基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法組成比例

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法，考慮了上下行的非對稱信道的接入，提高了用戶的傳輸速率；提出了一種UM-ABS協(xié)議，重新設(shè)計(jì)了傳統(tǒng)的ABS協(xié)議，通過把宏基站在幾乎空白子幀(ABS)的下行靜默改為可以配置宏用戶的上行傳輸，有效的提高了ABS子幀的利用率，改善了系統(tǒng)容量；提出了松弛-取整算法，使得用戶有效地接入宏基站或者微基站，同時使得UM-ABS協(xié)議得到很好地配置，并且對上下行傳輸?shù)臅r間資源進(jìn)行有效地分配。本發(fā)明專利技術(shù)改善了系統(tǒng)的負(fù)載均衡和系統(tǒng)的容量，提高了用戶傳輸速率，使得整個系統(tǒng)的性能得到了很大的提升。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法
本專利技術(shù)屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)
，尤其涉及一種基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法。
技術(shù)介紹
隨著蜂窩網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，為了滿足快速增長的無線業(yè)務(wù)需求，3GPPLTE-Advanced在Rel-11中提出了異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的概念。在高功率的宏基站覆蓋范圍內(nèi)部署低功率的節(jié)點(diǎn)，形成多層的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，以改善熱點(diǎn)區(qū)域的覆蓋和容量，提高頻譜利用率。這些低功率的節(jié)點(diǎn)分為微微蜂窩(picocells)和家庭基站(femtocells)。其中微微蜂窩覆蓋范圍在幾百米，大多部署在室外，可以被所有用戶使用；家庭基站覆蓋范圍幾十米內(nèi)，主要部署在室內(nèi)，限制在家庭用戶中使用。隨著小基站的大量部署，尤其是家庭基站的大量使用，在未來無線網(wǎng)絡(luò)中基站的數(shù)量很可能超過手機(jī)終端。宏蜂窩和微微蜂窩組成的異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)場景，其中宏蜂窩和微微蜂窩被同一個運(yùn)營商運(yùn)營，以便于進(jìn)行集中的干擾協(xié)調(diào)和管理。在宏蜂窩和微微蜂窩共同組成的雙層網(wǎng)絡(luò)中，由于不同層之間共享相同的頻譜，會帶來嚴(yán)重的同層干擾和跨層干擾，影響蜂窩網(wǎng)絡(luò)的性能。在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，研究減少或者消除同層干擾和跨層干擾是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)問題也是難點(diǎn)問題。因此，3GPP在干擾管理中提出eICIC，旨在宏基站和微基站之間在時域進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)，減小宏基站對微微蜂窩的干擾。在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，由于基站的發(fā)射功率不同，覆蓋范圍不同，根據(jù)傳統(tǒng)的最大的SINR的接入方式，微微基站會常處于輕負(fù)載，而宏基站將會處于重負(fù)載，大部分用戶接入宏基站。因此，擁塞和負(fù)載將會成為影響用戶速率的主要因素。有人以速率效用最大化為目標(biāo)建立優(yōu)化模型研究用戶接入的問題，并求得的接收功率的偏置(bias)，基于偏置(bias)的接入可以獲得該問題的次優(yōu)解，發(fā)現(xiàn)比采用最大SINR接入，邊緣用戶可以獲得3.5倍的速率增益，中心用戶可以獲得2倍的速率增益，原因是以速率效用最大化為目標(biāo)的優(yōu)化問題，負(fù)載從宏蜂窩轉(zhuǎn)移到微微蜂窩，負(fù)載更加均衡。但是負(fù)載均衡會導(dǎo)致轉(zhuǎn)移到微微蜂窩中用戶的接收功率變小，并且易受到宏基站更嚴(yán)重的干擾。針對這個問題，3GPP提出了eICIC的對于下行的幾乎空白子幀(ABS，AlmostBlankSubframes)方案宏蜂窩在特定的時間/頻率資源靜默，不進(jìn)行傳輸，使得在該靜默期即幾乎空白子幀上轉(zhuǎn)移到微微蜂窩的用戶可以接收更大的SINR，獲得更大的傳輸速率。盡管宏蜂窩由于在ABS子幀靜默會產(chǎn)生一定的速率損失，但如果微微蜂窩在ABS子幀同時傳輸?shù)挠脩魯?shù)量足夠多，則可以獲得更大的系統(tǒng)容量的提升和滿足更多的用戶QoS要求。但eICIC的提出僅針對下行，沒有考慮上行的情況。在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)中，由于不同類型基站的下行傳輸功率不同，宏蜂窩比微微蜂窩有更大的覆蓋范圍。而對于上行，用戶傳輸相同的功率，基站的覆蓋范圍幾乎相同。因此，上下行有不同的SINR分布，上下行不應(yīng)該接入相同的基站。對于不同類型的業(yè)務(wù)，上下行業(yè)務(wù)的負(fù)載比重不同，但是對于對稱業(yè)務(wù)，上下行的負(fù)載比重卻是相同的。所以需要考慮用戶上下行非對稱新到的接入問題。現(xiàn)有的文章中，有人研究了在單個基站和多用戶場景下，聯(lián)合考慮上下行，研究多用戶空間復(fù)用的速率容量，并給出了根據(jù)上下行的業(yè)務(wù)負(fù)載比例，在給定的移動速度下，確定導(dǎo)頻和CSI(channelstateinformation)比例的算法。