本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)(the 5th generation，簡(jiǎn)稱為5G)中超密集網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下用戶為中心的干擾管理。

背景技術(shù)：

5G的一項(xiàng)公認(rèn)的關(guān)鍵技術(shù)是通過網(wǎng)絡(luò)密集部署來滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)速率需求。目前，超密集組網(wǎng)(Ultra-Dense Network,UDN)被認(rèn)為是滿足2020年以及未來移動(dòng)數(shù)據(jù)流量需求的主要技術(shù)手段。超密集組網(wǎng)基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的小覆蓋大容量，通過增加基站部署密度，能夠在保持高的數(shù)據(jù)速率的狀態(tài)下提供無縫連接，實(shí)現(xiàn)容量和頻率復(fù)用效率的巨大提升。UDN帶來干擾嚴(yán)重和頻繁切換等問題，但是隨著網(wǎng)絡(luò)密集化部署，使得每個(gè)用戶周圍潛在服務(wù)站點(diǎn)數(shù)增多，使得每個(gè)用戶可能動(dòng)態(tài)選擇周圍若干個(gè)站點(diǎn)組成基站簇(Transmission Point Group,TPG)來協(xié)調(diào)為其服務(wù)。因此，為了可能超密集網(wǎng)絡(luò)帶來的問題，并且挖掘站點(diǎn)密集化帶來的潛能，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提出了用戶為中心網(wǎng)絡(luò)(User-Centric wireless Network,UCN)。

UCN主要是通過虛擬化來實(shí)現(xiàn)，小區(qū)虛擬化的核心思想是資源分配是以用戶為中心的方式進(jìn)行，從而保證“始終如一”的用戶體驗(yàn)。每個(gè)用戶選擇若干個(gè)條件較好的基站(如距離最近、信干噪比最大的基站等)組成基站簇，這些基站簇內(nèi)小區(qū)間通過協(xié)作為用戶提供傳輸服務(wù)。用戶為中心的無線網(wǎng)絡(luò)是從用戶的視角重新定義傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)概念，去除了傳統(tǒng)小區(qū)邊界，使用戶感覺始終處于小區(qū)中心。以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)強(qiáng)調(diào)用戶在網(wǎng)絡(luò)中的中心地位，以用戶為單位定義基站簇，并隨著用戶移動(dòng)而快速更新，其本質(zhì)是邏輯連接保持不變。

在用戶為中心網(wǎng)絡(luò)中，給定用戶的基站簇內(nèi)所有小區(qū)可以通過協(xié)作為該用戶進(jìn)行干擾管理。但是，現(xiàn)有的多小區(qū)協(xié)作干擾管理機(jī)制都是以基站為中心的，這些機(jī)制根據(jù)基站分布、基站負(fù)載等條件進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)。為了智能識(shí)別每個(gè)用戶的信道條件、數(shù)據(jù)需求，并靈活組織用戶的基站簇，應(yīng)該進(jìn)行用戶為中心的干擾管理。

但是傳統(tǒng)超密集網(wǎng)絡(luò)中的干擾管理機(jī)制不能直接應(yīng)用于用戶為中心網(wǎng)絡(luò)中，這是因?yàn)閺挠脩舻慕嵌葮?gòu)建基站簇時(shí)，不同用戶的基站簇存在重疊，因此基站間引入了調(diào)度的相關(guān)性。即基站在為自身用戶提供正常傳輸服務(wù)的同時(shí)，由于處于其他基站的用戶所選擇的TPG中，因而還需要為其他基站采取發(fā)空白幀(或者降功率等)策略以降低對(duì)其他用戶的干擾?；静荒茉谕粋€(gè)時(shí)頻空資源上同時(shí)滿足這兩個(gè)要求，因此，需要在用戶為中心的干擾管理中考慮相關(guān)性，需要提出基于相關(guān)性的基站調(diào)度機(jī)制以明確基站在何種條件下采取哪種措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的用戶為中心的功率控制機(jī)制主要分為兩個(gè)部分。第一，用戶根據(jù)自身信道條件確定基站簇大小，并選取周圍基站組成基站簇，根據(jù)本發(fā)明提出的功率控制機(jī)制，為每個(gè)用戶都進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)。第二，用戶為中心的功率控制機(jī)制考慮了基站調(diào)度間的相關(guān)性，通過本發(fā)明提出的基于相關(guān)性的基站調(diào)度機(jī)制，確定用戶在何種條件下為自身用戶提供正常傳輸服務(wù)，以及在何種條件下為其他用戶進(jìn)行采取降功率策略。

