一种5g基于干扰的宏微基站协同频率复用方法
阅读说明：本技术 一种5g基于干扰的宏微基站协同频率复用方法 (5G interference-based macro-micro base station cooperative frequency reuse method ) 是由 贝斐峰 王强 李新 华昉 彭雄根 房树森 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种5G基于干扰的宏微基站协同频率复用方法,包括如下步骤：步骤1,建立系统处理单元；步骤2,系统处理单元根据小区边缘界定方法确定小区中心用户和小区边缘用户,给小区中心用户和小区边缘用户分配全部N带宽；步骤3,系统处理单元根据公共参考信号的信号与干扰加噪声比,向宏微基站发出增加或者减少带宽的指令。本发明方法实现简单,适宜应用于现网任何区域,尤其适用于CBD/密集城区等超密度组网、蜂窝结构被破坏、干扰严重的区域。可以很好的解决提高频谱效率与降低实现复杂度之间的矛盾。(The invention provides a 5G interference-based macro-micro base station cooperative frequency reuse method, which comprises the following steps: step 1, establishing a system processing unit; step 2, the system processing unit determines a cell center user and a cell edge user according to a cell edge defining method, and allocates all N bandwidths to the cell center user and the cell edge user; and 3, the system processing unit sends a command of increasing or decreasing the bandwidth to the macro-micro base station according to the signal-to-interference-plus-noise ratio of the common reference signal. The method is simple to realize, is suitable for being applied to any area of the existing network, and is particularly suitable for areas with serious interference, damaged cellular structures and ultra-density networking such as CBD (communication based device)/dense urban areas and the like. The contradiction between the improvement of the spectrum efficiency and the reduction of the realization complexity can be well solved.)
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种5G基于干扰的宏微基站协同频率复用方法。
背景技术
现在暂未有为5G网络专门制定的有效频率复用方案，主流的5G频率复用方案仍沿用基于蜂窝网络的LTE频率复用方案。现有的LTE频率复用方案主要有部分频率复用(FFR)，和软频率复用(SFR)，SFR又分为基本型SFR和增强型SFR。
1、部分频率复用(FFR)
对于LTE系统而言，其采用的独特的OFDMA的接入方式，使得本小区内的用户之间互不干扰，而对于小区边缘的用户则收到来自于其他小区的比较强的干扰。部分频率复用的核心思想在于将处于小区中心和小区边缘的用户区别对待，对于小区中心的用户，由于其距离基站距离比较近，信道条件较好，且本身对其他小区的干扰不大，所以可以将其分配在频率复用因子为1的复用集上。而对于小区边缘的用户，其距离自身的服务基站距离较远，信道条件较差，但其对于其他小区处于相同频率的信号的干扰又较大，所以将其分配在频率复用因子为3的频率复用集上，如图1所示。
固定频率复用方式可包括以下两种方式：
(1)使用40MHz频谱，划分为4个10MHz频带，如图2进行分配；
