CN102547751B - 一种中继蜂窝网络的频率规划方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中继蜂窝网络的频率规划方法与装置,其中,所述方法包括,在每个蜂窝小区内,根据中继节点业务量和大尺度干扰水平,计算每个簇内的干扰水平与簇内所有中继节点的业务量总和;将使得业务总和最小的簇的干扰水平增量最大的中继节点分配给该簇;迭代更新至所有中继节点都被分入一个簇;同一簇内的中继节点间共享频率资源,不同簇间的中继节点间复用频率资源。本发明综合考虑了不同中继节点间的干扰水平以及不同中继节点间的业务量,有效抑制了同一个蜂窝小区内的同频干扰,提高了***资源的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,尤其涉及一种中继蜂窝网络的频率规划方法与装置。
背景技术
在新一代的无线通信***中,RN(Relay Node,中继节点)可作为一种新型节点被配置到传统蜂窝网络中形成中继蜂窝网络,以改善小区边缘用户性能、扩大小区覆盖范围、提高***容量。在中继蜂窝网络中,不但有传统蜂窝网络中已有的BS(Base Station,基站)、UE(User Equipment,用户设备)节点外,还有RN,通常采用两跳中继,即BS与UE之间的信息允许被RN转发一次,网络中除了BS-UE的直连链路,还有中继链路BS-RN和接入链路RN-UE。
在蜂窝小区内,中继节点的引入制约了蜂窝网络的频谱利用率。首先,BS需要占用一定数量的频率给RN发送数据,减少了用户的可用频率资源,降低了***的频谱利用率。其次,RN的引入会在小区内引入多个下行信息发送节点,从而带来比传统蜂窝网络更为复杂的小区内同频干扰,如果不同RN间存在同频复用,就会存在不同RN-UE链路间的同频干扰,如图1所示。合理的频率规划可以减小这两个问题带来的***吞吐量损失。
目前中继蜂窝网络的频率规划方案主要还是延续传统蜂窝网络的频率规划思想,每个小区分为三个扇区,扇区内的RN之间共享频率资源,但是这种方法中RN的扇区化方案是固定的,没有考虑到RN间的具体干扰关系和每个RN所服务的用户的数据速率需求的不同,当小区内RN非均匀分布或需要传输的业务量不同时,会造成严重的同频干扰和频率资源的浪费。
中国专利申请201010191475.5中,提出了一种带有固定中继的蜂窝通信***中的频率规划方法,包括引入频率规划单元FPU并提供FPU为1和7的两种频率规划方法,并根据设定的频率规划方案,将不同频率子集分配给每个小区的基站和各中继节点。将固定中继节点设置于六边形小区顶点,为三个小区所共用,每个中继节点的三个扇区的频率子集相同,减少了小区间干扰源和干扰强度。但这种方法局限于单一的网络拓扑结构,只适用于单个中继节点设置于小区顶点的拓扑结构,且没有考虑中继节点需要传输的业务量。
发明内容
本发明提供了一种中继蜂窝网络的频率规划方法与装置,可以解决在中继节点分布不均匀与中继节点所需传输的业务量不均匀时频率资源浪费、同频干扰严重的问题,且频率规划方法更灵活,适用于不同的中继蜂窝网络拓扑场景。
具为解决上述问题,本发明提供了一种中继蜂窝网络的频率规划方法,具体技术方案如下:
在用户接入中继蜂窝网络初始阶段,用户选择路径损耗最小的中继节点接入;将中继节点内所有接入用户的下行业务量需求和定义为该中继节点业务量;
将一个蜂窝小区中的N个中继节点分别划分到Z(0<Z≤N)个簇中,分簇的过程为:1)随机选择Z个中继节点,分别将其分配给Z个簇;2)根据中继节点的分簇结果和中继节点间的大尺度干扰情况,获得每个簇内的干扰水平与簇内所有中继节点的业务量总和:令v表示一个簇,簇v内的干扰水平Iv计算方法为其中Cv为簇v内的中继集合,zmn为中继节点m与中继节点n间的大尺度干扰值,定义为中继节点m接收到来自中继节点n所发送信号的接收功率水平,且有zmn=znm;簇v内的业务量总和Rv的计算方法为其中rm为中继节点m的业务量;3)业务量总和最小的簇从未被划分到任何簇的中继节点中选择一个使得簇内干扰水平增量最大的中继节点加入本簇;4)更新每个簇的业务量总和,更新每个簇内的中继节点集合。5)重复步骤3)和步骤4),直到小区内所有中继节点都被划分到某一个簇内;
