CN103796216B - 异构网中基于部分频率复用及联合传输的干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异构网中基于部分频率复用及联合传输的干扰抑制方法，主要解决异构网中的干扰和边缘用户吞吐量较低的问题。其实现步骤是：(1)建立小区模型，即每个小区由三个扇区组成，在小区中心放一个宏基站，在每个扇区里放两个微基站；(2)采用部分频率复用给各个基站分配频率资源；(3)对于接入到网络中的新用户为微基站用户或宏基站中心用户或宏基站非CoMP用户时，则该新用户的服务基站单独为其提供服务；(4)对于接入到网络中的新用户为宏基站协作用户时，则该新用户的服务基站和协作基站对其进行联合传输。本发明有效抑制了小区内以及相邻小区间的干扰，提高了频率利用率和小区边缘用户的吞吐量，可用于异构网中传输。

Description

异构网中基于部分频率复用及联合传输的干扰抑制方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及是一种干扰抑制方法，可用于异构网传输。

背景技术

随着移动通信技术的不断发展，业务分布的不均匀性已经越来越明显,大部分的通信业务量集中于室内和室外的热点地区，传统的同构网络已经不能满足人们的需求，因此，异构网络技术得到了广泛应用。但是由于异构网络引入了低功率节点，使异构网中的干扰除了相邻小区基站之间的干扰，还有同一小区间宏基站与微基站之间的干扰，网络内干扰变得更加复杂。所以，抑制异构网络小区内的干扰意义重大。

针对异构网中的干扰问题，近年来有很多解决方案，例如部分频率复用方案，功率控制方案，多点协作传输技术CoMP，基于载波聚合的方案等等。其中，一种部分频率复用方案是将整个频段分成相互正交的3部分，每个扇区的宏基站边缘区域分别使用其中的一部分频段，剩余的频段则在本扇区的宏基站中心区域使用，本扇区内微基站使用与本扇区宏基站中心区域相同的频率资源，再要求宏基站对中心用户服务时进行功率控制，且保证相邻宏基站边缘区域使用相互正交的频率，从而有效的抑制同一小区内宏、微基站以及相邻小区宏基站对本小区宏基站边缘用户的干扰，但这种方案会存在相邻小区宏基站对本小区微基站用户的干扰，以及宏基站边缘用户吞吐量较低的问题。

多点协作传输技术CoMP也是抑制异构网中干扰的一种方法，其中的一种技术是联合传输，即利用多个基站使用相同的频率同时为一个用户提供服务，这样就将干扰信号转化为有用信号，这种技术虽然可有效地抑制了用户所受到的同频干扰，提高用户吞吐量，但频率利用率很低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述异构网中部分频率复用方案的不足，提出一种异构网中部分频率复用与联合传输相结合的方法，以有效抑制同一小区内以及相邻小区之间的干扰，提高频率利用率和宏基站边缘用户吞吐量。

本发明的技术方案是这样实现的：

通过部分频率复用方案给宏基站的中心区域、边缘区域以及微基站分配指定的频段，并结合功率控制，从而有效的抑制同一小区内以及相邻小区基站之间的干扰，并保证扇区内有较高的频率复用率；通过对宏基站边缘用户进行联合传输，提高宏小区边缘用户的吞吐量，从而使整个***的性能得到了极大地提高。其实现步骤包括如下：

（1）设在蜂窝移动通信网络中，每个小区都是由三个正六边形扇区组成，在三个正六边形扇区的中心放置一个宏基站，在每个扇区里放置两个微基站；

（2）将小区内的整个频段分成相互正交的4段，并将第1段提供给微基站使用，后3段分别分配给三个扇区中的宏基站边缘区域使用，每个扇区的宏基站中心区域使用本扇区宏基站边缘区域外的其他三段频率；

（3）确定接入网络的新用户所属服务基站及用户类型：

（3a）给小区的所有宏基站和微基站设定中心区域的参考信号接收功率门限值r和用户的信干噪比门限值Γ；

(3b)计算各基站对新用户的参考信号接收功率值RSRP，并在微基站对新用户的参考信号接收功率值上加一个偏移值，构成微基站对新用户的参考信号接收功率值，再从所有的参考信号接收功率值中找出一个最大值，如果该最大值对应的基站是宏基站，则该用户为宏基站用户，执行步骤（3b1），否则，该用户为微基站用户，执行步骤（3b2）；

