本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及第五代移動通信系統(tǒng)(5g)中超密集網(wǎng)絡(luò)場景下以用戶為中心虛擬小區(qū)組成的方案。

背景技術(shù)：

超密集網(wǎng)絡(luò)(udn)是第五代(5g)移動通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，在寫字樓、超級市場、火車站、體育館、密集住宅區(qū)等室內(nèi)人流密集場景進行大量微小區(qū)基站的部署，提高覆蓋及增加數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率，以適應(yīng)未來5g移動通信的1000倍數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量需求，在室內(nèi)大量部署小型化基站成為未來移動通信發(fā)展的一個重要方向。

但隨著小基站部署密度增大，小區(qū)間干擾問題將日益突出，單個傳輸節(jié)點(tp)的吞吐量和工作效率會顯著下降。因此，針對超密集網(wǎng)絡(luò)的特點研究先進的干擾管理及控制技術(shù)，提升網(wǎng)絡(luò)的工作效率，是5g移動通信研究的重要方向之一，其中虛擬小區(qū)技術(shù)是解決超密集組網(wǎng)場景干擾問題的有效方法。

虛擬小區(qū)是以用戶終端為中心，在用戶周圍的多個tp組成該用戶的虛擬小區(qū)，根據(jù)用戶需求為用戶提供服務(wù)。虛擬小區(qū)的tp分為服務(wù)tp和同步tp，服務(wù)tp是當前正在為終端提供服務(wù)的tp，同步tp是沒有向終端提供服務(wù)，但已做好資源預(yù)留和數(shù)據(jù)準備，隨時能為終端提供服務(wù)的tp，這樣在終端移動而進行服務(wù)tp切換時，同步tp能立即為終端提供服務(wù)，保證較穩(wěn)定的qos(quality-of-service，業(yè)務(wù)質(zhì)量)。虛擬小區(qū)內(nèi)的tp與終端之間有較好的鏈路質(zhì)量，虛擬小區(qū)隨著終端移動和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化而快速更新，即不斷有新的tp加入，同時有舊的tp退出虛擬小區(qū)，保證虛擬小區(qū)tp終端間始終有較好的鏈路質(zhì)量。

我們把終端移動過程中發(fā)生的服務(wù)tp切換，如果切換后的新服務(wù)tp是虛擬小區(qū)中的同步tp，稱為服務(wù)命中，反之稱為服務(wù)不命中。服務(wù)命中，能保持穩(wěn)定的業(yè)務(wù)連接；服務(wù)不命中則需要重新進行切換數(shù)據(jù)準備，降低終端業(yè)務(wù)性能。顯然，組成虛擬小區(qū)的同步tp數(shù)越多，命中率就越高，就越能保證終端移動過程中的qos，但另一方面，虛擬小區(qū)的同步tp需要增加信令和數(shù)據(jù)開銷，過多的tp會造成系統(tǒng)資源的浪費，影響整個系統(tǒng)效率。

因此，如何選擇虛擬小區(qū)的同步tp，做到組成虛擬小區(qū)的tp數(shù)盡可能少，但又能保證終端移動過程中服務(wù)tp切換較高命中率，是形成虛擬小區(qū)需要解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種虛擬小區(qū)中同步傳輸節(jié)點的選擇方法及設(shè)備，可以解決現(xiàn)有虛擬小區(qū)中傳輸節(jié)點多且切換命中率低的問題。

本發(fā)明公開了一種虛擬小區(qū)中同步傳輸節(jié)點tp的選擇方法，包括：

計算虛擬小區(qū)的吞吐量和回程開銷；

根據(jù)計算出的虛擬小區(qū)的吞吐量和回程開銷，對虛擬小區(qū)中所有符合條件的同步tp組合計算能量效率，得到虛擬小區(qū)的最優(yōu)的同步tp集合。