用戶為中心的功率控制機(jī)制如下：

如圖1所示，在UCN中，用戶選取參考信號(hào)接收功率(Reference Signal Received Power,RSRP)最大的基站作為其服務(wù)TP(Transmission Point)，服務(wù)TP為用戶提供數(shù)據(jù)傳輸。并且，用戶根據(jù)自身到其服務(wù)TP的距離決定基站簇的大小。具體地，基站簇的范圍是以用戶為中心，以μr(μ≥1)為半徑的圓。其中μ是基站簇半徑因子，它為對(duì)所有用戶都一樣的常數(shù)，r用戶離服務(wù)TP的距離，它隨著每個(gè)用戶的變化而變化，故基站簇半徑μr對(duì)于每個(gè)用戶來說是不同的，它考慮了每個(gè)用戶的干擾情況。根據(jù)覆蓋性能和容量性能隨基站簇半徑因子μ的變化情況，得到最優(yōu)的μ值。

選定基站簇后，將基站簇內(nèi)除了服務(wù)TP的基站作為協(xié)作TP，給定用戶的協(xié)作TP為該用戶進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)。具體地，由于用戶基站簇內(nèi)小區(qū)RSRP都較大，對(duì)用戶產(chǎn)生干擾較大，故當(dāng)用戶被調(diào)度時(shí)，用戶的協(xié)作TP采取發(fā)空白幀降功率為自身用戶服務(wù)，這時(shí)稱這些基站處于非活躍(inactive)模式。當(dāng)基站為自身用戶進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，稱基站處于活躍(active)模式。引入功控因子σ，σ定義為基站處于非活躍模式和活躍模式下發(fā)射功率的比值。當(dāng)基站采取發(fā)空白幀機(jī)制時(shí)，σ＝0；當(dāng)基站采取功率控制機(jī)制時(shí)，0＜σ＜1。根據(jù)覆蓋性能和容量性能隨σ的變化情況，得到最優(yōu)的功控因子。

由圖1觀察可知，基站3為了給用戶B提供正常數(shù)據(jù)傳輸，而不能為用戶A采取發(fā)空白幀或降功率策略，這說明UCN網(wǎng)絡(luò)中基站調(diào)度之間存在相關(guān)性。本發(fā)明提出基于相關(guān)性的基站調(diào)度策略，描述如下：

步驟200，每個(gè)時(shí)隙內(nèi)為每個(gè)基站生成標(biāo)記，基站的標(biāo)記在[0,1]均勻分布，且各自獨(dú)立。每個(gè)基站在每個(gè)時(shí)隙最多服務(wù)一個(gè)用戶，即基站通過TDMA方式服務(wù)接入它的用戶。

步驟210，每個(gè)被服務(wù)用戶都根據(jù)與服務(wù)基站的距離r分別確定各自基站簇的大小。

步驟220，如果兩個(gè)基站TP₁、TP₂同屬于某個(gè)用戶的基站簇內(nèi)，則稱這兩個(gè)基站互為“鄰居”，其中TP_i∈Φ,i＝1,2,...表示網(wǎng)絡(luò)所有基站集合Φ中的元素。記為或其中表示基站的鄰居集合?；綯P₁處于活躍模式，當(dāng)且僅當(dāng)?shù)臉?biāo)記全部小于TP₁的標(biāo)記。

基于相關(guān)性的基站調(diào)度策略可以保證同屬于一個(gè)基站簇的兩個(gè)基站不會(huì)同時(shí)處于活躍模式以造成嚴(yán)重的相互干擾。

有益效果

本發(fā)明的用戶為中心的功率控制機(jī)制，可以根據(jù)每個(gè)用戶的干擾情況對(duì)齊進(jìn)行有針對(duì)性的干擾消除。每個(gè)用戶根據(jù)自身與服務(wù)TP的距離，確定基站簇大小，并使得基站簇內(nèi)協(xié)作TP通過采取發(fā)空白幀或降功率策略，降低對(duì)該用戶的干擾。用戶為中心功率機(jī)制下不同用戶的基站簇存在重疊，本發(fā)明提出的基于現(xiàn)相關(guān)性的基站調(diào)度策略，明確了基站在何種條件下采取哪種措施，從而解除了基站在同一個(gè)時(shí)頻空資源下既要為自身用戶提供正常數(shù)據(jù)傳輸，又要為其他基站的用戶采取降功率或發(fā)空白幀策略的矛盾，使得用戶為中心的功率控制機(jī)制具有實(shí)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的用戶為中心的功率控制機(jī)制以及基站調(diào)度相關(guān)性示意圖；

圖2是本發(fā)明的算法實(shí)施流程圖；

圖3是用戶為中心的功率控制機(jī)制覆蓋率性能指標(biāo)隨虛擬小區(qū)半徑因子及功控因子變化關(guān)系圖；

圖4是本用戶為中心的功率控制機(jī)制速率指標(biāo)隨虛擬小區(qū)半徑因子及功控因子變化關(guān)系圖；

具體實(shí)施方式

用戶為中心的功率控制機(jī)制實(shí)施步驟：

步驟300,在每個(gè)時(shí)隙中，每個(gè)基站生成一個(gè)均勻分布在[0，1]的獨(dú)立標(biāo)記，并通過TDMA(Time Division Multiple Address)方式，根據(jù)調(diào)度算法選擇一個(gè)被調(diào)度的用戶。