（3b1）将宏基站用户的参考信号接收功率值与设定的参考信号接收功率门限值r比较，如果参考信号接收功率值大于等于r，则该用户被判断为宏基站中心用户，执行步骤（4），否则，该用户被判断为宏基站边缘用户，执行步骤（3c）；

（3b2）将微基站用户的参考信号接收功率值与设定的参考信号接收功率门限值r比较，如果接收功率值大于等于r，则该用户被判断为微基站中心用户，执行步骤（6），否则，该用户被判断为微基站边缘用户，执行步骤（3d）；

（3c）计算宏基站边缘用户的信干噪比SINR1，并将该信干噪比与设定的信干噪比门限值Γ比较，如果宏基站边缘用户的信干噪比大于等于设定的信干噪比门限值Γ，则该用户被判断为宏基站非协作用户，执行步骤（5），否则，该用户被判断为宏基站协作用户，执行步骤（7）；

(3d)计算微基站边缘用户的信干噪比SINR2，并将该信干噪比与设定的信干噪比门限值Γ比较，如果微基站边缘用户的信干噪比大于等于设定的信干噪比门限值Γ，则该用户被判断为微基站非协作用户，执行步骤（6），否则，该用户被判断为对其参考信号接收功率最大的宏基站的边缘用户，返回步骤（3c）；

（4）宏基站使用它的中心区域频率对该宏基站中心用户进行服务，并对宏基站进行功率控制，极力地减少对本扇区微基站用户的干扰；

（5）宏基站使用它的边缘区域频率对该宏基站非协作用户进行服务，当宏基站的边缘区域频率不够用时，通过检测本扇区基站的频率使用情况，借用微基站和宏基站中心区域同时空闲的频率；

(6)微基站使用分配给它的频率对该微基站中心用户或微基站非协作用户提供服务；

（7）对宏基站协作用户进行联合传输：

（7a）划分协作簇，即用每三个相邻宏基站构成一个协作簇，在临近宏基站之间对宏基站协作用户协作；

（7b）在所有宏基站中，找出对该宏基站协作用户的参考信号接收功率值第二，第三大的两个宏基站，这两个宏基站同时所在的协作簇即为该宏基站协作用户所属的协作簇，这两个宏基站为该宏基站协作用户的两个协作基站；

（7c）从宏基站协作用户所在的宏基站边缘区域的预留频率中，找出空闲的频率，该宏基站协作用户的服务基站和两个协作基站均使用此空闲频率，为该宏基站协作用户同时进行服务。

本发明具有如下优点：

1）本发明通过部分频率复用方案将小区内的整个频率分成4段，给宏基站的中心区域、边缘区域以及微基站分配指定的频段，并结合功率控制,从而有效的抑制了同一小区内各基站之间，以及相邻小区基站对本小区各基站的干扰，并保证了扇区内有较高的频率复用率；

2）本发明通过对宏基站边缘用户进行联合传输，提高了宏小区边缘用户的吞吐量，从而使整个***的性能得到了极大地提高。

附图说明

图1为本发明的整体流程图。

图2为本发明中构建的小区模型图。

图3为本发明中的频率划分图。

图4为本发明中为一个小区内各基站分配的频率示意图。

图5为本发明中为多个小区内各基站分配的频率示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参照图1，本发明的具体实现如下：

步骤1：建立小区模型：

参照图2，本步骤的构建如下：

设在蜂窝移动通信网络中，有N个小区，本实例取N=7。其中，第一个小区在网络中心，其余六个小区分布在第一个小区的周围，作为其相邻小区，如图2a所示；

设每个小区都是由三个正六边形扇区组成，如图2b所示；

以第一个小区为例，在三个正六边形扇区的中心放置高功率节点，即宏基站M1，宏基站M1是由3根120°天线构成，每根天线覆盖一个扇区,在第一个扇区1内放置两个低功率节点，即微基站P1，P2，在第二个扇区2内放置两个低功率节点，即微基站P3，P4，在第三个扇区3内放置两个低功率节点，即微基站P5，P6，微基站是由一根360°天线构成，宏基站M1周围的圆形代表宏基站的中心区域，各扇区内的微基站周围的圆形代表微基站的覆盖范围，如图2c所示。

