基于超密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間的資源管理和協(xié)作傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明基于超密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間的資源管理和協(xié)作傳輸方法，該方法中每個宏基站中心有3個相鄰的六邊形扇區(qū)，在每個扇區(qū)，均勻分布著N個小基站，同時K個用戶也均勻隨機(jī)的分布在每個宏基站覆蓋范圍內(nèi)；根據(jù)CRE用戶是否存在鄰近基站選擇相鄰小基站協(xié)作傳輸或者宏基站傳輸，同時小基站在調(diào)度CRE用戶資源上提高其傳輸功率，減少來宏基站跨層干擾帶來的影響，通過最大化系統(tǒng)的總吞吐量來得到最優(yōu)小基站的功率提高因子。本發(fā)明小區(qū)邊緣用戶(CRE)的平均吞吐量性能較之于傳統(tǒng)的基準(zhǔn)方案有顯著的改善，系統(tǒng)的總平均吞吐量性能也有一定的提升。
【專利說明】基于超密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間的資源管理和協(xié)作傳輸方法
[0001 ] 技術(shù)鄰域：
[0002] 本發(fā)明設(shè)及5G移動通信技術(shù)鄰域中的超密集組網(wǎng)技術(shù)，具體設(shè)及一種基于超密集 蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間的資源管理和協(xié)作傳輸方法。
【背景技術(shù)】：
[0003] 根據(jù)最新市場分析預(yù)測表示，面向2020年及未來，移動數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)爆炸式的 增長，預(yù)計2010年到2020年全球移動數(shù)據(jù)流量增長將超過200倍。超密集小區(qū)網(wǎng)絡(luò)將是滿足 2020年W及未來移動數(shù)據(jù)流量需求的主要技術(shù)手段，超密集小區(qū)通過更加"密集化"的無線 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署，可W使用戶更靠近基站從而獲得更好的信號性能，可W獲得更高的頻 譜復(fù)用效率，從而在局部熱點區(qū)域?qū)崿F(xiàn)百倍量級的系統(tǒng)容量提升。
[0004] 傳統(tǒng)的異構(gòu)網(wǎng)中采用增強(qiáng)的小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)技術(shù)通過對宏基站某些時刻配置幾 乎空白子帖保護(hù)小基站中的CRE用戶，而忽略小基站之間的同層干擾，運(yùn)是因為小基站的覆 蓋范圍較小，并且小基站的部署較少，他們之間的覆蓋范圍通常部署重疊的。但是隨著小基 站的密集化和和小區(qū)的隨機(jī)部署，也會帶來更多的干擾，隨著小基站的密集化和不規(guī)律化， 會產(chǎn)生很多的鄰近小區(qū)，小區(qū)邊緣用戶除了遭受宏基站的跨層干擾還會受到鄰近小基站的 同層干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種基于超密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū) 間的資源管理和協(xié)作傳輸方法，該方法能很好的改善小區(qū)邊緣用戶的吞吐量性能。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了 W下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0007] 基于超密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間的資源管理和協(xié)作傳輸方法，包括W下步驟：
