CN106255211B - 一种基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法 - Google Patents
一种基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法，针对包含宏基站和微基站的异构蜂窝网络系统，包括以下步骤：S1：假定蜂窝用户和微蜂窝用户使用相同频谱资源，计算微蜂窝用户接收信号的信干比；S2：根据预先设定的微蜂窝用户接收信号的信干比门限值δ0，求得距离比的门限值D0；S3：根据微蜂窝用户的实际距离比与门限值D0之间的大小关系，判断微蜂窝用户和宏蜂窝用户是否可以共用相同频谱资源；S4：系统根据步骤S3得到的判断结果进行资源分配。本发明简单可行、系统操作时时延小、优化用户性能效果良好。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术，特别是涉及一种基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法。
背景技术
为了给用户提供多种多样的通信方式和无处不在的接入服务，出现了异构蜂窝网络。异构蜂窝网络架构下，系统能够获得更大的网络容量、更好的用户通信质量以及更广阔的网络覆盖。宏基站和微基站具有不同的覆盖范围，适用不同的场景，能够提供不同的服务质量。二者性能各不相同，但又互相补充。
在异构蜂窝网络中，微小区作为宏小区的补充，能够提升网络容量，实现网络数据分流，解决盲区、热点、弱覆盖的问题。通过增加新的低功率微小区无线接入节点，缩短了网络与终端的距离，并且提升了无线网络资源的利用率。小型化的体积可以使得微小区基站在热点区域的安装更加方便。微小区能够提升区域网络容量，异构蜂窝网络的部署方式也符合网络架构从垂直化向扁平化发展的趋势。
对于异构蜂窝网络而言，抑制宏蜂窝和微蜂窝之间的干扰是一个关键问题。可以通过采用合理的资源分配方法来降低宏蜂窝和微蜂窝之间的干扰，解决这一问题。微小区基站如果使用与宏基站正交的频率资源可以完全避免宏蜂窝和微蜂窝之间的干扰，但是在当今频率资源紧张的形势下，这种完全正交传输的方式无疑对频率资源是一种浪费。但如果复用宏基站的频率资源，如何进行合理的资源分配才能降低干扰，提高用户性能。因此，如何有效进行合理的资源分配，在不增加系统复杂度的前提下，降低用户接收到的干扰，优化用户性能是非常重要的议题。目前有研究提出了关于异构蜂窝网络资源分配的方法，比如贪婪法，反复迭代法。然而，现有技术中的资源分配方法的算法较为复杂，系统操作时时延较大，并不适宜于实际系统的应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种简单可行、系统操作时时延小、优化用户性能效果良好的基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法。
技术方案：本发明所述的基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法，针对包含宏基站和微基站的异构蜂窝网络系统，包括以下步骤：
S1：假定宏蜂窝用户和微蜂窝用户使用相同频谱资源，计算微蜂窝用户接收信号的信干比；
S2：根据预先设定的微蜂窝用户接收信号的信干比门限值δ0，求得距离比的门限值D0；其中，LPT为用户到微基站的距离，LBT为用户到宏基站的距离；
S3：根据微蜂窝用户的实际距离比与门限值D0之间的大小关系，判断微蜂窝用户和宏蜂窝用户是否可以共用相同频谱资源；
S4：系统根据步骤S3得到的判断结果进行资源分配。
进一步，所述步骤S3中，根据微蜂窝用户的实际距离比与门限值D0之间的大小关系，判断微蜂窝用户和宏蜂窝用户是否可以共用相同频谱资源的方法如下：当时，微蜂窝用户和宏蜂窝用户可以共用相同频谱资源；否则，微蜂窝用户和宏蜂窝用户不可以共用相同频谱资源，系统需要为微蜂窝用户分配与当前宏蜂窝用户所占用的频率资源相互正交的资源块。
进一步，所述步骤S4中，系统根据步骤S3得到的判断结果进行资源分配的方法如下：如果则系统分配与当前宏蜂窝用户同频的资源块给微蜂窝用户；否则，系统分配与当前宏蜂窝用户所占用的频率资源正交的资源块给微蜂窝用户。
进一步，所述步骤S1中，微蜂窝用户接收信号的信干比为：
其中，K和α分别为路径损失常数和路径损失指数，hPT为微基站到用户的信道条件，hBT为宏基站到用户的信道条件，PB为宏基站的发射功率，PP为微基站的发射功率，LPT为用户到微基站的距离，LBT为用户到宏基站的距离。
进一步，所述步骤S2中，求得的距离比的门限值D0为：
