CN111542067A - 一种5g网络中基于业务类型的干扰退避方法 - Google Patents

一种5g网络中基于业务类型的干扰退避方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种5G网络中基于业务类型的干扰退避方法，包括如下步骤：步骤1，根据用户处于基站覆盖范围的不同位置，将用户定义为处于近点、中点、远点的用户；步骤2，判定处于远点的用户的受到的干扰情况，并进行处理；步骤3，基于干扰的基站下行发送退避。

Description

一种5G网络中基于业务类型的干扰退避方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，具体涉及一种5G网络中基于业务类型的干扰退避方法。
背景技术
在5G网络中，目前阶段采用的多址技术，与4G类似，仍然为OFDMA技术(OrthogonalFrequency Divided Multiple Access，正交频分多址接入技术)，OFDMA技术利用频率之间的正交性作为区分用户的方式，将用户的信息承载在相互正交的不同的载波上，使***可以做到频率复用因子为1，即整个***覆盖范围内的所有小区可以使用相同的频带为本小区内的用户提供服务。虽然由于载波频率和相位的偏移等因素会造成子信道间的干扰，但是可以在物理层通过采用先进的无线信号处理算法使这种干扰降到最低。因此小区内的干扰很小，而影响***性能的主要干扰来自小区间的干扰。
目前业界研究较多的同频组网小区间干扰抑制技术有干扰随机化、干扰消除以及干扰协调。
其中干扰随机化和干扰消除均是被动的干扰抑制技术，而干扰协调为一种主动的控制干扰的建设，其中主动干扰抑制技术主要应用于***发送端，被动技术主要应用于接收端。三种方案的优缺点详见表1。
表1
Figure BDA0002484105940000011
对于干扰协调技术，一般可划分为静态干扰协调，版静态干扰协调、动态干扰协调。
在静态干扰协调技术中，资源配置的规则很长时期内被固化使用，如一天或者更长，
在半静态干扰协调中，配置规则根据用户分布情况或者***负荷情况而变化。
动态干扰协调技术为在预先分配方案上进行调整，通过基站进行实时调度，在相邻小区见协调资源的使用。在动态干扰协调中，往返开销高、操作复杂。
整体上看，目前的干扰协调技术可以比较有效地抑制小区见干扰，***的总体性能在一定程度上可以得到改善。本质上小区间干扰协调技术为一种调度策略，其意味着对下行链路和上行链路的调度器进行某种限制，从而有效地抑制小区间干扰。但是，目前的方案，大部分都是在频率或者功率等资源的角度上，采取相应的措施对其进行简单的分配。
在5G网络中，ITU将5G业务分为三大类业务：eMBB(enhanced Mobile BroadBand，增强型移动宽带)类业务，对网络性能要求主要体现在高带宽方面，对网络的时延性能较敏感；mMTC(massive Machine Type Communication，大规模机器类型通信)类业务，对网络性能主要体现在大连接方面，对网络的时延性能不敏感；uRLLC(ultra-Reliable and LowLatency Communication，超可靠和低延迟通信)类业务，对网络的性能要求主要体现在低时延方面，对网络的时延性能敏感。
因此在研究如何解决处于小区边缘区域的用户的干扰问题以及如何进行合理有效资源分配问题上，需要考虑业务的类型，尤其是uRLLC类业务的网络需求，需要深入研究合适的干扰调度技术与调度算法，进一步提升***的性能的同时，尽量保障uRLLC类业务的时延性能。
发明内容
发明目的：为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种5G网络中基于业务类型的干扰退避方法，包括如下步骤：
步骤1，根据用户处于基站覆盖范围的不同位置，将用户定义为处于近点、中点、远点的用户；
步骤2，判定处于远点的用户的受到的干扰情况，并进行处理；
步骤3，基于干扰的基站下行发送退避。
步骤1包括：以用户所处区域的信噪比SINR来定义用户为近点、中点和远点用户：
处于近点的用户：
SINRU≥SINRN (1)
处于中点的用户：
SINRM≤SINRU<SINRN (2)
处于远点的用户：
SINRU<SINRM (3)
其中，SINRU为用户所处区域的信噪比，SINRN为近点和中点的分界值，SINRM为中点和远点的分界值。根据国内运营商网络运行统计数据，一般SINRN的取值为10～15dB，而SINRM的取值一般为0～5dB.
