[发明专利]一种5G超密集网络虚拟小区构建方法

说明书

本发明设计一种5G超密集网络虚拟小区构建方法，包括：步骤1：构建UDN网络，设置网络中所有基站的发射功率、接收信噪比阈值、无线信道带宽、无线信号衰减系数相关参数；步骤2：随机生成具有不同运动速率和运动轨迹的用户；步骤3：宏基站周期性的根据用户当前位置和瞬时运动方向构建动态象限，并根据用户接收所有小小区基站的接收信号强度选择同步基站以构建该用户此时刻的虚拟小区；步骤4：宏基站周期性的根据接收信噪比阈值和接收信号强度差值阈值选择每个用户的服务基站；步骤5：计算传输速率并统计吞吐量信息。本发明的虚拟小区构建方法可解决传统UDN网络中用户服务基站频繁切换和Ping‑Pang效应的问题。

技术领域

本发明属于第五代移动通信技术(5G)领域，尤其涉及一种5G超密集网络虚拟小区构建方法。

背景技术

近年来，互联网用户数目激增，高清晰视频、云计算、边缘计算、在线游戏、触觉通信、机器通信等多种新型业务不断涌现，对网络容量、速率和可靠性提出了更高的要求。第五代移动通信技术(5G)利用新型物理层通信技术、网络虚拟化技术以及多网融合的方式，能够以更高的接入速率(高达10Gbps)，更低的网络能耗，实现为用户提供灵活定制的接入服务，成为目前研究的热点。

在第三代移动通信(3G)网络中，宏基站(Macrocell)部署密度为4-5个/km²，第四代移动通信技术(4G)通过在用户密集地区部署小小区基站(如Femtocell)解决了网络热点问题，保证了用户服务质量。此时Macrocell基站与Femtocell基站能够以合作的方式实现用户数据传输，小小区基站仅为原宏小区基站的补充。而5G为实现数据传输速率的百倍提升，在小小区基站引入无需注册的毫米波通信技术，既实现了高速数据传输也避免了与宏基站之间的同道信号干扰。同时，将宏基站通信业务卸载到小小区基站，使原始宏基站负责扩大网络覆盖范围并控制小小区基站，能够大幅度提高信号传输速率、降低网络能耗，因此成为5G通信系统重要的解决方案。然而，毫米波通信受氧气吸附等影响传输距离受限，需要通过大量部署小区基站才能保证网络完全覆盖，即超密集组网(UDN)。

5G超密集网络拓扑如图1所示。小小区基站处于宏基站的覆盖范围内，并通过宏基站接入到回程网络和骨干网。宏基站负责网络控制指令的传输以及小小区的管理，并保证了整个网络的覆盖范围。而数据业务被卸载到小小区基站，利用光毫米波通信技术实现高速数据通信。回程网络采用目前流行的无源光网络(PON)，结合其光纤传输的远距离、大容量和高可靠性特征使整个接入网具有高速灵活的特性，能够实现随时随地用户接入。

在UDN网络中，由于基站之间距离较短，使得移动用户服务基站选择以及用户移动过程中越区切换的问题变得更加复杂。如何通过合理管控实现用户透明的基站无缝切换成为亟待解决的重要问题。为此，研究者提出了虚拟小区的概念。既将网络中的所有传输基站分成三类：异步基站、同步基站以及服务基站。如图1所示，对于每个移动用户，利用周围基站构建一个虚拟小区，虚拟小区内的所有基站相互同步，为同步基站，虚拟小区之外的基站为异步基站。用户在一个时间选择一个同步基站为其服务基站。同时，随着用户移动，虚拟小区所含基站范围不断变化，用户服务基站也在同步基站之间切换。然而，由于小小区基站距离较近，用户的不规则运动会带来小区频繁切换和乒乓(Pang-Ping)效应等问题，影响用户服务质量以及系统性能。因此，设计切实可行的虚拟小区创建和重构方案和服务基站选择方法尤为重要。

发明内容

本发明实施例提供一种5G超密集网络虚拟小区构建方法，以解决传统UDN网络中移动用户服务基站频繁切换和Ping-Pang效应的问题。

本发明提供一种5G超密集网络虚拟小区构建方法，包括以下步骤：

步骤1：构建UDN网络，设置网络中所有基站的发射功率、接收信噪比阈值、无线信道带宽、无线信号衰减系数相关参数；

步骤2：随机生成具有不同运动速率和运动轨迹的用户，运动轨迹包括圆周型、直线型和折线型；