CN106850112B - 一种正交频分网络的干扰协调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种正交频分网络的干扰协调方法，本发明在现有三维天线设置下的正交频分网络中，考虑小区间采用部分频率复用情况下，采用接入点联合优化下倾角调整、载波及可用功率分配策略，可以最大化小区总吞吐量，达到更好的干扰协调目的。仿真结果表明，采用部分频率复用方案，对比采用固定下倾角的联合载波功率分配策略，本发明实施例所提的联合优化下倾角调整，载波及可用功率分配策略能有效的提升三维天线覆盖下的小区吞吐量。

Description

一种正交频分网络的干扰协调方法
技术领域
本发明涉及移动通讯领域，特别涉及一种正交频分网络的干扰协调方法。
背景技术
正交频分多址接入技术已被下一代通信广泛应用。但是，由于相邻小区复用相同的频率资源，同频干扰严重制约系统性能，尤其是小区边缘用户性能的进一步提升。因此亟需在正交频分网络中研究相应的干扰协调技术。
部分频率复用策略作为一种干扰协调技术，目前得到广泛利用。采用部分频率复用策略，正交频分网络协作簇内各小区接入点在边缘用户可使用频带上选择正交频段，独立服务各自边缘用户。并且，协作簇内各小区间中心用户复用相同的频率资源。目前有一些通过波束赋型方式进行小区间干扰抑制的研究，经过调研发现，目前的波束赋型策略仅仅考虑水平维度，忽略了三维天线中的垂直维度。由于仅考虑水平维度的波束赋型策略，下倾角固定，导致系统性能的下降。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题地解决上述问题的一种正交频分网络的干扰协调方法。
本发明提供的一种正交频分网络的干扰协调方法，包括以下步骤：
生成协作簇，将所述协作簇内每个小区的用户划分为中心用户和边缘用户；
所述协作簇内的各小区接入点分别生成中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角；
根据预设的功率约束条件、所述中心用户专属下倾角及所述边缘用户专属下倾角及分别对应的限制条件，得到所述协作簇的目标函数；
根据边缘用户的数据速率分别得到各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源；
根据所述目标函数、及所述各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源得到最优的分配结果，并按照所述最优的分配结果进行各小区接入点边缘用户载波资源的用户及各用户功率的分配、中心用户载波资源的用户及各用户功率的分配，并调整所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角。
本发明有益效果如下：
本发明实施例在现有三维天线设置下的正交频分网络中，考虑小区间采用部分频率复用情况下，采用接入点联合优化下倾角调整、载波及可用功率分配策略，可以最大化小区总吞吐量，达到更好的干扰协调目的。仿真结果表明，采用部分频率复用方案，对比采用固定下倾角的联合载波功率分配策略，本发明实施例所提的联合优化下倾角调整，载波及可用功率分配策略能有效的提升三维天线覆盖下的小区吞吐量。
附图说明
图1为本发明实施例正交频分网络的干扰协调方法的流程图；
图2为正交频分网络的系统模型图；
图3为中心用户载波资源和边缘用户载波资源的划分流程示意图。
图4为本发明实施例步骤105的流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被 这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了提高正交频分网络的性能，本发明提供了一种正交频分网络的干扰协调方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
根据本发明的实施例，提供了一种正交频分网络的干扰协调方法，图1为本发明实施例的正交频分网络的干扰协调方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的正交频分网络的干扰协调方法包括如下处理：
步骤101：生成协作簇，将所述协作簇内每个小区的用户划分为中心用户和边缘用户。
依托系统网络规划，按照规定的协作簇划分方法，完成网络中协作热点部署。具体的，将所述协作簇内每个小区的用户划分为中心用户和边缘用户包括以下步骤：
在每个小区接入点的公共频带测量所有用户的参考信号接收功率RSRP，将所测RSRP高于预设门限值的用户划分为中心用户，其余的为边缘用户。
步骤102：所述协作簇内的各小区接入点分别生成中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角。