其中，PB为宏基站的发射功率，PP为微基站的发射功率，hPT为微基站到用户的信道条件，hBT为宏基站到用户的信道条件，α为路径损失指数。
进一步，所述步骤S4中，如果不满足则系统分配与当前宏蜂窝用户所占用的频率资源正交的资源块给微蜂窝用户具体方法为：系统从与当前宏蜂窝用户所占用的频率资源正交的频率资源集合中随机选择资源块分配给微蜂窝用户。
进一步，所述资源分配方法是在宏基站的控制下完成的。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)本发明中，系统只需要知道微蜂窝用户的位置就能够确定资源分配方案，简单可行，系统操作时时延小；
2)本发明中，资源分配结果与预先设定的微蜂窝用户接收信号的信干比门限值δ0的大小有关，可以根据系统的实际需求调节δ0的大小，即可获取不同的优化性能；
3)本发明能够在异构网络覆盖的环境中为用户更加合理地分配系统的频率资源；微蜂窝用户不是简单地复用宏蜂窝用户占用的频率资源，也不是笼统地全部使用与宏蜂窝用户占用的频率资源相互正交的频率资源，而是根据根据微蜂窝用户的实际距离比与预先设定的微蜂窝用户接收信号的信干比门限值δ0的关系来决定是否复用宏蜂窝用户占用的频率资源；本发明方法在保证系统频率资源利用率的前提下提高用户通信性能；
4)本发明能够有效降低微小区用户中断概率，提高微小区信道容量。
附图说明
图1是研究本发明方法的应用场景示意图；
图2是本发明的方法流程图；
图3是微基站发射功率从16dbm增加到26dbm过程中分别采用全复用方案、部分复用方案和本发明方案得到的微小区用户中断概率图；
图4是微基站发射功率从16dbm增加到26dbm过程中分别采用全复用方案、部分复用方案和本发明方案得到的微小区通信信道容量图；
图5是用户需求传输速率从1Mbps增加到5Mbps过程中分别采用全复用方案、部分复用方案和本发明提出的方案得到下的微小区用户的中断概率图；
图6是用户需求传输速率从1Mbps增加到5Mbps过程中分别采用全复用方案、部分复用方案和本发明方案得到的微小区通信信道容量图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的介绍。
首先介绍一下本具体实施方式中方法所涉及的系统。如图1所示，该系统是包含一个宏基站和一个微基站的异构蜂窝网络系统，系统噪声为频谱密度是-174dBm/Hz的零均值加性高斯白噪声，信道模型为路径损耗模型。每个子载波宽度为15kHz，12个子载波组成一个物理资源块，每个资源块的宽度为180kHz。宏基站发射功率43dbm，微基站发射功率20dbm(图3，图4除外)。宏蜂窝半径500米，微蜂窝半径100米。参见图2，本具体实施方式所述方法包括以下步骤：
S1：假定宏蜂窝用户和微蜂窝用户使用相同频谱资源，计算微蜂窝用户接收信号的信干比，如式(1)所示；
其中，K和α分别为路径损失常数和路径损失指数，hPT为微基站到用户的信道条件，hBT为宏基站到用户的信道条件，PB为宏基站的发射功率，PP为微基站的发射功率，LPT为用户到微基站的距离，LBT为用户到宏基站的距离。
S2：根据预先设定的微蜂窝用户接收信号的信干比门限值δ0，求得距离比的门限值D0，如式(2)所示；
其中，PB为宏基站的发射功率，PP为微基站的发射功率，hPT为微基站到用户的信道条件，hBT为宏基站到用户的信道条件，α为路径损失指数。
S3：根据微蜂窝用户的实际距离比与门限值D0之间的大小关系，判断微蜂窝用户和宏蜂窝用户是否可以共用相同频谱资源：当时，微蜂窝用户和宏蜂窝用户可以共用相同频谱资源；否则，微蜂窝用户和宏蜂窝用户不可以共用相同频谱资源，系统需要为微蜂窝用户分配与当前宏蜂窝用户所占用的频率资源相互正交的资源块。
S4：系统根据步骤S3得到的判断结果进行资源分配：如果则系统分配与当前宏蜂窝用户同频的资源块给微蜂窝用户；否则，系统分配与当前宏蜂窝用户所占用的频率资源正交的资源块给微蜂窝用户。
其中，步骤S2中的门限值D0通过以下过程求得：
设置用户接收信号的信干比门限值δ0，当宏蜂窝用户和微蜂窝用户使用相同频谱资源时，微蜂窝用户的信干比SIR与δ0的关系有以下两种：
1)SIR≥δ0，该用户的传输性能满足要求，微蜂窝用户和宏蜂窝用户可以复用相同频谱资源；
2)SIR＜δ0，该用户的传输性能不满足要求，在这种情况下微蜂窝用户和宏蜂窝用户不能复用相同频谱资源。
综上，微蜂窝用户和宏蜂窝用户可以复用相同频谱资源的条件是SIR≥δ0，可以得到：
即：
令不等式两边取等号，可以求得微蜂窝用户和宏蜂窝用户可以复用相同频谱资源时需要满足的临界条件，把该临界比值记为D0，则得到了如式(2)所示的公式。