[000引1)在用戶小區(qū)選擇準(zhǔn)則中，對小基站參考信號接收功率人為增加的正的偏置值， 而宏基站參考信號接受功率不增加偏置值，在用戶選擇服務(wù)基站后，定義從宏基站新加入 小基站的用戶為CRE用戶；
[0009] 2)將CRE用戶劃分為兩部分，存在相鄰小基站強(qiáng)烈干擾的CRE用戶選擇服務(wù)基站和 強(qiáng)干擾基站協(xié)作服務(wù)傳輸，其他CRE用戶選擇宏基站傳輸；
[0010] 3)對于采用協(xié)作傳輸?shù)腃RE用戶，小基站在調(diào)度該CRE用戶資源時提高其發(fā)射功 率，宏基站在小基站功率提高的資源上調(diào)度其信干噪比性能較高的用戶，建立效用函數(shù)，優(yōu) 化效用函數(shù)得到最優(yōu)的小基站功率提高因子曰。
[0011] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述步驟1)的具體實現(xiàn)方法如下：
[0012] 考慮一個兩層的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每個宏基站中屯、有3個相鄰的六邊形扇區(qū)，在每個 扇區(qū)，均勻分布著N個小基站，宏基站和小基站復(fù)用相同的頻譜資源，同時K個用戶也均勻隨 機(jī)的分布在每個宏基站覆蓋范圍內(nèi)；小區(qū)選擇準(zhǔn)則為最大參考信號接收準(zhǔn)則，在小基站參 考信號接收功率人為增加的正的偏置值后，用戶j選擇服務(wù)基站的準(zhǔn)則如下：
[0013]
[0014] 其中戈表用戶最終選擇的基站，及級皆表示用戶j在第i個候選基站的參考信號 接收功率，Biasi是人為設(shè)置的偏置值，對于宏基站Biasi = 0，對小基站Biasi>0，N e {〇， 1, ··· ,Ν}表不宏基站和小基站的集合，i = 0表不該基站為宏基站，i 7^0表不該基站為第i個 小基站。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述步驟2)的具體實現(xiàn)方法如下：
[0016] 為了改善CRE用戶的性能，將CRE用戶分為兩部分，對于存在鄰近小基站的CRE用戶 采用服務(wù)基站和強(qiáng)干擾基站協(xié)作傳輸，減少相鄰小基站對其造成的強(qiáng)烈同層干擾，提高CRE 用戶的信號強(qiáng)度，改善CRE用戶的吞吐量性能;對于沒有鄰近小基站的(ER用戶，為避免其信 干噪比性能過低，選擇宏基站傳輸；
[0017] CRE用戶選擇協(xié)作傳輸?shù)臈l件為：
[001 引
[0019] 其中，Pm(g，k)表示用戶k在宏基站g上的參考信號接收功率，Ps(i，k)和Ps(j，k)表 示用戶k在小基站中2個功率最強(qiáng)的參考信號接收功率，傳心(如)和巧"'。，以，*)表示Ps(i，k) 和Ps(j，k)增加偏置值后的參考信號接收功率。
[0020] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，所述步驟3)的具體實現(xiàn)方法如下：
[0021] 對于選擇小基站為服務(wù)基站的CRE用戶，會受到宏基站嚴(yán)重的跨層干擾，小基站在 調(diào)度CRE用戶資源上提高其傳輸功率，改善其信干噪比性能，同時宏基站在運(yùn)部分資源上調(diào) 度其SINR性能較好的用，W減少小基站發(fā)射功率提高對宏基站用戶的干擾；另外考慮宏基 站用戶的SIM計算公式如下：
[00巧]其中，茲,0表示第r個資源塊上宏基站到第k個用戶的信道增益，紹，f表示第r個資源 塊上小基站到第k個用戶的信道增益，為了保護(hù)CRE用戶的性能，頻譜資源采用比例公平調(diào) 度，P表示小基站傳輸?shù)腃RE用戶和協(xié)作傳輸?shù)腃RE用戶之和與小基站總用戶之比；
[0026]根據(jù)給出的信干噪比表達(dá)式，宏基站和小基站的吞吐量分別表示如下：
[0029] 其中，聽W分別表示宏基站和第i個小基站的用戶數(shù)，w^"'E，Wl4:E分別表 示宏基站調(diào)度資源州和（1-P)的用戶數(shù)，分別表示第i個小基站調(diào)度資源州和 (1-P)的用戶數(shù)；
