一種蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下用戶接入模式選擇方法，屬于通信領(lǐng)域。本發(fā)明的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的待接入用戶可以選擇三種接入模式，分別為宏蜂窩接入模式、小蜂窩接入模式和D2D中繼接入模式。D2D中繼接入模式可以使小蜂窩覆蓋范圍外的待接入用戶在滿足一定的條件下通過與小蜂窩用戶建立D2D直連通信的方式，由該小蜂窩用戶作為中繼接入到小基站，從而提升小基站的服務(wù)范圍，提高用戶體驗。同時，本發(fā)明也提供了一種接入模式選擇方法以及D2D中繼接入模式下的中繼選擇、信道與功率分配方法，可以有效解決接入模式選擇、中繼選擇、信道與功率分配問題，提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的能量效率。
【專利說明】一種蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別涉及一種蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著無線通信系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，已有的單一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足高速率、大容量、高服務(wù)質(zhì)量的通信要求，下一代無線通信技術(shù)正朝著多種無線網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)融合的方向發(fā)展。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是指在宏基站覆蓋的范圍內(nèi)，引入其他通信方式，有針對性地加強特定區(qū)域的覆蓋，形成多層覆蓋的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)靈活，維護成本低廉，因而受到了廣泛的關(guān)注。
[0003]在單一的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入小蜂窩形成蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是目前使用較為廣泛的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，小蜂窩分布于宏蜂窩內(nèi)，每個小蜂窩都有獨立的小基站(small cell basestation，SBS)。小蜂窩是指覆蓋范圍相對宏蜂窩覆蓋較小的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。每個小蜂窩小基站可以由蜂窩網(wǎng)絡(luò)運營商或者消費者部署。通過引入小蜂窩能夠有效地減輕宏蜂窩負載量，提高用戶通信質(zhì)量。由于小蜂窩的覆蓋范圍較小，不同小蜂窩之間可以復(fù)用同樣的無線頻譜資源從而提高頻譜利用率。相對于接入宏基站，用戶通過接入到距離更近的小基站可以獲得更好的服務(wù)同時節(jié)約功耗。其次，由于小蜂窩的覆蓋范圍有限，因此小蜂窩在一定程度上可以復(fù)用頻率資源，有助于提升頻譜利用率。
[0004]宏蜂窩與小蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的用戶可以選擇2種接入模式:宏蜂窩接入模式和小蜂窩接入模式，宏蜂窩接入模式是指待接入用戶直接接入宏基站；小蜂窩接入模式是指待接入用戶直接接入小基站。一般在小蜂窩覆蓋范圍內(nèi)的用戶選擇小蜂窩模式，減輕了宏蜂窩的負載，然而，由于小蜂窩的覆蓋范圍有限，在小蜂窩覆蓋范圍外的用戶，通常無法接入小基站，而選用宏蜂窩模式。因此，為了在宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)小蜂窩的全覆蓋需要相當數(shù)量的小基站，而在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中小蜂窩的高密度布局會使得小蜂窩之間的同頻干擾更加嚴重，且功耗大,成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法。
[0006]一種蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下用戶具有3種接入模式，分別為小蜂窩接入模式、宏蜂窩接入模式和D2D中繼接入模式，待接入用戶通過以下步驟選擇接入模式:
[0007](I)待接入用戶感知來自所有小基站的信號強度，并根據(jù)信號強度獲取待接入用戶的位置；
[0008](2)待接入用戶根據(jù)自身的位置選擇接入模式:
[0009](2-1)若待接入用戶處于小蜂窩覆蓋范圍內(nèi)，則待接入用戶采用小蜂窩接入模式；[0010](2-2)若待接入用戶處于小蜂窩覆蓋范圍外，則判斷待接入用戶是否存在鄰近小