具体的，所述协作簇内的各小区接入点分别生成中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角包括以下步骤：
针对任意小区的中心用户和边缘用户，通过波束赋形的方式，分别形成中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角。
步骤103：根据预设的功率约束条件、中心用户专属下倾角及边缘用户专属下倾角及分别对应的限制条件，得到所述协作簇的目标函数。
图2为正交频分网络的系统模型图。定义θm,1、θm,2分别为第m个小区接入点的小区中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角，θm＝θm,1∪θm,2。如图2所示，θm,1＝θ1、θm,2＝θ2。以边缘用户u为例，θu代表用户与接入点的夹角，其 所接收的辐射信号和接入点发射波束之间夹角为：θm,2-θm,u。
接入点所形成的小区中心用户专属下倾角和小区边缘用户专属下倾角只能在特定范围内调整，需要设定其调整的约束条件，在本发明实施例中，公式4中的C2为中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角的约束条件。
具体的，根据预设的功率约束条件、中心用户专属下倾角及边缘用户专属下倾角及分别对应的限制条件，得到所述协作簇的目标函数包括以下步骤：
(1)假设协作簇小区中共有M个接入点，则第m个接入点中的中心用户u在第n个子载波上的信干噪比通过公式1计算得到：
在公式1中，σ2代表热噪声，表示第m个接入点在第n个子载波上的发射功率，表示第m个接入点到中心用户u在第n个子载波的信道增益，θm,1表示第m个接入点中的中心用户u专属下倾角；θm，u表示第m个接入点中中心用户u专属下倾角；表示协作簇中其他小区j在第n个子载波上的功率分配情况，表示第j个接入点到中心用户u在第n个子载波的信道增益；θj，1表示第j个接入点的中心用户u专属下倾角；θj，u表示第j个接入点的中心用户u专属下倾角；
(2)第m个接入点中的边缘用户u在第n个子载波上的信干噪比 通过公式2计算得到：
在公式2中，θm,2表示第m个接入点中的边缘用户u专属下倾角；
(3)分别根据和利用公式3得到第m个接入点的中心用户和边缘用户的数据速率
在公式3中，θm表示θm,1和θm,2；表示和
(4)利用公式4，得到所述协作簇的目标函数；
公式4；
在公式4中，ωk(m,n)表示第m个接入点中占用第n个子载波的中心用户k(m,n)的调度加权因子；表示中心用户k(m,n)在第n个子载波上的数据速率；ωk(m,n')表示第m个接入点中占用第n'个子载波的边缘用户k(m,n')的调度加权因子；表示用户k(m,n')在第n'个子载波上的数据速率；
分别表示第m个接入点中分配给中心用户、边缘用户接入点和总用户的载波集合，其中，
C1为功率的约束条件；C2为中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角的约束条件，其中Pm表示第m个接入点服务的中心用户最大发射功率，θc，θe分别表示小区中心用户和边缘用户专属下倾角调整范围上限。
步骤104：根据边缘用户的数据速率分别得到各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源。
具体的，所述协作簇内的小区采用部分频率复用的方式使用载波资源，即所述协作簇中各小区中心用户和边缘用户可使用的频段设置为正交状态；所述协作簇内各小区间中心用户复用相同的频率资源，边缘用户所使用的频带设置为正交状态。
具体的，根据边缘用户的数据速率分别得到各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源包括以下步骤：
(1)利用公式5，计算第m个接入点的所有边缘用户在载波n上的数据速率Rm，n；
在公式5中，Rm，n表示第m个接入点的所有边缘用户在载波n上的数据速率；表示第m个接入点的边缘用户u在载波n上的数据速率，表示第m个接入点中总用户的载波集合；
(2)利用公式6选取最大的数据速率对应的最优子载波得到每个接入点的边缘用户子载波；
(3)根据每个接入点的边缘用户子载波，得到边缘用户的载波资源；
(4)根据边缘用户的载波资源和总的载波资源，得到中心用户的载波资源。
具体的，在实际系统传输中，接入点可以根据用户反馈的信道质量指示(CQI)计算当次传输可达到的数据速率，也可通过其他方式预测当次传输可达数据速率。采用公式(5)计算协作簇中的M个接入点的数据速率。采用公式(6)选择每个接入点的边缘用户子载波，子载波数量为γN。通过光纤/无线接口交互信令，协作小区之间分享载波划分信息。
具体的，中心用户载波资源和边缘用户载波资源的划分方法可采取图3的方式。在图3中，定义card(·)表示元素个数。