可選地，上述方法中，計算虛擬小區(qū)的吞吐量的過程包括：

計算虛擬小區(qū)中同步tp集合提供給用戶的和速率；

計算虛擬小區(qū)的中斷概率，得到未中斷概率；

根據(jù)同步tp集合提供給用戶的和速率和虛擬小區(qū)的未中斷概率計算得到虛擬小區(qū)的吞吐量。

可選地，上述方法中，采用如下公式計算虛擬小區(qū)中同步tp集合提供給用戶的和速率r(n)：

式中，n代表所選擇的同步tp集合，代表用戶j與tpn之間的信道衰落，代表用戶側(cè)接收功率，σ²代表噪聲功率方差，pn代表tpn的發(fā)射功率。

可選地，上述方法中，采用如下公式計算虛擬小區(qū)的中斷概率：

可選地，上述方法中，采用如下公式計算虛擬小區(qū)的吞吐量：

可選地，上述方法中，所述回程開銷包括：

光纖backhaul鏈路的消耗，以及無線自回程鏈路的消耗。

可選地，上述方法中，采用如下公式計算回程開銷：

其中,maxdl為在匯聚節(jié)點下行鏈路接口最大值；

代表匯聚節(jié)點中一次交換的能量消耗；

nul，pul代表上行路接口的數(shù)目以及一個上行鏈路接口的消耗；

pdl代表一個下行鏈路接口的消耗；

rmax代表一個上行鏈路最大傳輸速率；

n代表所選擇的同步tp集合；

ri為所選擇同步tp集合中第i個基站的數(shù)據(jù)流量。

可選地，上述方法中，采用如下公式計算虛擬小區(qū)中所有符合條件的同步tp組合的能量效率：

本發(fā)明還公開了一種虛擬小區(qū)中同步傳輸節(jié)點tp的選擇設(shè)備，包括：

第一單元，計算虛擬小區(qū)的吞吐量和回程開銷；

第二單元，根據(jù)計算出的虛擬小區(qū)的吞吐量和回程開銷，對虛擬小區(qū)中所有符合條件的同步tp組合計算能量效率，得到虛擬小區(qū)的最優(yōu)的同步tp集合。

可選地，上述設(shè)備中，所述第一單元計算虛擬小區(qū)的吞吐量的過程包括：

計算虛擬小區(qū)中同步tp集合提供給用戶的和速率；

計算虛擬小區(qū)的中斷概率，得到未中斷概率；

根據(jù)同步tp集合提供給用戶的和速率和虛擬小區(qū)的未中斷概率計算得到虛擬小區(qū)的吞吐量。

可選地，上述設(shè)備中，所述第一單元采用如下公式計算虛擬小區(qū)中同步tp集合提供給用戶的和速率r(n)：

式中，n代表所選擇的同步tp集合，代表用戶j與tpn之間的信道衰落，代表用戶側(cè)接收功率，σ²代表噪聲功率方差，pn代表tpn的發(fā)射功率。

可選地，上述設(shè)備中，采用如下公式計算虛擬小區(qū)的中斷概率：

可選地，上述設(shè)備中，所述第一單元采用如下公式計算虛擬小區(qū)的吞吐量：

可選地，上述設(shè)備中，所述回程開銷包括：

光纖backhaul鏈路的消耗，以及無線自回程鏈路的消耗。

可選地，上述設(shè)備中，采用如下公式計算回程開銷：

其中,maxdl為在匯聚節(jié)點下行鏈路接口最大值；

代表匯聚節(jié)點中一次交換的能量消耗；

nul，pul代表上行路接口的數(shù)目以及一個上行鏈路接口的消耗；

pdl代表一個下行鏈路接口的消耗；

rmax代表一個上行鏈路最大傳輸速率；

n代表所選擇的同步tp集合；

ri為所選擇同步tp集合中第i個基站的數(shù)據(jù)流量。

可選地，上述設(shè)備中，采用如下公式計算虛擬小區(qū)中所有符合條件的同步tp組合的能量效率：

本申請技術(shù)方案采用的tp選擇算法，可以提高超密集網(wǎng)絡(luò)部署場景中虛擬小區(qū)的組織效率，做到形成虛擬小區(qū)的同步tp數(shù)少，減少數(shù)據(jù)同步開銷，同時又能保證虛擬小區(qū)的最大吞吐量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明進行虛擬小區(qū)中同步傳輸節(jié)點的選擇流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例中超密集網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中虛擬小區(qū)tp數(shù)目對能量效率影響的仿真示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例中目標速率對能量效率影響的仿真示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文將結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。

