[发明专利]一种具有闭式解的两层蜂窝网络下行协作传输方法

摘要

本发明共公开了一种具有闭式解的两层蜂窝网络下行协作传输方法，包括如下步骤：在由宏基站和毫微基站构成的大规模异构蜂窝网络中，对基站的部署构建几何模型；利用协作门限，根据异构网络中的每个用户从宏基站和毫微基站接收到的最大功率将用户划分分为协作传输模式的用户、非协作传输模式的宏用户以及非协作传输模式的毫微用户；基于调度间隔期间内的当前统计信道状态信息（CSI），针对每个子带采用基于QoS的下行链路（DL）发射功率控制机制，对用户进行功耗建模；根据每个用户的功耗，对该大规模两层异构蜂窝网络进行跨层协作的能谱效分析，推导出该网络下的能量‑频谱效率的闭式解。

主权项

1.一种具有闭式解的两层蜂窝网络下行协作传输方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在由宏基站和毫微基站构成的大规模异构蜂窝网络中，对基站的部署构建几何模型。第i层中的基站根据密度λi建模为二维均匀PPP分布。用户建模为强度为λu的均匀PPP分布，且λu与λi相比足够高，使得每个基站至少服务一个用户。假设毫微基站之间是相互孤立的，即互相之间没有干扰。则在传输间隔期间，由特定信道中的宏基站和(或)毫微基站服务的用户将经历来自其他宏基站的干扰。假设小区中的不同用户使用正交时间‑频率资源(例如OFDMA)来服务，将不存在小区内干扰。不同的宏基站和毫微基站可以使用相同的信道(即同信道部署)；(2)利用协作门限，根据异构网络中的每个用户从宏基站和毫微基站接收到的最大功率将用户划分分为协作传输模式的用户、非协作传输模式的宏用户以及非协作传输模式的毫微用户。将B定义为服务于用户的基站集合，则某用户的服务基站集合可以如下定义：其中，ω和β是协作门限，ω∈[0,1]，β∈(1,+∞)。r1和r2分别是该用户到最近的宏基站和毫微基站的距离，Bm和bm分别是距离该用户最近的宏基站和毫微基站，p1max和p2max分别是宏基站和毫微基站的最大发射功率，α是路径损耗指数，α＞2。(3)基于调度间隔期间内的当前统计信道状态信息(CSI)，针对每个子带采用基于QoS的下行链路(DL)发射功率控制机制，对用户进行功耗建模。将与子带B_m,j相关联的第j个non‑CoMP macro UE u_m,j分配适当量的发射功率以满足其速率要求：其中，代表第m个小区中第j个非协作宏用户u_m,j接收到的来自宏基站的功率，表示从宏基站到该用户的大尺度路径损耗，表示从宏基站到该用户的快衰落信道增益。最坏情况下的干扰由下式给出：其中，是来自子带B_m,j中所有其他基站的干扰，P_1max是宏基站的最大发射功率，N_m是第m个小区中的用户数量。对第k个non‑CoMP pico UE um,k：其中，代表第m个小区中第k个非协作毫微用户u_m,k接收到的来自毫微基站的功率，表示从毫微基站到该用户的大尺度路径损耗，表示从毫微基站到该用户的快衰落信道增益。最坏情况下的干扰由下式给出：其中，其中，是来自子带B_m,k中所有其他基站的干扰。对于第l个CoMP用户um,l来说：其中，，代表第m个小区中第l个协作用户u_m,l接收到的来自宏基站的功率，代表第m个小区中第l个协作宏用户u_m,l接收到的来自毫微基站的功率。和分别表示从宏基站和毫微基站到该用户的大尺度路径损耗，和分别表示从宏基站和毫微基站到该用户的快衰落信道增益。最坏情况下的干扰由下式给出：其中，是来自子带B_m,l中所有其他基站的干扰。(4)根据每个用户的功耗，对该大规模两层异构蜂窝网络进行跨层协作的能谱效分析，推导出该网络下的能量‑频谱效率的闭式解，将宏基站密度、毫微基站密度、移动业务强度和两个协作门限作为待求解的未知参数。在具有宏基站密度为λ1，毫微基站密度为λ2的大规模CoMP蜂窝网络中，移动业务强度为λu，对于需求的服务速率Rm,j，由宏基站Bm到non‑CoMP macro UE um,j的平均下行发射功率为：由毫微基站bm到non‑CoMP pico UE um,k的平均下行发射功率定义为：由宏基站Bm到CoMP UE um,l的平均下行发射功率定义为：其中，特殊情况下，当α1＝α2＝α时，某用户为非协作宏用户，非协作毫微用户以及协作用户的概率分别为：qC＝1‑qM‑qP  (18)在小区Vm中，对于速率需求为R的单一用户的平均下行发射功率为：假设所有的no‑CoMP UEs和CoMP UEs具有相同的速率R。对于需求的服务速率R，小区Vm中的下行发射功率为：该网络的功耗和吞吐量可以分别表示为：Power＝ελ1E[Pcell]+λ1Pc+λ2Pb  (21)Throughput＝Rλu(22)其中，Pc和Pb分别代表电路功率和协作传输复杂度的基带处理功率，ε是功放系数。根据式(8)以及以上的分析，可以得到ESE的闭式解。