步骤2：采用部分频率复用给各个基站分配频率资源。

（2a）将小区内的整个频段分成相互正交的4段，其中第一频段占整个频段的1/3，第二，第三，第四频段分别占整个频段的2/9；将每个2/9段频率中的1/4，即整个频段的1/18频段，预留给宏基站协作用户，其他用户不能使用，如图3所示；

（2b）以第一个小区为例，为小区内的各个基站分配频率，即将第一个频段分配给第一个扇区1中的每个微基站，将第二个频段分配给第一个扇区1中的宏基站边缘区域，将第一个频段及第三个频段及四个频段，分配给第一个扇区1中的宏基站中心区域；将第一个频段分配给第二个扇区2中的每个微基站，将第三个频段分配给第二个扇区2中的宏基站边缘区域，将第一个频段及第二个频段及第四个频段分配给第二个扇区2中的宏基站中心区域；将第一个频段分配给第一个扇区3中的每个微基站，将第四个频段分配给第三个扇区3中的宏基站边缘区域，将第一个频段及第二个频段及第三个频段分配给第三个扇区3中的宏基站中心区域，如图4所示；

（2c）重复步骤（2b），给每个小区中的各基站分配频率，结果如图5所示；

同一扇区内宏基站边缘区域与微基站使用相互正交的频段，从而有效的抑制了同一扇区内宏基站边缘区域与微基站之间的干扰；相邻宏基站边缘区域与本扇区内宏基站边缘区域及微基站使用相互正交的频段，从而有效的抑制了相邻宏基站边缘区域与本扇区宏基站边缘区域及微基站之间的干扰。

本发明的部分频率复用方案可以使每个扇区内的频率利用率达到14/9，充分满足了异构网中用户容量增大的要求。

步骤3：确定接入网络的新用户所属服务基站及用户类型。

（3a）给小区的所有宏基站和微基站设定中心区域的参考信号接收功率门限值r和用户的信干噪比门限值Γ；

(3b)计算各基站对新用户的参考信号接收功率值RSRP：

（3b1）计算宏基站的路径损耗：L1=128.6+37.6log₁₀R1，

其中R1为宏基站到用户的距离，以千米为单位；

（3b2）根据宏基站的发射功率W1和天线增益A1及其路径损耗L1，计算宏基站对新用户的参考信号接收功率：RSRP1=W1+A1-L1；

（3b3）计算微基站的路径损耗：L2=140.7+36.7log₁₀R2，

其中R2为微基站到用户的距离，以千米为单位；

（3b4）根据微基站的发射功率W2及其路径损耗L2，计算微基站对新用户的参考信号接收功率：RSRP2=W2-L2；

根据上述计算结果，从所有宏基站对新用户的参考信号接收功率值中找出一个最大值，记为RSRP1_max，从所有微基站对新用户的参考信号接收功率值中找出一个最大值，记为RSRP2_max，，并给RSRP2_max加一个偏移值a,再将RSRP1_max与RSRP2_max+a这两个数据进行比较，判断服务基站类型：如果RSRP1_max≥RSRP2_max+a，则该用户为宏基站用户，执行步骤（3b5），否则，该用户为微基站用户，执行步骤（3b6）；

（3b5）将宏基站用户的接收功率值RSRP1与设定的接收功率门限值r进行比较，判断宏基站的用户类型：如果RSRP1_max≥r，则该用户为宏基站中心用户，执行步骤4，否则，该用户为宏基站边缘用户，执行步骤（3c）；

（3b6）将微基站用户的接收功率值RSRP2+a与设定的接收功率门限值r进行比较，判断微基站的用户类型：如果RSRP2_max+a≥r，则该用户为微基站中心用户，执行步骤6，否则，该用户为微基站边缘用户，执行步骤（3d）；

（3c）根据宏基站边缘用户的信干噪比判断其协作用户：

（3c1）计算宏基站边缘用户的信干噪比：SINR1=S1/(N+P1),其中，S1为宏基站边缘用户接收到的有用功率，N为信道噪声功率，P1为宏基站边缘用户接收到的干扰功率；

（3c2）将宏基站边缘用户的信干噪比SINR1与设定的信干噪比门限值Γ进行比较，如果SINR1≥Γ，则该用户为宏基站非协作用户，执行步骤5，否则，该用户为宏基站协作用户，执行步骤7；