實施例1

本申請發(fā)明人提出，虛擬小區(qū)的同步tp選擇至少需要考慮如下三個因素。

第一，由于移動用戶的業(yè)務(wù)類型不同，其需求不同，因此用戶的目標速率不同，選擇算法需要貼合每個用戶的不同需求。

第二，為了保證同步tp足夠高的和速率，在這樣的情況下，需要在用戶連接到同步tp時能夠保證更高的速率，得到更好的服務(wù)。

第三，為了保持低開銷，同步用戶信息到同步tp會帶來信令及功率消耗，因此需要減少這種消耗。

基于上述思想，本實施例提供一種虛擬小區(qū)中同步tp的選擇方法，如圖1所示，主要包括如下操作：

步驟100，計算虛擬小區(qū)的吞吐量；

該步驟中，可以由服務(wù)tp根據(jù)收到的用戶測量報告，確定虛擬小區(qū)tp列表，從而計算虛擬小區(qū)的吞吐量。

步驟200，計算虛擬小區(qū)的回程開銷；

該步驟中，可以由服務(wù)tp根據(jù)各個tp回程鏈路的狀態(tài)，計算回程開銷。

步驟300，計算能量效率，并進行簡化，確定虛擬小區(qū)的最優(yōu)的同步tp集合。

該步驟中，主要是根據(jù)計算出的虛擬小區(qū)的吞吐量和回程開銷，對虛擬小區(qū)中所有符合條件的同步tp組合計算能量效率，最終得到虛擬小區(qū)的最優(yōu)同步tp集合。即遍歷虛擬小區(qū)中所有符合條件的同步tp組合，選擇一個實際吞吐量與開銷比值最高的tp集合，此tp集合就是權(quán)衡實際吞吐量與開銷之后性能最優(yōu)的同步tp集合。

要說明的是，本實施例在符合超密集網(wǎng)絡(luò)部署的場景中對功率消耗進行建模。這里的消耗主要指的是從核心網(wǎng)通過backhaul鏈路推送數(shù)據(jù)時候的消耗。因此本實施例采用的算法主要針對fiberbackhaul與wirelessbackhaul的功率消耗進行了詳細的建模和分析。

下面結(jié)合附圖，說明上述方法在具體應(yīng)用中的實現(xiàn)過程。

圖2是具體應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)和場景，在udn的密集街區(qū)場景中，tp密集部署。黑色tp代表當前給用戶服務(wù)的tp。隨著用戶的移動，以用戶為中心的虛擬小區(qū)進行更新，從第一個橢圓區(qū)域的虛擬小區(qū)變成第二個區(qū)域的虛擬小區(qū)。同時，在新的虛擬小區(qū)中需要選擇同步tp，也就是圖中灰色tp，并從核心網(wǎng)同步數(shù)據(jù)到這些同步tp。

我們將網(wǎng)絡(luò)分為兩層。第一層是宏小區(qū)從核心網(wǎng)獲得數(shù)據(jù)用來提供覆蓋。數(shù)據(jù)從核心網(wǎng)由光纖鏈路推送至匯聚節(jié)點，再有匯聚節(jié)點通過光纖鏈路推送至宏小區(qū)。第二層由tp組成，通過自回程鏈路從上一層宏小區(qū)獲得數(shù)據(jù)，用于提高udn網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，實現(xiàn)傳輸節(jié)點的無規(guī)劃部署，進一步提高udn網(wǎng)絡(luò)的容量。

本方案的實現(xiàn)可以由服務(wù)tp執(zhí)行。用戶將測量信息報告給服務(wù)tp，由服務(wù)tp執(zhí)行同步tp選擇算法，選取最終的同步tp。

這里，用戶上報的測量信息包括用戶能夠接收到的tp的下行鏈路rsrp信息。用戶根據(jù)lte中的小區(qū)選擇準則，選取下行鏈路rsrp最強的tp為服務(wù)tp，并將測量的能夠接收到的tp的rsrp信息上報給服務(wù)tp。服務(wù)tp根據(jù)本方案中的算法，選取同步tp。之后，服務(wù)tp根據(jù)選擇的結(jié)果，通過x2口信令，通知相關(guān)tp加入虛擬小區(qū)。本方案的實現(xiàn)可以由服務(wù)tp執(zhí)行。