每个小区实际可用频谱为20MHz。其中两个小区可使用连续的20MHz带宽(f1+f2小区，f1+f3小区)，另一个小区只能使用2个分离的10MHz带宽(f1+f4小区)，频谱配置方式较为复杂。
(2)使用20MHz频谱，内部划分为4个5MHz子频带，如图3所示进行分配；
每个小区在20MHz的频宽下，小区边缘弱信号区域实际可用带宽为5MHz，小区内部强信号区实际可用频谱为10MHz。
2、软频率复用(SFR)
软频率复用继承了部分频率复用的优点，同时采用动态的频率复用因子，比较明显地提高了频率的利用效率。在软频率复用中，所有的频段被分成了两组子载波，一组称为主子载波，另外一组称为辅子载波。主子载波可以在小区的任何地方使用，而辅子载波则只能在小区中心被使用。不同小区之间的主子载波相互正交，在小区边缘有效地抑制了干扰，而辅子载波由于只在小区中心使用，相互之间干扰较小，则可以使用相同的频率。
(1)基本型SFR
在20MHz带宽下，划分为3个6.67MHz频带作为主子载波，供相邻的3个小区边缘各使用一个；同时各小区中心区域使用本小区另外的2/3频谱，如图4所示。
在这种方式下，小区中心使用2/3的可用频谱，小区边缘使用1/3的可用频谱。
(2)增强型SFR
虽然软频率复用对于小区边缘干扰情况的抑制，以及子载波的灵活分配都已有了一定的考虑，但是其分配给不同小区的相互正交的主子载波仍然会带来一定程度的资源浪费，尤其是当小区边缘的业务量较大时，会带来小区之间的频率复用因子增高、频谱利用率下降等后果。增强的软频率复用方案继承了传统的软频率复用的思想，又在其基础上进行了改进，主要在于改进了在业务量变化时可能带来的资源浪费的问题。
在20MHz频谱下，划分为3个频带作为主子载波，同时20MHz频带作为辅子载波只在小区中心使用，如图5和图6所示；
不仅f2、f3、f4的占用带宽根据各小区边缘区域的业务量动态调整，根据业务量大小，各小区中心区域可用频谱也可达到为20MHz。
改进型SFR采用动态配置方式，需要了解周围小区的负载信息，因此需与ICIC(小区间干扰协调)技术配合使用，才能达到良好的效果。
现有技术应用情况分析如下：
1、现有频率复用方案未针对5G超密度组网带来的新干扰问题
5G覆盖区域主要为核心商圈等密集城区，用于热点地区容量吸收，这些区域可用站址基本已建站，再增加宏站比较困难，而对于采用3.5G/4.9G高频段的5G网络，单站覆盖范围较小，传统宏站往往无法进行连续覆盖，5G网络可能采用宏站+大量微站的形式组网，宏站以与4G 1:1同站址共建组网为基础进行一定程度的加密，而宏站中的覆盖空洞依靠大量微站进行补盲、补热。微站的组网架构类似于“滴灌站”分布，原有的LTE基于三扇区基站的蜂窝结构被严重破坏，宏微站之间可能会存在严重干扰。且由于5G的频段高，穿透能力弱，覆盖范围小，环境的微小变化(如：周边新停了一辆公交车、新搭建一个广告台等)都会影响原有的5G网络结构。因此现有基于蜂窝网络的LTE频率复用方案都不能较好的解决5G网络频率干扰问题。
在5G环境下，部分频率复用(FFR)和基本型SFR，两者都是固定频率分配方案(基本型SFR也仅仅改变了功率比)，在实际组网中，用户是移动的，业务分布可能极不均衡，因此需要通过动态频率分配来适应实际情况。此外，5G超密度组网增加/搬迁基站非常频繁，且网络结构受环境变化影响较大，这两种方案在增加/搬迁基站时，需要重新调整基站的频率分配方案，大幅增加了运营商的工作量，同时无法针对网络结构变化做出调整，干扰严重。
增强的软频率复用是软频率复用的改进模式，在一定程度上减少了干扰，提高了频谱利用效率，但其极大增加了基站天线的复杂度以及调度器的计算量，因此LTE现网尚未部署应用。此外，增强型SFR(包括部分频率复用和基本型SFR)都是基于理想蜂窝结构构建的，5G网络单站覆盖范围较小，将会大量部署微基站，蜂窝结构破坏严重，许多区域(尤其是建筑密集的CBD等区域)4个以上的基站信号，届时会存在严重的同频干扰。
发明内容
发明目的：为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种5G基于干扰的宏微基站协同频率复用方法，包括如下步骤：
步骤1，建立系统处理单元；
步骤2，系统处理单元根据小区边缘界定方法确定小区中心用户和小区边缘用户，给小区中心用户和小区边缘用户分配全部N带宽；
步骤3，系统处理单元根据公共参考信号的信号与干扰加噪声比，向宏基站、微基站发出增加或者减少带宽的指令。
步骤1包括：建立系统处理单元，系统处理单元是5G系统为小区边缘用户分配带宽的系统模块，该系统模块集成在核心网、基站或者BBU设备中。
步骤2包括：以业界公认的近点、中点、远点中的远点指标作为门限值，或者，以运营商指定的RS-SINR或RSRP数值作为门限值，其中RS-SINR表示公共参考信号的信号与干扰加噪声比，RSRP表示参考信号接收功率，信号指标小于门限值的区域的用户为小区边缘用户，其他区域的用户都是小区中心用户；5G系统的网络单载频带宽为N，系统处理单元给小区中心用户和小区边缘用户分配全部N带宽。