同一簇内的中继节点间共享频率资源,即属于同一个簇的不同中继节点不能在同一个时隙内使用相同的频带发送数据,只能使用相互正交的频带发送数据;不同簇间的中继节点间复用频率资源,即属于不同簇的中继节点可以使用相同的频带发送数据;
进一步地,定义为中继节点m对簇v的干扰水平增量,计算方法为即中继节点m与簇v内所有中继节点的大尺度干扰水平值之和;业务量总和最小的簇在未分簇的中继节点中选择使得该簇内干扰水平增量最大的中继节点加入该簇。
对应上述方法,本发明提出的中继蜂窝网络的频率规划装置包括:
数据传输单元、主控处理单元;其中,
数据传输单元功能包括:接收中继节点反馈的中继节点业务量、中继节点间的大尺度干扰水平;接收中继节点的分簇结果与频率规划结果;
主控处理单元功能包括:初始随机分配Z个中继到Z个簇;根据数据传输单元所得到的中继节点业务量和大尺度干扰水平,计算每个簇内的干扰水平与簇内所有中继节点的业务量总和;选择业务量总和最小的簇;计算所有未分簇的中继节点对业务量总和最小的簇的干扰水平增量;将使得业务总和最小的簇的干扰水平增量最大的中继节点分配给该簇;更新每个簇的业务量总和、干扰水平、簇内的中继节点集合;根据最终分簇结果进行频率资源划分:同一簇内的中继节点间共享频率资源,不同簇间的中继节点间复用频率资源。
本发明提供了一种中继蜂窝网络的频率规划方法与装置,其中,选择使得业务量总和最小的簇内干扰水平增量最大的中继节点加入该簇;该方法思想是将小区内大尺度水平干扰较大的多个中继节点划分到相同簇内,簇内的频率资源共享,从而消除了簇内中继节点的同频干扰;将小区内大尺度水平干扰较小的中继节点划分到不同簇内,簇间的频率可以复用,从而增加了频率利用率。每一次选择都让业务量总和最小的簇优先选择中继节点,可以平衡各个簇所需传输的业务量。用中继节点之间的大尺度干扰水平表示中继节点与其相邻中继节点所覆盖的用户之间的大尺度干扰水平,减小了干扰水平计算的计算量,减小算法复杂度。
本发明在综合考虑中继节点间干扰关系和中继节点所需传输的业务量的基础上将中继节点分簇,可以解决在中继节点分布不均匀与中继节点所需传输的业务量不均匀时频率资源浪费、同频干扰严重的问题,且频率规划方法更灵活,适用于不同的中继蜂窝网络拓扑场景。
附图说明
图1是中继蜂窝网络一个小区内中继节点干扰示意图
图2是本发明一种中继蜂窝网络的频率规划方法流程图
图3是本发明一种中继蜂窝网络的频率规划装置图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
本发明中涉及如下概念:
大尺度干扰:仅考虑路径损耗与阴影衰落情况下,节点之间的干扰;
下行业务量:在一定统计时间内,用户需要接收的数据量,单位为比特;
频率资源共享:在频带总和一定的情况下,不同站点使用相互正交的频带发送数据;站点之间无同频干扰;
频率资源复用:在频带总和一定的情况下,不同站点使用相同的频带发送数据;站点之间存在同频干扰;
本发明的基本思想是:将小区内大尺度水平干扰较大的多个中继节点划分到相同簇内,簇内的频率资源共享,从而消除了簇内中继节点的同频干扰;将小区内大尺度水平干扰较小的中继节点划分到不同簇内,簇间的频率可以复用,从而增加了频率利用率。每一次选择都让业务量总和最小的簇优先选择中继节点,可以平衡各个簇所需传输的业务量。
下面对本发明的技术方案进一步详细阐述。
本发明提供了一种中继蜂窝网络的频率规划方法,包括:
步骤一:在一个小区内,随机从N个中继节点中选择Z个中继节点到Z(0<Z≤N)个簇内,每个簇包含一个中继节点;
步骤二:根据中继节点业务量和大尺度干扰水平,计算每个簇内的干扰水平与簇内所有中继节点的业务量总和;
步骤三:选择业务量总和最小的簇;
步骤四:计算所有未分簇的中继节点对业务量总和最小的簇的干扰水平增量;
步骤五:将使得业务总和最小的簇的干扰水平增量最大的中继节点分配给该簇;
步骤六:更新每个簇的业务量总和、干扰水平、簇内的中继节点集合;
步骤七:判断是否所有中继节点都已经被划分到某个簇内;如果是,执行步骤八;否则执行步骤二,直至所有的中继节点都被分簇;
步骤八:根据最终分簇结果进行频率资源划分:同一簇内的中继节点间共享频率资源,不同簇间的中继节点间复用频率资源。
上述方法中,其中,
在用户接入中继蜂窝网络初始阶段,用户选择路径损耗最小的中继节点接入;将中继节点内所有接入用户的下行业务量需求和定义为该中继节点业务量;令中继节点用m表示,接入中继节点m的用户u的集合为Um,中继节点m的业务量为rm,qu为用户u需要接收的下行业务量。
