專利名稱：一種基于扇區(qū)公平的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于扇區(qū)公平的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
在多小區(qū)蜂窩網(wǎng)絡(luò)場景中，基站(eNodeB)位于每個六邊形小區(qū)的正中心，基站的天線呈120度角將整個小區(qū)等分為三個扇區(qū)(sector)，由不屬于同一個基站的三個相鄰扇區(qū)組成的一個簇(cluster),分布在小區(qū)內(nèi)的用戶(UE)向基站發(fā)出業(yè)務(wù)請求,基站為本小區(qū)內(nèi)的用戶分配資源塊(Resource Block，簡稱RB)，以用于用戶的數(shù)據(jù)傳輸和提高小區(qū)吞吐量。OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple)技術(shù)消除了小區(qū)內(nèi)干擾，這使得小區(qū)間的干擾成為影響小區(qū)吞吐量的主要因素。小區(qū)間的干擾也就是位于靠近小區(qū)邊緣的用戶接收到來自本地服務(wù)基站的信號對鄰區(qū)邊緣用戶的影響作用。為了解決這個問題，用于協(xié)調(diào)鄰區(qū)干擾的軟頻率復(fù)用(Soft Frequency Reuse,簡稱SFR)方案提出了使相鄰小區(qū)邊緣用戶使用不同的RB傳輸數(shù)據(jù)的方法，因此將整個頻帶劃分為不重疊的三部分，分別作為簇內(nèi)三個相鄰的扇區(qū)的邊緣用戶頻帶選擇范圍，即邊緣頻帶；而小區(qū)的中心用戶則使用整個頻帶其余的三分之二作為中心頻帶且鄰區(qū)的中心頻帶可互相重疊。同時，為了補償由基站發(fā)送到邊緣用戶的信號由于距離導致的路徑損耗，用戶在邊緣頻帶上發(fā)送信號的功率相對于中心頻帶更高。SFR方案在小區(qū)的吞吐量和頻譜效率之間達到了很好的平衡作用，但由于SFR方案是靜態(tài)的資源分配方案，導致小區(qū)邊緣用戶可選擇的頻率范圍僅是整個頻帶的三分之一，不利于像小區(qū)的適應(yīng)性和多用戶多樣性等性能的開發(fā)，因此一些動態(tài)的資源分配方案被提出:首先，在一個簇內(nèi)，計算每個扇區(qū)的邊緣用戶在所有N個資源塊RBs的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,簡稱 SINR)值,通過各個基站的 X2 接口交換所有的SINR信息，并將每個扇區(qū)的最高SINR值N/3個RB分配給該扇區(qū)作為邊緣用戶使用頻率。如果有相同的RB被分配到相鄰的扇區(qū)邊緣，則暫時不分配該RB。根據(jù)公平性原則，當前已分配到RBs資源數(shù)較少的扇區(qū)優(yōu)先在剩余未分配的RBs中選擇SINR值最高的RB。依此類推，直到所有的RB都已分配。該方案實現(xiàn)了在SFR方案基礎(chǔ)上動態(tài)的分配RBs的算法，將所有邊緣用戶可選擇的頻率范圍都擴展到整個頻帶，且有最佳信道狀態(tài)信息(Channel Quality Instructor,簡稱CQI)的用戶優(yōu)先選擇性能最佳的RB,因此提高了小區(qū)吞吐量，特別是小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，但是該方案需要通過X2接口在基站之間交換所有SINR信息，因此實施比較復(fù)雜。其次，同樣在一個簇內(nèi)，計算各個扇區(qū)邊緣用戶在所有RBs的SINR值，對于每個RB,由所有扇區(qū)的所有邊緣用戶該RB上的SINR值組成的集合中一定有一個最大值，由無線網(wǎng)絡(luò)控制器(Radio Network Controller,簡稱RNC)直接將該RB分配給產(chǎn)生此最大SINR值的用戶，接著繼續(xù)將剩余的RBs分配給產(chǎn)生最高SINR值的對應(yīng)用戶，依此類推，直到所有的小區(qū)不再需要RBs或者所有的RBs已經(jīng)分配完。該方案很少考慮到系統(tǒng)的公平性，也就是只有當用戶的信道狀態(tài)達到最佳時才被調(diào)度，導致了有些用戶在沒達到最佳信道狀態(tài)之前需要一直等待，不利于保證的用戶的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,簡稱QoS)和增加系統(tǒng)公平性。最后，考慮系統(tǒng)的公平性分為兩種:一種是小區(qū)內(nèi)用戶之間的公平性(UserFairness),另一種是扇區(qū)之間的公平性(Sector Fairness)。