[0030] 優(yōu)化問題建立模型如下形式：
[0033] 根據(jù)宏基站和小基站各種吞吐量公式得出，宏基站的總吞吐量CM(a)是α的減函 數(shù)，而小基站的總吞吐量Cm(a)是α的增函數(shù)，因此在保證宏基站用戶性能的前提下提高aW 改善小基站邊緣用戶的性能。
[0034] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0035] 本發(fā)明針對超密集小區(qū)中CRE用戶的干擾問題，提出了一種鄰近小基站協(xié)作傳輸 CRE用戶的方法。本發(fā)明方法對存在相鄰小基站的CRE用戶采用相鄰小基站進(jìn)行協(xié)作傳輸， 消除了鄰近小基站對CRE用戶的同層干擾，改善了該CRE用戶的性能，同時在小基站在調(diào)度 CRE用戶資源上提高其傳輸功率，較少了宏基站跨層干擾對其性能的影響。對于沒有鄰近小 基站的CRE用戶，選擇宏基站傳輸。定義目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)的總吞吐量，通過求解得出每個小 基站功率提高因子，在系統(tǒng)總吞吐量提高的同時，小基站邊緣用戶的平均吞吐量性能也有 很大的改善。
【附圖說明】：
[0036] 圖1為本發(fā)明中所應(yīng)用的場景實例;其中，Ξ角形表示宏基站，圓圈表示小基站；
[0037] 圖2為本發(fā)明中不同偏置值下系統(tǒng)平均吞吐量性能的對比圖；
[0038] 圖3為本發(fā)明中不同偏置值下宏用戶平均吞吐量性能對比圖；
[0039] 圖4為本發(fā)明中不同偏置值下CRE用戶平均吞吐量性能對比圖。
【具體實施方式】：
[0040] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0041] 參見圖1所示，本發(fā)明基于超密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間的資源管理和協(xié)作傳輸方法， 該方法中每個宏基站中屯、有3個相鄰的六邊形扇區(qū)，在每個扇區(qū)里，均勻分布著N個小基站， 同時K個用戶也均勻隨機(jī)的分布在每個小區(qū)內(nèi)。具體步驟如下：
[0042] 1)在用戶小區(qū)選擇準(zhǔn)則中，對小基站參考信號接收功率人為增加的正的偏置值， 而宏基站參考信號接受功率不增加偏置值，在用戶選擇服務(wù)基站后，定義從宏基站新加入 小基站的用戶為CRE用戶。
[0043] 其中，考慮一個兩層的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每個宏基站中屯、有3個相鄰的六邊形扇區(qū)， 在每個扇區(qū)，均勻分布著N個小基站，宏基站和小基站復(fù)用相同的頻譜資源，同時K個用戶也 均勻隨機(jī)的分布在每個宏基站覆蓋范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的小區(qū)選擇準(zhǔn)則為最大參考信號接收準(zhǔn) 貝1J，在小基站參考信號接收功率人為增加的正的偏置值后，用戶j的選擇服務(wù)基站的準(zhǔn)則如 下：
[0044]
[0045] 其中戈表用戶最終選擇的基站，巧嫌/T表示用戶j在第i個候選基站的參考信號 接收功率，Biasi是人為設(shè)置的偏置值，對于宏基站Biasi = 0，對小基站Biasi>0，N e {〇， 1, ··· ,Ν}表不宏基站和小基站的集合，i = 0表不該基站為宏基站，i 7^0表不該基站為第i個 小基站。
[0046] 2)將CRE用戶劃分為兩部分，存在相鄰小基站強(qiáng)烈干擾的CRE用戶選擇服務(wù)基站和 強(qiáng)干擾基站協(xié)作傳輸，其他CRE用戶選擇宏基站傳輸。
[0047] 其中，為了改善CRE用戶的性能，將CRE用戶分為兩部分，對于存在鄰近小基站的 CRE用戶采用服務(wù)基站和強(qiáng)干擾基站協(xié)作傳輸，減少相鄰小基站對其造成的強(qiáng)烈同層干擾， 提高CRE用戶的信號強(qiáng)度，改善CRE用戶的吞吐量性能；對于沒有鄰近小基站的CER用戶，為 避免其信干噪比性能過低，選擇宏基站傳輸。