步骤1中，设定迟滞时间T1，经过迟滞时间T1(对于迟滞时间T1，可以参考网络切换的迟滞时间设定，建议取1秒)，用户所处位置的信噪比变为SINRU-T1，并且在T2(对于T2可以参考网络切换的迟滞时间设定，建议取0.5秒)时间内，用户所处位置的信噪比变为SINRU-T2，T2小于T1，如果abs(SINRU-T1—SINRU-T2)<SINRLJ，把SINRU-T1作为确定用户所处位置的依据，即SINRU＝SINRU-T1，abs()为取绝对值函数，SINRLJ为信噪比抖动判定临界条件。
步骤2包括：设定位于基站A覆盖区域内的远点用户U在一段时间T3(关于T3的取值，可以根据网络中的终端类型进行设定，如果是运动终端，T3的数值建议小于10秒，如果是非移动或慢速移动终端，T3的数值建议大于10秒，小于20秒)内统计的下行传输信道SINR值的平均值为SINR1，当用户U下行传输信道SINR发生变化，变为SINR2，变化量如公式(4)所示：
B＝(SINR1—SINR2) (4)
当在T4(关于T4的取值，可以由运营商根据业务类型进行设定，如果是时延敏感型业务，建议T4的数值建议小于5秒，如果是非时延敏感型业务，T4的数值建议小于10秒)时间内，B的值始终大于等于阈值M(关于M的取值，可以由运营商根据网络覆盖情况自行确定的其他数值，建议设定为5～10dB)时，用户U上报基站，让基站终止对用户U的下行数据传输，执行步骤3。
步骤3包括：
当基站A收到用户U上报的让基站终止对用户U的下行数据传输时，基站A退避一个时间T5，然后再使用相同的频率资源对用户U进行下行数据传输。
步骤3中，根据用户U承载的业务类型，采用不同的退避时间策略：对于uRLLC业务，采用较小的退避窗口；对于mMTC业务，采用较大的退避窗口；而对于eMBB业务，采用的退避窗口大小处于uRLLC和mMTC业务之间；
其中退避时间T5由公式(5)计算得到：
T5＝F*CW (5)
其中，CW为退避窗口，F为不同业务类型的影响因子，uRLLC、eMBB、mMTC业务的退避影响因子FuRLLC、FeMBB和FmMTC的取值区间均为0～1，同时满足FuRLLC≤FeMBB≤FmMTC的要求。
步骤3中，采用如下公式计算退避窗口CW：
CW＝N*L*(10*(1-e-0.1*Pa)) (6)
其中，L为5G网络的一个无线帧的帧长；N*L为5G网络中N个无线帧的帧长，其中N由随机数产生函数确定，即N＝RANDBETWEEN(MIN，MAX)，其中RANDBETWEEN()为随机整数产生函数，其中，MIN为最小无线帧帧长的倍数，MAX为最大无线帧帧长的倍数；Pa表示单位时间内业务到达概率。
步骤3中，如果经过Q次退避，用户U的下行传输信道干扰依然存在，即B满足设定条件，则基站A对用户U的下行传输终止退避，而对用户U的下行传输采用其他的频率资源(例如5G网络，在100MHz组网时，有273个子载波，每次传输由***在273个子载波资源中选择部分资源给用户使用。如果当目前使用的子载波资源存在干扰时，可以使用其他子载波资源)，Q为预先设定的随机退避次数，通过如下公式计算得到：
Q＝ROUNDUP(10*Pa，0) (7)
其中，ROUNDUP()为向上取整函数。
有益效果：
本发明具有以下技术优点：
1、动态进行干扰判别和回避
本方案可以根据信道的实时情况，动态判别干扰的情况，以减小小区间同频干扰对用户的影响，同时，采取相应的退避机制，减小下次干扰的可能性，提高网络吞吐量同时，尽量保障低时延类业务的性能。
2、网络运维方便
本方案实现简单，每个基站只需要收集、监控本小区内远点用户的信噪比SINR情况，基站之间不需要协同，在新增基站、搬迁基站等网络变动情况下不需要修改任何参数，网络运维非常方便。
3、实现复杂度低
本方案只涉及本小区内的资源调度调整，不需要其他小区的配合，因此本方案实现复杂度较低，对网络的改动较少。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的一种5G网络中基于业务类型的干扰退避方法，在减小5G网络小区间干扰的同时，能够保障时延敏感型业务的网络性能，提高用户的体验。
在基站扇区覆盖范围内，可以根据用户所处区域的参考信号接收功率RSRP(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率)或信噪比SINR(Signal toInterference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比)来判断此用户是位于基站扇区覆盖的近点、中点或者远点。
