[发明专利]基于有源天线三维波束模型的LTE异构网络干扰协调方法

摘要

本发明公开了一种基于有源天线三维波束模型的LTE异构网络干扰协调方法，在有源天线三维波束覆盖LTE异构网络中，宏基站采用内外2波束的3D天线进行覆盖，femtocell仍采用传统的全向天线进行热点覆盖，将小区从内到外划分为3个区域，最里面的区域中的宏用户采用内波束进行覆盖，最外面的区域采用外波束进行覆盖，中间环状区域采用2个波束联合处理来提供服务，这样避免干扰，并针对区域中的femtocell进行分簇复用，从而提高femtocell用户的总吞吐量，针对宏小区中的用户，提出一种波束优化算法，进行小区中内外波束的下倾角调整和资源分配，提高了小区边缘宏用户的吞吐量和小区中宏用户的总吞吐量，改善了边缘用户的吞吐量性能。

主权项

1.一种基于有源天线三维波束模型的LTE异构网络干扰协调方法，其特征在于，该有源天线三维波束覆盖的LTE异构网络中，宏小区采用内外2波束的3D天线进行覆盖，femtocell小区则采用全向天线进行热点覆盖；将小区从内到外划分为3个区域，最里面的区域中的宏用户采用内波束进行覆盖，最外面的区域采用外波束进行覆盖，中间环状区域采用2个波束联合处理来提供服务，并针对区域中的femtocell进行分簇复用，进行小区中内外波束的下倾角调整和资源分配；具体包括以下步骤：步骤一，将小区从里到外依次分为3个区域，最里面区域是采用完全的内波束进行覆盖，中心的环形区域采用内外2个波束的联合传输进行传输数据，最外面区域采用外波束进行覆盖；最里面区域为第一区域，中心的环形区域为第二区域，最外面区域为第三区域；步骤二，基于门限距离，计算第一区域和第三区域中的每个femtocell的干扰指示函数和femtocell的干扰度；步骤三，对第一区域和第三区域中的联合区域中的每个femtocell进行分簇；步骤四，建立femtocell到用户的信道增益模型，并基于3D天线模型构建宏基站到用户的信道增益模型；步骤五，建立3个区域中宏用户和femtocell用户的信噪比和吞吐量模型；步骤六，通过最大化小区中宏用户的总吞吐量，进行3D波束优化；步骤二具体包括：第一步，用femtocell之间的干扰指示函数来表示femtocell之间的干扰情况：其中，Rth表示门限距离，R(i,j)表示第i个femtocell与第j个femtocell之间的距离，SF表示参与分簇的femtocell集合，|SF|表示集合SF中femtocell的数目，并规定e(νi,νi)＝0，即femtocell自身之间是不存在碰撞干扰的；第二步，计算每个femtocell的干扰度，用dG(νi)表示：dG(νi)＝0，则νi是一个孤立点，即0度节点，意味着该femtocell与其余的femtocell均不存在碰撞干扰；步骤三具体包括：第一步，初始化分簇数目l＝1，依据每个femtocell的e(νi,νj)，将第一区域和第三区域中的联合区域中的每个femtocell进行分簇，并用V表示参与分簇的femtocell集合，S表示所有没有干扰的节点(0度节点)集合；第二步，根据集合V中的femtocell元素构建femtocell的干扰矩阵A(G)，并计算每个femtocell的干扰度dG(νi)；第三步，此时干扰矩阵A(G)中有干扰元素，令即返回最大干扰的femtocell数目为i，同时令d_G(ν_i)＝0，即将A(G)矩阵中第i行第i列的元素均置为0，并将节点ν_i记录到初始为空集的集合B中，这样不断将最大干扰元素记录到集合B中，并将干扰矩阵中该元素所在行和列置零，直到A(G)中无干扰元素为止，这样得到只有剩余节点构成的一组分簇结果R′_l，l＝l+1；第四步，不能满足矩阵A(G)为全0矩阵且B为空集，则令集合V为集合B，同时令B为空集，并返回第二步重新构建新干扰矩阵A(G)，得到新的分簇结果R′l；满足矩阵A(G)为全0矩阵且B为空集，此时集合V不为空集，则V中节点自成一组；第五步，将初始的0度节点的集合S分配到包含femtocell数目最少的那组簇中，并结束femtocell分簇算法；步骤六具体包括：第一步，初始化内波束中宏基站的发射功率p₁以及内外波束下倾角θ₁,θ₂，根据已分好簇的femtocell，并确定femtocell对宏用户的干扰并计算迭代次数n＝0时的宏基站的总吞吐量第二步，计算宏基站对femtocell的干扰，并按照信噪比由高到低的顺序，依次进行femtocell用户和宏用户的载波资源的分配：其中，γM为宏用户的最低信噪比需求，根据最低速率需求计算得到；SINRk,n,f表示femtocell到femtocell用户k在第n个子载波上的信噪比；SINRu,n,M表示宏基站到宏用户u在第n个子载波上的信噪比；第三步，将功率p1和下倾角θ1,θ2分别按照下面公式进行迭代：其中，p_step和θ_step分别表示功率和下倾角的迭代步长，表示宏用户总的吞吐量R^M对p₁的偏导，和表示宏用户总的吞吐量R^M分别对下倾角θ₁,θ₂的偏导数；第四步，计算第n+1次迭代的宏用户总的吞吐量第n+1次迭代的吞吐量转第五步；否则，返回第二步继续进行算法；第五步，获得最优的计算出此时的femtocell的用户总的吞吐量和小区总的吞吐量。