一種基于云計算的macro-femto網(wǎng)絡的混合接入選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種基于云計算的macro?femto網(wǎng)絡的混合接入選擇方法，屬于無線通信技術領域，包括數(shù)據(jù)采集、云計算和用戶接入3個步驟；本發(fā)明通過云計算快速為非授權宏用戶匹配基站進行接入，可降低非授權宏用戶盲目匹配造成的時延和丟包率，有效提高了非授權宏用戶的吞吐量和系統(tǒng)的頻譜效率。
【專利說明】
一種基于云計算的macro-femto網(wǎng)絡的混合接入選擇方法
技術領域
[0001 ] 本發(fā)明屬于無線通信技術領域，特別涉及一種基于云計算的macro-femto網(wǎng)絡的 混合接入選擇方法。
【背景技術】
[0002] 在蜂窩網(wǎng)絡中，大約2/3的語音業(yè)務和90%以上的數(shù)據(jù)業(yè)務是在室內發(fā)生的，因此 對于運營商來說，為語音、視頻以及高速數(shù)據(jù)業(yè)務提供良好的室內覆蓋變得日益重要。在多 種解決室內覆蓋的技術中，由于家庭式基站(Femto Base Station,FBS)價格低廉、增設位 置靈活等諸多優(yōu)點受到越來越多研究者的青睞。
[0003] 根據(jù)3GPP(3rd Generation Partnership Project)的標準，家庭式基站分為三大 類:封閉式接入方式、開放式接入方式和混合式接入方式的家庭基站。在宏基站和家庭基站 (macrocell base station-femto cell base station, macro-femto)雙層網(wǎng)絡中，非授權 宏用戶不允許接入到工作在封閉接入模式下的FBS，因此即使宏用戶的接入條件更適合于 接入到FBS，其也無法接入。家庭基站作為低功耗接入點，一般只服務少數(shù)授權用戶，大多數(shù) 情況下會有多余的頻譜資源可用于分享給宏基站用戶。同時由于其低功耗的特性，可以用 較低的功率消耗為靠近其周圍的宏用戶提供高質量的通信服務。但如果靠近FBS的宏用戶 不能接入FBS時，特別是當該用戶與FBS授權用戶使用相同的頻帶時，將受到FBS的嚴重干 擾，宏基站為了這部分用戶的通信質量，又會增加發(fā)射功率，從而造成基站能耗的增加和功 率的浪費，所以制定一個合理的接入機制是協(xié)調干擾和提高吞吐量的有效方法。
[0004] 當前，云計算正在快速發(fā)展，云計算是一種通過因特網(wǎng)，共享的軟硬件資源和信息 可以按需提供給用戶終端的計算方式，其中提供相應資源的網(wǎng)絡可稱為"云"。云計算由于 具有動態(tài)可伸縮的擴展、海量信息處理、形態(tài)靈活等特點而廣泛應用于各個行業(yè)，中國移動 提出的C-RAN就是基于集中化處理、協(xié)作式無線電和實時云型架構的綠色無線接入網(wǎng)架構， 將現(xiàn)有的異構蜂窩網(wǎng)絡接入方式和云計算融合已成為當前無線通信的一個研究熱點。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是:針對當前macro-femto網(wǎng)絡的混合接入選擇策略 不合理的問題，提出一種基于云計算的macro-f emto網(wǎng)絡的混合接入選擇方法，從而提高 macro-f emto網(wǎng)絡整體吞吐量和降低同層干擾及層間干擾。
[0006] 本發(fā)明可通過以下技術方案實現(xiàn)：
[0007] 一種基于云計算的macro-f emto網(wǎng)絡的混合接入選擇方法，包括數(shù)據(jù)采集、云計算 和用戶接入3個步驟；
[0008] 所述的數(shù)據(jù)采集是，在小區(qū)建立"基帶單元+射頻拉遠單元"系統(tǒng)，所述的基帶單元 放置于集中放置柜，射頻拉遠單元放置于距離基帶單元1~l〇Km處的覆蓋點，利用現(xiàn)有機房 資源對周圍區(qū)域立體覆蓋，并通過骨干光纖與基帶單元相連，從基帶單元接收數(shù)據(jù)或給基 帶單元發(fā)送數(shù)據(jù);從而對每個用戶的位置信息、用戶密度、信號質量、用戶需求進行采集和 集中處理;所述的基帶單元具體型號優(yōu)選華為BBU3900,所述的射頻拉遠單元具體型號優(yōu)選 華為 RRU3832。
