CN106028364B - 一种用于5g高密度网络的虚拟小区形成方法 - Google Patents

一种用于5g高密度网络的虚拟小区形成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于5G高密度网络的虚拟小区形成方法，属于无线通信技术领域。本发明在给定每个用户速率要求下，通过不同的阈值判断，为每个用户选择服务的RRH集合，从而使整个系统的可达和速率最大。与现有技术相比，本发明综合考虑了单用户场景和给定每个用户服务RRH个数这两种不足，提出了复杂度较低的基于不同阈值的虚拟小区形成方案。

Description

一种用于5G高密度网络的虚拟小区形成方法
技术领域
本发明涉及5G网络架构领域，尤其涉及一种用于5G高密度网络的虚拟小区形成方法。
背景技术
小区虚拟化技术是中兴通讯发布2015年十大无线新技术之一。该技术是解决边界效应的关键，其核心思想是“以用户为中心”提供服务。对于传统基站而言，继续缩小室外部署小区的半径是不现实的，原因在于较高的切换频率和巨大的传输开销。
传统的蜂窝网络中，每个用户均由指定的单个基站服务，因此不存在基站协作的问题。但是，在高密度网络中，系统需要为每个用户分配多个接入节点，从而进行有效地协作通信。所以，如何为每个用户选择接入节点对整个系统的性能有着至关重要的作用。
虚拟小区打破了以“蜂窝小区”为中心的传统移动接入网理念，转变为完全以“用户为中心”的接入网络，即每个接入网络的用户都拥有一个与用户相关的“虚拟小区”。该虚拟小区由用户周边的几个接入节点组成，接入节点之间相互协作，共同服务该用户。当用户在移动时，该虚拟小区包含的接入节点发生动态变化，但虚拟小区标识ID保持不变，因此在用户移动过程中并不会发生切换，大大减少了越区切换带来的开销。
在已有的工作中，Hong Ren等人提出了根据用户与不同接入节点之间的距离，为用户选择接入节点的方案，即用户选择与其距离最近的接入节点，使得系统能量效率最大。Jie Xu等人根据用户与不同接入节点之间的信道范数，为其选择接入节点的方案，即在给定的用户的服务节点个数的前提下，用户选择指定个数的具有最大信道范数的接入节点。
但是上述两种方案均存在一定的局限性。前者只考虑了单个用户的场景，并且将信道信息简化为只与距离相关的大尺度衰落信息。后者提出的方案只能在给定每个用户的服务节点个数时使用。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种用于5G高密度网络的虚拟小区形成方法。
技术方案：本发明所述的用于5G高密度网络的虚拟小区形成方法，包括以下步骤：
S1、获取网络中用户k和接入节点m之间的信道矩阵Hm,k，将迭代次数n设为1；其中，M表示网络中接入节点的总个数，K表示网络中用户的总个数；
S2、初始化第n次迭代时用户k的用户阈值并计算信道矩阵的F范数最大值Val；其中，
S3、对于接入节点判断是否若是，则将接入节点m*加入至用户k的服务节点集合中，并令其中，
S4、计算用户k的速率Rk，并判断Rk是否大于等于用户要求速率Rreq；若否，则并返回步骤S3；若是，则结束，集合形成用户k的虚拟小区。
进一步的，所述信道矩阵Hm,k的计算公式为：
式中，是多天线信道系数，n＝1,…,NT，表示均值为0，方差为1的复高斯分布，NT表示接入节点配备的发射天线的总根数，表示大尺度衰落。
进一步的，所述接入节点为射频拉远单元。
进一步的，所述步骤S2中初始化阈值为
进一步的，所述步骤S4中的用户k的速率Rk的计算公式为：
式中，pm,k为接入节点m的发射功率，为高斯白噪声的方差。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明提出了一种基于阈值判断的虚拟小区形成方案。该方案的复杂度较低，易于实现，可以在较低复杂度情形下为每个用户选择接入节点集合，使其可达数据速率达到指定要求。
附图说明
图1是本实施例的网络结构示意图。
具体实施方式