步骤105：根据所述目标函数、及所述各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源得到最优的分配结果，并按照所述最优的分配结果进行各小区接入点的边缘用户载波资源用户及各用户功率的分配、中心用户载波资源 用户及各用户功率的分配，并调整所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角。
具体的，步骤105包括以下步骤：
步骤1：计算各小区接入点所述边缘用户载波资源分配的用户及各用户的功率，所述中心用户载波资源分配的用户及各用户的功率；
步骤2：根据所述目标函数计算各小区接入点的中心用户专属下倾角、及边缘用户专属下倾角；
步骤3：根据计算得到的所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角，所述边缘用户载波资源分配的用户及各用户的功率，所述中心用户载波资源分配的用户及各用户的功率得到同频干扰；
步骤4：判断所述同频干扰是否收敛；
步骤5：如果所述同频干扰收敛，则得到最优的分配结果，并按照所述最优的分配结果进行各小区接入点的边缘用户载波资源用户及各用户功率的分配、中心用户载波资源用户及各用户功率的分配；按照所述最优的分配结果调整所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角；如果所述同频干扰不收敛，则在加入迭代步长，返回步骤1。
更加具体的，步骤1：计算各小区接入点所述边缘用户载波资源分配的用户及各用户的功率，所述中心用户载波资源分配的用户及各用户的功率包括以下步骤：
(1)在功率固定的情况下，根据公式7，分别选择出中心用户载波资源n和边缘用户载波资源的n'的最优用户和
在公式7中，表示第m个接入点的中心用户u在载波n上的数据速率；表示第m个接入点的边缘用户u在载波n上的数据速 率；
(2)根据所述和和所述协作簇的目标函数，基于约束条件C1的拉格朗日优化函数Λ(p，λ)表示为公式8：
在公式8中，λm表示第m个接入点的拉格朗日因子；Pm表示第m个接入点总的发射功率；表示第m个接入点在第n个子载波上的发射功率；
(3)根据公式8，采用对偶分解方法，分别得到第m个接入点中占用第n个子载波的最优功率分配和第m个接入点中占用第n'个子载波的最优功率分配
在公式9和公式10中，表示协作簇中其他小区j在第n个子载波上的功率分配情况，表示协作簇中其他接入点j到用户k(m,n)的信道增益， 表示第m个接入点在载波n上对其他接入点造成的同频干扰；λm应满足
θj，1表示第j个接入点的中心用户下倾角；
θj，k(m，m)表示第j个接入点对用户k(m,n)的下倾角；
θm，1表示第m个接入点的中心用户下倾角；
θm，k(m，n)表示第m个接入点的用户k(m,n)的下倾角；
表示第m个接入点到用户k(m，n′)在n′载波上的信道增益。
具体的，步骤2根据所述目标函数，各小区接入点分配中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角具体包括以下步骤：
根据公式4、公式9、公式10，对θm,1、θm,2求偏导，得到中心用户下倾角 和边缘用户下倾角
在和的表达式中，表示第m个接入点到用户在n载波上的信道增益；
表示第m个接入点的用户的下倾角；
表示第m个接入点到用户在n′载波上的信道增益；
表示第m个接入点的用户的下倾角。
具体的，步骤3，根据计算得到的所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角，所述边缘用户载波资源分配的用户及各用户的功率，所述中心用户载波资源分配的用户及各用户的功率得到同频干扰包括以下步骤：
根据计算得到的所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角，所述边缘用户载波资源分配的用户及各用户的功率，所述中心用户载波资源分配的用户及各用户的功率，利用公式11得到同频干扰值；
在公式11中，表示第m个接入点在载波n上对其他接入点造成的干扰，表示第j个接入点在载波n上的信干噪比，表示其他接入点在载波n上对第m个接入点造成的干扰。
考虑到干扰接入点离中心用户距离较远，实际干扰很小。并且为了方便接入点独立进行载波资源，下倾角和功率的调整，采用公式(10)对小区中心用户和边缘用户进行功率调整是可行的。λm应满足：
这里，只有λm≥0是未知的，故可以通过二分法迭代出最终的功率分配结果。
为保证小区中心用户和边缘用户专属下倾角是最优的，两者应满足：
图4为本发明实施例步骤105的流程示意图，在图4中l表示算法迭代步长。所述正交频分网络包括接入点、用户设备，所述接入点采用三维天线阵列，所述接入点间通过光纤/无线接口连接，信令可在协作簇之间通过光纤/无线接口传输。
本发明不仅适用一个小区簇覆盖范围，也适用多个小区簇覆盖的情况；本发明不仅可以针对小区中心和边缘用户专属下倾角设置，还可以针对仅有小区用户专属下倾角设置的情况。并且本发明可广泛适用于部分联合传输，协作联合传输和非联合传输三种模式。