但沒有考慮異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中多個基站的情況。也有人研究了在TDD-LTE(TimeDivisionDuplexingLongTermEvolution)的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中如何進(jìn)行動態(tài)的上下行時間資源的配置避免跨層干擾的問題，并通過仿真顯示了動態(tài)的上下行配置可以帶來系統(tǒng)性能的改善，但沒有給出最優(yōu)的上下行配置比例以及相關(guān)的配置算法。現(xiàn)有的基于ABS的接入算法存在的沒有考慮上下行的非對稱信道接入，用戶傳輸速率較低，沒有對上下行傳輸?shù)臅r間資源進(jìn)行有效地分配。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)實(shí)施例的目的在于提供一種基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法，旨在解決現(xiàn)有的基于ABS的接入算法存在的沒有考慮上下行的非對稱信道接入，用戶傳輸速率較低，沒有對上下行傳輸?shù)臅r間資源進(jìn)行有效地分配的問題。本專利技術(shù)實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法，各個微基站和用戶通過控制信道將各自的信道條件和干擾信息上報給宏基站中的eNodeB，之后eNodeB將為資源的調(diào)度進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)算。計(jì)算完畢后，eNodeB發(fā)送給各個微基站和用戶所能夠使用的資源信息，其中包括用戶的上下行分別接入哪個基站、所專利技術(shù)的UM-ABS協(xié)議配置情況、用戶傳輸速率。最后，微基站和用戶根據(jù)這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本專利技術(shù)實(shí)施例的另一目的在于提供一種上下行非對稱接入方式的專利技術(shù)，該專利技術(shù)使得用戶的上下行可以進(jìn)行動態(tài)接入基站，即用戶上下行根據(jù)情況可以分別接入不同的基站，也可以接入相同的基站。該專利技術(shù)能夠有效地利用資源，提高用戶傳輸速率，改善系統(tǒng)容量。本專利技術(shù)實(shí)施例的另一目的在于提供一種UM-ABS協(xié)議的專利技術(shù)，該專利技術(shù)對傳統(tǒng)的ABS協(xié)議進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，通過改變宏基站的在幾乎空白子幀(ABS)的下行靜默改為可以配置用戶的上行傳輸，進(jìn)而有效地利用了ABS子幀，提高用戶傳輸速率。本專利技術(shù)實(shí)施例的另一目的在于提供一種松弛-取整算法，該算法的目的在于計(jì)算上述所提到的上下行非對稱接入情況、配置UM-ABS協(xié)議以及計(jì)算用戶的傳輸速率和系統(tǒng)容量。本專利技術(shù)提供的基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法，考慮了上下行的非對稱信道的接入，提高了用戶的傳輸速率；提出了一種UM-ABS協(xié)議，重新設(shè)計(jì)了傳統(tǒng)的ABS協(xié)議,通過把宏基站在幾乎空白子幀(ABS)的下行靜默改為可以配置宏用戶的上行傳輸，有效的提高了ABS子幀的利用率，改善了系統(tǒng)容量；提出了松弛-取整算法，使得用戶有效地接入宏基站或者微基站，同時使得UM-ABS子幀得到很好地配置，并且對上下行傳輸?shù)臅r間資源進(jìn)行有效地分配。本專利技術(shù)改善了系統(tǒng)的負(fù)載均衡和系統(tǒng)的容量，提高了用戶傳輸速率，使得整個系統(tǒng)的性能得到了很大的提升。附圖說明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法的流程圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合上下行的干擾模型示意圖；圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的用戶上下行對稱接入和非對稱接入示意圖；圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的eICIC的ABS和UM-ABS幀結(jié)構(gòu)示意圖；(a)eICIC的ABS和UM-ABS的幀結(jié)構(gòu)；(b)eICIC的ABS和UM-ABS的幀結(jié)構(gòu)；圖5是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的系統(tǒng)容量隨用戶數(shù)的變化情況仿真示意圖；圖6是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的系統(tǒng)容量隨微基站數(shù)目的變化情況仿真示意圖；圖7是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的用戶上下行速率和總速率的CDF曲線仿真示意圖；(a)用戶上行速率的CDF曲線；(b)用戶下行速率的CDF曲線；(c)用戶總速率的CDF曲線；圖8是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的宏基站和微基站中的負(fù)載隨著微基站數(shù)目的變化情況仿真示意圖。