(3d)根据微基站边缘用户的信干噪比判断其协作用户：

（3d1）计算微基站边缘用户的信干噪比：SINR2=S2/(N+P2),其中，S2为微基站边缘用户接收到的有用功率，N为信道噪声功率，P2为微基站边缘用户接收到的干扰功率；

（3d2）将微基站边缘用户的信干噪比SINR2与设定的信干噪比门限值Γ比较，如果SINR2≥Γ，则该用户为微基站非协作用户，执行步骤6，否则，该用户为RSRP1所对应的宏基站的边缘用户，返回步骤（3c）。

在上述（3d2）步骤中，把信干噪比SINR2小于Γ的微基站用户判断为宏基站边缘用户，目的是为了保证微基站用户都拥有较高的信干噪比，这样就不用考虑微基站边缘用户吞吐量较低的问题，而只考虑宏基站边缘用户吞吐量较低的问题。

步骤4：宏基站使用它的中心区域频率对该宏基站中心用户进行服务，并对宏基站进行功率控制，以极力地减少对本扇区微基站用户以及相邻小区的宏基站边缘用户的干扰。

由于在一个小区内，第一个扇区中宏基站中心区域与微基站都使用第二个频段，所以当宏基站使用第二个频段对宏基站中心用户服务时，会对本扇区中微基站用户产生干扰；当第一个扇区中的宏基站使用第三个频段及第四个频段对宏基站中心用户服务时，会对相邻小区的宏基站边缘用户产生干扰，其他两个扇区内的干扰情况与第一个扇区相似，所以要对宏基站进行功率控制，以极力地抑制这些干扰。

所述的功率控制是：宏基站用整个发射功率的一部分功率对宏基站中心用户服务。

步骤5：宏基站使用它的边缘区域频率对该宏基站非协作用户进行服务，当宏基站的边缘区域频率不够用时，进行频率借用，即宏基站检测本扇区内的两个微基站和宏基站中心区域有无共同空闲的频率，如果它们有共同空闲的频率，则宏基站就借用此频率对该宏基站非协作用户服务，否则，宏基站不能对该宏基站非协作用户提供服务。通过频率借用，可以使扇区内的频率利用率得到一定的提高。

步骤6：微基站使用分配给它的频率对其中心用户或非协作用户提供服务。

步骤7：对宏基站协作用户进行联合传输。

（7a）划分协作簇，即将宏基站协作用户的服务基站和其周围的六个宏基站划分成六个协作簇:

下面以宏基站协作用户的服务基站是宏基站M1为例，描述其协作簇的具体划分：

由第一个宏基站M1，第二个宏基站M2，第三个宏基站M3，构成第一个协作簇；

由第一个宏基站M1，第三个宏基站M3，第四个宏基站M4，构成第二个协作簇；

由第一个宏基站M1，第四个宏基站M4，第五个宏基站M5，构成第三个协作簇；

由第一个宏基站M1，第五个宏基站M5，第六个宏基站M6，构成第四个协作簇；

由第一个宏基站M1，第六个宏基站M6，第七个宏基站M7，构成第五个协作簇；

由第一个宏基站M1，第七个宏基站M7，第二个宏基站M2，构成第六个协作簇；

（7b）从所有宏基站中找出其协作用户的参考信号接收功率值为第二大和第三大的两个宏基站，将这两个宏基站为该宏基站协作用户的两个协作基站，将这两个宏基站同时所在的协作簇作为该宏基站协作用户的协作簇；

（7c）从该宏基站协作用户所在的宏基站边缘区域的预留频率中，找出空闲的频率，该宏基站协作用户的服务基站和两个协作基站均使用此空闲频率，为该宏基站协作用户同时进行服务。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种异构网中基于部分频率复用及联合传输的干扰抑制方法，包括如下步骤：

(1)设在蜂窝移动通信网络中，每个小区都是由三个正六边形扇区组成，在三个正六边形扇区的中心放置一个宏基站，在每个扇区里放置两个微基站；

(2)将小区内的整个频段分成相互正交的4段：第一段占整个频段的1/3，后三段各占整个频段的2/9，每个2/9段频率中的1/4，即整个频段的1/18频段，是预留给宏基站协作用户使用的，其他用户不能使用，并将第一段提供给微基站使用，后三段分别分配给三个扇区中的宏基站边缘区域使用，每个扇区的宏基站中心区域使用本扇区宏基站边缘区域外的其他三段频率；

