一种基于分布式信道分配下行干扰缓解的方法

摘要

本发明公开了一种基于分布式信道分配下行干扰缓解的方法，该方法通过各家庭基站分别获得其到所服务用户的信道状态信息，初始化相关参数；各个家庭基站根据周围的干扰情况，重复更新自己的迭代次数计数器以及策略计数器；当更新次数到达预设门限值，各个家庭基站选择最终使用的信道集合，实现了层内干扰的缓解。本发明采用分布式的信道分配方案，无需引入中心控制节点，降低了运行维护的开销，实现了异构蜂窝网络的自组织和自优化；无需smallcell之间交互信道状态信息或者其他信息，大大降低了实现的复杂度；各家庭基站根据所测量到的干扰，智能、动态地选择合适的信道进行传输，在保证自身容量的同时提升了网络整体的容量。

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于分布式信道分配下行干 扰缓解的方法。

背景技术

随着智能终端的涌现，无线用户对室内的高速数据业务的需求逐渐增加。 为了满足该需求，用户可以在宏蜂窝小区中自主布设家庭基站、构建smallcell， 例如femtocell。这种方法无需运营商布设新的站点，从而可以在不增加其资本 投入的同时提升蜂窝系统的频谱资源利用率，增加网络的容量。在这样的异构 蜂窝网络中，用户自主布网的行为使得传统的集中式蜂窝网络规划难以有效实 施，这导致该网络中的干扰问题非常严重。

异构蜂窝网络被smallcell分为两层：宏蜂窝层以及smallcell层。因此，在 异构蜂窝网络中同时存在两种干扰：层间干扰和层内干扰。层间干扰指的是异 构蜂窝网络中不同层次的小区间的干扰，例如宏蜂窝与smallcell间的相互干扰； 层内干扰指的是异构蜂窝网络中处于相同层次的小区间的干扰，例如不同 smallcell之间的干扰。将频谱资源从时间域或频率域上进行正交划分，然后分 别分给宏蜂窝以及smallcell可以避免层间干扰。然而，有效缓解层内干扰仍然 是一个亟待解决的问题。现有的层内干扰缓解的方法主要是通过分布式的频谱 分配实现的。在这种方法中，需要smallcell间进行大量的信令交互，在了解网 络整体情况的前提下，根据自身需求选择合适的频谱资源，从而达到干扰缓解 的目的。但这种方法需要引入大量的信令交互开销，增大了方法实现的复杂度。 而且，这种方法无法保证异构蜂窝网络能够获得较高的整体容量。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于分布式信道分配下行干扰缓解的方 法，旨在解决现有的层内干扰缓解的方法存在的实现的复杂度高、无法保证异 构蜂窝网络获得较高整体容量的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于分布式信道分配下行干扰缓解的方 法，无需引入中心控制节点，无需smallcell之间交互信道状态信息或者其他信 息，实现了异构蜂窝网络的自组织和自优化；同时，各家庭基站根据所测量到 的干扰，智能、动态地选择合适的信道进行传输，在保证自身容量的同时提升 了网络整体的容量，该基于分布式信道分配下行干扰缓解的方法包括以下步骤：

步骤一，各家庭基站分别获得到所服务用户的信道状态信息，初始化相关 参数，第n个smallcell中的用户n测量家庭基站n到自己的下行信道功率增益并反馈给家庭基站n，其中n=1,2,…,N，N为网络中家庭基站的数目，k=1,2,…,K， K为网络中正交信道的数目，接着，各个家庭基站分别初始化所需参数；

步骤二，各个家庭基站根据周围的干扰情况，重复更新自己的迭代次数计 数器以及策略计数器，家庭基站根据周围的干扰情况，更新自己的迭代次数计 数器以及策略计数器；

第一步，所有家庭基站分别将各自的迭代次数计数器t置为t+1；

第二步，第n个家庭基站n根据自己在第t-1次迭代后的状态α_n(t-1)以及所 选择的信道集合s_n(t-1)，计算此时选择信道集合f_n∈S_n的概率Q_n(f_n)：

如果α_n(t-1)=0，否则，如果α_n(t-1)=1，

其中，n=1,2,…,N，|S_n|表示集合S_n中元素的个数，ε为一个大于0小于1的 常数，ω为一个大于N的常数；

第三步，第n个家庭基站n根据概率分布Q_n，更新所选择的信道集合s_n(t)， 并在信道上发送数据，n=1,2,…,N；

第四步，根据第三步中所选择的信道集合s_n(t)，第n个用户n测量所收到的 干扰，并将报告给家庭基站n，其中l∈s_n(t)，家庭基站n计算所处于的smallcell 的容量

$R_n\left(t\right)={\Sigma }_{l\in s_n\left(t\right)}{B}_0{\log }_2(1+\frac{p_n^l{g}_n^l}{I_n^l+B_0{N}_0}),n=\mathrm{1,2},...,N;$