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本專利技術(shù)的應(yīng)用原理作進(jìn)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法，其特征在于，該基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法包括：第一步，構(gòu)建一個雙層的TDD?LTE異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由宏基站、微基站以及用戶組成；其中，用戶上下行接入基站可以動態(tài)配置，即上下行可以進(jìn)行非對稱接入；第二步，各個微基站和用戶通過控制信道將各自的信道條件和干擾信息上報給宏基站中的eNode?B，然后該eNode?B為資源的調(diào)度進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)算；第三步，eNode?B根據(jù)用戶所接收到的信號強(qiáng)度，分別選擇信號最強(qiáng)的一個宏基站和一個微基站作為用戶下行動態(tài)接入的集合；然后根據(jù)松弛?取整算法對用戶的下行接入進(jìn)行選擇；對用戶的上行，eNode?B根據(jù)接收到的信號強(qiáng)度，選擇信號強(qiáng)度最強(qiáng)的基站讓其接入；第四步，根據(jù)松弛?取整算法，eNode?B為宏基站和微基站配置所專利技術(shù)的UM?ABS協(xié)議，即配置宏基站需要保持下行靜默并且可以進(jìn)行上行傳輸?shù)腢M?ABS子幀數(shù)Ap以及所有基站都可以進(jìn)行上下行傳輸?shù)膎on?UM?ABS子幀數(shù)Nm；第五步，根據(jù)松弛?取整算法，eNode?B為用戶分配接入宏基站或微基站上下行需要傳輸?shù)臅r間資源以及可進(jìn)行傳輸?shù)乃俾剩⑶业玫较到y(tǒng)總?cè)萘浚坏诹剑?jì)算結(jié)束后，宏基站中的eNode?B將資源管理和調(diào)度的結(jié)果通過控制信道傳送給各個微基站和用戶，從而調(diào)度用戶進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法，其特征在于，該基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載分配方法包括：第一步，構(gòu)建一個雙層的TDD-LTE異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由宏基站、微基站以及用戶組成；其中，用戶上下行接入基站可以動態(tài)配置，即上下行可以進(jìn)行非對稱接入；第二步，各個微基站和用戶通過控制信道將各自的信道條件和干擾信息上報給宏基站中的eNodeB，然后該eNodeB為資源的調(diào)度進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)算；第三步，eNodeB根據(jù)用戶所接收到的信號強(qiáng)度，分別選擇信號最強(qiáng)的一個宏基站和一個微基站作為用戶下行動態(tài)接入的集合；然后根據(jù)松弛-取整算法對用戶的下行接入進(jìn)行選擇；對用戶的上行，eNodeB根據(jù)接收到的信號強(qiáng)度，選擇信號強(qiáng)度最強(qiáng)的基站讓其接入；第四步，根據(jù)松弛-取整算法，eNodeB為宏基站和微基站配置所發(fā)明的UM-ABS協(xié)議，即配置宏基站需要保持下行靜默并且可以進(jìn)行上行傳輸?shù)腢M-ABS子幀數(shù)Ap以及所有基站都可以進(jìn)行上下行傳輸?shù)膎on-UM-ABS子幀數(shù)Nm；UM-ABS協(xié)議中規(guī)定了兩種子幀，UM-ABS子幀和non-UM-ABS子幀，幀的總長度為10ms，在UM-ABS子幀上，宏基站需要保持下行靜默，而接入宏基站的用戶可以進(jìn)行上行傳輸，微基站上下行都可以進(jìn)行傳輸；在non-UM-ABS子幀上，所有基站都可以進(jìn)行上下行的傳輸；第五步，根據(jù)松弛-取整算法，eNodeB為用戶分配接入宏基站或微基站上下行需要傳輸?shù)臅r間資源以及可進(jìn)行傳輸?shù)乃俾剩⑶业玫较到y(tǒng)總?cè)萘浚坏诹剑?jì)算結(jié)束后，宏基站中的eNodeB將資源管理和調(diào)度的結(jié)果通過控制信道傳送給各個微基站和用戶，從而調(diào)度用戶進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸；第三步、第四步、第五步中的松弛-取整算法包括松弛和取整兩步：松弛包括以下步驟：步驟一，根據(jù)干擾和UM-ABS協(xié)議建立SINR模型，并且采用香農(nóng)公式得到用戶可利用的平均傳輸速率ru；步驟二，采用效應(yīng)函數(shù)Ln(Ru)和用戶可利用的平均傳輸速率ru建立基于增強(qiáng)型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的聯(lián)合上下行負(fù)載均衡問題模型OP1，并證明該問題為NP-hard模型，求解的變量表示為：OP1:其中N+表示非負(fù)整數(shù)的集合；表示mu中用戶在non-UM-ABS的上行傳輸時間；表示mu中用戶在UM-ABS的上行傳輸時間；表示mu中用戶在non-UM-ABS的下行傳輸時間；表示pu中用戶在UM-ABS的上行傳輸時間；表示pu中用戶在UM-ABS的下行傳輸時間；表示pu中用戶在non-UM-ABS的上行傳輸時間；表示pu中用戶在non-UM-ABS的下行傳輸時間；U表示用戶u的集合；m表示宏基站macro的首字母縮寫；M表示宏基站的m的集合；p表示微基站pico的首字母縮寫；P表示微基站p的集合；mu表示接入宏基站的用戶集合；pu表示接入微基站的用戶集合；Nsf表示UM-ABS的周期...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉勤，鄭杰，黃鵬宇，周天衛(wèi)，李釗，李建東，
申請(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61