采用本发明，可以在三维天线下倾角通过波束赋型方式调整的前提下，优化总的小区吞吐量。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的 技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种正交频分网络的干扰协调方法，包括以下步骤：
生成协作簇，将所述协作簇内每个小区的用户划分为中心用户和边缘用户；
所述协作簇内的各小区接入点分别生成中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角；
根据预设的功率约束条件，预设的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角及分别对应的限制条件，得到所述协作簇的目标函数；
根据边缘用户的数据速率分别得到各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源；
根据所述目标函数、及所述各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源得到最优的分配结果，并按照所述最优的分配结果进行各小区接入点边缘用户载波资源的用户及各用户功率的分配、中心用户载波资源的用户及各用户功率的分配，并调整所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角；
其特征在于，所述根据所述目标函数、及所述各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源得到最优的分配结果，并按照所述最优的分配结果进行各小区接入点的边缘用户载波资源用户及各用户功率的分配、中心用户载波资源用户及各用户功率的分配，并调整所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角包括以下步骤：
步骤1：根据各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源计算各小区接入点所述边缘用户载波资源分配的用户及各用户的功率，所述中心用户载波资源分配的用户及各用户的功率；
步骤2：根据所述目标函数计算各小区接入点的中心用户专属下倾角、及边缘用户专属下倾角；
步骤3：根据计算得到的所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角，所述边缘用户载波资源分配的用户及各用户的功率，所述中心用户载波资源分配的用户及各用户的功率得到同频干扰；
步骤4：判断所述同频干扰是否收敛；
步骤5：如果所述同频干扰收敛，则得到最优的分配结果，并按照所述最优的分配结果进行各小区接入点的边缘用户载波资源用户及各用户功率的分配、中心用户载波资源用户及各用户功率的分配；按照所述最优的分配结果调整所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角；如果所述同频干扰不收敛，则在加入迭代步长，返回步骤1。
2.如权利要求1所述的正交频分网络的干扰协调方法，其特征在于，将所述协作簇内每个小区的用户划分为中心用户和边缘用户包括以下步骤：
在每个小区接入点的公共频带测量所有用户的参考信号接收功率RSRP，将所测RSRP高于预设门限值的用户划分为中心用户，其余的为边缘用户。
3.如权利要求1所述的正交频分网络的干扰协调方法，其特征在于，所述协作簇内的各小区接入点分别生成中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角包括以下步骤：
针对任意小区的中心用户和边缘用户，通过波束赋形的方式，分别形成中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角。
4.如权利要求1所述的正交频分网络的干扰协调方法，其特征在于，根据预设的功率约束条件，预设的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角及分别对应的限制条件，得到所述协作簇的目标函数包括以下步骤：
(1)假设协作簇小区中共有M个接入点，则第m个接入点中的中心用户u在第n个子载波上的信干噪比通过公式1计算得到：
在公式1中，σ2代表热噪声，表示第m个接入点在第n个子载波上的发射功率，表示第m个接入点到中心用户u在第n个子载波的信道增益，θm,1表示第m个接入点中的中心用户u专属下倾角；θm，u表示第m个接入点中中心用户u专属下倾角；表示协作簇中其他小区j在第n个子载波上的功率分配情况，表示第j个接入点到中心用户u在第n个子载波的信道增益；θj，1表示第j个接入点的中心用户u专属下倾角；θj，u表示第j个接入点的中心用户u专属下倾角；