由于5G网络采用同频组网方式，因此***内的干扰主要来源于小区间的干扰，尤其是位于小区远点的用户，容易受到其他小区远点用户的干扰。因此在这一背景下，对于位于基站扇区覆盖近点和中点的用户，资源调度算法不做改变。而位于小区远点的用户，当进行下行数据接收时，受到其他小区远点用户的干扰，且干扰强度超过一定范围，则通知基站，根据业务类型，基于一定的算法，退避一定的时间后再进行下行发送，如果经过连续多次退避时间后，处于远点的用户下行传输信道干扰仍严重，则基站将调度其他的频率资源(子载波)对处于远点的用户进行调度，以规避干扰。
本发明方法具体包括：
步骤1：界定基站扇区覆盖近点、中点、远点
在5G网络中，根据用户处于基站覆盖范围的不同位置，将其分别定义为处于近点、中点、远点的用户。具体划分近、中、远点时，可以根据离基站的距离划分，也可以根据用户所处区域的参考信号接收功率RSRP或信噪比SINR进行划分，在本发明中，以用户所处区域的信噪比SINR来定义用户为近点、中点和远点用户。具体定义如下：
处于近点的用户：
SINRU≥SINRN (1)
处于中点的用户：
SINRM≤SINRU<SINRN (2)
处于远点的用户：
SINRU<SINRM (3)
在公式(1)、(2)、(3)中各参数的定义如下：
SINRU为用户所处区域的信噪比，SINRN为近点和中点的分界值，SINRM为中点和远点的分界值。根据无线信道传播特性以及网络优化测试数据统计，在全网覆盖区域中。处于网络近点的区域约30％，处于网络中点的区域约50％，处于网络远点的区域约20％，因此基于上述统计规律，可以确定网络近、中、远点的分界值。在网络实际运行中，参考网络的DT(Driver Test，驱车测试)结果，在全网DT测试结果中，以SINR作为参考，将所有的测试数据从大到小，分成三个区间：前面20％，中间50％，后面30％。此时这三个区间的分界值，就可以作为网络近中远点的分界值。
由于用户是移动的，同时网络负载也是实时变化的，因此用户所处区域的信噪比SINRU是实时变化的，为了反映用户的实际位置的变化情况，以及避免由于信号的抖动带来SINRU的变化，从而引起用户所处位置的属性乒乓变化的问题，设定一定的迟滞时间T1，经过迟滞时间T1，用户所处位置的信噪比变为SINRU-T1，并且在T2时间内(其中T2小于T1)，用户所处位置的信噪比变为SINRU-T2，如果abs(SINRU-T1—SINRU-T2)<SINRLJ，把SINRU-T1作为确定用户所处位置(近点、中点、远点)的依据，在这里abs()为取绝对值函数，SINRLJ为信噪比抖动判定临界条件。信号的抖动一般由信号的慢衰落和快衰落引起的。快衰落相对慢衰落变化较快，是造成信号瞬时快速变化的主要原因，因此根据无线通信快衰落理论，对于迟滞时间T1可以基于无线电波单个波长在自由空间传播时间的整数倍，而信噪比抖动判定临界条件(SINRLJ)的取值，可以根据快衰落的方差来设定。对于移动通信***，其快衰落信号电平服从瑞利分布，而瑞利分布方差VAR的计算公式如(4)所示。
Figure BDA0002484105940000071
其中，σ为均方差，根据移动通信多年运营的统计数据，在城区环境场景下取值一般为8，而在农村环境场景下取值一般为6。
步骤2：判定基站远点用户的受到的干扰情况
以位于基站A覆盖区域内的远点用户U在一段时间T3内，统计的下行传输信道SINR值的平均值SINR1，作为参考，当用户U下行传输信道SINR发生变化，变为SINR2，变化量如公式(5)所示。
B＝(SINR1—SINR2) (5)
当在T4时间内，B的值始终大于等于M(或者由运营商根据网络覆盖情况自行确定的其他数值)时，用户上报基站，让其终止对其的下行数据传输，并退避一定的时间，然后再对用户U使用原有的频率资源进行下行数据传输。
步骤3：基于干扰的基站下行发送退避
当基站A收到其处于远点的用户U上报的终止对其下行数据传输时，基站A退避一个时间T5，然后再使用相同的频率资源对用户U进行下行数据传输。
在具体操作过程中，根据用户U承载的业务类型，采用不同的退避时间。
由于信道干扰造成传输中断以及退避，必然会带来网络时延的增加，因此，针对5G定义的三种业务场景，采用不同的退避时间策略，对于uRLLC业务，采用较小的退避窗口；对于mMTC业务，采用较大的退避窗口；而对于eMBB类业务，采用的退避窗口大小处于uRLLC和mMTC业务之间。
其中退避时间T5可以由公式(6)计算得到。
T5＝F*CW (6)