步骤3包括：将5G系统的所有的频谱f1分成f2和f3两个子频谱，f2即为宏基站保底子频谱，f3即为微基站保底子频谱，X是初始频率，N0是用于区分宏基站保底子频谱和微基站保底子频谱的值；当宏基站覆盖下的小区边缘用户在T2时间内平均RS-SINR值持续小于A后，所述宏基站覆盖下的小区边缘用户在f3上随机减少带宽B，直到宏基站只有带宽f2；f3的范围为X+N0到X+N；同时，宏基站相邻微基站在f2上随机减少带宽B，直到宏基站相邻微基站只有带宽f3；f2的范围是X到X+N0；
当宏基站边缘用户在T2时间内平均RS-SINR值持续大于等于A后，宏基站在f3上随机增加带宽B，其相邻微基站在f2上随机增加带宽B；
当一个小区边缘用户在T1时间内RS-SINR或者RSRP值持续大于门限值时，系统将该用户属性变为小区中心用户，始终为该用户分配全部N带宽；
当一个小区中心用户在T1时间内RS-SINR或者RSRP值持续小于门限值时，系统将该用户属性变为小区边缘用户，始终为该用户分配全部N带宽。
步骤3中，所述宏基站、微基站的关系为：将微基站互配给相邻的宏基站，一个微基站能够与两个以上的宏基站互为邻区，当一个微基站同时收到系统处理单元增加带宽和减少带宽的指令时(因为有的微基站会与两个以上的宏基站互为邻区，可能一个宏基站发来的是增加带宽的指令，另一个宏基站发来的是减少带宽的指令)，微基站执行减少带宽的指令。
本申请提案具有以下技术优点：
1、适合5G网络架构，减少网络干扰
5G组网架构类似于“滴灌站”分布，原有的LTE基于三扇区基站的蜂窝结构被严重破坏。且由于5G的频段高，穿透能力弱，覆盖范围小，环境的微小变化(如：周边新停了一辆公交车、新搭建一个广告台等)都会影响原有的5G网络结构。本发明方法宏微基站分别采用不同的保底子频谱，不依赖蜂窝结构，在不规则网络结构中也可以很好的规避宏微基站之间的干扰。
2、动态调整频谱
本发明方法可以根据用户信号情况动态调整频谱，使得信号较好的小区中心用户分配全部频谱，提升高业务量需求小区的峰值吞吐量，提升用户感知；信号较差的小区边缘用户根据干扰情况分配相应的子频谱，减少宏微小区间的干扰。
3、实现复杂度低
与增强型SFR需要多基站协调处理相比，本发明方法只需要考虑本小区用户网络情况，不需要考虑邻近小区的网络情况，因此本发明方法实现复杂度较低，对网络的改动较少。
4、现网适用性强
本发明方法实现简单，适宜应用于现网任何区域，尤其适用于CBD/密集城区等超密度组网、蜂窝结构被破坏、干扰严重的区域。可以很好的解决提高频谱效率与降低实现复杂度之间的矛盾。
5、网络运维方便
本发明方法实现简单，每个宏基站只需要收集、监控本小区内业务量，基站之间不需要协同，在5G网络频繁增加/搬迁基站等网络变动情况下不需要修改参数，网络运维非常方便。
附图说明
下面结合附图和
具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是部分频率复用示意图。
图2是第一种部分频率复用划分方式。
图3是第二种部分频率复用划分方式。
图4是基本型软频率复用示意图。
图5是增强型SFR示意图。
图6是增强型软频率复用示意图。
图7是本发明的基于干扰的宏微基站协同频率复用方法。
图8是本发明实施例示意图。
具体实施方式
5G网络部署的实际情况需要采用能减少宏微基站干扰的频率分配方案，但是现有的增强型SFR基于理想蜂窝结构且太过复杂，无法很好的解决5G网络干扰问题。因此需要针对5G网络特性，提出能协同宏微基站干扰，实现复杂度又相对简单的频率复用方案。
如图7所示，本申请提出的一种5G基于干扰的宏微基站协同频率复用方法，可以有效减少5G网络边缘用户的干扰。
(1)方案原理
将所有的频谱f1分成f2和f3两个子频谱。实际网络运行中，在基站扇区中心(本小区信号较好，对其它小区干扰较小的区域)分配给用户所有的频谱，以增加扇区整体吞吐量。
在基站扇区边缘区域(本小区信号较差，对其它小区干扰严重的区域)，开始给用户分配所有频谱f1，随着干扰提升逐步减少边缘区域用户使用的频谱，宏站减少非f2的子频谱，与宏站相邻的微基站减少非f3的子频谱。极端情况下宏站只使用f2，微基站只使用f3，使得宏微基站的边缘用户频谱完全错开，减少宏微基站的相互干扰。
(2)方案详细描述
预计网络单载频带宽为N，频谱为f1，宏站的保底子频谱为f2，宏站相邻微基站的保底子频谱为f3，小区结构为宏基站(全向或三扇区)或者三扇区微基站，全向基站视为一个小区，三扇区宏/微基站也视为一个小区(详见图6)。
