一種應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)增強型干擾協(xié)調(diào)中的調(diào)度方法及其優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線移動通信領(lǐng)域，具體是一種應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)增強型干擾協(xié)調(diào)中的 調(diào)度方法及其優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的ICIC(IntercellInte;rferenceCoordination,干擾協(xié)調(diào)）方案已不能解 決LTE-A異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)干擾場景下的干擾，所WRe^lO中主要針對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中宏基站和低功率 節(jié)點間的干擾進(jìn)行協(xié)調(diào)，并提出了增強型小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)。增強型干擾協(xié)調(diào)著重研究了小 區(qū)區(qū)域擴(kuò)展和近似空白子帖兩項技術(shù)。小區(qū)區(qū)域擴(kuò)展擴(kuò)大了化NB(PicoeNodeB，微基站） 的覆蓋范圍，將宏基站用戶卸載到Pico節(jié)點，均衡了系統(tǒng)的負(fù)載；而近似空白子帖是在特 定子帖內(nèi)不允許MeNB(MacroeNodeB，宏基站）發(fā)送除小區(qū)專有參考信號之外任何控制和 數(shù)據(jù)信號，W降低此時對相鄰微微基站的干擾。
[0003]目前許多文獻(xiàn)對增強型干擾協(xié)調(diào)中所運用的調(diào)度算法展開了研究。由于比例 公平算法【JalaliA,PadovaniR,PankajR.DataT虹OU曲putofCDMA-HDRaHi曲 Efficiency-HighDataRatePersonalCommunicationWirelessSystem[C].inIEEE 51stVehi州IarTechnologyConferenceProceedings, 2000,pp. 1854-1858.】及其衍生 算法僅考慮用戶的吞吐量、公平性。然而在LTE-A異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了擴(kuò)展區(qū)域之后，會造成運 種算法無法準(zhǔn)確判別用戶的類型，導(dǎo)致不能在準(zhǔn)確的子帖調(diào)度相應(yīng)的用戶。運就造成在正 常子帖時期，調(diào)度器調(diào)度中屯、用戶，在近似空白子帖時期也可能調(diào)度中屯、用戶，此時擴(kuò)展區(qū) 域用戶基本獲得不了資源，會出現(xiàn)"餓死"的現(xiàn)象，如文獻(xiàn)【BasimAY.Rangeexpansion化r picocellinheterogeneousLTE-AcelIul曰rnetwork[C],InternationalConferenceon ComputerScienceand化tworkTechnology(ICCSNT),QiangQum, 2012:1372-1379.】所 述。
[0004] 為此，在調(diào)度時，在近似空白子帖調(diào)度擴(kuò)展區(qū)域用戶、在正常子帖調(diào)度中 屯、區(qū)域用戶，文南犬【SomasundaramK.ProportionalfairnessinLTE-Adv曰need heterogeneoushetworkswitheICIC[C]//VehicularTechnologyConference(VTC Fall)，LasVegas,NV. 2013:1-6.】用比例公平調(diào)度算法區(qū)分調(diào)度，結(jié)果表明增強型 干擾協(xié)調(diào)提高了網(wǎng)絡(luò)整體的吞吐量，特別是擴(kuò)展區(qū)域用戶的性能有明顯提升。