[0009] 所述的云計算是，對采集到的用戶和基站的數(shù)據(jù)進行比例分布的統(tǒng)計分析，并針對 當前用戶所處位置的信干噪比（SINR)、同層干擾及層間干擾水平、基站空閑狀況、用戶優(yōu)先 級、信道衰落的信息為非授權的宏用戶分配可以接入的基站;具體是以各基站能夠為宏用戶 提供的速率為選擇標準，云端根據(jù)家庭基站的地理位置、所占帶寬和干擾水平計算每個每個 家庭基站能夠為宏用戶提供的服務速率，用供給吞吐量表示，同時云端計算每個宏用戶滿足 基本通信需求所需的最小速率，用需求吞吐量表示，只有提供的服務速率大于宏用戶所需的 最小速率的基站才被列為備選接入基站，Ζ5Γ端最終在備選基站中選擇服務速率最大的基站
作為接入基站;所述的供給吞吐量和需求吞吐量的計算公式
-確定，其中No為熱噪聲密度，B〇為帶寬，P)表示基站k覆蓋 范圍內用戶i的發(fā)送功率，乂表示信道衰落，f4表示用戶受到的除基站k以外的其它基站的 干擾，〃二代表基站k的收發(fā)天線數(shù)量；同時，云端還為各家庭基站建立相應的存儲空間，用 于存儲授權用戶數(shù)量和家庭基站信號強度信息，家庭基站為了保障授權用戶的服務質量和 服務速率，對能夠允許接入的非授權宏用戶的比例設定一個系數(shù) r，r的范圍為〇%~100%， r = 0%表示當前為封閉式接入方式，即不允許接入非授權宏用戶;r = 100%表示當前為開 放式接入方式，即非授權宏用戶可以接入到家庭基站和授權用戶共用資源；系數(shù)r由公式
，其中PtotU是基站j的總功率，0HS是高速下行分組接入 (High Speed Downlink Packages Access，HSDPA)占總功率的比例，Lx,j是位置X到基站j的 鏈路損耗，α是非正交因子，B是總共考慮在內的基站總數(shù)量，N是移動臺的噪聲功率。
[0010] 所述的用戶接入是，在經(jīng)過數(shù)據(jù)采集之后，根據(jù)云計算的結果，將非授權宏用戶接 入或切換到匹配的基站。
[0011] 本發(fā)明對用戶數(shù)據(jù)進行采集與整理，這些用戶包括家庭基站授權的用戶（Home User Equipment,HUE)和非授權宏用戶（Macrocell User Equipment，MUE)，將這些用戶的 地理位置、用戶密度、信號強度、信道質量、用戶需求、干擾水平等數(shù)據(jù)整理并發(fā)送至云端， 利用云計算技術對這些數(shù)據(jù)進行整合和分類，為每個宏用戶分配出最合適的基站進行接 入。同時本發(fā)明針對femtocell能夠允許接入的非授權用戶的比例設定一個系數(shù)r范圍為 0%~100%，從而使授權用戶的服務質量(Quality of Service,QoS)和非授權用戶的吞吐 量得到協(xié)調。
[0012] 綜上，本發(fā)明有以下有益效果：
[0013] 1、本發(fā)明通過云計算可以快速為非授權宏用戶匹配基站進行接入，降低非授權宏 用戶盲目匹配造成的時延和丟包率。
[0014] 2、本發(fā)明通過信息的采集和處理后再進行接入，充分考慮信道、信干噪比等因素， 可有效抑制干擾水平。
[0015] 3、本發(fā)明對femtocell的授權用戶數(shù)量等信息進行采集，設立可接入非授權宏用 戶比例r，有效提高了非授權宏用戶的吞吐量和系統(tǒng)的頻譜效率。
[0016] 4、本發(fā)明采用先進的RRU+BBU技術，將數(shù)據(jù)信息采集并集中處理，弱化基站功能， 有效節(jié)省基站的功耗，提高能量效率。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的信息采集框架圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的整體流程示意圖。
[0019] 圖3是非授權宏用戶的具體接入流程圖。
[0020] 圖4是采用本發(fā)明的接入算法前后所有家庭基站吞吐量的對比圖。