其中，F为不同业务类型的影响因子，为了保障uRLLC业务的感知，在实际操作过程中，uRLLC、eMBB、mMTC业务的退避影响因子F的取值区间为0～1，同时满足FuRLLC≤FeMBB≤FmMTC的要求。
CW为退避窗口，当用户U的下行业务负荷姣高时。一般会造成下行传输信道存在较严重的干扰，此时会影响用户U的下行传输，因此应用退避窗口值增加的方式，来提升用户U的下行信道传输成功率。由于网络下行负荷的高低与下行信道的干扰存在密切关系，而网络的下行负荷与单位时间内业务到达概率Pa(其取值区间为0％～100％之间的数值)也具有密切关系，因此将单位时间内业务到达概率Pa引入到退避窗口的取值中。在Pa较大时，退避窗口的取值尽量大，以增大传输的成功率，而Pa较小时，退避窗口的取值可以适当小，以减小时延。
CW的具体计算公式如(7)所示。
CW＝N*L*(10*(1-e-0.1*Pa)) (7)
其中：L为5G网络的一个无线帧的帧长；而N*L为5G网络中N个无线帧的帧长，其中N由随机数产生函数确定，即N＝RANDBETWEEN(MIN，MAX)，其中RANDBETWEEN(MAX)为随机整数产生函数，其中，MAX为最大无线帧帧长的倍数，原则上MAX小于等于10。
如果经过Q次退避，用户U的下行传输信道干扰依然存在，即B满足设定条件，则基站A对用户U的下行传输终止退避，而对用户U的下行传输采用其他的频率资源。
其中，Q为预先设定的随机退避次数，其数值与网络的流量密切相关，网络流量越大，用户U的下行传输信道干扰就越大，因此需要选择较大的退避次数，以增加用户U的下行传输的成功概率。因此可以利用单位时间内业务到达概率Pa，来表征网路的流量大小(或繁忙程度)。Pa越大，则表示网络流量大，也就是网络繁忙，需要较大的退避次数才可能保证用户U下行正常传输；而Pa越小，则表示网络流量相对小，网络空闲，需要较小的退避次数就可保证用户U下行正常传输。因此对于Q的取值，可以利用公式(8)计算获得。
Q＝ROUNDUP(10*Pa，0) (8)
其中，ROUNDUP()为向上取整函数。
本发明提供了一种5G网络中基于业务类型的干扰退避方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
实施例
本实施例中设定某运营商5G网络，以SINRM＝0dB，SINRN＝10dB作为门限，判定用户是否为近点、中点和远点用户。
方案运行过程如下：
步骤1：初始运行时，用户U测量其所处区域的信噪比SINRU，如果SINRU的数值小于SINRM＝0dB，则判定该用户为远点用户，否则为非远点用户。假设SINRU＝-2dB，根据判断该用户为远点用户，执行步骤2。
步骤2：远点用户U在一段时间T3(10秒)内，统计的下行传输信道SINR值的平均值SINR1＝-2.5dB，当用户U下行传输信道SINR发生变化，SINR2＝-9dB，变化量为B＝(SINR1—SINR2)＝6.5dB，在这里设定判定干扰的临界值M＝5dB，如果经过T4(这里取5秒)时间内，B的值始终大于等于M时，用户U上报基站，让基站终止对用户U的下行数据传输，执行步骤3。如果经过T4(这里取5秒)时间内，B的值小于M时，用户U继续使用原有的频率资源进行下行传输，执行步骤5。
步骤3：基站收到用户U上报的终止下行传输消息后，随机退避一段时间T5。在具体操作过程中，会根据用户U承载的业务类型，采用不同的退避时间T5。假设用户U此时承载的是时延敏感型的uRLLC业务，其退避时间T5＝F*CW，其中F＝FuRLLC＝0.3。而关于CW＝N*L*(10*(1-e-0.1*Pa))，其中：L为5G网络的一个无线帧的帧长，即10毫秒；N由随机数产生函数确定，假设N＝9；单位时间内业务到达概率Pa＝60％；则CW＝N*L*(10*(1-e-0.1*Pa))＝52.4毫秒，此时退避时间为T5＝F*CW＝15.7≈16毫秒，如果在经过Q＝5次退避过程中，假设下行传输信道SINR值的平均值SINR1变为-3dB，而SINR2变为-10dB，变化量为B＝(SINR1—SINR2)＝7dB>5dB，用户U的下行传输信道干扰依然存在，即B满足设定条件，则基站A对用户U的下行传输终止退避，而对用户U的下行传输采用其他的频率资源，执行步骤4；如果在经过Q＝5次退避过程中，如果下行传输信道SINR值的平均值SINR1变为-3dB，而SINR2变为-6dB，变化量为B＝(SINR1—SINR2)＝3dB<5dB，用户U的下行传输信道干扰消失，执行步骤5。
