基于中介区域寻优的分层异构LTE系统分数频率复用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于中介区域寻优的分层异构LTE系统分数频率复用方法，根据需要将宏小区分为K个扇区，然后由内向外将宏小区划分为中心区域、中介区域和边缘区域，共计3K个子区域，然后根据宏基站用户MUE的频谱分配原则进行各个子区域中宏基站用户MUE的频谱预分配，以及根据次级基站FBS的频谱分配原则进行各个子区域中次级基站FBS的频谱预分配，采用基于干扰探针的中介区域最优外半径确定方法确定中介区域外半径的最优值，最后完成宏小区区域的最终划分以及频谱分配。采用本发明专利技术可以通过对中介区域的半径进行寻优，实现低跨层干扰和高频谱利用率的宏小区区域划分，并通过对每个子区域中宏基站用户和次级基站进行频谱划分，降低干扰，提高系统吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
基于中介区域寻优的分层异构LTE系统分数频率复用方法
本专利技术属于分层异构LTE通信
，更为具体地讲，涉及一种基于中介区域寻优的分层异构LTE系统分数频率复用方法。
技术介绍
随着LTE系统在现实生活中的广泛部署，为了提高小区边缘用户服务质量和小区吞吐量，低传输功率的次级基站(Femto-CellBasestation,FBS)和宏基站(Macro-CellBasestation,MBS)共存的分层异构网络方案得到了广泛地应用。次级基站FBS使用移动网络运营商的授权频段，并且能够部署不同子带分别分配给宏小区和次级小区的正交模式从而避免干扰，但随之而来的代价是低网络容量和低频谱利用率。次级基站也可部署为以高跨层干扰为代价的、宏基站和次级基站共享频谱资源的共信道模式，从而改善网络吞吐量。但无论哪种模式，如何解决次级基站和宏基站之间的干扰始终是分层异构LTE网络能否成功部署的关键。分数频率复用(FractionalFrequencyReuse,FFR)技术作为一种有较高关注度和效率的正交频分多址干扰协调技术以其低复杂度、最小信令开销和高小区覆盖率而广泛应用于分层异构蜂窝网络中。分数频率复用的基本机制是将整个频谱分为多个子带，每个子带分别分配给不同的宏小区或者一个宏小区中不同的区域。这样达到的效果是宏基站和次级基站的频谱资源之间没有重叠，那么宏基站和次级基站之间的干扰也随之减少。目前主流FFR方案更加倾向于将宏小区内分为不同区域，然后根据不同区域干扰的不同而采取相应频率复用因子(FrequencyReuseFactor,FRF)的FFR方案。图1是宏小区区域划分示意图。如图1所示，目前的宏小区划分是根据距离中心宏基站距离划分为中心区域(CenterRegion,CR)和边缘区域(EdgeRegion,ER)。在中心区域和边缘区域中使用不同的频谱，这种方案降低了边缘区域用户的干扰，提升了小区边缘用户的服务质量。但是这种方案频率利用率低下，极大程度上削弱了小区负载能力和应对用户突发增加的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于中介区域寻优的分层异构LTE系统分数频率复用方法，将宏小区区域进行扇区划分，并由内向外划分为中心区域、中介区域和边缘区域，同时对中介区域的半径进行寻优，对每个子区域中宏基站用户和次级基站进行频谱划分，在保证频谱利用率的同时降低干扰，提高系统吞吐量。为实现上述专利技术目的，本专利技术基于中介区域寻优的分层异构LTE系统分数频率复用方法包括以下步骤：S1：首先对宏小区区域进行初步区域划分，划分方法为：在宏小区区域内，根据需要将宏小区分为K个扇区，K≥1，然后将与宏小区中心距离在[0,r1]范围内的区域作为中心区域，将与宏小区中心距离在(r1,r2]范围内的区域作为中介区域，剩余区域作为边缘区域，划分得到3K个子区域，其中r1＜r2＜R，r1表示中心区域半径，根据实际需要确定，r2表示中介区域外半径，为待定值，R表示宏小区的半径；S2：根据宏基站用户MUE的频谱分配原则进行各个子区域中宏基站用户MUE的频谱预分配，频谱分配原则为：K个扇区的中心区域内的宏基站用户MUE统一采用一个子带，每个扇区的中介区域和边缘区域中的宏基站用户MUE采用一个子带，且与中心区域、相邻扇区的中介区域和边缘区域不同；S3：根据次级基站FBS的频谱分配原则进行各个子区域中次级基站FBS的频谱预分配，分配原则为