專利名稱：基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于預(yù)置門限切換的宏蜂窩-毫微微蜂窩(Macro-Femtocell)干擾避免方法。
背景技術(shù)：
隨著Femtocell網(wǎng)絡(luò)的大量部署，Macro-Femtocell異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中同頻干擾避免問題變得越來越重要。目前，解決Macro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)中同頻干擾的主要方法有:(I)功率控制方法；
(2)機(jī)會(huì)頻譜接入方法；(3)頻率切換技術(shù)(跳頻)；(4)部分頻率復(fù)用技術(shù)；(5)跳時(shí)技術(shù)；(6)空間天線技術(shù)(定向天線)；(7)自適應(yīng)波束成形技術(shù)。這些同頻干擾抵消或避免技術(shù)在碼分多址(Code-Division Multiple Access, CDMA)和正交頻分多址(OrthogonalFrequency-Division Multiple Access,0FDMA)的Macro-Femtocell 網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用，分別從頻域、時(shí)域、空域以及功率控制等方面加以考慮。Macro-Femtocell異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)采用同頻復(fù)用(Universal Frequency Reuse)技術(shù)來提高頻譜的利用效率，即Macrocell網(wǎng)絡(luò)和Femtocell網(wǎng)絡(luò)采用完全相同的頻譜資源進(jìn)行通信,這使得Macro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)中同頻干擾極其嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明提出的基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法，基于用戶雙向跨層切換機(jī)制和資源管理的干擾避免需求，來解決Macro-Femtocell異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的同頻干擾問題。該發(fā)明方法能夠有效消除Macro-Femtocell同頻干擾問題，降低上行傳輸用戶的中斷概率，提高系統(tǒng)中所有用戶的和速率/網(wǎng)絡(luò)吞吐量并改善網(wǎng)絡(luò)容量，使Macro-Femtocell異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中資源得到有效利用。技術(shù)方案:一種基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法，包括如下步驟:(I)切換參數(shù)采集過程:首先建立移動(dòng)終端的移動(dòng)狀態(tài)模型計(jì)算小區(qū)駐留時(shí)間(Time-to-Stay，TTS);通過移動(dòng)終端自身定位功能，確定定位參數(shù)以及小區(qū)的半徑，考慮移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)速度和切換目標(biāo)基站的位置等信息來計(jì)算出小區(qū)駐留時(shí)間TTS ；其次建立同頻干擾分析模型，分析上行傳輸?shù)耐l干擾，宏蜂窩基站(MacrocellBase Station,MBS)受到來自宏蜂窩用戶(Macrocell User Equipments,MUE)的干擾 Ic，in和毫微微蜂窩用戶(Femtocell User Equipments, FUE)的干擾Ie，f，同時(shí)，毫微微蜂窩接入點(diǎn)(Femtocell Access Point, FAP)受到來自 MUE 的干擾 If, c 和 Femtocell 內(nèi)部 FUE 的干擾If, in及外部FUE的干擾If,f，建立跨層和同層干擾表達(dá)式來估計(jì)同頻干擾情況。(2)跨層切換決策過程:根據(jù)移動(dòng)終端的移動(dòng)性、干擾分析結(jié)果和預(yù)置切換門限對(duì)是否進(jìn)行跨層切換作出決策，預(yù)置TTS切換門限和雙信噪比門限來避免切換中“乒乓效應(yīng)”的發(fā)生；具體包括如下步驟:
(2-1)宏蜂窩用戶MUE在下列三種情況下切換到Femtocell中:①(SINR)fap〉Y fPH> TTSi； j〉TTSthp ② γ (SINR) FAP〈 Y fPH, TTSij j>TTSthF ③(SIM ) FAP〈 y fH ；(2-2)毫微微蜂窩用戶FUE在下列三種情況下切換到Macrocell中 ①(SINR)mbs〉Y mPH> TTSi k〉TTSthll ② Y (SINR) Jffis< Y mPH, TTSi k〉TTSthll ③(SINR)mbsC Y 威。(3)跨層切換執(zhí)行過程:若步驟(2)的決策結(jié)果為跨層切換，則移動(dòng)終端將完成跨層切換過程，同時(shí)采用用戶功率控制策略通過最大化Macro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)的效用函數(shù)得到最優(yōu)的用戶發(fā)射功率來改善接收基站的信號(hào)干擾噪聲比(Signal-1nterference-Noise-Rate, SINR),消除同頻干擾的同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能；否則回到步驟(I);具體包括如下步驟:(3-1)若步驟(2)的決策結(jié)果為跨層切換，則移動(dòng)終端將完成跨層切換過程；(3-2)采用用戶功率控制策略通過最大化Macro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)的效用函數(shù)得到最優(yōu)的用戶發(fā)射功率來改善接收基站的SINR ；(3-3)若步驟(2)中MUE或者FUE不滿足跨層切換條件，則回到步驟(I)。(4)跨層切換性能評(píng)估及信息反饋過程:對(duì)執(zhí)行后的結(jié)果進(jìn)行性能評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果、業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(Quality-of-Service, QoS)需求以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況,保持或調(diào)整原預(yù)置切換門限并對(duì)用戶功率控制提供反饋信息。具體包括如下步驟:(4-1)得到MUE和FUE上行傳輸?shù)闹袛喔怕逝cMacro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)中MUE數(shù)目及Femtocell數(shù)目的關(guān)系表達(dá)；得到系統(tǒng)中所有用戶的和速率/網(wǎng)絡(luò)吞吐量與所有用戶在基站最小接收功率下得到的SINR的關(guān)系表達(dá)；得到系統(tǒng)中所有用戶的和速率/網(wǎng)絡(luò)吞吐量與所有用戶采用最優(yōu)功率傳輸時(shí)得到的SINR的關(guān)系表達(dá)；(4-2)根據(jù)評(píng)估結(jié)果、業(yè)務(wù)的QoS需求以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，保持或調(diào)整原預(yù)置切換門限并對(duì)用戶功率控制提供反饋信息。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:本發(fā)明提出的基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法，引入跨層切換機(jī)制來消除同頻干擾，通過移動(dòng)終端的移動(dòng)性分析、分布式的干擾估計(jì)以及采用動(dòng)態(tài)閉環(huán)反饋實(shí)時(shí)調(diào)整預(yù)置切換門限并優(yōu)化用戶傳輸功率來達(dá)到消除Macro-Femtocell異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)同頻干擾的目的，提高了網(wǎng)絡(luò)性能。具體表現(xiàn)為:用戶跨層切換由基于移動(dòng)終端移動(dòng)狀態(tài)模型的移動(dòng)性分析和基于同頻干擾分析模型的干擾分析結(jié)果以及實(shí)時(shí)調(diào)整的預(yù)置切換門限共同決策，打破閉合干擾環(huán)的影響，來解決Macro-Femtocell異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的同頻干擾問題；并基于最優(yōu)化理論和用戶功率控制機(jī)制，通過尋求網(wǎng)絡(luò)效用的最大化實(shí)現(xiàn)用戶發(fā)射功率的最優(yōu)化來提高接收基站的SINR，進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能；采用動(dòng)態(tài)閉環(huán)反饋機(jī)制，通過對(duì)基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法進(jìn)行性能評(píng)估與分析，為預(yù)置切換門限實(shí)時(shí)調(diào)整和用戶功率控制提供反饋信息。