[004引 CRE用戶選擇協(xié)作傳輸?shù)臈l件為：
[0049]
[0050] Pm(g，k)表示用戶k在宏基站g上的參考信號接收功率，Ps(i，k)和Ps(j，k)表示用戶 k在小基站中2個功率最強(qiáng)的參考信號接收功率，巧&。節(jié)叫:和刮表示Ps(i，k)和Ps(j， k)增加偏置值后的參考信號接收功率。
[0051] 3)對于采用協(xié)作傳輸?shù)腃RE用戶，小基站在調(diào)度該CRE用戶資源時提高其發(fā)射功 率，宏基站在小基站功率提高的資源上調(diào)度其信干噪比性能較高的用戶，建立效用函數(shù)，優(yōu) 化效用函數(shù)得到最優(yōu)的小基站功率提高因子曰。
[0052] 其中，對于選擇小基站為服務(wù)基站的CRE用戶，會受到宏基站嚴(yán)重的跨層干擾，小 基站在調(diào)度CRE用戶資源上提高其傳輸功率，改善其信干噪比性能，同時宏基站在運(yùn)部分資 源上調(diào)度其SINR性能較好的用，W減少小基站發(fā)射功率提高對宏基站用戶的干擾。另外考 慮宏基站用戶的SIM計算公式如下：
[0化3]
[0化4] 對于S肥，SINR計算公式如下：
[ο化5]
[0化6]其中，鼓,0表示第r個資源塊上宏基站到第k個用戶的信道增益，結(jié),表示第r個資源 塊上小基站到第k個用戶的信道增益，為了保護(hù)CRE用戶的性能，頻譜資源采用比例公平調(diào) 度，P表示小基站傳輸?shù)腃RE用戶和協(xié)作傳輸?shù)腃RE用戶之和與小基站總用戶之比。
[0057]根據(jù)給出的信干噪比表達(dá)式，宏基站和小基站的吞吐量可W分別表示如下：
[0060] 分別表示宏基站和第i個小基站的用戶數(shù)，分別表示宏基 站調(diào)度資源PW和（1-Ρ)的用戶數(shù)，w,:￡，Wfi:分別表示第i個小基站調(diào)度資源州和（1-Ρ)的 用戶數(shù)。
[0061 ]優(yōu)化問題建立模型如下形式
[0064] 根據(jù)宏基站和小基站各種吞吐量公式可W得出，宏基站的總吞吐量CM(a)是α的減 函數(shù)，而小基站的總吞吐量Cm(a)是α的增函數(shù)，因此在保證宏基站用戶性能的前提下盡量 提高改善小基站邊緣用戶的性能。
[0065] 仿真實驗和結(jié)果分析
[0066] 仿真模型參數(shù)如下表：
[0067]
[0069] 仿真結(jié)果分析，通過圖2、圖3、圖4可W看出，較之傳統(tǒng)的基準(zhǔn)方案，本發(fā)明的CRE平 均吞吐量，系統(tǒng)平均吞吐量都有所提高。由于本方案主要為了改善CRE用戶性能，會導(dǎo)致對 宏基站用戶性能有一定的損失。當(dāng)偏置值較大時，傳統(tǒng)的基準(zhǔn)方案CRE用戶性能較差，本方 案可W較大的改善其吞吐量性能。
[0070] 因此綜上可知，本發(fā)明提出的方案較之傳統(tǒng)的基準(zhǔn)方案對小區(qū)邊緣用戶性能有顯 著的提升。
【主權(quán)項】
1. 基于超密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間的資源管理和協(xié)作傳輸方法，其特征在于，包括以下 步驟： 1) 在用戶小區(qū)選擇準(zhǔn)則中，對小基站參考信號接收功率人為增加的正的偏置值，而宏 基站參考信號接受功率不增加偏置值，在用戶選擇服務(wù)基站后，定義從宏基站新加入小基 站的用戶為CRE用戶； 2) 將CRE用戶劃分為兩部分，存在相鄰小基站強(qiáng)烈干擾的CRE用戶選擇服務(wù)基站和強(qiáng)干 擾基站協(xié)作服務(wù)傳輸，其他CRE用戶選擇宏基站傳輸； 3) 對于采用協(xié)作傳輸?shù)腃RE用戶，小基站在調(diào)度該CRE用戶資源時提高其發(fā)射功率，宏 基站在小基站功率提高的資源上調(diào)度其信干噪比性能較高的用戶，建立效用函數(shù)，優(yōu)化效 用函數(shù)得到最優(yōu)的小基站功率提高因子α。