系统处理单元：即5G系统为宏微小区的边缘区域用户分配带宽的系统模块，该系统模块集成在核心网(参见https://baike.baidu.com/item/％E6％A0％B8％E5％BF％83％E7％BD％91/9849330)、基站或者BBU设备中。系统模块实际上是一种根据网络干扰情况分配子载波的功能模块，是个软件功能，不是硬件，可以通过软件升级实现。具体通过5G核心网的AMF(接入和移动性管理功能)、UPF(用户面功能)和基站的BBU进行功能、算法升级实现。
小区中心和小区边缘界定方法：以业界公认的近点、中点、远点中的远点指标作为小区边缘的门限值，或者以运营商指定的RS-SINR/RSRP数值作为门限值M，信号指标小于门限值的区域即为小区边缘。(4G一般采用如下值：近点RSRP＝-80dBm；中点RSRP＝-95dBm；远点RSRP＝-105dBm，5G由于尚未有网络，因此还没有公认指标，5G RSRP可能比4G低5dB左右)，或者以运营商指定的RS-SINR/RSRP(RS-SINR：公共参考信号的信号与干扰加噪声比；RSRP：参考信号接收功率)数值作为门限值M，信号指标小于门限值M的区域即为小区边缘用户，其他都是中心用户。
当用户相关指标变化时(中心用户指标大于门限值/边缘用户指标小于门限值)，需经过迟滞时间T1，在T1时间内用户指标始终保持在变化后范围内，系统将用户属性相应改变。
宏微基站的关系：参考大网的邻区列表，将微基站互配给相邻的宏基站，一个微基站可能与几个宏基站互为邻区，当一个微基站同时收到系统处理单元增加带宽/减少带宽的指令时，微基站执行减少带宽的指令。
干扰的计算和定义：以运营商/行业规定的边缘小区目标RS-SINR值为A，以运营商/行业规定的合适步长来增加/减少带宽的一次变化量设为B(建议N为B的整数倍)，带宽分配公式如下：
系统初始分配所有宏微小区边缘区域用户的带宽为N。
当宏基站边缘用户的平均RS-SINR值小于A后，该宏基站的边缘用户在f3上(X+N0到X+N)减少带宽B，最少拥有带宽f2，其相邻微基站在f2上(X到X+N0)减少带宽B，最少拥有带宽f3；
当宏基站边缘用户的平均RS-SINR值大于等于A后，宏基站在f3上增加带宽B，其相邻微基站在f2上增加带宽B。
当吞吐量满足相关条件后，需要经过迟滞时间T2，在T2时间内边缘区域用户干扰值始终满足相关条件后，系统为边缘区域用户增加/减少B带宽。
方案运行过程：初始运行时，系统处理单元根据小区边缘界定方法确定小区中心用户和小区边缘用户，给小区中心用户和边缘用户分配全部N带宽。当宏基站边缘用户在T2时间内平均RS-SINR值持续小于A后，该宏基站的边缘用户在f3上(X+N0到X+N)随机减少带宽B，直到宏基站只有带宽f2；同时，其相邻微基站在f2上(X到X+N0)随机减少带宽B，直到相邻微基站只有带宽f3。当宏基站边缘用户在T2时间内平均RS-SINR值持续大于等于A后，宏基站在f3随机增加带宽B，其相邻微基站在f2上随机增加带宽B。当某小区边缘用户在T1时间内RS-SINR/RSRP持续大于M时，系统将该用户属性变为小区中心用户，始终为该用户分配全部N带宽，中心区域用户变小区边缘用户过程类似。
实施例
假设某运营商5G网络所有宏基站采用三扇区模式组网，微基站为全向站，其频谱带宽f1为100MHz；宏基站保底子频谱f2为(X到X+70)MHz，微基站保底子频谱f3为(X+70到X+100)MHz；以RS-SINR＝10dB作为小区边缘用户界定的门限值；迟滞时间T1为5秒；边缘小区目标RS-SINR门限值A为3dB；增加/减少带宽的步长B为10MHz；迟滞时间T2为1秒；系统处理单元集成在核心网和BBU中。
方案运行过程如下(参考图8)：初始运行时，系统处理单元给小区中心用户(RS-SINR≥10dB)和小区边缘用户(RS-SINR<10dB)均分配100MHz带宽；
当宏基站边缘用户在1s内平均RS-SINR值持续小于3dB后，该宏基站的边缘用户在f3【(X+70)MHz到(X+100)MHz】上随机减少10MHz带宽，以此类推直到宏基站只有带宽f2；同时，其相邻微基站在f2上【XMHz到(X+70)MHz】随机减少10MHz带宽，以此类推直到相邻微基站只有带宽f3。
当宏基站边缘用户在1s内平均RS-SINR值持续大于等于3dB后，宏基站在f3上随机增加10MHz带宽，其相邻微基站在f2上随机增加10MHz带宽。
当某小区边缘用户的RS-SINR值在5s内持续大于10dB，系统处理单元将该用户属性变为小区中心用户，始终为该用户分配f1(100MHz)带宽；
当某小区中心用户的RS-SINR值在5s内持续小于10dB，系统处理单元将该用户属性变为小区边缘用户。
本发明提供了一种5G基于干扰的宏微基站协同频率复用方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。