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的方法框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的用戶雙向跨層切換上行傳輸場(chǎng)景示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施 例的移動(dòng)終端的移動(dòng)狀態(tài)模型示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的同頻干擾分析模型示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的同頻干擾避免的切換過程示意圖6為本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)置切換門限設(shè)置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例的方法框圖，包括四個(gè)過程:切換參數(shù)采集過程、跨層切換決策過程、跨層切換執(zhí)行過程和跨層切換性能評(píng)估及信息反饋過程；基于用戶雙向跨層切換機(jī)制和資源管理的干擾避免需求，首先通過建立移動(dòng)終端的移動(dòng)狀態(tài)模型和同頻干擾分析模型，將移動(dòng)終端的移動(dòng)性和各個(gè)基站上的同頻干擾產(chǎn)生的中斷概率作為跨層切換的決策因素；其次根據(jù)移動(dòng)終端的移動(dòng)性、干擾分析結(jié)果和預(yù)置切換門限對(duì)是否進(jìn)行跨層切換作出決策；然后移動(dòng)終端根據(jù)跨層切換決策完成跨層切換過程來消除同頻干擾，同時(shí)通過最大化Macro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)的效用函數(shù)得到最優(yōu)的用戶發(fā)射功率以提高接收基站的SINR ;最后對(duì)執(zhí)行后的結(jié)果進(jìn)行性能評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果、業(yè)務(wù)QoS需求以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，保持或調(diào)整原預(yù)置切換門限并對(duì)用戶功率控制提供反饋信息，以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信性能。該方法具體包括如下步驟:(I)切換參數(shù)采集過程11:首先建立移動(dòng)終端的移動(dòng)狀態(tài)模型，考慮移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)速度和切換目標(biāo)基站位置等信息計(jì)算TTS ;然后建立同頻干擾分析模型，分析MBS和FAP上行傳輸?shù)耐l干擾情況，考慮路徑損耗和正態(tài)對(duì)數(shù)陰影衰落對(duì)信道傳輸?shù)挠绊懀⒖鐚雍屯瑢痈蓴_表達(dá)式來估計(jì)同頻干擾情況；這一過程將移動(dòng)終端的移動(dòng)性和各個(gè)基站上的同頻干擾產(chǎn)生的中斷概率作為跨層切換的決策因素；(2)跨層切換決策過程12:根據(jù)移動(dòng)終端的移動(dòng)性、干擾分析結(jié)果和預(yù)置切換門限對(duì)是否進(jìn)行跨層切換作出決策，預(yù)置TTS切換門限和雙信噪比門限來避免切換中“乒乓效應(yīng)”的發(fā)生；(3)跨層切換執(zhí)行過程13:若步驟(2)的決策結(jié)果為跨層切換，則移動(dòng)終端將完成跨層切換過程，同時(shí)采用用戶功率控制策略通過最大化Macro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)的效用函數(shù)得到最優(yōu)的用戶發(fā)射功率來改善接收基站的SINR，消除同頻干擾的同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能；否則回到步驟⑴；(4)跨層切換性能評(píng)估及信息反饋過程14:對(duì)執(zhí)行后的結(jié)果進(jìn)行性能評(píng)估，得到采用預(yù)置門限切換消除同頻干擾后用戶的通信中斷概率，系統(tǒng)中所有用戶的和速率/網(wǎng)絡(luò)吞吐量以及采用最優(yōu)功率傳輸時(shí)系統(tǒng)中所有用戶的和速率/網(wǎng)絡(luò)吞吐量等性能評(píng)估參數(shù)，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果、業(yè)務(wù)的QoS需求以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，保持或調(diào)整原預(yù)置切換門限并對(duì)用戶功率控制提供反饋信息，以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信性能。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方案設(shè)計(jì)作進(jìn)一步的具體分析和描述。(I)同頻干擾切換場(chǎng)景圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例的用戶雙向跨層切換上行傳輸場(chǎng)景示意圖，這種場(chǎng)景下的同頻干擾甚為嚴(yán)重，考慮了 FUE對(duì)MBS的同頻干擾問題。