步驟310,每個(gè)被調(diào)度用戶根據(jù)自身與服務(wù)TP的距離r確定基站簇的大小。具體地，基站簇范圍是以用戶為中心，μr(μ≥1)為半徑的圓。

步驟320,根據(jù)每個(gè)時(shí)隙內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中所有用戶基站簇的動(dòng)態(tài)構(gòu)建，基站確定其鄰居基站的集合。

步驟330,通過給定基站的標(biāo)記與鄰居基站標(biāo)記的比較，確定基站采取活躍模式還是非活躍模式。具體地，當(dāng)給定基站的鄰居集合所有標(biāo)記都小于該基站的標(biāo)記時(shí)，給定基站處于活躍模式，否則，基站處于非活躍模式。

所給機(jī)制的覆蓋性能和容量新能如圖3和圖4所示，由圖3和圖4可知，用戶為中心的功率控制機(jī)制相比傳統(tǒng)UDN網(wǎng)絡(luò)在覆蓋性能和容量性能上都有增益。圖3位覆蓋率隨基站簇半徑因子μ及功控因子σ變化規(guī)律，基站和用戶密度都為1000個(gè)/km²。由圖3可知，覆蓋率隨著基站簇半徑因子μ的增大而增大。原因在于μ的值越大，說明更多同步TP為用戶執(zhí)行干擾控制措施(發(fā)空白幀或者降低發(fā)射功率)，導(dǎo)致覆蓋率增大。另外，從圖3中可以得到一個(gè)重要的觀察是，覆蓋率首先隨著μ快速增長(zhǎng)，然后增長(zhǎng)速率逐漸變慢，甚至當(dāng)μ足夠大時(shí)，覆蓋率的增長(zhǎng)出現(xiàn)“平臺(tái)”。在網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，圖3曲線中覆蓋率上升開始出現(xiàn)平臺(tái)的點(diǎn)即為特定功控因子對(duì)應(yīng)的最佳基站簇半徑因子。當(dāng)基站簇半徑因子大于該值時(shí)，繼續(xù)增加基站簇半徑因子只會(huì)以很小幅度增加覆蓋率，但是較大的基站簇半徑因子會(huì)帶來資源利用率的下降，繼續(xù)增加基站簇半徑因子顯得沒有必要。從覆蓋率的角度來講，出現(xiàn)“平臺(tái)”基站簇半徑因子值的即為最佳的基站簇半徑因子值。

當(dāng)功控因子大時(shí)，覆蓋率增長(zhǎng)的“平臺(tái)”現(xiàn)象更明顯，“平臺(tái)”出現(xiàn)的越早。功控因子小時(shí)，基站進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)的深度更大，被調(diào)度用戶從基于基站簇干擾協(xié)調(diào)機(jī)制中獲得的性能增益更大，故相比功控因子大的情況，該情況下較大基站簇半徑因子更能改善用戶的干擾情況，出現(xiàn)增長(zhǎng)“平臺(tái)”時(shí)用戶基站簇半徑系數(shù)更大。即使這樣，在功控因子為0時(shí)，還是會(huì)出現(xiàn)最佳基站簇半徑因子，從圖3可以看出，此時(shí)最佳基站簇半徑因子為μ＝3。

圖4給出了在不同功控因子下，用戶平均速率與功控因子以及基站簇半徑因子的關(guān)系。仿真時(shí)用戶密度和基站密度都為1000個(gè)/km²。在給定功控因子的條件下，存在最佳的μ值，將最佳μ值記為μ^*。μ低于μ^*時(shí)，平均功率隨著μ的增加而增加，μ高于μ^*時(shí)，平均功率隨著μ的增加而減小。

而且，較低的功控因子對(duì)應(yīng)于較高的平均速率，平均速率這一性能指標(biāo)綜合反映了干擾情況和資源利用率情況。當(dāng)功控因子較低時(shí)，平均速率較高，這說明基站簇機(jī)制中功控因子低時(shí)，干擾情況的降低效果抵消并超過了資源利用率的增加帶來的負(fù)面影響。當(dāng)功控因子為0時(shí)，這種情況下同步TP發(fā)送空白幀來降低對(duì)被調(diào)度用戶的干擾，此時(shí)可以獲得最高的平均速率。

較大的功控因子對(duì)應(yīng)于較低的μ^*值。原因如下：功控因子小時(shí)，基站進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)的深度更大，利用基于基站簇干擾協(xié)調(diào)機(jī)制中，網(wǎng)絡(luò)性能獲得增益更大，故較大基站簇半徑因子在功控因子小時(shí)更能改善用戶的干擾情況，而由先前分析可知，干擾情況的降低效果抵消并超過了資源利用率的增加帶來的負(fù)面影響，故較大基站簇半徑因子在功控因子小時(shí)網(wǎng)絡(luò)平均速率的改善更為明顯，此時(shí)最優(yōu)基站簇半徑系數(shù)更大。