[0021] 圖5是采用本發(fā)明的接入算法前后全網(wǎng)吞吐量的對比圖。 具體實施方案
[0022]根據(jù)說明書附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]實施例1本發(fā)明的信息采集過程
[0024] 參照圖1，本發(fā)明一種基于云計算的macro-femto網(wǎng)絡的混合接入選擇方法，本實 施例中對數(shù)據(jù)的采集是通過在小區(qū)中建立的基帶單元(Base Band Unit，BBU)和射頻拉遠 單元(Remote Radio Unit，RRU)實現(xiàn)的，RRU負責對數(shù)據(jù)的數(shù)模轉換和射頻收發(fā)，BBU則集中 了所有的數(shù)字基帶處理的作用。BBU放置于集中放置柜，而RRU則放置于覆蓋點，利用現(xiàn)有機 房資源對周圍區(qū)域立體覆蓋。RRU通過光纖或光纖傳送網(wǎng)與BBU相連接，RRU可以部署在遠離 BBU物理位置的遠端站點（如1~10Km)。為方便部署，RRU設計得小巧輕便，通過光纖從BBU接 收或給BBU發(fā)送數(shù)據(jù)。每個RRU上發(fā)送或接收的信號的處理都在BBU基帶池內一個虛擬的基 帶處理單元內完成，從而對每個用戶的位置信息、用戶密度、信號質量、用戶需求等信息進 行采集和集中處理。所述的基帶單元可采用華為BBU3900,所述的射頻拉遠單元可采用華為 RRU3832。
[0025]實施例2本發(fā)明的云計算過程
[0026]以各基站能夠為宏用戶提供的速率為選擇標準，云端根據(jù)FBS的地理位置、所占帶 寬和干擾水平計算每個FBS能夠為宏用戶提供的服務速率，用供給吞吐量表示，同時云端計 算每個宏用戶滿足基本通信需求所需的最小速率，用需求吞吐量表示。只有提供的服務速 率大于宏用戶所需的最小速率的基站才被考慮為備選接入基站，云端最終在備選基站中選 擇提供服務速率最大的基站作為接入基站。所述的供給吞吐量和需求吞吐量的計算根據(jù)公 式（1)確定，公式（1)中SINR根據(jù)公式(2)確定。
[0029] 其中，No為熱噪聲密度，Bo為帶寬，d表示基站k覆蓋范圍內用戶i的發(fā)送功率，g,4表 示信道衰落， 4表示用戶受到的除基站k以外的其它基站的干擾，"代表基站k的收發(fā)天 線數(shù)量。
[0030]與此同時，云端還為各FBS建立相應的存儲空間，用于存儲授權用戶數(shù)量、家庭基 站信號強度信息。家庭基站為了保障授權用戶的服務質量和服務速率，對femtocell能夠允 許接入的非授權用戶的比例設定一個系數(shù)r(范圍為0%~100%)，r = 0%表示此時為封閉 式接入方式，即f emtocel 1不允許接入非授權宏用戶；r = 100 %表示此時為開放式接入方 式，即非授權宏用戶可以接入到femtocell和授權用戶爭奪資源。系數(shù)r可以根據(jù)公式(3)確 定。
[0032] 其中，Pt〇t,j是基站j的總功率，0HS是高速下行分組接入（High Speed Downlink Packages Access，HSDPA)占總功率的比例，Lx, j是位置x到基站j的鏈路損耗，α是非正交因 子，Β是總共考慮在內的基站總數(shù)量，Ν是移動臺的噪聲功率。
[0033] 實施例3本發(fā)明的用戶接入具體流程
[0034] 圖3是本發(fā)明用戶接入流程圖，一個非授權用戶的具體接入過程步驟是：
[0035] 步驟一:非授權宏用戶在發(fā)出接入請求后等待接收云端反饋回來的接入信息。 [0036] 步驟二：按照分配的基站進行接入，若分配接入為femtocell，則切換至所分配的 femtocell，若所分配接入為macrocell，則無需切換。
[0037]步驟三:若該用戶中途掉話或被中斷，則需重新發(fā)出請求，再次由云端分配基站接 入;若成功接入直到該用戶的服務結束，則該接入完成。
[0038]實施例4本發(fā)明的整體流程
[0039]參照圖2，是本發(fā)明一種基于云計算的macro-f emto網(wǎng)絡的混合接入選擇方法的整 體流程圖：