(3)确定接入网络的新用户所属服务基站及用户类型：

(3a)给小区的所有宏基站和微基站设定中心区域的参考信号接收功率门限值r和用户的信干噪比门限值Γ；

(3b)计算各基站对新用户的参考信号接收功率值RSRP，并在微基站对新用户的参考信号接收功率值上加一个偏移值，构成微基站对新用户的参考信号接收功率值，再从所有的参考信号接收功率值中找出一个最大值，如果该最大值对应的基站是宏基站，则该用户为宏基站用户，执行步骤(3b1)，否则，该用户为微基站用户，执行步骤(3b2)；

(3b1)将宏基站用户的参考信号接收功率值与设定的参考信号接收功率门限值r比较，如果参考信号接收功率值大于等于r，则该用户被判断为宏基站中心用户，执行步骤(4)，否则，该用户被判断为宏基站边缘用户，执行步骤(3c)；

(3b2)将微基站用户的参考信号接收功率值与设定的参考信号接收功率门限值r比较，如果接收功率值大于等于r，则该用户被判断为微基站中心用户，执行步骤(6)，否则，该用户被判断为微基站边缘用户，执行步骤(3d)；

(3c)计算宏基站边缘用户的信干噪比SINR1，并将该信干噪比与设定的信干噪比门限值Γ比较，如果宏基站边缘用户的信干噪比大于等于设定的信干噪比门限值Γ，则该用户被判断为宏基站非协作用户，执行步骤(5)，否则，该用户被判断为宏基站协作用户，执行步骤(7)；

(3d)计算微基站边缘用户的信干噪比SINR2，并将该信干噪比与设定的信干噪比门限值Γ比较，如果微基站边缘用户的信干噪比大于等于设定的信干噪比门限值Γ，则该用户被判断为微基站非协作用户，执行步骤(6)，否则，该用户被判断为对其参考信号接收功率最大的宏基站的边缘用户，返回步骤(3c)；

(4)宏基站使用它的中心区域频率对该宏基站中心用户进行服务，并对宏基站进行功率控制，极力地减少对本扇区微基站用户的干扰；

(5)宏基站使用它的边缘区域频率对该宏基站非协作用户进行服务，当宏基站的边缘区域频率不够用时，通过检测本扇区基站的频率使用情况，借用微基站和宏基站中心区域同时空闲的频率；

(6)微基站使用分配给它的频率对该微基站中心用户或微基站非协作用户提供服务；

(7)对宏基站协作用户进行联合传输：

(7a)划分协作簇，即用每三个相邻宏基站构成一个协作簇，在临近宏基站之间对宏基站协作用户协作；

(7b)在所有宏基站中，找出对该宏基站协作用户的参考信号接收功率值第二，第三大的两个宏基站，这两个宏基站同时所在的协作簇即为该宏基站协作用户所属的协作簇，这两个宏基站为该宏基站协作用户的两个协作基站；

(7c)从宏基站协作用户所在的宏基站边缘区域的预留频率中，找出空闲的频率，该宏基站协作用户的服务基站和两个协作基站均使用此空闲频率，为该宏基站协作用户同时进行服务。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3b)所述的计算各基站对新用户的参考信号接收功率值RSRP，按如下步骤进行：

(3a)计算宏基站的路径损耗：L1＝128.6+37.6log₁₀R1，

其中R1为宏基站到用户的距离，以千米为单位；

(3b)根据宏基站的发射功率W1和天线增益A1和路径损耗L1，计算宏基站对新用户的参考信号接收功率：RSRP1＝W1+A1-L1；

(3c)计算微基站的路径损耗：L2＝140.7+36.7log₁₀R2，

其中R2为微基站到用户的距离，以千米为单位；

(3d)根据微基站的发射功率W2和路径损耗L2，计算微基站对新用户的参考信号接收功率：RSRP2＝W2-L2。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3c)所述的计算宏基站边缘用户的信干噪比SINR1，按如下公式计算：

SINR1＝S1/(N+P1),

其中，S1为宏基站边缘用户接收到的有用功率，N为信道噪声功率，P1为宏基站边缘用户接收到的干扰功率。

4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3d)所述的计算微基站边缘用户的信干噪比SINR2，按如下公式计算：

SINR2＝S2/(N+P2),

其中，S2为微基站边缘用户接收到的有用功率，N为信道噪声功率，P2为微基站边缘用户接收到的干扰功率。