本具体实施方式分别采用了全复用方案(CCD，Co-channel deployment)、部分复用方案(PSD，Partially shared deployment)和本发明方案(DRD，Distance ratio baseddeployment)进行了仿真：得到微基站发射功率从16dbm增加到26dbm过程中的微小区用户中断概率图，如图3所示；微基站发射功率从16dbm增加到26dbm过程中的微小区通信信道容量图，如图4所示；用户需求传输速率从1Mbps增加到5Mbps过程中的微小区用户的中断概率图，如图5所示；用户需求传输速率从1Mbps增加到5Mbpss过程中的微小区通信信道容量图，如图6所示。由图3、图5可知，相比较全复用方案(CCD)和部分复用方案(PSD)，本发明提出的方案(DRD)能够有效地降低微小区用户中断概率。由图4、图6可知，相比较全复用方案(CCD)和部分复用方案(PSD)，本发明提出的方案(DRD)能够有效地提高微小区信道容量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法，针对包含宏基站和微基站的异构蜂窝网络系统，其特征在于：包括以下步骤：
S1：设定宏蜂窝用户和微蜂窝用户使用相同频谱资源，计算微蜂窝用户接收信号的信干比；
S2：根据预先设定的微蜂窝用户接收信号的信干比门限值δ0，求得距离比的门限值D0；其中，LPT为用户到微基站的距离，LBT为用户到宏基站的距离；
S3：根据微蜂窝用户的实际距离比与门限值D0之间的大小关系，判断微蜂窝用户和宏蜂窝用户是否可以共用相同频谱资源；
S4：系统根据步骤S3得到的判断结果进行资源分配。
2.根据权利要求1所述的基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据微蜂窝用户的实际距离比与门限值D0之间的大小关系，判断微蜂窝用户和宏蜂窝用户是否可以共用相同频谱资源的方法如下：当时，微蜂窝用户和宏蜂窝用户可以共用相同频谱资源；否则，微蜂窝用户和宏蜂窝用户不可以共用相同频谱资源，系统需要为微蜂窝用户分配与当前宏蜂窝用户所占用的频率资源相互正交的资源块。
3.根据权利要求1所述的基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法，其特征在于：所述步骤S4中，系统根据步骤S3得到的判断结果进行资源分配的方法如下：如果则系统分配与当前宏蜂窝用户同频的资源块给微蜂窝用户；否则，系统分配与当前宏蜂窝用户所占用的频率资源正交的资源块给微蜂窝用户。
4.根据权利要求1所述的基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法，其特征在于：所述步骤S1中，微蜂窝用户接收信号的信干比为：
其中，K和α分别为路径损失常数和路径损失指数，hPT为微基站到用户的信道条件，hBT为宏基站到用户的信道条件，PB为宏基站的发射功率，PP为微基站的发射功率，LPT为用户到微基站的距离，LBT为用户到宏基站的距离。
5.根据权利要求1所述的基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法，其特征在于：所述步骤S2中，求得的距离比的门限值D0为：
其中，PB为宏基站的发射功率，PP为微基站的发射功率，hPT为微基站到用户的信道条件，hBT为宏基站到用户的信道条件，α为路径损失指数。
6.根据权利要求1所述的基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法，其特征在于：所述步骤S4中，如果不满足则系统分配与当前宏蜂窝用户所占用的频率资源正交的资源块给微蜂窝用户具体方法为：系统从与当前宏蜂窝用户所占用的频率资源正交的频率资源集合中随机选择资源块分配给微蜂窝用户。
7.根据权利要求1所述的基于距离比的异构蜂窝网络资源分配方法，其特征在于：所述资源分配方法是在宏基站的控制下完成的。
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| CN102098680A (zh) * | 2011-03-16 | 2011-06-15 | 北京邮电大学 | 动态频谱管理方法及系统 |
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| 无线蜂窝网络中的D2D多播资源分配技术研究;龚文熔;《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20160315;全文 |
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