(2)第m个接入点中的边缘用户u在第n个子载波上的信干噪比通过公式2计算得到：
在公式2中，θm,2表示第m个接入点中的边缘用户u专属下倾角；
(3)分别根据和利用公式3得到第m个接入点的中心用户和边缘用户的数据速率
在公式3中，θm表示θm,1和θm,2；表示和
(4)利用公式4，得到所述协作簇的目标函数；
在公式4中，ωk(m,n)表示第m个接入点中占用第n个子载波的中心用户k(m,n)的调度加权因子；表示中心用户k(m,n)在第n个子载波上的数据速率；ωk(m,n')表示第m个接入点中占用第n'个子载波的边缘用户k(m,n')的调度加权因子；表示用户k(m,n')在第n'个子载波上的数据速率；
分别表示第m个接入点中分配给中心用户、边缘用户接入点和总用户的载波集合，其中，
C1为功率的约束条件；C2为中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角的约束条件，其中Pm表示第m个接入点服务的中心用户最大发射功率，θc，θe分别表示小区中心用户和边缘用户专属下倾角调整范围上限。
5.如权利要求1所述的正交频分网络的干扰协调方法，其特征在于，所述协作簇内的小区采用部分频率复用的方式使用载波资源；
所述根据边缘用户的数据速率分别得到各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源包括以下步骤：
(1)利用公式5，计算第m个接入点的所有边缘用户在载波n上的数据速率Rm，n；
在公式5中，Rm，n表示第m个接入点的所有边缘用户在载波n上的数据速率；表示第m个接入点的边缘用户u在载波n上的数据速率，表示第m个接入点中总用户的载波集合；
(2)利用公式6选取最大的数据速率对应的最优子载波得到每个接入点的边缘用户子载波；
(3)根据每个接入点的边缘用户子载波，得到边缘用户的载波资源
(4)根据边缘用户的载波资源和总的载波资源，得到中心用户的载波资源
6.如权利要求5所述的正交频分网络的干扰协调方法，其特征在于，所述根据各小区接入点的边缘用户载波资源和中心用户载波资源计算各小区接入点所述边缘用户载波资源分配的用户及各用户的功率，所述中心用户载波资源分配的用户及各用户的功率具体包括以下步骤：
(1)根据公式7，分别选择出中心用户载波资源n和边缘用户载波资源n'的最优用户和
在公式7中，表示第m个接入点的中心用户u在载波n上的数据速率；表示第m个接入点的边缘用户u在载波n上的数据速率；
(2)根据所述和和所述协作簇的目标函数，基于约束条件C1的拉格朗日优化函数Λ(p，λ)表示为公式8：
在公式8中，λm表示第m个接入点的拉格朗日因子；Pm表示第m个接入点总的发射功率；表示第m个接入点在第n个子载波上的发射功率；
(3)根据公式8，采用对偶分解方法，分别得到第m个接入点中占用第n个子载波的最优功率分配和第m个接入点中占用第n'个子载波的最优功率分配
在公式9和公式10中，表示协作簇中其他小区j在第n个子载波上的功率分配情况，表示协作簇中其他接入点j到用户k(m,n)的信道增益；
θj，1表示第j个接入点的中心用户下倾角；
θj，k(m，n)表示第j个接入点对用户k(m,n)的下倾角；
θm，1表示第m个接入点的中心用户下倾角；
θm，k(m，n)表示第m个接入点的用户k(m,n)的下倾角；
表示第m个接入点到用户k(m，n′)在n′载波上的信道增益；
表示第m个接入点在载波n上对其他接入点造成的同频干扰；λm应满足。
7.如权利要求6所述的正交频分网络的干扰协调方法，其特征在于，所述根据所述目标函数计算各小区接入点的中心用户专属下倾角、及边缘用户专属下倾角包括以下步骤：
根据公式4、公式9、公式10，对θm,1、θm,2求偏导，得到各小区接入点的中心用户专属下倾角和边缘用户专属下倾角
在和的表达式中，表示第m个接入点到用户在n载波上的信道增益；
表示第m个接入点的用户的下倾角；
表示第m个接入点到用户在n′载波上的信道增益；
表示第m个接入点的用户的下倾角。
8.如权利要求6所述的正交频分网络的干扰协调方法，其特征在于，所述根据计算得到的所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角，所述边缘用户载波资源分配的用户及各用户的功率，所述中心用户载波资源分配的用户及各用户的功率得到同频干扰包括以下步骤：
根据计算得到的所述各小区接入点的中心用户专属下倾角、边缘用户专属下倾角，所述边缘用户载波资源分配的用户及各用户的功率，所述中心用户载波资源分配的用户及各用户的功率，利用公式11得到同频干扰值；
在公式11中，表示第m个接入点在载波n上对其他接入点造成的干扰，表示第j个接入点在载波n上的信干噪比，表示其他接入点在载波n上对第m个接入点造成的干扰。
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