LTE-A异构网络中低功率节点自组织方法技术

本发明专利技术公开了一种LTE-A异构网络中基于频谱感知的低功率节点自组织方法。该方法包括：初始化智能低功率节点，通过频谱感知确定智能低功率节点感知到的各个方位及频段处的功率信息，针对每一功率节点建立感知模型；利用智能低功率节点与其他功率节点的方位几何关系及信道的互易性，建立对单功率节点的干扰模型；建立全局对外干扰模型；建立基于单扇区的自适应的最优频谱分配算法，得到最优的天线方向。本发明专利技术将LTE-A与自组织网络相结合，引入基于频谱感知的干扰协调策略，有效地改善了网络的覆盖性能与容量；通过分布式处理进行低功率节点的自配置与自优化，降低复杂度与提高灵活性的同时能够较好的满足网络适时性与容错性的要求。

【技术实现步骤摘要】
LTE-A异构网络中低功率节点自组织方法
本专利技术涉及移动通信
，具体涉及一种LTE-A异构网络中低功率节点的自组织优化方法。
技术介绍
HetNet(异构网络，HeterogeneousNetwork)作为3GPPLTE-A中的关键技术手段之一，采用了宏蜂窝、射频拉远以及LPN(LowPowerNode，低功率节点)在内的混合结构。其中LPN包括pico-cells、femto-cells、中继等形式，它不仅可以有效解决蜂窝网络的覆盖问题，还能够更高效的使用频谱。SON(自组织网络，Self-organizationNetwork)则在LTE-AHetNet中至关重要，一方面它能够有效降低同频干扰管理的复杂度，另外在抑制同频干扰的功率优化及节能上也具有更大的自由度。SON主要涉及自优化、自治愈、自配置几个方面，其中，自优化主要针对无线参数的实时控制，自配置作为安装过程的一部分能够使网络设备自身完成动态设置。同时，SON分为集中式、分布式和混合式三种结构，其中分布式结构具有更强的适时性和容错能力。CR(CognitiveRadio，认知无线电)是基于认知能力和重配置能力并通过与环境的动态交互来改变发射机参数实现频谱高效利用的重要手段。CR又包括频谱感知与频谱管理，通过频谱感知可以获取发射机周边的频谱功率状况，而频谱管理则可以实现高效的频谱利用。同构网络中的静态干扰协调技术，如PFR、FFR，通过划分频谱分别用于小区内外两部分，可以有效的改善小区的整体覆盖性能，针对覆盖盲区与数据热点，异构网络采用LPN来提升小区的覆盖性能与容量，但与此同时，传统的干扰协调策略未能充分考虑到异构网络中的同层干扰与跨层干扰，或者只考虑提升LPN的性能而忽视了网络的整体性能。
技术实现思路
为了改善网络的整体覆盖性能与容量，本专利技术提供了一种LTE-A异构网络中基于频谱感知的低功率节点自组织方法。本专利技术采用分布式SON架构来完善自优化和自配置，在LTE-A异构网络中以LPN的自组织优化作为关键并引申出SLPN(SmartLPN，智能低功率节点)的概念。SLPN利用频谱感知结果通过建立完善的对外干扰模型来确定频谱分配与天线方向。本专利技术提出的一种LTE-A异构网络中基于频谱感知的低功率节点自组织方法包括以下步骤：步骤1：初始化智能低功率节点，通过频谱感知确定智能低功率节点所感知到的各个方位及各个频段处的功率信息，并针对感知到的每一功率节点建立感知模型；步骤2：根据所述感知模型，利用智能低功率节点与其他功率节点的方位几何关系及信道的互易性，建立对单功率节点的干扰模型；步骤3：基于所述对单功率节点的干扰模型，建立全局对外干扰模型；步骤4：根据所述全局对外干扰模型，以最小化对外干扰为目标建立基于单扇区的自适应的最优频谱分配算法，得到最优的天线方向。其中，所述智能低功率节点能够获取每段频谱的功率、通过频谱感知区分感知到的每个功率节点及其方位。其中，所述感知模型还包括单功率节点的方位与频谱二维感知矩阵Ag，其中，g＝0，1，2，...，G-1表示功率节点的序号。其中，所述步骤2通过对单功率节点的方位与频谱二维感知矩阵Ag结合几何关系与信道互易性，建立得到对单功率节点的干扰矩阵Bg。其中，所述几何关系包括：β1＝β+δβ2＝β-δ其中，r为某功率节点的扇区覆盖半径，d为该功率节点与智能低功率节点之间的距离，α为该功率节点与该智能低功率节点之间的连线和该功率节点与其扇区中心之间的连接的夹角，l为该智能低功率节点与该扇区中心之间的距离；δ为该功率节点与该智能低功率节点之间的连线和该智能低功率节点与该扇区中心之间的连线的夹角；β为智能低功率节点至该扇区两圆切线夹角的一半；β1与β2为该智能功率节点对该功率节点覆盖范围影响扩展角度的上限与下限。其中，所述步骤3进一步包括以下步骤：步骤31，基于所述对单功率节点干扰矩阵，结合低功率节点覆盖区域分层、功率分配，将多个所述对单功率节点干扰矩阵Bg转换为方位、频谱与层数的三维对外干扰矩阵R；步骤32，基于覆盖区域多扇区化，将所述方位、频谱与层数的三维对外干扰矩阵R转换为扇区、频谱与层数的全局三维对外干扰矩阵。其中，所述步骤31中，将每一个智能低功率节点的覆盖区域等距划分为由内到外的N层，每层采用的发射功率为：其中，rn为该智能低功率节点覆盖区域第n层的半径，n＝0，1，2，...，N-1，N为总层数，P为该智能低功率节点的发射总功率。其中，所述方位、频谱与层数三维对外干扰矩阵R中，每层的对外干扰矩阵表示为：其中，Bg为智能低功率节点对功率节点g的干扰矩阵，PTg为第g个功率节点的发射功率，Gn为第n层发射功率干扰到的功率节点组，dg代表智能低功率节点至第g个功率节点的距离，为智能低功率节点的干扰半径，可以由解得，Ploss(·)代表路径损耗函数，Wloss，g表示穿墙损耗，Plim为对外干扰功率的限定上界，Ploss(·)已知，Wloss，g由下式确定：PTg与PRg分别表示第g个功率节点的发射功率及其在智能低功率节点处的接收功率，dg为智能低功率节点至功率节点g的距离。其中，所述步骤32具体为：将智能低功率节点覆盖区域划分为M个扇区，通过扇区与方位的关系，将所述方位、频谱与层数的三维对外干扰矩阵R转换为扇区、频谱与层数的全局对外干扰矩阵。其中，所述步骤4进一步包括以下步骤：步骤41，对于任一天线方向偏移Δ，考虑到不同扇区之间可以采用相同的频段，而同一扇区不同层数之间必须使用不同的频段，建立针对扇区m尽可能降低对外干扰的目标函数；步骤42，求解所述目标函数，得到固定天线方位偏移Δ时，扇区m的最优频谱分配状况；步骤43，获取所有扇区的最优频谱分配策略之后，对该天线方向偏移Δ进行频谱分配策略评估，得到最优的天线方向。本专利技术采用分布式SON架构来完善自优化和自配置，SLPN同时结合频谱感知、覆盖区域分层及扇区化、几何关系与信道互易性建立完善的对外干扰模型，在保证分布式策略的适时性与容错性能的同时体现了较好的精确性。本专利技术基于对外干扰模型通过采用匈牙利算法求解最优的频谱分配与天线方向来降低对网络的总体干扰，从而有效地改善了网络的覆盖性能与容量，同时保障了网络的灵活性以及自配置、自优化能力。附图说明图1是LTE-A异构网络中基于频谱感知的低功率节点自组织方法原理框图。图2左图是单功率节点感知模型示意图，图2右图是单功率节点的方位与频谱二维感知矩阵示意图。图3左图是单功率节点对外干扰模型示意图，图3右图是单功率节点的方位与频谱二维对外干扰矩阵示意图。图4左图是覆盖区域分层策略示意图，图4右图是方位、频谱与层数的三维对外干扰矩阵示意图。图5左图是扇区、频谱与层数的三维对外干扰矩阵示意图，图5右图是某一扇区的频谱与层数二维对外干扰矩阵示意图。图6是传统同构网络的SINR分布图。图7是基于普通LPN的异构网络SINR分布图。图8是基于SLPN的异构网络SINR分布图。图9是普通LPN和SLPN异构网络SINR覆盖性能的曲线分布对比图。图10是普通LPN和SLPN异构网络速率覆盖性能的曲线分布对比图。图11是覆盖区域分层策略及多扇区化策略对系统容量的影响曲线图。具体实施方式本专利技术的LTE-A异构网络中基于频谱感知的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LTE‑A异构网络中基于频谱感知的低功率节点自组织方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：初始化智能低功率节点，通过频谱感知确定智能低功率节点所感知到的各个方位及各个频段处的功率信息，并针对感知到的每一功率节点建立感知模型；步骤2：根据所述感知模型，利用智能低功率节点与其他功率节点的方位几何关系及信道的互易性，建立对单功率节点的干扰模型；步骤3：基于所述对单功率节点的干扰模型，建立全局对外干扰模型；步骤4：根据所述全局对外干扰模型，以最小化对外干扰为目标建立基于单扇区的自适应的最优频谱分配算法，得到最优的天线方向。