如果這個(gè)場(chǎng)景下的同頻干擾不加以消除，將會(huì)形成一個(gè)帶有正反饋的閉合干擾環(huán)，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信性能嚴(yán)重下降。在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)MUE和FUE的移動(dòng)方向以及TSS的大小和預(yù)置切換門限大小分別將MUE和FUE切換到Femtocell和Macrocell中，分別由FAP和MBS為其提供服務(wù)，這樣可以消除兩邊的同頻干擾，打破閉合干擾環(huán)的影響，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信性能。(2)移動(dòng)終端的移動(dòng)狀態(tài)模型在本發(fā)明實(shí)施例中，將移動(dòng)終端的移動(dòng)性作為跨層切換的一個(gè)重要決策因素，充分考慮終端的移動(dòng)性對(duì)跨層切換決策及Macro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)性能(系統(tǒng)中所有用戶的和速率，網(wǎng)絡(luò)吞吐量，網(wǎng)絡(luò)容量，移動(dòng)終端的中斷概率等)的影響。圖3所示本發(fā)明實(shí)施例的移動(dòng)終端的移動(dòng)狀態(tài)模型示意圖，采用該模型，通過預(yù)測(cè)移動(dòng)的切換用戶在切換目標(biāo)小區(qū)的駐留時(shí)間對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)作出描述。通過移動(dòng)終端內(nèi)置的定位功能得到用戶MUEi的位置(Xi, Yi)，確定定位參數(shù)k, Θ.k, φ, j, θ.j以及小區(qū)MBSk和FAPj的半徑dM和dF，根據(jù)三角函數(shù)中的正弦定理和余弦定理的相關(guān)知識(shí)，考慮到移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度Vi和切換目標(biāo)FAP的位置(XyyP等信息按照式⑴和式⑵計(jì)算出TTSu e (0，D和TTSi,j e (O, I)，將其作為由移動(dòng)終端的移動(dòng)性影響的跨層切換的一個(gè)重要的決策因素。TTSthl^PTTSthF分別代表Macrocell和Femtocell網(wǎng)絡(luò)規(guī)格化后的TTS門限值，當(dāng)預(yù)測(cè)得到的駐留時(shí)間TTSu和TTSi, j分別大于TTStha和TTSthF時(shí)，切換用戶MUEi將執(zhí)行切換過程分別切換到MBSk和FAPj中，同時(shí)可以看出，設(shè)置較大的TTS門限值可以有效減小切換的頻度。
權(quán)利要求
1.一種基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)切換參數(shù)采集過程:首先建立移動(dòng)終端的移動(dòng)狀態(tài)模型計(jì)算小區(qū)駐留時(shí)間TTS;其次建立同頻干擾分析模型，得到跨層和同層干擾表達(dá)式來估計(jì)同頻干擾情況； (2)跨層切換決策過程:根據(jù)移動(dòng)終端的移動(dòng)性、干擾分析結(jié)果和預(yù)置切換門限對(duì)是否進(jìn)行跨層切換作出決策，預(yù)置TTS切換門限和雙信噪比門限來避免切換中“乒乓效應(yīng)”的發(fā)生； (3)跨層切換執(zhí)行過程:若步驟(2)的決策結(jié)果為跨層切換，則移動(dòng)終端將完成跨層切換過程，同時(shí)采用用戶功率控制策略通過最大化Macro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)的效用函數(shù)得到最優(yōu)的用戶發(fā)射功率來改善接收基站的信號(hào)干擾噪聲比SINR，消除同頻干擾的同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能；否則回到步驟⑴； (4)跨層切換性能評(píng)估及信息反饋過程:對(duì)執(zhí)行后的結(jié)果進(jìn)行性能評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果、業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量QoS需求以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，保持或調(diào)整原預(yù)置切換門限并對(duì)用戶功率控制提供反饋信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法，其特征在于，所述步驟(I)切換參數(shù)采集過程具體包括如下步驟: (1-1)首先建立移動(dòng)終端的移動(dòng)狀態(tài)模型，通過移動(dòng)終端自身定位功能，確定定位參數(shù)以及小區(qū)的半徑，考慮移動(dòng)終端的運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)速度和切換目標(biāo)基站的位置等信息來計(jì)算出小區(qū)駐留時(shí)間TTS; (1-2)其次建立同頻干擾分析模型，分析上行傳輸?shù)耐l干擾，宏蜂窩基站MBS受到來自宏蜂窩用戶MUE的干擾1。