一種基於最大SINR的虛擬小區載波分配方法與流程

2023-04-27 08:55:46

本發明涉及一種基於最大sinr的虛擬小區載波分配方法，屬於移動通信技術領域。

背景技術：

近年來，隨著智能終端的迅速普及，行動網路數據使用量呈現出爆炸式增長態勢。移動數據流量的快速增長使得本就有限的無線網絡資源與快速膨脹的用戶需求之間的矛盾日益突出。顯然，第三代移動通信網絡由於其在系統容量和傳輸速率等方面的局限性，難以滿足當今人們的需求，因此需要採取多方面的措施進行調整改進，以應對大數據流量的衝擊。

隨著lte-advanced的不斷演進，小基站的部署將十分密集，小基站之間的間距可以達到10米甚至更小，從而形成超密集網絡。在超密集網絡中，小基站之間的距離將變得非常小，幹擾信號與有用信號強度不相上下，用戶受到的幹擾將十分嚴重，顯然，現有的幹擾協調技術無法解決這樣的問題。另外，在超密集網絡中，由於小基站數目眾多，小區的半徑較小，由用戶移動造成的小區間的切換將變得十分頻繁。大量的切換信令將會導致網絡中消息的擁堵，用戶的數據傳輸也會受到很大的影響，造成網絡性能下降。為了解決超密集網絡中的這些問題，虛擬小區技術便被提出來了。用戶根據自己的需求，選擇滿足條件的若干個小基站組成一個小區簇，這個小區簇就是為該用戶提供服務的虛擬小區，虛擬小區採用控制面與用戶面分離的分層結構。用戶在網絡中移動時，會不斷有新的小基站加入到虛擬小區中，同時，也會有一些小基站從虛擬小區中退出，保證了用戶始終位於虛擬小區的中心，以便得到最優質的服務。在採用了虛擬小區技術的超密集網絡中，由於站間距的減小會帶來一些與現有系統不同的問題，現有的幹擾管理以及資源分配等技術已經不能直接適用於這樣的網絡。因此，針對udn場景的資源分配技術問題將是未來無線網絡研究的重要內容之一。

lte-advanced系統採用了載波聚合技術，可以滿足最大100mhz的傳輸帶寬的要求。載波聚合是將2個或更多的分量載波(componentcarrier,cc)聚合在一起形成更大的帶寬以支持更高的數據傳輸速率。lte-advanced系統最多支持5個cc的聚合，每個基站選擇一個cc作為主分量載波(primarycomponentcarrier,pcc)，pcc承載用戶設備(userequipment,ue)初始接入時的信令交互，用於建立基站與ue間的無線資源控制(radioresourcecontrol,rrc)連接和提供小區的全覆蓋；當用戶終端對數據流量的需求比較大時，僅僅依靠pcc無法滿足當前的業務量需求時，小基站會根據幹擾情況選擇額外的分量載波，稱之為輔分量載波(secondarycomponentcarrier,scc)，scc主要用於數據傳輸。cc的選擇直接影響到系統整體的性能，小基站可以根據與鄰居基站之間的幹擾關係來選擇用於自己工作的cc以降低幹擾。在小基站密集部署的網絡中，集中控制的資源分配算法隨著基站數量的增加而導致更大的信令開銷和執行複雜度，因此，研究一種適用於超密集網絡中的資源分配算法來提升系統整體性能很有必要。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種基於最大sinr的虛擬小區載波分配方法，解決邊緣用戶的信號接收質量不高和系統平均頻譜效率低的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供提供了一種基於最大sinr的虛擬小區載波分配方法，包括以下步驟：

1)用戶n確定自己的初始服務虛擬小區ωn；

2)檢查ωn是否為某個已有虛擬小區ωs的子集，如果則令用戶n的虛擬小區為ωs後進入步驟3，否則進入下一步；

3)選擇ωn中使用次數最少的cc作為目標cc，記為cc*，若cc*＝null，null指沒有符合條件的cc*，則用戶n選擇ωn中信噪比最大的小基站所在的虛擬小區中用戶數最少的一個虛擬小區作為自己的虛擬小區，用ωm表示，然後重新選擇cc*，否則進入下一步；