【技术特征摘要】
1.一种LTE-A异构网络中基于频谱感知的低功率节点自组织方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：初始化智能低功率节点，通过频谱感知确定智能低功率节点所感知到的各个方位及各个频段处的功率信息，并针对感知到的每一功率节点建立感知模型；步骤2：根据所述感知模型，利用智能低功率节点与其他功率节点的方位几何关系及信道的互易性，建立对单功率节点的干扰模型；步骤3：基于所述对单功率节点的干扰模型，建立全局对外干扰模型；步骤4：根据所述全局对外干扰模型，以最小化对外干扰为目标建立基于单扇区的自适应的最优频谱分配算法，得到最优的天线方向。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能低功率节点能够获取每段频谱的功率、通过频谱感知区分感知到的每个功率节点及其方位。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述感知模型还包括单功率节点的方位与频谱二维感知矩阵Ag，其中，g＝0，1，2，...，G-1表示功率节点的序号，G为功率节点总数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2通过对单功率节点的方位与频谱二维感知矩阵Ag结合几何关系与信道互易性，建立对单功率节点干扰矩阵Bg。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述几何关系包括：其中，r为某功率节点的扇区覆盖半径，d为该功率节点与智能低功率节点之间的距离，α为该功率节点与该智能低功率节点之间的连线和该功率节点与其扇区中心之间的连接的夹角，l为该智能低功率节点与该扇区中心之间的距离；δ为该功率节点与该智能低功率节点之间的连线和该智能低功率节点与该扇区中心之间的连线的夹角；β为智能低功率节点至该扇区两圆切线夹角的一半；β1与β2为该智能功率节点对该功率节点覆盖范围影响扩展角度的上限与下限。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括以下步骤：步骤31，基于所述对单功率节点干扰矩阵，结合低功率节点覆盖区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙松林，冉天天，陈娜，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11