文 南犬【ShirakabeM,MorimotoA,andMikiN.Performanceevaluationofinter-cell interferencecoordinationandcel!rangeexpansioninheterogeneousnetworks forLTE-AdvanceddownIink[C]//InternationalSymposiumonWirelessCommun. Systems(ISWCS).Lucca,Italy, 2010:844-848.】從公平性的角度出發(fā)，使用輪詢調(diào)度算法 區(qū)分調(diào)度，結(jié)果表明增強型干擾協(xié)調(diào)有助于提升系統(tǒng)的公平性。相比于不區(qū)分調(diào)度時，雖然 系統(tǒng)的吞吐量有所下降，但是擴(kuò)展區(qū)域的用戶不會出現(xiàn)"餓死"現(xiàn)象，正因為區(qū)分調(diào)度方法 所獲得的良好性能，大部分文章在調(diào)度時都是應(yīng)用區(qū)分調(diào)度算法。
[0005] 然而區(qū)分調(diào)度算法只是通過不同用戶在不同子帖區(qū)分調(diào)度提升網(wǎng)絡(luò)的公平性，但 同一種用戶也存在巨大差異。由于用戶距離微基站的距離不同，所獲得的信噪比也不同， 隨著距離的增大，信噪比依次減小。一般情況下用戶在近似空白子帖時刻所獲得的信噪比 比在正常子帖時刻所獲得的信噪比要高許多，而且中屯、區(qū)域的邊緣用戶只在正常子帖上調(diào) 度，而此時的信噪比很小，中屯、區(qū)邊緣的用戶所獲得的速率非常低，特別是比例公平調(diào)度， W至于無法保證其QoS(如alityofService,服務(wù)質(zhì)量）需求，而與其相鄰的擴(kuò)展區(qū)域用戶 所獲得的速率卻很高，運就出現(xiàn)了中屯、用戶"餓死"現(xiàn)象，稱之為"中屯、陷阱"，運種情形下需 要對運種特定的情形提出相應(yīng)的調(diào)度算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供避免"中屯、陷阱"問題，即中屯、區(qū)域的邊緣用戶只在正常 子帖上調(diào)度，而此時的信噪比很小，中屯、區(qū)邊緣的用戶所獲得的速率非常低，特別是比例公 平調(diào)度，W至于無法保證其QoS需求，而與其相鄰的擴(kuò)展區(qū)域用戶所獲得的速率卻很高，運 就出現(xiàn)了中屯、用戶"餓死"現(xiàn)象，因而提出一種應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)增強型干擾協(xié)調(diào)中的調(diào)度方 法，并基于該方法提出一種容量和負(fù)載均衡的優(yōu)化方法。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008]-種應(yīng)用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)增強型干擾協(xié)調(diào)中的調(diào)度方法，包含下列步驟：
[000引步驟1 :區(qū)分正常子帖與近似空白子帖
[0010] 正常子帖與近似空白子帖區(qū)別在于，在近似空白子帖上能發(fā)送小區(qū)公共信號，但 是在近似空白子帖上不能發(fā)射用戶專用的物理下行控制信道；包含有多媒體廣播與多播業(yè) 務(wù)信號和用于定位的位置參考信號的子帖不能配置為近似空白子帖；3GPP協(xié)議協(xié)定一個 調(diào)度周期內(nèi)，近似空白子帖的比例能設(shè)定為1/8、2/8、3/8或者3/20 ;
[0011] 步驟2 :用戶在正常子帖時刻的調(diào)度方法