4)計算ωn中使用cc*為其他虛擬小區服務的小基站集合cn＝{m1,m2,...mt}，mi，i＝1,2…t表示集合中的一個小基站，t表示ωn中使用cc*為其他虛擬小區服務的小基站個數；則用戶虛擬小區為ωn，程序結束，否則進入步驟5)；

5)判斷snri,n-snri,j＞δ是否成立，

若成立，則小基站i退出虛擬小區ωj，使用cc*為ωn服務，否則小基站i退出ωn，繼續留在原來的虛擬小區ωj中；

其中，snri,n表示ωn的用戶n接收到的小基站mi的信噪比，snri,j表示虛擬小區ωj中的用戶j接收到的小基站mi的信噪比，ωj是使用cc*的小基站所服務的除ωn外的虛擬小區，δ為一固定常數；

6)更新ωn為用戶的虛擬小區。

前述的步驟1)用戶n確定自己的初始服務虛擬小區ωn，方法如下：

用snrm,n表示用戶n收到的來自小基站m的信噪比，snr0,n表示其中的最大值，即snr0,n＝max{snrm,n}，則滿足公式(1)的所有小基站組成用戶n的初始服務虛擬小區ωn：

ωn＝{m|snr0,n－snrm,n≤snrthr}(1)

其中，snrthr為設定的信噪比門限值。

前述的步驟3)中，當使用次數最少的cc數目大於1，則選擇其中具有最小上行幹擾的那個cc作為cc*。

前述的在虛擬小區ωn完成載波選擇之後，更新cc使用情況和資源分配信息並通知周圍虛擬小區。

前述的假設用戶n已經選擇了pcc，則可藉助用戶測量報告來選擇需要協作的小基站集合，構成用戶n的初始服務虛擬小區。

前述的若用戶n的初始服務虛擬小區中有小基站i已經使用目標cc服務於其他虛擬小區，則可請求相應的虛擬小區釋放小基站i，從而讓該小基站i使用目標cc為用戶n服務。

本發明的有益效果是：

本發明通過虛擬小區之間的相互協作，讓服務質量更好的小基站退出某些原來的虛擬小區，並使用相應的cc為其新加入的虛擬小區中的用戶服務。仿真表明，本發明方法可以提升邊緣用戶的信號接收質量和系統平均頻譜效率，增加了系統的容量。

附圖說明

圖1是本發明的基於最大sinr的虛擬小區載波分配方法流程圖；

圖2是虛擬小區cc分配示意圖；

圖3是用戶服務基站列表。

具體實施方式

下面對本發明作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。

現將基於最大sinr的虛擬小區載波分配(componentcarrierallocationbasedonthemaximumsinr,cams)標準描述如下：

(1)用戶r根據公式(1)選擇初始的服務小基站，若這些小基站的集合是用戶s的虛擬小區ωs的子集，則r和s位於同一個虛擬小區ωs。

(2)一個虛擬小區中的各個小基站使用相同的cc為本虛擬小區中的用戶提供服務。

(3)若小基站m要為不同虛擬小區的用戶服務，則對於某一個cc，小基站始終使用該cc為接收到該基站信號最強的那個用戶服務。例如，假設小基站m同時位於虛擬小區ωp和ωq中，記虛擬小區ωp中的用戶p接收到小基站m的信噪比為snrm,p，虛擬小區ωq中的用戶q接收到小基站m的信噪比為snrm,q，若snrm,p-snrm,q＞δ(δ為一固定常數)，則小基站m退出虛擬小區ωq，使用相應的cc為用戶p服務。

假設用戶n已經選擇了pcc，這樣就可以藉助用戶測量報告來選擇需要協作的小基站集合，即用戶n的初始服務虛擬小區，然後確定用於本虛擬小區數據傳輸的額外cc，本算法中稱之為目標cc。若用戶n的初始虛擬小區中有小基站i已經使用目標cc服務於其他虛擬小區，則可以根據條件請求相應的虛擬小區釋放小基站i，從而讓該基站使用目標cc為用戶n服務。

如圖1所示，本發明的基於最大sinr的虛擬小區載波分配方法，包括以下步驟：

步驟1.用戶n確定自己的初始服務虛擬小區ωn，方法如下：

在lte-advanced網絡中，假設可供使用的cc數目為k，所有小基站的集合為φ，總的小基站數m＝|φ|，用戶的集合為ψ，總用戶數為n＝|ψ|，小基站m(m∈φ)和用戶n(n∈ψ)在網絡中的位置隨機分布。用戶n的初始服務虛擬小區ωn是根據其測量到的周圍小基站的信噪比(snr)來確定的。

