的用户网络，直到所有用户接入成功为止。
图4和图5是在matlab平台上对本发明所述方法的仿真结果，从仿真结果可以看出利用本发明的方法，家庭基站的吞吐量有很大提高，整个macro-femto网络的吞吐量提高了近40％。
以上实施例4的matlab仿真程序如下：

Claims (2)

1.一种基于云计算的macro-femto网络的混合接入选择方法，包括数据采集、云计算和用户接入3个步骤；
所述的数据采集是，在小区建立“基带单元+射频拉远单元”系统，所述的基带单元放置于集中放置柜，射频拉远单元放置于距离基带单元1～10Km处的覆盖点，利用现有机房资源对周围区域立体覆盖，并通过骨干光纤与基带单元相连，从基带单元接收数据或给基带单元发送数据；从而对每个用户的位置信息、用户密度、信号质量、用户需求进行采集和集中处理；
所述的云计算是，对采集到的用户和基站的数据进行比例分布的统计分析，并针对当前用户所处位置的信干噪比、同层干扰及层间干扰水平、基站空闲状况、用户优先级、信道衰落的信息为非授权的宏用户分配可以接入的基站；具体是以各基站能够为宏用户提供的速率为选择标准，云端根据家庭基站的地理位置、所占带宽和干扰水平计算每个家庭基站能够为宏用户提供的服务速率，用供给吞吐量表示，同时云端计算每个宏用户满足基本通信需求所需的最小速率，用需求吞吐量表示，只有提供的服务速率大于宏用户所需的最小速率的基站才被列为备选接入基站，云端最终在备选基站中选择服务速率最大的基站作为接入基站；所述的供给吞吐量的计算公式为式中SINR由公式确定，其中N0为热噪声密度，B0为带宽，表示基站k覆盖范围内用户i的发送功率，表示信道衰落，表示用户受到的除基站k以外的其它基站的干扰，代表基站k的收发天线数量；同时，云端还为各家庭基站建立相应的存储空间，用于存储授权用户数量和家庭基站信号强度信息，家庭基站为了保障授权用户的服务质量和服务速率，对能够允许接入的非授权宏用户的比例设定一个系数r，r的范围为0％～100％，r＝0％表示当前为封闭式接入方式，即不允许接入非授权宏用户；r＝100％表示当前为开放式接入方式，即非授权宏用户可以接入到家庭基站和授权用户共用资源；系数r由公式确定，其中Ptot,j是基站j的总功率，βHS是高速下行分组接入占总功率的比例，Lx,j是位置x到基站j的链路损耗，α是非正交因子，B是总共考虑在内的基站总数量，N是移动台的噪声功率；
所述的用户接入是，在经过数据采集之后，根据云计算的结果，将非授权宏用户接入或切换到匹配的基站。
2.根据权利要求1所述的一种基于云计算的macro-femto网络的混合接入选择方法，其特征在于，在所述的数据采集步骤中，所述的基带单元的具体型号为华为BBU3900，所述的射频拉远单元的具体型号为华为RRU3832。
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