[0012] 假設(shè)一個小區(qū)內(nèi)含有M個用戶，并且認(rèn)為調(diào)度器具有無限緩存，下行鏈路調(diào)度時， 分組調(diào)度器會在短時間間隔內(nèi)選取一個用戶，并給其配置資源；定義跨M。和>;w，,分別表示用 戶m在時刻的瞬時接收功率和瞬時速率，和分別表示在[te，tj時間段內(nèi) 的用戶長期平均吞吐量化bit/s)和長期平均接收功率（地m)，長期平均吞吐量的單位是 化it/s，長期平均接收功率的單位是地m，其中t。為初始時刻；根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的物理意 義，知> 0和<DS同時假設(shè)調(diào)度器了解當(dāng)時信道的所有信息，在調(diào)度時能有效參 考瞬時接收功率和瞬時傳輸速率；用戶m的長期平均吞吐量可W由下式遞歸計算得到，
[0014]其中V。是根據(jù)QoS需求為了保證用戶公平性而增加的一個滑動時間窗口，取 '化；5 (?)是Kronecker函數(shù)，；其中調(diào)度符號化。=,打，"eiV，meM}是表示在t。時 用戶m被調(diào)度；在遵循吞吐量的比例公平調(diào)度算法下，當(dāng)用戶的瞬時信道質(zhì)量高于客戶自 己時間的平均信道質(zhì)量時，則調(diào)度器優(yōu)先調(diào)度該用戶，
[0016] 步驟3 :用戶在近似空白子帖時刻的調(diào)度方法
[0017] 近似空白子帖時期，在保留比例公平調(diào)度算法的同時，引入用戶的擴(kuò)展因子 改進(jìn)對比例公平調(diào)度算法，即n-ECPF調(diào)度算法；其中，表示如公式（3)所示，
[0019] n-ECPF調(diào)度算法的步驟如下：
[0020] 首先調(diào)度器每一次調(diào)度時監(jiān)測用戶的擴(kuò)展因子，則平均擴(kuò)展因子的遞歸表達(dá)式 為，
[0022] 其中:香取決于用戶接收信號相關(guān)性，取S=S ，調(diào)度時調(diào)度器的表達(dá)式為，
公式巧）
[0023] 其中0<n< 1，用于調(diào)節(jié)調(diào)度擴(kuò)展區(qū)域用戶和中屯、邊緣用戶的比例，K是統(tǒng)一量 綱，K的表達(dá)式如公式（6)所示，
[00巧]。O表示在輪詢調(diào)度時的帶寬，帶寬還與網(wǎng)絡(luò)實際參數(shù)總用戶數(shù)量rv和資源總 量N。,。,。滿關(guān)；
[0026] 定義公式（7)，
[0028] 根據(jù)定義知道，在t。1到t。時刻覆蓋和容量的綜合評定量的變化量為如公 式做所示，
[0030] 通過調(diào)度來保證業(yè)務(wù)覆蓋和吞吐量的綜合需求目標(biāo)函數(shù)，如公式（9)所示：
[0032] 得到調(diào)度的綜合評定量,其獲得最佳優(yōu)先級的表達(dá)式如公式（10)所示，
[0033] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：在近似空白子帖上能發(fā)送小區(qū)公共信號包括主同步信 號、輔同步信號、物理廣播信道、物理控制格式指示信道、發(fā)送系統(tǒng)信息廣播時的物理下行 控制信道、物理下行控制信道、物理下行共享信道、物理混合自動重傳請求指示信道。
[0034] 一種基于上述調(diào)度方法的容量和負(fù)載均衡的優(yōu)化方法，包含兩個調(diào)節(jié)方法，分別 是區(qū)域擴(kuò)展觸發(fā)方法和調(diào)度觸發(fā)方法；其中區(qū)域擴(kuò)展觸發(fā)方法是通過區(qū)域擴(kuò)展實現(xiàn)宏小區(qū) 和微微小區(qū)間的負(fù)載均衡；調(diào)度觸發(fā)方法只要是調(diào)節(jié)微微小區(qū)內(nèi)部用戶的調(diào)度，容量和負(fù) 載優(yōu)化方法實現(xiàn)的步驟如下：
[0035] (1)網(wǎng)絡(luò)會分析宏小區(qū)與微微小區(qū)之間的負(fù)載的差異，當(dāng)宏小區(qū)的負(fù)載在一個時 間范圍AT內(nèi)均低于或高于微微小區(qū)的負(fù)載時，其會觸發(fā)微微基站調(diào)節(jié)區(qū)域擴(kuò)展值；
[0036] (2)區(qū)域擴(kuò)展值按照一定的步長增大或減小區(qū)域擴(kuò)展值，然后確定各個小區(qū)的用 戶集合，并重新分析各小區(qū)的負(fù)載，形成新用戶集；
[0037] (3)小區(qū)形成的新用戶集，調(diào)度器按照一定步