：每个扇区的中心区域和中介区域内的次级基站FBS采用与该扇区和相邻扇区内宏基站用户MUE不同的子带，每个扇区的边缘区域内的次级基站FBS采用与该扇区的边缘区域内宏基站用户MUE不同的子带；S4：采用基于干扰探针的中介区域最优外半径确定方法确定中介区域外半径r2的最优值，其具体方法包括以下步骤：S4.1：根据实际情况构建小区模型，将步骤S1中的宏小区区域作为小区模型的中心小区，设置各项小区模型参数，包括信道模型参数，并根据步骤S1对除宏小区区域以外的其他小区进行区域划分；S4.2：在作为中心小区的宏小区区域其中一个扇区的中心线上等间距设置N个次级基站用户FUE作为探测点；S4.3：设置中介区域外半径r2＝r1；S4.4：设置仿真次数t＝1；S4.5：在小区模型中采用随机撒点的方式生成若干宏基站用户MUE和次级基站FBS，为每个作为探测点的次级基站用户FUE配置一个次级基站FBS，根据步骤S2和步骤S3的频谱分配原则确定宏基站用户MUE和次级基站FBS所使用的子带；S4.6：仿真获取所有宏基站用户MUE和作为探测点的次级基站用户的吞吐量，累加作为系统吞吐量；S4.7：判断是否t＜T，T表示蒙特卡洛仿真次数，如果是，进入步骤S4.8，否则进入步骤S4.9；S4.8：令t＝t+1，返回步骤S4.5；S4.9：将T次仿真获取的系统吞吐量进行平均，计算得到当前中介区域半径对应的平均系统吞吐量；S4.10：令中介区域外半径r2＝r2+Δr；S4.11：判断是否r2＞R，如果不是，返回步骤S4.4，否则进入步骤S4.12；S4.12：从所有平均系统吞吐量中搜索得到最大值，对应的中介区域外半径即为中介区域最优外半径；S5：根据步骤S4得到的中介区域最优外半径完成宏小区区域的最终划分，各个宏基站用户MUE根据其自身位置判断所处子区域，根据步骤S2中的频谱预分配结果确定所使用子带，各个次级基站FBS根据其自身位置判断所处子区域，根据步骤S3中的频谱预分配结果确定所使用子带。本专利技术基于中介区域寻优的分层异构LTE系统分数频率复用方法，根据需要将宏小区分为K个扇区，然后由内向外将宏小区划分为中心区域、中介区域和边缘区域，共计3K个子区域，然后根据宏基站用户MUE的频谱分配原则进行各个子区域中宏基站用户MUE的频谱预分配，以及根据次级基站FBS的频谱分配原则进行各个子区域中次级基站FBS的频谱预分配，采用基于干扰探针的中介区域最优外半径确定方法确定中介区域外半径的最优值，最后完成宏小区区域的最终划分以及频谱分配。采用本专利技术可以通过对中介区域的半径进行寻优，实现低跨层干扰和高频谱利用率的宏小区区域划分，并通过对每个子区域中宏基站用户和次级基站进行频谱划分，在保证频谱利用率的同时降低干扰，提高系统吞吐量。附图说明图1是宏小区区域划分示意图；图2是本专利技术基于中介区域的分层异构LTE系统分数频率复用方法的具体实施方式流程图；图3是本实施例中6扇区的宏小区区域划分示意图；图4是本实施例中频谱预分配示意图；图5是本专利技术中基于干扰探针的中介区域最优外半径确定方法的流程图；图6是本实施例中19小区网络的结构图；图7是本实施例中次级基站用户FUE的吞吐量随中介区域外半径变化趋势图；图8是本实施例中19小区网络内宏基站用户MUE和次级基站FBS分布图；图9是不同FFR方法下目标小区中次级基站用户FUE总吞吐量随次级基站FBS数量的变化趋势图；图10是不同FFR方法下目标小区宏基站用户MUE总吞吐量随次级基站FBS数量的变化趋势图；图11是不同FFR方法下系统总吞吐量随次级基站FBS数量的变化趋势图；图12是本实施例中频谱分配优化前后的次级基站用户信噪比对比图；图13是不同FFR方法下中断概率随信噪比门限值变化趋势图。具体实施方式下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于中介区域寻优的分层异构LTE系统分数频率复用方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：首先对宏小区区域进行初步区域划分，划分方法为：在宏小区区域内，根据需要将宏小区分为K个扇区，K≥1，然后将与宏小区中心距离在[0,r1]范围内的区域作为中心区域，将与宏小区中心距离在(r1,r2]范围内的区域作为中介区域，剩余区域作为边缘区域，划分得到3K个子区域，其中r1＜r2＜R，r1表示中心区域半径，根据实际需要确定，r2表示中介区域外半径，为待定值