本实施例的网络图如图1所示，接入节点选用射频拉远单元(RRH)，系统中具有M个RRH，K个移动用户和一个中央处理器单元。所有RRH通过高速链路(光纤等)连接至中央处理器，移动用户与RRH之间进行无线通信。RRH只负责传输数据，不进行数据处理。技术方法中所需要数据处理，都在中央处理器进行。步骤S1中的需要的信道信息可以由每个用户反馈给RRH，进而传送至中央处理器，然后中央处理器根据具体步骤进行处理，最终为每个用户确定RRH服务集合，将该信息通过光纤等高速链路传送至每个RRH，再通过无线信道发送给每个用户。
其中，每个RRH配备单根发射天线，还有K个单天线移动用户和N个子信道。用表示所有RRH的编号集合，所有子信道编号构成的集合为所有用户编号构成的集合为为用户k提供服务的所有RRH的编号集合记为假设每个用户的RRH服务集合给定且记 因此为用户k服务的天线数是RRHm与用户k之间的信道矩阵记为可以表示为
其中，NT是多天线信道系数，是大尺度衰落(包括路径损耗和阴影衰落)。
用户k的接收信号为
其中，pm,k为RRHm的发射功率，xk为用户k的传输符号并且nk为零均值方差的高斯白噪声。假设不同用户的传输符号和接收端加性噪声相互独立。用户k的信干噪比为
用户k的可达数据速率为Rk＝log(1+γk)。
该问题可以表述为：
其中，Rreq为每个用户可达数据速率的指定要求。
具体而言，上述问题是通过为每个用户选择RRH服务集合，使每个用户的可达数据速率达到指定要求。选择的方案可以用数学表述为：
其中，βk∈(0,1]为用户k选择方案的阈值，用来表示相对信道增益。具体而言，当RRHm至用户k的信道矩阵F范数与所有RRH至该用户的信道矩阵F范数的最大值之间的比值大于等于阈值βk时，就选择RRHm作为用户k的服务集合中的元素。
因此，针对上述问题，采用一下虚拟小区形成方法，具体包括以下步骤：
S1、获取网络中用户k和接入节点m之间的信道矩阵Hm,k，将迭代次数n设为1；其中，
S2、初始化第n次迭代时用户k的用户阈值并计算信道矩阵的F范数最大值Val；其中，
S3对于接入节点判断是否若是，则将接入节点m*加入至用户k的服务节点集合中，并令
其中， 表示将m*从集合中删除。
S4、计算用户k的速率Rk，并判断Rk是否大于等于用户要求速率Rreq；若否，则并返回步骤S3；若是，则结束，集合形成用户k的虚拟小区。
其中，用户k的速率Rk的计算公式为：
式中，pm,k为接入节点m的发射功率，为高斯白噪声的方差。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种用于5G高密度网络的虚拟小区形成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
S1、获取网络中用户k和接入节点m之间的信道矩阵Hm,k，将迭代次数n设为1；其中，M表示网络中接入节点的总个数，K表示网络中用户的总个数；
S2、初始化第n次迭代时用户k的用户阈值并计算信道矩阵的F范数最大值Val；其中，
S3、对于接入节点判断是否若是，则将接入节点m*加入至用户k的服务节点集合中，并令其中，
S4、计算用户k的速率Rk，并判断Rk是否大于等于用户要求速率Rreq；若否，则并返回步骤S3；若是，则结束，集合形成用户k的虚拟小区。
2.根据权利要求1所述的用于5G高密度网络的虚拟小区形成方法，其特征在于：所述信道矩阵Hm,k的计算公式为：
式中，是多天线信道系数，n＝1,…,NT，表示均值为0，方差为1的复高斯分布，NT表示接入节点配备的发射天线的总根数，表示大尺度衰落。
3.根据权利要求1所述的用于5G高密度网络的虚拟小区形成方法，其特征在于：所述接入节点为射频拉远单元。
4.根据权利要求1所述的用于5G高密度网络的虚拟小区形成方法，其特征在于：所述步骤S2中初始化阈值为
5.根据权利要求1所述的用于5G高密度网络的虚拟小区形成方法，其特征在于：所述步骤S4中的用户k的速率Rk的计算公式为：
式中，pm,k为接入节点m的发射功率，为高斯白噪声的方差。
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