其中B₀为每个信道的带宽，为家庭基站n在信道l上的发射功率，表示 家庭基站n在信道l上的功率增益，N₀为噪声功率谱密度；

第五步，第n个家庭基站n更新自己此时的状态α_n(t)，n=1,2,…,N；

步骤三，当更新次数到达预设门限值，各个家庭基站选择最终使用的信道 集合，各个家庭基站判断迭代次数计数器是否满足t≤T，即迭代次数小于门限 值T，如果满足执行步骤二；否则，执行步骤四；

步骤四：第n个家庭基站n根据自己的策略计数器C_n，选择最终使用的信 道集合n=1,2,…,N；其中s_n_ind为集合s_n在集合S_n中 的编号，C_n(1,s_n_ind)表示策略计数器C_n中第1行第s_n_ind列元素的值。

进一步，在步骤一中，初始化所述参数的方法为：

第一步，第n个家庭基站n对可用的信道集合S_n进行编号，并随机选择一组 信道s_n(0)∈S_n进行传输，n=0,1,…,N；

其中K为网络中信道的数目，|s_n|为向量s_n中元 素的数目，K_n为第n个家庭基站所需的信道，s_n(0)为第n个家庭基站在第0次 迭代时所使用的信道集合，N为异构蜂窝网络中家庭基站的数目；

第二步，第n个家庭基站n将自身状态α_n(0)置为0，同时清零迭代次数计数 器t以及策略计数器n=0,1,…,N；

其中，α_n(0)表示家庭基站n在第0次迭代时的状态，|S_n|表示集合S_n中元素 的个数，表示一个一行|S_n|列的全零向量。

进一步，在步骤二中，第五步的第n个家庭基站更新自己此时的状态α_n(t)， n=1,2,…,N具体方法为：

（1）观察在第t-1次迭代后的状态α_n(t-1)，如果α_n(t-1)为1，执行步骤二， 否则执行步骤三；

（2）判断信道集合s_n(t-1)等于s_n(t)与容量R_n(t-1)等于R_n(t)是否同时成立， 如果成立，将α_n(t)设置为1；否则执行步骤三；

（3）以概率将α_n(t)设置为1；以概率1-ρ将α_n(t)设置 为0，其中，参数ε与第二步）中的定义相同，β为一个属于实数集合的常数， $F_n=\max \left\{{\Sigma }_{k\in s_n}{B}_0{\log }_2(1+\frac{p_n^k{g}_n^k}{B_0{N}_0})\right|s_n\subseteq S_n\}$为一个常数，参数B₀，k以及N₀的定 义与第四步中相同；

（4）第n个家庭基站n根据选择的信道集合s_n(t)以及更新的状态α_n(t)，更 新策略计数器C_n，n=1,2,…,N：

如果α_n(t)等于1，C_n(1,s_n(t)_ind)=C_n(1,s_n(t)_ind)+1，其中s_n(t)_ind表示信道 集s_n(t)在集合S_n中的编号。

本发明提供的基于分布式信道分配下行干扰缓解的方法，通过各家庭基站 分别获得其到所服务用户的信道状态信息，初始化相关参数；各个家庭基站根 据周围的干扰情况，重复更新自己的迭代次数计数器以及策略计数器；当更新 次数到达预设门限值，各个家庭基站选择最终使用的信道集合，实现了层内干 扰的缓解；

本发明具有如下优点：

1.本发明采用分布式的信道分配方案，无需引入中心控制节点，降低了运 行维护的开销，实现了异构蜂窝网络的自组织和自优化；

2.本发明无需smallcell之间交互信道状态信息或者其他信息，大大降低了 实现的复杂度；

3.本发明中各家庭基站根据所测量到的干扰，智能、动态地选择合适的信 道进行传输，在保证自身容量的同时提升了网络整体的容量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于分布式信道分配下行干扰缓解的方法流程 图；

图2是本发明实施例提供的应用场景示意图；

图3是本发明实施例提供的实现总流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以 解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的基于分布式信道分配下行干扰缓解的方法包 括以下步骤：

S101：各家庭基站分别获得其到所服务用户的信道状态信息，初始化相关 参数；

S102：各个家庭基站根据周围的干扰情况，重复更新自己的迭代次数计数 器以及策略计数器；

S103：当更新次数到达预设门限值，各个家庭基站选择最终使用的信道集 合。

如图2所示，本发明使用的场景为正交频分多址接入（OFDMA）femtocell 网络，其中包括一个宏蜂窝和N个正在通信的femtocell，每个femtocell中存在 一个femtocell基站（FBS）和一个femtocell用户（FU），宏蜂窝与femtocell使 用了正交频段，从而消除了层间干扰，为满足FUn的服务质量（QoS）需求， 第n个femtocell基站（FBS）需要从K个可用的子信道中选择K_n个进行使用， 当不同femtocell基站（FBS）使用了相同信道时，期间将产生层内干扰。