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間的資源管理和協(xié)作傳輸方法， 其特征在于，所述步驟1)的具體實現(xiàn)方法如下： 考慮一個兩層的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每個宏基站中心有3個相鄰的六邊形扇區(qū)，在每個扇 區(qū)，均勻分布著Ν個小基站，宏基站和小基站復(fù)用相同的頻譜資源，同時Κ個用戶也均勻隨機(jī) 的分布在每個宏基站覆蓋范圍內(nèi)；小區(qū)選擇準(zhǔn)則為最大參考信號接收準(zhǔn)則，在小基站參考 信號接收功率人為增加的正的偏置值后，用戶j選擇服務(wù)基站的準(zhǔn)則如下：其中f代表用戶最終選擇的基站，RSRPJ表示用戶j在第i個候選基站的參考信號接收 功率，Biasi是人為設(shè)置的偏置值，對于宏基站BiaSi = 0,對小基站BiaSi>0，Ne{〇，l，"_，N} 表示宏基站和小基站的集合，i = 〇表示該基站為宏基站，i矣〇表示該基站為第i個小基站。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間的資源管理和協(xié)作傳輸方法， 其特征在于，所述步驟2)的具體實現(xiàn)方法如下： 為了改善CRE用戶的性能，將CRE用戶分為兩部分，對于存在鄰近小基站的CRE用戶采用 服務(wù)基站和強(qiáng)干擾基站協(xié)作傳輸，減少相鄰小基站對其造成的強(qiáng)烈同層干擾，提高CRE用戶 的信號強(qiáng)度，改善CRE用戶的吞吐量性能;對于沒有鄰近小基站的CER用戶，為避免其信干噪 比性能過低，選擇宏基站傳輸； CRE用戶選擇協(xié)作傳輸?shù)臈l件為：其中，Pm(g，k)表示用戶k在宏基站g上的參考信號接收功率，Ps(i，k)和Ps(j，k)表示用 戶k在小基站中2個功率最強(qiáng)的參考信號接收功率，/f仏岣和表示，1〇和匕 (j，k)增加偏置值后的參考信號接收功率。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超密集蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)間的資源管理和協(xié)作傳輸方法， 其特征在于，所述步驟3)的具體實現(xiàn)方法如下： 對于選擇小基站為服務(wù)基站的CRE用戶，會受到宏基站嚴(yán)重的跨層干擾，小基站在調(diào)度 CRE用戶資源上提高其傳輸功率，改善其信干噪比性能，同時宏基站在這部分資源上調(diào)度其 SINR性能較好的用，以減少小基站發(fā)射功率提高對宏基站用戶的干擾；另外考慮宏基站用 戶的SINR計算公式如下：對于SUE，SINR計算公式如下： 其中，g;,?表示第r個資源塊上宏基站到第k個用戶的信道增益，giv表示第r個資源塊上 小基站到第k個用戶的信道增益，為了保護(hù)CRE用戶的性能，頻譜資源采用比例公平調(diào)度，P 表示小基站傳輸?shù)腃RE用戶和協(xié)作傳輸?shù)腃RE用戶之和與小基站總用戶之比； 根據(jù)給出的信干噪比表達(dá)式，宏基站和小基站的吞吐量分別表示如下：其中，NMUE，iVf1*分別表示宏基站和第i個小基站的用戶數(shù)，iVf"，Aff分別表示宏基 站調(diào)度資源PW和（1-P)的用戶數(shù)，分別表示第i個小基站調(diào)度資源挪和（1-P)的 用戶數(shù)； 優(yōu)化問題建立模型如下形式：根據(jù)宏基站和小基站各種吞吐量公式得出，宏基站的總吞吐量CM(a)是α的減函數(shù)，而小 基站的總吞吐量匕。)是α的增函數(shù)，因此在保證宏基站用戶性能的前提下提高α以改善小 基站邊緣用戶的性能。
【文檔編號】H04W72/12GK105871427SQ201610183634
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】王霞, 陳新橋, 王鑫
【申請人】西安交通大學(xué)