異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于femtocell分簇和宏用戶調(diào)度的干擾協(xié)調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于ferntocell分 簇和宏用戶調(diào)度的干擾協(xié)調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線數(shù)據(jù)量的爆炸式增長及人們對于數(shù)據(jù)速率需求的不斷提升，對無線蜂窩 網(wǎng)絡(luò)的部署和設(shè)計提出了新的要求。小區(qū)分裂能夠增大網(wǎng)絡(luò)容量，smallcell出現(xiàn)，尤其 是ferntocell(家庭基站）能使用戶端到基站端的距離大大減小，從而降低了路徑損耗。另 一方面，在宏小區(qū)端部署大規(guī)模天線（massiveMIM0)能夠增加天線的空間自由度，增加鏈 路增益和可靠性。大規(guī)模天線系統(tǒng)能夠使天線的輻射能量集中到某些特定的區(qū)域，從而 增強期望用戶的信號功率，降低對非期望用戶的干擾。因此，部署大規(guī)模天線的宏小區(qū)和 ferntocell共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)不但能夠提供可靠的室外覆蓋，同時能彌補宏小區(qū)對室內(nèi)覆蓋 的不足，增加系統(tǒng)的容量和用戶的滿意度。然而，在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，宏小區(qū)和ferntocell 使用相同的頻譜資源，跨層干擾（宏小區(qū)和ferntocell之間的干擾）是威脅系統(tǒng)性能的主 要原因之一。
[0003]目前，有幾種主要的技術(shù)削減這類干擾：一是干擾消除技術(shù)，這種技術(shù)是對接收到 的混合信號進行處理，從中去除干擾成分，這種技術(shù)需要知道干擾信號的先驗知識。另一種 是干擾避免技術(shù)，這種技術(shù)使相互干擾的各方使用相互正交的資源（例如：頻率，時間，碼 字或空間），從而起到干擾避免的作用。現(xiàn)有的四種干擾削減技術(shù)：
[0004] 1.消除異構(gòu)網(wǎng)中的干擾最簡單的就是進行功率控制。如果一個ferntocell基站的 傳輸功率能夠完全控制，而不會泄露到室外，那么就會有效的保護macrocell的數(shù)據(jù)傳輸。 例如室內(nèi)分布系統(tǒng)中的功率控制技術(shù)。然而，這種控制方式是非常復雜而且耗費時間的。
[0005] 2.為了消除交互層的干擾，有一種下降鏈路資源分配算法。Macrocell可以將頻 譜資源劃分為三個部分，分別歸屬ferntocell使用部分和macrocell部分以及公用部分。并 且用優(yōu)化的方法決定了三者的比例。
[0006] 3. -種認知的方法解決交互層干擾。通過感知周圍的無線環(huán)境，通過overlay和 underlay的方式進行頻譜共享，來消除交互層的干擾。
[0007] 4.(Aligingguardzonecoordinationscheme) 一種具有認知能力的ferntocell 的異構(gòu)網(wǎng)中消除干擾的算法。在此算法中ferntocell需要形成一些保護區(qū)域，這會降低通 信網(wǎng)絡(luò)的空間利用率。
[0008] 前三種提到的干擾消除技術(shù)具有各自的局限性，并且它們只考慮了頻率域和只存 在單個用戶的情況。第四種協(xié)議會丟失一些用戶的多樣性增益，并且在保護區(qū)的ferntocell 不能傳輸數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于femtocell分簇和宏用戶調(diào)度的干 擾協(xié)調(diào)方法，旨在解決現(xiàn)有干擾避免協(xié)作方法存在的macrocell的覆蓋范圍較小，頻譜和 功率利用率操作復雜的問題。
[0010] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于femtocell分簇和宏用戶調(diào)度的干擾 協(xié)調(diào)方法，所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于femtocell分簇和宏用戶調(diào)度的干擾協(xié)調(diào)方法采用在部署 大規(guī)模天線的宏小區(qū)和femtocell共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的femtocell分簇和宏用戶調(diào)度的干 擾協(xié)調(diào)，每個具有認知能力的femtocell感知到周圍是否存在宏用戶，在每個宏用戶周圍 就形成了一個femtocell干擾簇，請求接入網(wǎng)絡(luò)的宏用戶所對應的干擾簇通過反饋鏈路向 宏基站報告反饋信息，宏小區(qū)根據(jù)反饋信息選擇一組K備選的宏用戶進行調(diào)度，宏小區(qū)依 據(jù)當前時隙的宏用戶的信道信息，選擇K-1個宏用戶傳輸數(shù)據(jù)，并通知剩余的宏用戶對應 的干擾簇在時隙正常通信，重復對宏用戶進行調(diào)度，并保證在每個時隙都是不同的靜默宏 用戶，直至完成整個調(diào)度。
[0011] 進一步，所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于femtocell分簇和宏用戶調(diào)度的干擾協(xié)調(diào)方法具體 包括以下步驟：