簇内的干扰水平计算方法为:
令v表示一个簇,簇v内的干扰水平Iv计算方法为其中Cv为簇v内的中继集合,zmn为中继节点m与中继节点n间的大尺度干扰值,定义为中继节点m接收到来自中继节点n所发送信号的接收功率水平,且有zmn=znm;
簇内业务量总和计算方法为:
簇v内的业务量总和Rv的计算方法为其中rm为中继节点m的业务量;
干扰水平增量计算方法为:
中继节点m对簇v的干扰水平增量的计算方法为即中继节点m与簇v内所有中继节点的大尺度干扰水平值之和。
本发明在综合考虑中继节点间干扰关系和中继节点所需传输的业务量的基础上将中继节点分簇,可以解决在中继节点分布不均匀与中继节点所需传输的业务量不均匀时频率资源浪费、同频干扰严重的问题,且频率规划方法更灵活,适用于不同的中继蜂窝网络拓扑场景。
下面通过具体实施例进一步说明本发明。
在下行中继蜂窝小区内,***采用的多址方式是OFDMA(OrthogonalFrequency Division Multiple Access,正交频分复用接入)。***可用带宽为B,小区之间频率复用因子为1,即每个小区可用带宽为B。每个小区内存在N个中继节点,中继节点位置分布根据实际场景需要设置,非均匀分布。每个中继节点下的服务的用户数不等,基站发送给每个用户的下行数据不等,因此,每个中继节点需要转发的下行业务量也不等。由此,***中中继节点分布不均匀、中继节点所需传输的业务量不均匀。
如果小区内的所有中继节点之间采用频率共享的方式传输,则中继节点中继不存在同频干扰,但此时频率利用率较低;如果小区内的所有中继节点之间采用频率复用的方式传输,距离较近的中继节点之间存在较强的同频干扰,如图1所示,受到同频干扰较强的中继节点吞吐量性能低。以上矛盾在***中中继节点分布不均匀、中继节点所需传输的业务量不均匀的场景下尤为突出。
本发明实施例给出了一种中继蜂窝网络频率规划方法,图2为本发明在一个小区内的实施例的流程示意图,如图2所示,所述流程包括:
步骤201:在一个小区内,随机从N个中继节点中选择Z个中继节点到Z(0<Z≤N)个簇内,每个簇包含一个中继节点;
步骤202:根据中继节点业务量和大尺度干扰水平,计算每个簇内的干扰水平与簇内所有中继节点的业务量总和;将中继节点内所有接入用户的下行业务量需求和定义为该中继节点业务量;
令v表示一个簇,簇v内的干扰水平Iv计算方法为其中Cv为簇v内的中继集合,zmn为中继节点m与中继节点n间的大尺度干扰值,定义为中继节点m接收到来自中继节点n所发送信号的接收功率水平,且有zmn=znm;
令中继节点用m表示,接入中继节点m的用户u的集合为Um,中继节点m的业务量为rm,qu为用户u需要接收的下行业务量。簇v内的业务量总和Rv的计算方法为其中rm为中继节点m的业务量,其中中继节点m属于簇v,即m∈Cv;
步骤203:选择业务量总和最小的簇vmin,
步骤204:计算所有未分簇的中继节点m对业务量总和最小的簇vmin的干扰水平增量
中继节点m对簇v的干扰水平增量计算方法为即中继节点m与簇v内所有中继节点Cv的干扰水平值之和。
步骤205:将使得业务总和最小的簇vmin的干扰水平增量最大的中继节点mmin分配给该簇,
步骤206:更新簇v的业务量总和Rv、干扰水平Iv、簇内的中继节点集合Cv;
步骤207:判断是否所有中继节点都已经被划分到某个簇内;如果是,执行步骤208;否则执行步骤202,直至所有的中继节点都被分簇;
步骤208:根据最终分簇结果进行频率资源划分:同一簇内的中继节点间共享频率资源,不同簇间的中继节点间复用频率资源。
上述步骤中分簇个数Z由***设定,当Z=1时频率规划属于频率资源共享方式,当Z=N时,频率规划属于频率资源复用方式。
本发明还提供一种中继蜂窝网络频率规划装置,如图3所示,所述装置包括:数据传输单元、主控处理单元,其中,
数据传输单元31:接收中继节点m反馈的中继节点业务量rm、中继节点间的大尺度干扰水平zmn;向本小区内中继节点发送中继节点的分簇结果与频率规划结果;
主控处理单元32:初始随机分配Z个中继到Z个簇;根据数据传输单元所得到的中继节点业务量rm和大尺度干扰水平zmn,计算簇v内的干扰水平Iv与业务量总和Rv;选择业务量总和最小的簇vmin;计算所有未分簇的中继节点对簇vmin的干扰水平增量;将使得簇vmin的干扰水平增量最大的中继节点mmin分配给该簇;更新簇v的业务量总和Rv、干扰水平Iv、簇内的中继节点集合Cv;根据最终分簇结果进行频率资源划分:同一簇内的中继节点间共享频率资源,不同簇间的中继节点间复用频率资源。
