专利名称：一种基于扇区公平的多小区联合优化方法
技术领域：
本发明属于移动通信技术领域，更具体地，涉及一种基于扇区公平的多小区联合优化方法。
背景技术：
在多小区蜂窝网络场景中，基站(eNodeB)位于每个六边形小区的正中心，基站的天线呈120度角将整个小区等分为三个扇区(sector)，由不属于同一个基站的三个相邻扇区组成的一个簇(cluster),分布在小区内的用户(UE)向基站发出业务请求,基站为本小区内的用户分配资源块(Resource Block，简称RB)，以用于用户的数据传输和提高小区吞吐量。OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple)技术消除了小区内干扰，这使得小区间的干扰成为影响小区吞吐量的主要因素。小区间的干扰也就是位于靠近小区边缘的用户接收到来自本地服务基站的信号对邻区边缘用户的影响作用。为了解决这个问题，用于协调邻区干扰的软频率复用(Soft Frequency Reuse,简称SFR)方案提出了使相邻小区边缘用户使用不同的RB传输数据的方法，因此将整个频带划分为不重叠的三部分，分别作为簇内三个相邻的扇区的边缘用户频带选择范围，即边缘频带；而小区的中心用户则使用整个频带其余的三分之二作为中心频带且邻区的中心频带可互相重叠。同时，为了补偿由基站发送到边缘用户的信号由于距离导致的路径损耗，用户在边缘频带上发送信号的功率相对于中心频带更高。SFR方案在小区的吞吐量和频谱效率之间达到了很好的平衡作用，但由于SFR方案是静态的资源分配方案，导致小区边缘用户可选择的频率范围仅是整个频带的三分之一，不利于像小区的适应性和多用户多样性等性能的开发，因此一些动态的资源分配方案被提出:首先，在一个簇内，计算每个扇区的边缘用户在所有N个资源块RBs的信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,简称 SINR)值,通过各个基站的 X2 接口交换所有的SINR信息，并将每个扇区的最高SINR值N/3个RB分配给该扇区作为边缘用户使用频率。如果有相同的RB被分配到相邻的扇区边缘，则暂时不分配该RB。根据公平性原则，当前已分配到RBs资源数较少的扇区优先在剩余未分配的RBs中选择SINR值最高的RB。依此类推，直到所有的RB都已分配。该方案实现了在SFR方案基础上动态的分配RBs的算法，将所有边缘用户可选择的频率范围都扩展到整个频带，且有最佳信道状态信息(Channel Quality Instructor,简称CQI)的用户优先选择性能最佳的RB,因此提高了小区吞吐量，特别是小区边缘用户的吞吐量，但是该方案需要通过X2接口在基站之间交换所有SINR信息，因此实施比较复杂。其次，同样在一个簇内，计算各个扇区边缘用户在所有RBs的SINR值，对于每个RB,由所有扇区的所有边缘用户该RB上的SINR值组成的集合中一定有一个最大值，由无线网络控制器(Radio Network Controller,简称RNC)直接将该RB分配给产生此最大SINR值的用户，接着继续将剩余的RBs分配给产生最高SINR值的对应用户，依此类推，直到所有的小区不再需要RBs或者所有的RBs已经分配完。该方案很少考虑到系统的公平性，也就是只有当用户的信道状态达到最佳时才被调度，导致了有些用户在没达到最佳信道状态之前需要一直等待，不利于保证的用户的服务质量(Quality of Service,简称QoS)和增加系统公平性。最后，考虑系统的公平性分为两种:一种是小区内用户之间的公平性(UserFairness),另一种是扇区之间的公平性(Sector Fairness)。常用的小区内用户之间公平性的调度方案有比例公平(Proportion Fair，简称PF)调度算法，即用户的瞬时数据率与过去一段时间内平均数据率之比，避免了用户资源分配过程中用户由于未达到最佳信道状态而持续等待的情况；对于扇区之间的公平性算法方面的研究，还未能形成一个有效的、全面的和有代表性的算法。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于针对现有的多小区蜂窝网络中频率复用方案没能很好的解决扇区之间公平的问题，提供一种基于扇区公平的多小区联合优化方法，并引入了扇区因子，该方法能利用扇区因子计算的扇区优先级决定扇区边缘的频率资源分配情况，不仅达到了有效减少邻区干扰的目的，也使得频率资源分配更加合理和公平，提高了用户的服务质量和系统的吞吐量。为实现上述目的，本发明提供了一种基于扇区公平的多小区联合优化方法，包括以下步骤:步骤1:将蜂窝小区内的每个扇区按照该蜂窝小区不同位置处的SINR值划分为中心区域和边缘区域，并将位于中心区域内的用户定义为中心用户，将位于边缘区域内的用户定义为边缘用户；步骤2:对于每个小区，根据步骤I获取该小区各个扇区的总的边缘用户数目Xs，以及对应扇区的每个边缘用户的GBR和CSI，分别确定该小区各个扇区所期望的RB数Ns，且设置运行时间T=Q*TTI，其中s=l，2，3，Q为正整数，TTI表示传输时间间隔；步骤3:根据该小区各个扇区所期望的RB数计算每个扇区的扇区因子SF ；步骤4:获取当前基站每个扇区的扇区因子，并通过基站之间的X2接口获取该小区的各个扇区所在簇中相邻两个扇区的扇区因子；步骤5:当前基站分别对该小区的各个扇区所在簇内的所有扇区因子按照从小到大的顺序进行排序，以确定扇区获取频率资源的优先级；步骤6:对于每个簇而言，根据步骤5中确定的优先级轮流为该簇内的所有扇区分配RB ；步骤7:在完成扇区边缘频率资源分配后，将扇区中心频率资源分配给该扇区的中心用户；步骤8:用户利用已分配的RB接收来自服务基站的传输数据包并反馈信息到基站，基站利用用户的反馈信息得到用户的吞吐量并记录下来。步骤9:重新执行步骤2到步骤8，直到达到所预定的运行时间T为止，并根据记录的每个用户在每个TTI的吞吐量，计算该小区的总吞吐量。