虛擬小區(qū)中同步tp選擇步驟如下：

步驟200，計算虛擬小區(qū)的吞吐量。

該步驟中，用戶可以根據(jù)lte小區(qū)選擇準則，選取rsrp最強的tp為服務(wù)tp。服務(wù)tp根據(jù)用戶上報的能接收到的tp的下行鏈路rsrp測量報告，創(chuàng)建虛擬小區(qū)tp列表。根據(jù)約束條件列舉所有可能的同步tp集合,n∈l，再根據(jù)此tp列表計算虛擬小區(qū)的吞吐量。

假設(shè)，網(wǎng)絡(luò)由j個ue與m個tp組成，tp間頻率復(fù)用。在信道模型中，我們考慮路徑損耗和瑞利衰落，但忽略功率控制影響。

代表用戶j與tpn之間的信道衰落，代表用戶側(cè)接收功率，σ²代表噪聲功率方差，pn代表tpn的發(fā)射功率，由集合n代表選擇的同步tp集合，這個集合可以提供給用戶的和速率可以表示為：

接著，我們定義中斷概率。中斷概率代表的是給定一個sinr閾值，如果當前服務(wù)tp的sinr值小于閾值，則服務(wù)中斷。根據(jù)式(1)，不同的sinr閾值將對應(yīng)不同的速率，因此將該速率定義為目標速率。

在瑞利衰落信道下，對于一個用戶由集合為n的協(xié)作小區(qū)同時服務(wù)，也就是一個多入單出鏈路，它的中斷概率為：

于是就得到吞吐量“goodput”，是無線衰落信道中容量的度量，它考慮到傳輸錯誤的概率，代表的是在接收端成功接收的容量，由集合提供給用戶的和速率與未中斷概率相乘得到：

步驟210，計算回程開銷。

小區(qū)的信息同步是一個由核心網(wǎng)經(jīng)過光纖鏈路及無線鏈路向同步tp推送數(shù)據(jù)的過程，如圖2所示。在comp中，協(xié)作的小區(qū)需要共享數(shù)據(jù)，同樣要從核心網(wǎng)通過backhaul鏈路向tp推送數(shù)據(jù)?？梢哉J為兩個推送數(shù)據(jù)的過程是一樣的，他們的開銷都是backhaul鏈路的功率消耗。小區(qū)信息同步與comp的區(qū)別在于，只需通過backhaul鏈路推送同步信息并不需要同時給用戶傳輸數(shù)據(jù)。因此我們可以借鑒comp中傳送數(shù)據(jù)的backhaul功率消耗來定義虛擬小區(qū)中同步數(shù)據(jù)的開銷：

代表光纖backhaul鏈路的消耗，代表無線自回程鏈路的消耗。

回程鏈路的開銷計算公式為：

其中maxdl為在匯聚節(jié)點下行鏈路接口最大值，代表匯聚節(jié)點中一次交換的能量消耗，nul，pul代表上行路接口的數(shù)目以及一個上行鏈路接口的消耗。pdl代表一個下行鏈路接口的消耗。rmax代表一個上行鏈路最大傳輸速率。n代表所選擇的同步tp集合，ri為所選擇同步tp集合中第i個基站的數(shù)據(jù)流量。

步驟220，能量效率的計算和簡化，確定虛擬小區(qū)的最優(yōu)的同步tp集合。

利用對同步信息開銷的分析，細化同步信息所需要的功率消耗，我們得到關(guān)于能量效率的定義：

分子代表實際吞吐量，與用戶目標速率以及選擇的同步tp個數(shù)有關(guān)。選擇的同步tp越多，則合速率越高。分母代表同步數(shù)據(jù)的開銷。選擇的同步tp個數(shù)越多，開銷越大。我們希望選擇的同步tp集合在和速率最大的情況下開銷最小，也就是使能量效率最高，因此我們定義目標函數(shù)：

這里n^max是最終選出的最優(yōu)同步tp集合。l代表虛擬小區(qū)中所有tp的排列組合方式，也就是所有可能的同步tp集合的集合。根據(jù)目標函數(shù)，選擇的同步tp集合要使整個式子達到最大值，也就是選擇一個合速率大且開銷小的同步tp集合，也就完成了和速率和開銷的權(quán)衡。目標函數(shù)展開得：