参照图3，本发明在图2场景中进行信道分配的具体步骤如下：

步骤一，第n个femtocell中的用户FU n测量femtocell基站（FBS）n到自 己的下行信道功率增益并反馈给femtocell基站（FBS）n，其中n=1,2,…,N， N为网络中femtocell基站（FBS）的数目，k=1,2,…,K，K为网络中子载波的数 目，接着，各个femtocell基站（FBS）分别初始化所需参数；

第一步，第n个femtocell基站（FBS）n对其可用的子载波集合S_n进行编 号，并随机选择一组信道s_n(0)∈S_n进行传输，n=0,1,…,N；

其中K为网络中子载波的数目，|s_n|为向量s_n中 元素的数目，K_n为第n个家庭基站所需的子载波，s_n(0)为第n个femtocell基站 （FBS）在第0次迭代时所使用的子载波集合，N为异构蜂窝网络中femtocell 基站（FBS）的数目；

第二步，第n个femtocell基站（FBS）n将自身状态α_n(0)置为0，同时清零 迭代次数计数器t以及策略计数器n=0,1,…,N；

其中，α_n(0)表示femtocell基站（FBS）n在第0次迭代时的状态，|S_n|表示 集合S_n中元素的个数，表示一个一行|S_n|列的全零向量；

步骤二：各个femtocell基站（FBS）根据周围的干扰情况，更新自己的迭 代次数计数器以及策略计数器：

第一步，所有家庭基站分别将各自的迭代次数计数器t置为t+1；

第二步，第n个femtocell基站（FBS）n根据自己在第t-1次迭代后的状态 α_n(t-1)以及所选择的信道集合s_n(t-1)，计算此时其选择子载波集合f_n∈S_n的概率 Q_n(f_n)：

如果α_n(t-1)=0，否则，如果α_n(t-1)=1，

其中，n=1,2,…,N，|S_n|表示集合S_n中元素的个数，ε为一个大于0小于1的 常数，ω为一个大于N的常数；

第三步，第n个femtocell基站（FBS）n根据概率分布Q_n，更新其所选择 的子载波s_n(t)，并在该信道上发送数据，n=1,2,…,N；

第四步，根据第三步中所选择的子载波集合s_n(t)，第n个用户FU n测量 其所收到的干扰并将其报告给femtocell基站（FBS）n，其中l∈s_n(t)， femtocell基站（FBS）n计算其所处于的femtocell的容量

$R_n\left(t\right)={\Sigma }_{l\in s_n\left(t\right)}{B}_0{\log }_2(1+\frac{p_n^l{g}_n^l}{I_n^l+B_0{N}_0}),n=\mathrm{1,2},...,N;$

其中B₀为每个信道的带宽，为femtocell基站（FBS）n在信道l上的发 射功率，表示femtocell基站（FBS）n在信道l上的功率增益，N₀为噪声功率 谱密度；

第五步，第n个femtocell基站（FBS）n更新自己此时的状态α_n(t)， n=1,2,…,N：

（1）观察在第t-1次迭代后的状态α_n(t-1)，如果α_n(t-1)为1，执行步骤（2）， 否则执行步骤（3）；

（2）判断子载波集合s_n(t-1)等于s_n(t)与容量R_n(t-1)等于R_n(t)是否同时成 立，如果成立，将α_n(t)设置为1；否则执行步骤（3）；

（3）以概率将α_n(t)设置为1；以概率1-ρ将α_n(t)设置 为0，其中，参数ε与第二步）中的定义相同，β为一个属于实数集合的常数， $F_n=\max \left\{{\Sigma }_{k\in s_n}{B}_0{\log }_2(1+\frac{p_n^k{g}_n^k}{B_0{N}_0})\right|s_n\subseteq S_n\}$为一个常数，参数B₀，以及N₀的定 义与第四步中相同，

（4）第n个femtocell基站（FBS）n根据第三步）中所选择的子载波集合 s_n(t)以及第五步）所更新的状态α_n(t)，更新策略计数器C_n，n=1,2,…,N：

如果α_n(t)等于1，C_n(1,s_n(t)_ind)=C_n(1,s_n(t)_ind)+1，其中s_n(t)_ind表示信道 集s_n(t)在集合S_n中的编号；

步骤三：各个femtocell基站（FBS）判断迭代次数计数器是否满足t≤T， 即迭代次数小于门限值T，如果满足执行步骤二；否则，执行步骤四；

步骤四：第n个femtocell基站（FBS）n根据自己的策略计数器C_n，选择 最终使用的子载波集合$s_n^D=\underset{s_n}{\arg }\max \left\{C_n(1,s_n\_\mathrm{ind})\right|s_n\in S_n\},$n=1,2,…,N；

其中s_n_ind为集合s_n在集合S_n中的编号，C_n(1,s_n_ind)表示策略计数器C_n中第1 行第s_n_ind列元素的值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。