步骤I具体为，将某个扇区内每一点的SINR值确定后，取所有SINR值中最小值记为 SINRmin，最大值记为 SINRmax,由此得到一 SINR 的门限值 SINRthreshtjld= (SINRmax-SINRmin)/3+SINRmin，将所有SINR值中大于等于该门限值的点所构成的区域记为中心区域，将所有SINR值中小于该门限值的点所构成的区域记为边缘区域，且不属于同一基站的三个相邻的扇区组成一个簇。步骤2中，每个用户所期望的RB数目按以下计算:
权利要求
1.一种基于扇区公平的多小区联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:将蜂窝小区内的每个扇区按照该蜂窝小区不同位置处的SINR值划分为中心区域和边缘区域，并将位于中心区域内的用户定义为中心用户，将位于边缘区域内的用户定义为边缘用户； 步骤2:对于每个小区，根据步骤I获取该小区各个扇区的总的边缘用户数目Xs，以及对应扇区的每个边缘用户的GBR和CSI，分别确定该小区各个扇区所期望的RB数Ns，且设置运行时间T=Q*TTI，其中s=l，2，3，Q为正整数，TTI表示传输时间间隔； 步骤3:根据该小区各个扇区所期望的RB数计算每个扇区的扇区因子SF ； 步骤4:获取当前基站每个扇区的扇区因子，并通过基站之间的X2接口获取该小区的各个扇区所在族中相邻两个扇区的扇区因子； 步骤5:当前基站分别对该小区的各个扇区所在簇内的所有扇区因子按照从小到大的顺序进行排序，以确定扇区获取频率资源的优先级； 步骤6:对于每个簇而言，根据步骤5中确定的优先级轮流为该簇内的所有扇区分配RB ； 步骤7:在完成扇区边缘频率资源分配后，将扇区中心频率资源分配给该扇区的中心用户； 步骤8:用户利用已分配的RB接收来自服务基站的传输数据包并反馈信息到基站，基站利用用户的反馈信息得到用户 的吞吐量并记录下来。
步骤9:重新执行步骤2到步骤 8，直到达到所预定的运行时间T为止，并根据记录的每个用户在每个TTI的吞吐量， 计算该小区的总吞吐量。
2.根据权利要求1所述的多小区联合优化方法，其特征在于，步骤I具体为，将某个扇区内每一点的SINR值确定后，取所有SINR值中最小值记为SINRmin，最大值记为SINRmax,由此得到一 SINR 的门限值 SINRttoeshtjld= (SINRmax-SINRmin)/3+SINRmin，将所有 SINR 值中大于等于该门限值的点所构成的区域记为中心区域，将所有SINR值中小于该门限值的点所构成的区域记为边缘区域，且不属于同一基站的三个相邻的扇区组成一个簇。
3.根据权利要求1所述的多小区联合优化方法，其特征在于，步骤2中，每个用户所期望的RB数目按以下计算:
4.根据权利要求3所述的多小区联合优化方法，其特征在于，第η个小区中第s个扇区的扇区因子SFns是由以下等式表示:
5.根据权利要求1所述的多小区联合优化方法，其特征在于，步骤6具体为，属于一个簇内的三个扇区按照优先级的高低依次选择性能最佳且未分配的RB,在完成一次RB分配后，再继续循环该分配过程，直到所有扇区的已得到RB数等于该扇区期望边缘资源块数或者所有的RB已经分配完，其中性能最佳的判断标准是用户在RB上的SINR值或者PF值最高，已分配的资源块的SINR值或者PF值置零，当其中某个扇区的已分配到RB数等于该扇区期望边缘资源块数而分配过程还未结束时，将该扇区的边缘用户在所有RB上的SINR值或者PF值置零。
6.根据权利要求3所述的多小区联合优化方法，其特征在于，步骤8中用户m在当前TTI的吞吐量为:Thrmn = B*IOg2 (I+SINRmn) 其中B表示当前信道的带宽，Thrmn表示用户m在RB η上传输信号时的吞吐量，SINRmn表不用户m在RB η上的信干噪比。
7.根据权利要求6所述的多小区联合优化方法，其特征在于，步骤9中小区的总吞吐量为:
全文摘要
本发明公开了一种基于扇区公平的多小区联合优化方法，包括将蜂窝小区内的每个扇区按照该蜂窝小区不同位置处的SINR值划分为中心区域和边缘区域，获取该小区各个扇区的总的边缘用户数目，以及对应扇区的每个边缘用户的GBR和CSI，分别确定该小区各个扇区所期望的RB数，根据该小区各个扇区所期望的RB数计算每个扇区的扇区因子，获取当前基站每个扇区的扇区因子，并获取该小区的各个扇区所在簇中相邻两个扇区的扇区因子，当前基站分别对该小区的各个扇区所在簇内的所有扇区因子按照从小到大的顺序进行排序，以确定扇区获取频率资源的优先级。本发明不仅有效减少邻区干扰，也使得频率资源分配更加合理和公平，提高了用户的服务质量和系统的吞吐量。
文档编号H04W16/18GK103079215SQ20121058941
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者莫益军, 张盼盼, 王邦, 周俊, 马星环 申请人:华中科技大学