常用的小區(qū)內(nèi)用戶之間公平性的調(diào)度方案有比例公平(Proportion Fair，簡稱PF)調(diào)度算法，即用戶的瞬時數(shù)據(jù)率與過去一段時間內(nèi)平均數(shù)據(jù)率之比，避免了用戶資源分配過程中用戶由于未達到最佳信道狀態(tài)而持續(xù)等待的情況；對于扇區(qū)之間的公平性算法方面的研究，還未能形成一個有效的、全面的和有代表性的算法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的多小區(qū)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中頻率復(fù)用方案沒能很好的解決扇區(qū)之間公平的問題，提供一種基于扇區(qū)公平的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法，并引入了扇區(qū)因子，該方法能利用扇區(qū)因子計算的扇區(qū)優(yōu)先級決定扇區(qū)邊緣的頻率資源分配情況，不僅達到了有效減少鄰區(qū)干擾的目的，也使得頻率資源分配更加合理和公平，提高了用戶的服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)的吞吐量。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于扇區(qū)公平的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法，包括以下步驟:步驟1:將蜂窩小區(qū)內(nèi)的每個扇區(qū)按照該蜂窩小區(qū)不同位置處的SINR值劃分為中心區(qū)域和邊緣區(qū)域，并將位于中心區(qū)域內(nèi)的用戶定義為中心用戶，將位于邊緣區(qū)域內(nèi)的用戶定義為邊緣用戶；步驟2:對于每個小區(qū)，根據(jù)步驟I獲取該小區(qū)各個扇區(qū)的總的邊緣用戶數(shù)目Xs，以及對應(yīng)扇區(qū)的每個邊緣用戶的GBR和CSI，分別確定該小區(qū)各個扇區(qū)所期望的RB數(shù)Ns，且設(shè)置運行時間T=Q*TTI，其中s=l，2，3，Q為正整數(shù)，TTI表示傳輸時間間隔；步驟3:根據(jù)該小區(qū)各個扇區(qū)所期望的RB數(shù)計算每個扇區(qū)的扇區(qū)因子SF ；步驟4:獲取當前基站每個扇區(qū)的扇區(qū)因子，并通過基站之間的X2接口獲取該小區(qū)的各個扇區(qū)所在簇中相鄰兩個扇區(qū)的扇區(qū)因子；步驟5:當前基站分別對該小區(qū)的各個扇區(qū)所在簇內(nèi)的所有扇區(qū)因子按照從小到大的順序進行排序，以確定扇區(qū)獲取頻率資源的優(yōu)先級；步驟6:對于每個簇而言，根據(jù)步驟5中確定的優(yōu)先級輪流為該簇內(nèi)的所有扇區(qū)分配RB ；步驟7:在完成扇區(qū)邊緣頻率資源分配后，將扇區(qū)中心頻率資源分配給該扇區(qū)的中心用戶；步驟8:用戶利用已分配的RB接收來自服務(wù)基站的傳輸數(shù)據(jù)包并反饋信息到基站，基站利用用戶的反饋信息得到用戶的吞吐量并記錄下來。步驟9:重新執(zhí)行步驟2到步驟8，直到達到所預(yù)定的運行時間T為止，并根據(jù)記錄的每個用戶在每個TTI的吞吐量，計算該小區(qū)的總吞吐量。
步驟I具體為，將某個扇區(qū)內(nèi)每一點的SINR值確定后，取所有SINR值中最小值記為 SINRmin，最大值記為 SINRmax,由此得到一 SINR 的門限值 SINRthreshtjld= (SINRmax-SINRmin)/3+SINRmin，將所有SINR值中大于等于該門限值的點所構(gòu)成的區(qū)域記為中心區(qū)域，將所有SINR值中小于該門限值的點所構(gòu)成的區(qū)域記為邊緣區(qū)域，且不屬于同一基站的三個相鄰的扇區(qū)組成一個簇。步驟2中，每個用戶所期望的RB數(shù)目按以下計算:
權(quán)利要求
1.一種基于扇區(qū)公平的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將蜂窩小區(qū)內(nèi)的每個扇區(qū)按照該蜂窩小區(qū)不同位置處的SINR值劃分為中心區(qū)域和邊緣區(qū)域，并將位于中心區(qū)域內(nèi)的用戶定義為中心用戶，將位于邊緣區(qū)域內(nèi)的用戶定義為邊緣用戶； 步驟2:對于每個小區(qū)，根據(jù)步驟I獲取該小區(qū)各個扇區(qū)的總的邊緣用戶數(shù)目Xs，以及對應(yīng)扇區(qū)的每個邊緣用戶的GBR和CSI，分別確定該小區(qū)各個扇區(qū)所期望的RB數(shù)Ns，且設(shè)置運行時間T=Q*TTI，其中s=l，2，3，Q為正整數(shù)，TTI表示傳輸時間間隔； 步驟3:根據(jù)該小區(qū)各個扇區(qū)所期望的RB數(shù)計算每個扇區(qū)的扇區(qū)因子SF ； 