[0012] 步驟一、構(gòu)建部署大規(guī)模天線的宏小區(qū)和femtocell共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，femtocell 和宏小區(qū)都采用TDD和OFDM傳輸模式，F(xiàn)BS和UE均安裝一個天線；
[0013] 步驟二、FBS感知周圍的MUE的存在和宏小區(qū)的頻譜，將與特定MUE空間上接近的 femtocell分成不同的只干擾MUE的IFC，調(diào)度周期為T，將T劃分為K個調(diào)度時隙，K也是 T內(nèi)與MBS進行通信的MUE的個數(shù)；
[0014] 步驟三、在調(diào)度時隙j內(nèi)，MBS只與K-1個激活態(tài)的MUE進行通信，與激活態(tài)MUE相 關(guān)的IFC稱為靜默態(tài)，余下一個MUE稱為靜默態(tài)，與靜默態(tài)MUE相關(guān)的IFC是激活的，正常 進行通信，在T時間內(nèi)每個MUE有唯一一次靜默態(tài)；
[0015] 步驟四、IFC選擇子問題，首先用窮舉法找到一個互不相交的IFC的集合{C」j= 1，2,…，|G|}，結(jié)果是一個IFC只會干擾一個MUE，之后用迭代法得到MUE的集合，用類信 號噪聲干擾比來表征是否最優(yōu)；
[0016] 步驟五、MUE用戶調(diào)度，在步驟四基礎(chǔ)上得到簇的規(guī)劃，在某個確定的時隙內(nèi)討論 使得信息最大化，得到調(diào)度指示向量，之后應用迭代算法得到T時間內(nèi)最優(yōu)的調(diào)度矩陣；
[0017] 步驟六、方法結(jié)束。
[0018] 進一步，所述步驟一中設(shè)定的模式包括：信道模型和下行鏈路的傳輸。
[0019] 進一步，所述信道模型在調(diào)度周期T內(nèi)，信道增益是不變的；
[0025]式中Aw是大尺度衰落矩陣，包含了路徑損耗和陰影衰落；1^_是在時隙j內(nèi)MBS和第k個MUE之間的距離；a是路徑損耗指數(shù)，取值為ae[2,6] ;0是陰影衰落變量，月艮 從分布101〇g1Q9N(0,SshadOT);小尺度衰落矩陣Hmj中各個組成的向量是獨立同分布hmkJ CN(0,I) 〇
[0026] 進一步，所述下行鏈路傳輸模型：
[0027] 第j時隙內(nèi)第k個MUE接收到的信號：
[0028]
[0029] 其中，F(xiàn)BS發(fā)射出的功率，p渴MBS分配給各個MUE的功率，p,是pi的其中 一個取值，采用等功率發(fā)送的方式，只P為MBS發(fā)射總功率，A為T內(nèi)所有進行通信的 MUE的集合；xmkj和xmij是獨立同分布隨機變量服從CN(0,1)的分布；gmkj和gfkj分別是MBS信道增益和FBS信道增益；
[0030] 同理，得到FUE接收的信號：
[0031]
[0032] 其中F為IFC內(nèi)的基站的集合。
[0033] 進一步，步驟一中的數(shù)據(jù)速率：
[0036] 根據(jù)香農(nóng)定理有：
[0037] 時隙j內(nèi)第k個MUE傳輸數(shù)據(jù)速率為：Rmkj=log2 (1+ymkJ);
[0038] 時隙j內(nèi)與第k個MUE相關(guān)的IFC內(nèi)某個FUE傳輸數(shù)據(jù)速率為：RffJ = log2(l+yffJ)；
[0039] 傳輸速率與時隙j無關(guān)，得到任意一個時隙內(nèi)與第k個MUE相關(guān)的IFC內(nèi)所有FUE 進行的數(shù)據(jù)速率為
[0040] 進一步，所述步驟三在得知信道傳輸模型和下行鏈路傳輸狀態(tài)之后進行分簇選擇 和用戶調(diào)度方法包括：
[0041]
[0042] 其中，rw= 1表示在第j個時隙內(nèi)第k個設(shè)備處于激活態(tài)，正常進行通信，反之， 處于靜默態(tài)，目標函數(shù)是整個調(diào)度周期T內(nèi)總的數(shù)據(jù)傳輸速率的最大化；
[0043] 用一個時隙j內(nèi)的最大傳輸數(shù)據(jù)速率代替在整個時間的數(shù)據(jù)速率最優(yōu)的問題：
[0044]
[0045] 進一步，所述步驟四具體實現(xiàn)方法是：
[0046]
[0047] 其中A(i)、ikff分別為候選調(diào)度宏用戶集合和候選干擾簇集合，R(i)為之前定義 的類信干噪比，|G|為窮舉法得到的干擾簇的個數(shù)。
[0048] 進一步，所述步驟五用戶調(diào)度問題方法如下：
[0049]
[0050] 本發(fā)明提供的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于femtocell分簇和宏用戶調(diào)度的干擾協(xié)調(diào)方法，不 僅保證了macrocell的覆蓋范圍，并且為干擾MUE的FBS提供了額外的傳輸機會。該技術(shù)通 過對干擾宏用戶的femtocell進行分簇選擇和用戶調(diào)度來完成宏小區(qū)和femtocell之間的 干擾協(xié)調(diào)。同時，為了使調(diào)度算法在實際中易于實現(xiàn)，本發(fā)明還設(shè)計了一種低復雜度的分層 求解算法，將原問題分解為兩個子問題：femtocell分簇問題和宏用戶調(diào)度問題，通過求解 這兩個問題來計算宏用戶調(diào)度指示向量，通過在不同的時隙合理選擇靜默宏用戶，從而為 femtocell簇提供通信機會，從而實現(xiàn)干擾協(xié)調(diào)，與現(xiàn)有技術(shù)相比可以實