步骤4：基站为用户U改变下行信道传输频率资源，使用***工作带宽内未使用的频率资源(例如在5G网络中，当100MHz组网时，可用子载波资源为273个，可以在这273个子载波资源中选择其他的子载波资源)，对其进行下行数据传输，执行步骤1。
步骤5：下行传输成功，如果该用户数据传输全部结束，执行步骤6，反之返回执行步骤1；
步骤6，结束。
本发明提供了一种5G网络中基于业务类型的干扰退避方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种5G网络中基于业务类型的干扰退避方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，根据用户处于基站覆盖范围的不同位置，将用户定义为处于近点、中点、远点的用户；
步骤2，判定处于远点的用户的受到的干扰情况，并进行处理；
步骤3，基于干扰的基站下行发送退避。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：以用户所处区域的信噪比SINR来定义用户为近点、中点和远点用户：
处于近点的用户：
SINRU≥SINRN (1)
处于中点的用户：
SINRM≤SINRU<SINRN (2)
处于远点的用户：
SINRU<SINRM (3)
其中，SINRU为用户所处区域的信噪比，SINRN为近点和中点的分界值，SINRM为中点和远点的分界值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，设定迟滞时间T1，经过迟滞时间T1，用户所处位置的信噪比变为SINRU-T1，并且在T2时间内，用户所处位置的信噪比变为SINRU-T2，T2小于T1，如果abs(SINRU-T1—SINRU-T2)<SINRLJ，把SINRU-T1作为确定用户所处位置的依据，即SINRU＝SINRU-T1，abs()为取绝对值函数，SINRLJ为信噪比抖动判定临界条件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2包括：设定位于基站A覆盖区域内的远点用户U在一段时间T3内统计的下行传输信道SINR值的平均值为SINR1，当用户U下行传输信道SINR发生变化，变为SINR2，变化量如公式(4)所示：
B＝(SINR1—SINR2) (4)
当在T4时间内，B的值始终大于等于阈值M时，用户U上报基站，让基站终止对用户U的下行数据传输，执行步骤3。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3包括：
当基站A收到用户U上报的让基站终止对用户U的下行数据传输时，基站A退避一个时间T5，然后再使用相同的频率资源对用户U进行下行数据传输。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3中，根据用户U承载的业务类型，采用不同的退避时间策略：对于uRLLC业务，采用较小的退避窗口；对于mMTC业务，采用较大的退避窗口；而对于eMBB业务，采用的退避窗口大小处于uRLLC和mMTC业务之间；
其中退避时间T5由公式(5)计算得到：
T5＝F*CW (5)
其中，CW为退避窗口，F为不同业务类型的影响因子，uRLLC、eMBB、mMTC业务的退避影响因子FuRLLC、FeMBB和FmMTC的取值区间均为0～1，同时满足FuRLLC≤FeMBB≤FmMTC的要求。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3中，采用如下公式计算退避窗口CW：
CW＝N*L*(10*(1-e-0.1*Pa)) (6)
其中，L为5G网络的一个无线帧的帧长；N*L为5G网络中N个无线帧的帧长，其中N由随机数产生函数确定，即N＝RANDBETWEEN(MIN，MAX)，其中RANDBETWEEN()为随机整数产生函数，其中，MIN为最小无线帧帧长的倍数，MAX为最大无线帧帧长的倍数；Pa表示单位时间内业务到达概率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤3中，如果经过Q次退避，用户U的下行传输信道干扰依然存在，即B满足设定条件，则基站A对用户U的下行传输终止退避，而对用户U的下行传输采用其他的频率资源，Q为预先设定的随机退避次数，通过如下公式计算得到：
Q＝ROUNDUP(10*Pa，0) (7)
其中，ROUNDUP()为向上取整函数。
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