由于同步數(shù)據(jù)的開銷定義較為復(fù)雜，在這里對它進行分析來簡化運算，得到選擇同步tp的算法為：

本實施例中同步tp選擇算法核心思想在于吞吐量與開銷的折中，通過遍歷虛擬小區(qū)中所有符合條件的同步tp組合，選擇一個實際吞吐量與開銷比值最高的集合，那么這個集合就是權(quán)衡實際吞吐量與開銷之后性能最優(yōu)的同步tp集合。

由圖3和圖4所示的仿真結(jié)果可以看出按照本申請技術(shù)方案進行虛擬小區(qū)的tp選擇的效果。其中，圖3說明虛擬小區(qū)tp個數(shù)對同步tp集合能量有效影響。從圖3中可看出虛擬小區(qū)tp個數(shù)小于等于6時，所選集合的能量效率隨著虛擬小區(qū)tp個數(shù)的增長而增長。但tp個數(shù)大于6時，所選集合的能量效率增長緩慢。如果虛擬小區(qū)個數(shù)過少，用戶選擇余地很小，不一定能選到性能最優(yōu)的集合。而過多的tp個數(shù)會使得遍歷的組合過多增大算法的復(fù)雜度。因此在虛擬小區(qū)tp個數(shù)為6的時候，所選集合的性能最優(yōu)。

圖4說明不同目標速率對同步tp集合能量效率影響。該目標速率是由對應(yīng)的sinr閾值計算得到的。從圖4可看出，當目標速率小于1bps/hz時用戶目標速率越高，所選擇集合的能量效率越高。當目標速率大于1bps/hz時，同步tp集合的能量有效便不再隨著目標速率的增長而快速增長了。

實施例2

本實施例提供一種虛擬小區(qū)中同步傳輸節(jié)點tp的選擇設(shè)備，例如，服務(wù)tp，其主要包括如下各單元。

第一單元，計算虛擬小區(qū)的吞吐量和回程開銷。

具體地，述第一單元計算虛擬小區(qū)的吞吐量的過程包括：

計算虛擬小區(qū)中同步tp集合提供給用戶的和速率；

計算虛擬小區(qū)的中斷概率，得到未中斷概率；

根據(jù)同步tp集合提供給用戶的和速率和虛擬小區(qū)的未中斷概率計算得到虛擬小區(qū)的吞吐量。

其中，第一單元可以采用如下公式計算虛擬小區(qū)中同步tp集合提供給用戶的和速率r(n)：

式中，n代表所選擇的同步tp集合，代表用戶j與tpn之間的信道衰落，代表用戶側(cè)接收功率，σ²代表噪聲功率方差，pn代表tpn的發(fā)射功率。

采用如下公式計算虛擬小區(qū)的中斷概率：

另外，第一單元可以采用如下公式計算虛擬小區(qū)的吞吐量：

本實施例中所涉及的回程開銷包括光纖backhaul鏈路的消耗，以及無線自回程鏈路的消耗。

第一單元可以采用如下公式計算回程開銷：

其中,maxdl為在匯聚節(jié)點下行鏈路接口最大值；

代表匯聚節(jié)點中一次交換的能量消耗；

nul，pul代表上行路接口的數(shù)目以及一個上行鏈路接口的消耗；

pdl代表一個下行鏈路接口的消耗；

rmax代表一個上行鏈路最大傳輸速率；

n代表所選擇的同步tp集合；

ri為所選擇同步tp集合中第i個基站的數(shù)據(jù)流量。

第二單元，根據(jù)計算出的虛擬小區(qū)的吞吐量和回程開銷，對虛擬小區(qū)中所有符合條件的同步tp組合計算能量效率，得到虛擬小區(qū)的最優(yōu)的同步tp集合。

具體地，第二單元可以采用如下公式計算虛擬小區(qū)中所有符合條件的同步tp組合的能量效率：

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關(guān)硬件完成，所述程序可以存儲于計算機可讀存儲介質(zhì)中，如只讀存儲器、磁盤或光盤等?？蛇x地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現(xiàn)。相應(yīng)地，上述實施例中的各模塊/單元可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。本申請不限制于任何特定形式的硬件和軟件的結(jié)合。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。