若用snrm,n表示用戶n收到的來自小基站m的信噪比，snr0,n表示其中的最大值，即snr0,n＝max{snrm,n}，則滿足公式(1)的所有小基站組成服務於用戶n的虛擬小區ωn，

ωn＝{m|snr0,n－snrm,n≤snrthr}(1)

其中，snrthr為設定的信噪比門限值。

步驟2.檢查ωn是否為某個已有虛擬小區ωs的子集。如果則令用戶n的服務虛擬小區為ωs後進入步驟3，否則進入下一步；

步驟3.選擇ωn中使用次數最少的cc作為目標cc，記為cc*。若cc*＝null，null指沒有符合條件的cc*，則用戶n選擇ωn中信噪比最大的小基站所在的虛擬小區中用戶數最少的一個虛擬小區作為自己的服務虛擬小區，該虛擬小區用ωm表示，然後重新選擇cc*，否則進入下一步；該步驟中，當使用次數最少的cc數目大於1，則選擇其中具有最小上行幹擾的那個cc作為cc*。

步驟4.計算ωn中使用cc*為其他虛擬小區服務的小基站集合cn＝{m1,m2,...mt}，mi，i＝1,2…t表示集合中的一個小基站，t表示ωn中使用cc*為其他虛擬小區服務的小基站個數。若則用戶虛擬小區為ωn，程序結束，否則進入步驟5；

步驟5.判斷snri,n-snri,j＞δ是否成立，

其中，snri,n表示ωn的用戶n接收到的小基站mi(mi∈cn)的信噪比，snri,j表示虛擬小區ωj中的用戶j接收到的小基站mi的信噪比，ωj是使用cc*的小基站所服務的除ωn外的其他虛擬小區，δ為一固定常數。

若成立，則小基站i退出虛擬小區ωj，使用cc*為ωn服務，否則小基站i退出ωn，繼續留在原來的虛擬小區ωj中。

步驟6.更新ωn為用戶的虛擬小區。

在虛擬小區ωn完成載波選擇之後，更新cc使用情況和其他資源分配信息並通知周圍虛擬小區。

圖2描繪了虛擬小區載波分配的的場景模型，用戶選擇周圍的若干小基站組成自己的服務虛擬小區，生成一個服務小基站列表，如圖3所示，用戶1的服務虛擬小區中包括基站1、基站2和基站4，用戶2的服務虛擬小區中包括基站2和基站5，由此可以看到，基站2同時為處於不同服務虛擬小區的兩個用戶服務。隨著用戶位置或業務量的變化，不斷會有一些小基站退出原來的虛擬小區，或者有新的小基站加入到用戶的虛擬小區中，此時用戶需要更新自己維護的服務小基站列表，並將此信息通知給網絡。網絡中的每個小基站也維護一個所屬虛擬小區的列表，記錄所服務的用戶情況以及cc使用情況，並通過基站之間的空口通信或回傳鏈路與周圍基站交互信息。

本發明評估場景為小基站密集部署模型的室內下行覆蓋。仿真場景中考慮25個房間，每個房間放置1臺小基站，位置在房間內隨機分布。為了降低複雜度，仿真中不涉及下行功率控制，所有小基站在每個cc上的發射功率都相同，並且不考慮不同cc之間的差異性。仿真中使用的數據包調度方式為輪詢調度(roundrobin)，業務模型為全緩存模型(fullbuffer)。表1中列出了仿真中的一些關鍵參數。

表1主要仿真參數

仿真中總共考慮了2個cc，25個用戶，每個房間中都有一個用戶，其位置在房間內隨機分布。並且，當某個小基站使用相應算法無法獲得可用cc時，至少選擇一個cc為其用戶服務。

cams算法中聯合多個基站共同為用戶提供服務，增強了用戶的接收信號強度，通過虛擬小區之間的相互協作，讓服務質量更好的小基站退出某些原來的虛擬小區，並使用相應的cc為其新加入的虛擬小區中的用戶服務，這樣就使基站始終為用戶提供較高的信號質量，用戶的接收sinr得到提升。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。