，R表示宏小区的半径；S2：根据宏基站用户MUE的频谱分配原则进行各个子区域中宏基站用户MUE的频谱预分配，频谱分配原则为：K个扇区的中心区域内的宏基站用户MUE统一采用一个子带，每个扇区的中介区域和边缘区域中的宏基站用户MUE采用一个子带，且与中心区域、相邻扇区的中介区域和边缘区域不同；S3：根据次级基站FBS的频谱分配原则进行各个子区域中次级基站FBS的频谱预分配，分配原则为：每个扇区的中心区域和中介区域内的次级基站FBS采用与该扇区和相邻扇区内宏基站用户MUE不同的子带，每个扇区的边缘区域内的次级基站FBS采用与该扇区的边缘区域内宏基站用户MUE不同的子带；S4：采用基于干扰探针的中介区域最优外半径确定方法确定中介区域外半径r2的最优值，其具体方法包括以下步骤：S4.1：根据实际情况构建小区模型，将步骤S1中的宏小区区域作为小区模型的的中心小区，设置各项小区模型参数，包括信道模型参数，并根据步骤S1对除宏小区区域以外的其他小区进行区域划分；S4.2：在作为中心小区的宏小区区域其中一个扇区的中心线上等间距设置N个次级基站用户FUE作为探测点；S4.3：设置中介区域外半径r2＝r1；S4.4：设置仿真次数t＝1；S4.5：在小区模型中采用随机撒点的方式生成若干宏基站用户MUE和次级基站FBS，为每个作为探测点的次级基站用户FUE配置一个次级基站FBS，根据步骤S2和步骤S3的频谱分配原则确定宏基站用户MUE和次级基站FBS所使用的子带；S4.6：仿真获取所有宏基站用户MUE和作为探测点的次级基站用户的吞吐量，累加作为系统吞吐量；S4.7：判断是否t＜T，T表示蒙特卡洛仿真次数，如果是，进入步骤S4.8，否则进入步骤S4.9；S4.8：令t＝t+1，返回步骤S4.5；S4.9：将T次仿真获取的平均系统吞吐量进行平均，计算得到当前中介区域半径对应的平均系统吞吐量；S4.10：令中介区域外半径r2＝r2+Δr；S4.11：判断是否r2＞R，如果不是，返回步骤S4.4，否则进入步骤S4.12；S4.12：从所有平均系统吞吐量中搜索得到最大值，对应的中介区域外半径即为中介区域最优外半径；S5：根据步骤S4得到的中介区域最优外半径完成宏小区区域的最终划分，各个宏基站用户MUE根据其自身位置判断所处子区域，根据步骤S2中的频谱预分配结果确定所使用子带，各个次级基站FBS根据其自身位置判断所处子区域，根据步骤S3中的频谱预分配结果确定所使用子带。...

【技术特征摘要】
1.一种基于中介区域寻优的分层异构LTE系统分数频率复用方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：首先对宏小区区域进行初步区域划分，划分方法为：在宏小区区域内，根据需要将宏小区分为K个扇区，K≥1，然后将与宏小区中心距离在[0,r1]范围内的区域作为中心区域，将与宏小区中心距离在(r1,r2]范围内的区域作为中介区域，剩余区域作为边缘区域，划分得到3K个子区域，其中r1＜r2＜R，r1表示中心区域半径，根据实际需要确定，r2表示中介区域外半径，为待定值，R表示宏小区的半径；S2：根据宏基站用户MUE的频谱分配原则进行各个子区域中宏基站用户MUE的频谱预分配，频谱分配原则为：K个扇区的中心区域内的宏基站用户MUE统一采用一个子带，每个扇区的中介区域和边缘区域中的宏基站用户MUE采用一个子带，且与中心区域、相邻扇区的中介区域和边缘区域不同；S3：根据次级基站FBS的频谱分配原则进行各个子区域中次级基站FBS的频谱预分配，分配原则为：每个扇区的中心区域和中介区域内的次级基站FBS采用与该扇区和相邻扇区内宏基站用户MUE不同的子带，每个扇区的边缘区域内的次级基站FBS采用与该扇区的边缘区域内宏基站用户MUE不同的子带；S4：采用基于干扰探针的中介区域最优外半径确定方法确定中介区域外半径r2的最优值，其具体方法包括以下步骤：S4.1：根据实际情况构建小区模型，将步骤S1中的宏小区区域作为小区模型的的中心小区，设置各项小区模型参数，包括信道模型参数，并根据步骤S1对除宏小区区域以外的其他小区进行区域划分；S4.2：在作为中心小区的宏小区区域其中一个扇区的中心线上等...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，程绍龙，黄赐，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11