&和毫微微蜂窩用戶FUE的干擾I。，同時(shí)，毫微微蜂窩接入點(diǎn)FAP受到來自MUE的干 擾If,。和Femtocell內(nèi)部FUE的干擾If,in及外部FUE的干擾If,f，建立跨層和同層干擾表達(dá)式來估計(jì)同頻干擾情況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法，其特征在于，所述步驟(2)跨層切換決策過程具體包括如下步驟: (2-1)宏蜂窩用戶MUE在下列三種情況下切換到Femtocell中:①(SINR)fap〉Y fPH> TTSi； j〉TTSthp ② Y fH〈 (SINR) FAP〈 Y fPH, TTSij j>TTSthF ③(SINR) FAP〈 y ft ； (2-2)毫微微蜂窩用戶FUE在下列三種情況下切換到MacrocelI中:①(SINR)mbs〉Y mPH> TTSi k〉TTSthll ② Y (SINR) Jffis< Y mPH, TTSi k〉TTSthll ③(SINR)mbsC Y 威。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法，其特征在于，所述步驟(3)跨層切換執(zhí)行過程具體包括如下步驟: (3-1)若步驟(2)的決策結(jié)果為跨層切換，則移動(dòng)終端將完成跨層切換過程； (3-2)采用用戶功率控制策略通過最大化Macro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)的效用函數(shù)得到最優(yōu)的用戶發(fā)射功率來改善接收基站的SINR ； (3-3)若步驟(2)中宏蜂窩用戶MUE或者毫微微蜂窩用戶FUE不滿足跨層切換條件，則回到步驟(I)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法，其特征在于，所述步驟(4)跨層切換性能評(píng)估及信息反饋過程具體包括如下步驟: (4-1)得到宏蜂窩用戶MUE和毫微微蜂窩用戶FUE上行傳輸?shù)闹袛喔怕逝cMacro-Femtocell網(wǎng)絡(luò)中MUE數(shù)目及Femtocell數(shù)目的關(guān)系表達(dá)；得到系統(tǒng)中所有用戶的和速率/網(wǎng)絡(luò)吞吐量與所有用戶在基站最小接收功率下得到的SINR的關(guān)系表達(dá)；得到系統(tǒng)中所有用戶的和速率/網(wǎng)絡(luò)吞吐量與所有用戶采用最優(yōu)功率傳輸時(shí)得到的SINR的關(guān)系表達(dá)； (4-2)根據(jù)評(píng)估結(jié)果、業(yè)務(wù)的QoS需求以及網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，保持或調(diào)整原預(yù)置切換門限并對(duì)用戶功率控制提 供反饋信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于預(yù)置門限切換的同頻干擾避免方法，包括切換參數(shù)采集過程、跨層切換決策過程、跨層切換執(zhí)行過程和跨層切換性能評(píng)估及信息反饋過程。具體是，首先通過建立移動(dòng)終端的移動(dòng)狀態(tài)模型和同頻干擾分析模型，將移動(dòng)終端的移動(dòng)性和各個(gè)基站上的同頻干擾產(chǎn)生的中斷概率作為跨層切換的決策因素；其次根據(jù)移動(dòng)終端的移動(dòng)性、干擾分析結(jié)果和預(yù)置切換門限對(duì)是否進(jìn)行跨層切換作出決策；然后通過最大化宏蜂窩-毫微微蜂窩(Macro-Femtocell)網(wǎng)絡(luò)的效用函數(shù)得到最優(yōu)的用戶發(fā)射功率；最后對(duì)執(zhí)行后的結(jié)果進(jìn)行性能評(píng)估。該方法能夠有效消除Macro-Femtocell同頻干擾問題，降低上行傳輸用戶的中斷概率，提高系統(tǒng)中所有用戶的和速率/網(wǎng)絡(luò)吞吐量并改善網(wǎng)絡(luò)容量，使Macro-Femtocell異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中資源得到有效利用。
文檔編號(hào)H04W16/14GK103200576SQ20131004877
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者沈連豐, 陳賡, 鄭軍, 夏瑋瑋, 鮑楠, 李俊超 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 南京東大移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)有限公司