[0040]步驟一:各小區(qū)建立BBU+RRU系統(tǒng)，采集小區(qū)內所有基站的地理位置、覆蓋范圍、家 庭基站的授權用戶數(shù)量的信息，發(fā)送至云端，并在云端建立相應的云存儲空間。
[0041 ]步驟二：用戶發(fā)出接入請求信息，信息采集模塊將這些用戶的地理位置、請求服務 的類別、信干噪比、用戶優(yōu)先級、干擾等信息采集并發(fā)至云端。
[0042]步驟三：云端在該小區(qū)的云存儲空間內為用戶匹配一個最適合接入的基站（匹配 方法見實施例2)，用戶根據(jù)云端分配的基站進行接入。
[0043]步驟四：更新待接入的用戶網(wǎng)絡，直到所有用戶接入成功為止。
[0044]圖4和圖5是在matlab平臺上對本發(fā)明所述方法的仿真結果，從仿真結果可以看出 利用本發(fā)明的方法，家庭基站的吞吐量有很大提高，整個macro-f emto網(wǎng)絡的吞吐量提高了 近40%。
[0045]以上實施例4的matlab仿真程序如下：



【主權項】
1. 一種基于云計算的macro-femto網(wǎng)絡的混合接入選擇方法，包括數(shù)據(jù)采集、云計算和 用戶接入3個步驟； 所述的數(shù)據(jù)采集是，在小區(qū)建立"基帶單元+射頻拉遠單元"系統(tǒng)，所述的基帶單元放置 于集中放置柜，射頻拉遠單元放置于距離基帶單元1~IOKm處的覆蓋點，利用現(xiàn)有機房資源 對周圍區(qū)域立體覆蓋，并通過骨干光纖與基帶單元相連，從基帶單元接收數(shù)據(jù)或給基帶單 元發(fā)送數(shù)據(jù);從而對每個用戶的位置信息、用戶密度、信號質量、用戶需求進行采集和集中 處理； 所述的云計算是，對采集到的用戶和基站的數(shù)據(jù)進行比例分布的統(tǒng)計分析，并針對當 前用戶所處位置的信干噪比、同層干擾及層間干擾水平、基站空閑狀況、用戶優(yōu)先級、信道 衰落的信息為非授權的宏用戶分配可以接入的基站;具體是以各基站能夠為宏用戶提供的 速率為選擇標準，云端根據(jù)家庭基站的地理位置、所占帶寬和干擾水平計算每個每個家庭 基站能夠為宏用戶提供的服務速率，用供給吞吐量表示，同時云端計算每個宏用戶滿足基 本通信需求所需的最小速率，用需求吞吐量表示，只有提供的服務速率大于宏用戶所需的 最小速率的基站才被列為備選接入基站，Ζ5Γ端最終在備選基站中洗擇服各諫塞最女的某站 作為接入基站;所述的供給吞吐量和需求吞吐量的計算公式為' 式中SINR由公式《I定，其中No為熱噪聲密度，Bo為帶寬，Pik表示基站k覆 蓋范圍內用戶i的發(fā)送功率，&￡表示信道衰落，/廣表示用戶受到的除基站k以外的其它基站 的干擾，:代表基站k的收發(fā)天線數(shù)量；同時，云端還為各家庭基站建立相應的存儲空間， 用于存儲授權用戶數(shù)量和家庭基站信號強度信息，家庭基站為了保障授權用戶的服務質量 和服務速率，對能夠允許接入的非授權宏用戶的比例設定一個系數(shù) r，r的范圍為0%~ 100 %，r = 0 %表示當前為封閉式接入方式，即不允許接入非授權宏用戶;r = 100 %表示當 前為開放式接入方式，即非授權宏用戶可以接入到家庭基站和授權用戶共用資源;系數(shù)r由 公i1I定，其中PtOt, j是基站j的總功率，ftis是高速下行分組接入 占總功率的比例，Ly是位置X到基站j的鏈路損耗，α是非正交因子，B是總共考慮在內的基 站總數(shù)量，N是移動臺的噪聲功率。 所述的用戶接入是，在經(jīng)過數(shù)據(jù)采集之后，根據(jù)云計算的結果，將非授權宏用戶接入或 切換到匹配的基站。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于云計算的macro-femto網(wǎng)絡的混合接入選擇方法，其 特征在于，在所述的數(shù)據(jù)采集步驟中，所述的基帶單元的具體型號為華為BBU3900,所述的 射頻拉遠單元的具體型號為華為RRU3832。
【文檔編號】H04W16/18GK106028351SQ201610284635
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】于銀輝, 陳倩, 于越, 田小建, 楊蕾
【申請人】吉林大學