步驟4:獲取當前基站每個扇區(qū)的扇區(qū)因子，并通過基站之間的X2接口獲取該小區(qū)的各個扇區(qū)所在族中相鄰兩個扇區(qū)的扇區(qū)因子； 步驟5:當前基站分別對該小區(qū)的各個扇區(qū)所在簇內(nèi)的所有扇區(qū)因子按照從小到大的順序進行排序，以確定扇區(qū)獲取頻率資源的優(yōu)先級； 步驟6:對于每個簇而言，根據(jù)步驟5中確定的優(yōu)先級輪流為該簇內(nèi)的所有扇區(qū)分配RB ； 步驟7:在完成扇區(qū)邊緣頻率資源分配后，將扇區(qū)中心頻率資源分配給該扇區(qū)的中心用戶； 步驟8:用戶利用已分配的RB接收來自服務(wù)基站的傳輸數(shù)據(jù)包并反饋信息到基站，基站利用用戶的反饋信息得到用戶 的吞吐量并記錄下來。
步驟9:重新執(zhí)行步驟2到步驟 8，直到達到所預(yù)定的運行時間T為止，并根據(jù)記錄的每個用戶在每個TTI的吞吐量， 計算該小區(qū)的總吞吐量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，步驟I具體為，將某個扇區(qū)內(nèi)每一點的SINR值確定后，取所有SINR值中最小值記為SINRmin，最大值記為SINRmax,由此得到一 SINR 的門限值 SINRttoeshtjld= (SINRmax-SINRmin)/3+SINRmin，將所有 SINR 值中大于等于該門限值的點所構(gòu)成的區(qū)域記為中心區(qū)域，將所有SINR值中小于該門限值的點所構(gòu)成的區(qū)域記為邊緣區(qū)域，且不屬于同一基站的三個相鄰的扇區(qū)組成一個簇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，步驟2中，每個用戶所期望的RB數(shù)目按以下計算:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，第η個小區(qū)中第s個扇區(qū)的扇區(qū)因子SFns是由以下等式表示:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，步驟6具體為，屬于一個簇內(nèi)的三個扇區(qū)按照優(yōu)先級的高低依次選擇性能最佳且未分配的RB,在完成一次RB分配后，再繼續(xù)循環(huán)該分配過程，直到所有扇區(qū)的已得到RB數(shù)等于該扇區(qū)期望邊緣資源塊數(shù)或者所有的RB已經(jīng)分配完，其中性能最佳的判斷標準是用戶在RB上的SINR值或者PF值最高，已分配的資源塊的SINR值或者PF值置零，當其中某個扇區(qū)的已分配到RB數(shù)等于該扇區(qū)期望邊緣資源塊數(shù)而分配過程還未結(jié)束時，將該扇區(qū)的邊緣用戶在所有RB上的SINR值或者PF值置零。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，步驟8中用戶m在當前TTI的吞吐量為:Thrmn = B*IOg2 (I+SINRmn) 其中B表示當前信道的帶寬，Thrmn表示用戶m在RB η上傳輸信號時的吞吐量，SINRmn表不用戶m在RB η上的信干噪比。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，步驟9中小區(qū)的總吞吐量為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于扇區(qū)公平的多小區(qū)聯(lián)合優(yōu)化方法，包括將蜂窩小區(qū)內(nèi)的每個扇區(qū)按照該蜂窩小區(qū)不同位置處的SINR值劃分為中心區(qū)域和邊緣區(qū)域，獲取該小區(qū)各個扇區(qū)的總的邊緣用戶數(shù)目，以及對應(yīng)扇區(qū)的每個邊緣用戶的GBR和CSI，分別確定該小區(qū)各個扇區(qū)所期望的RB數(shù)，根據(jù)該小區(qū)各個扇區(qū)所期望的RB數(shù)計算每個扇區(qū)的扇區(qū)因子，獲取當前基站每個扇區(qū)的扇區(qū)因子，并獲取該小區(qū)的各個扇區(qū)所在簇中相鄰兩個扇區(qū)的扇區(qū)因子，當前基站分別對該小區(qū)的各個扇區(qū)所在簇內(nèi)的所有扇區(qū)因子按照從小到大的順序進行排序，以確定扇區(qū)獲取頻率資源的優(yōu)先級。本發(fā)明不僅有效減少鄰區(qū)干擾，也使得頻率資源分配更加合理和公平，提高了用戶的服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)的吞吐量。
文檔編號H04W16/18GK103079215SQ20121058941
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者莫益軍, 張盼盼, 王邦, 周俊, 馬星環(huán) 申請人:華中科技大學