显然,本领域的技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现,它们可以集中在单个的计算装置上,或者分布在多个计算装置所组成的网络上,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而,可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样,本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
Claims (2)
1.一种中继蜂窝网络的频率规划方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
在用户接入中继蜂窝网络初始阶段,用户选择路径损耗最小的中继节点接入;将中继节点内所有接入用户的下行业务量需求和定义为该中继节点业务量;所述下行业务量为在一定统计时间内,用户需要接收的数据量,单位为比特;
将一个蜂窝小区中的N个中继节点分别划分到Z(0<Z≤N)个簇中,分簇的过程为:1)随机选择Z个中继节点,分别将其分配给Z个簇,每个簇包含一个中继节点;2)根据中继节点业务量和大尺度干扰水平,计算每个簇内的干扰水平与簇内所有中继节点的业务量总和:令v表示一个簇,簇v内的干扰水平Iv计算方法为其中Cv为簇v内的中继集合,zmn为中继节点m与中继节点n间的大尺度干扰值,定义为中继节点m接收到来自中继节点n所发送信号的接收功率水平,且有zmn=znm;簇v内的业务量总和Rv的计算方法为其中rm为中继节点m的业务量,接入中继节点m的用户u的集合为Um,qu为用户u需要接收的下行业务量,所述大尺度干扰为仅考虑路径损耗与阴影衰落情况下,节点之间的干扰;3)业务量总和最小的簇从未被划分到任何簇的中继节点中选择一个使得簇内干扰水平增量最大的中继节点加入本簇,中继节点m加入簇v的干扰水平增量计算方法为即中继节点m与簇v内所有中继节点的大尺度干扰水平值之和;4)更新每个簇的业务量总和、干扰水平、簇内的中继节点集合。5)重复步骤3)和步骤4),直到小区内所有中继节点都被划分到某一个簇内;
同一簇内的中继节点间共享频率资源,即属于同一个簇的不同中继节点不能在同一个时隙内使用相同的频带发送数据,只能使用相互正交的频带发送数据;不同簇间的中继节点间复用频率资源,即属于不同簇的中继节点可以使用相同的频带发送数据。
2.一种中继蜂窝网络的频率规划装置,其特征在于,该装置包括:
数据传输单元、主控处理单元,其中,
所述数据传输单元,用于接收中继节点反馈的中继节点业务量、中继节点间的大尺度干扰水平;用于发布中继节点的分簇结果与频率规划结果;所述大尺度干扰为仅考虑路径损耗与阴影衰落情况下,节点之间的干扰;所述中继节点业务量为中继节点内所有接入用户的下行业务量需求之和;
所述主控处理单元,用于随机从N个中继节点中选择Z个中继节点到Z(0<Z≤N)个簇内,每个簇包含一个中继节点;根据数据传输单元所得到的中继节点业务量和大尺度干扰水平,计算每个簇内的干扰水平与簇内所有中继节点的业务量总和:令v表示一个簇,簇v内的干扰水平Iv计算方法为其中Cv为簇v内的中继集合,zmn为中继节点m与中继节点n间的大尺度干扰值,定义为中继节点m接收到来自中继节点n所发送信号的接收功率水平,且有zmn=znm;簇v内的业务量总和Rv的计算方法为其中rm为中继节点m的业务量,m属于簇v,接入中继节点m的用户u的集合为Um,qu为用户u需要接收的下行业务量;选择业务量总和最小的簇;计算所有未分簇的中继节点对业务量总和最小的簇的干扰水平增量,中继节点m加入簇v的干扰水平增量计算方法为即中继节点m与簇v内所有中继节点的大尺度干扰水平值之和;将使得业务总和最小的簇的干扰水平增量最大的中继节点分配给该簇;更新每个簇的业务量总和、干扰水平、簇内的中继节点集合;根据最终分簇结果进行频率资源划分:同一簇内的中继节点间共享频率资源,不同簇间的中继节点间复用频率资源。
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