基站，
[0011]若不存在鄰近小基站，則待接入用戶采用宏蜂窩接入模式；
[0012]若存在鄰近小基站，則進入步驟(3);
[0013](3)判斷待接入用戶是否存在最終中繼，
[0014](3-1)若存在，則待接入用戶采用D2D中繼接入模式； [0015](3-2)若不存在，則待接入用戶采用宏蜂窩接入模式；
[0016]D2D中繼接入模式為待接入用戶通過最終中繼接入到相應(yīng)的小基站。
[0017]本發(fā)明中待接入用戶不在小蜂窩覆蓋范圍內(nèi)，應(yīng)理解為待接入用戶不在所有的小蜂窩覆蓋范圍內(nèi)。本發(fā)明中比較待接入用戶接收到的來自所有小基站的信號強度:
[0018]若最強的小基站信號強度小于預(yù)設(shè)下限，則判斷待接入用戶處于小蜂窩覆蓋范圍外；
[0019]否在，判斷待接入用戶處于小基站覆蓋范圍內(nèi)，并且待接入用戶接收到的該小基站的信號強度最強。
[0020]本發(fā)明中待接入用戶具有3種可供選擇的接入模式，除了傳統(tǒng)的小蜂窩接入模式和宏蜂窩接入模式，還具有D2D中繼接入模式，D2D (Device-to-Device)技術(shù)是蜂窩網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)終端直接通信的重要技術(shù)手段。采用D2D作為中繼技術(shù)可以使得小蜂窩覆蓋范圍外的用戶接入到小基站，采用D2D中繼幫助小蜂窩覆蓋范圍外的用戶接入到小基站，可以在不增加小基站數(shù)目條件下擴大小蜂窩的服務(wù)范圍，有利于用戶體驗。
[0021]本發(fā)明中待接入用戶處于小蜂窩覆蓋范圍內(nèi)，則采用小蜂窩接入模式，直接入信號強度最強的小基站。若待接入用戶處于小蜂窩覆蓋范圍之外，則依次判斷待接入用戶是否存在鄰近小基站和最終中繼，若某一個判斷結(jié)果為不存在，則停止繼續(xù)判斷，待接入用戶采用宏蜂窩接入模式。
[0022]所述的D2D中繼接入模式包括以下步驟:
[0023](SI)待接入用戶獲取中繼信道，并計算相應(yīng)的發(fā)射功率；
[0024](S2)待接入用戶通過所述的中繼信道與最終中繼建立D2D鏈路；
[0025](S3)待接入用戶的數(shù)據(jù)由最終中繼轉(zhuǎn)發(fā)到小基站，使待接入用戶接入到相應(yīng)的小
基站O
[0026]所述步驟(SI)中根據(jù)以下方法獲取中繼信道并計算相應(yīng)的發(fā)射功率:
[0027](Sl-1)最終中繼感知其他宏蜂窩用戶使用的宏蜂窩信道，選擇干擾最小的宏蜂窩信道；
[0028](S1-2)根據(jù)公式:
P yΛ?ΧΝq+1
[0029]K =---

"/)
[0030]計算待接入用戶復(fù)用所述干擾最小的宏蜂窩信道與最終中繼進行D2D通信所需的發(fā)送功率Pw，Im為干擾最小的宏蜂窩信道的干擾，Hd為待接入用戶與最終中繼之間的信道增益，Ntl為噪聲功率，Ydth為小蜂窩用戶解調(diào)信號所需的最低信干噪比門限；
[0031](S1-3)根據(jù)公式:[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，其特征在于，所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下用戶具有3種接入模式，分別為小蜂窩接入模式、宏蜂窩接入模式和D2D中繼接入模式，待接入用戶通過以下步驟選擇接入模式: (1)待接入用戶感知來自所有小基站的信號強度，并根據(jù)信號強度獲取待接入用戶的位置； (2)待接入用戶根據(jù)自身的位置選擇接入模式: (2-1)若待接入用戶處于小蜂窩覆蓋范圍內(nèi)，則待接入用戶采用小蜂窩接入模式； (2-2)若待接入用戶處于小蜂窩覆蓋范圍外，則判斷待接入用戶是否存在鄰近小基站， 若不存在鄰近小基站，則待接入用戶采用宏蜂窩接入模式； 若存在鄰近小基站，則進入步驟(3)； (3)判斷待接入用戶是否存在最終中繼， (3-1)若存在，則待接入用戶采用D2D中繼接入模式； (3-2)若不存在，則待接入用戶采用宏蜂窩接入模式； D2D中繼接入模式為待接入用戶通過最終中繼接入到相應(yīng)的小基站。
2.如權(quán)利要求1所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，其特征在于，所述的D2D中繼接入模式包括以下步驟: (51)待接入用戶獲取中繼信道，并計算相應(yīng)的發(fā)射功率； (52)待接入用戶通過所述的中繼信道與最終中繼建立D2D鏈路； (53)待接入用戶的數(shù)據(jù)由最終中繼轉(zhuǎn)發(fā)到小基站，使待接入用戶接入到相應(yīng)的小基站。
3.如權(quán)利要求 2所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，其特征在于，所述步驟(SI)中根據(jù)以下方法獲取中繼信道并計算相應(yīng)的發(fā)射功率: (Sl-1)最終中繼感知其他宏蜂窩用戶使用的宏蜂窩信道，選擇干擾最小的宏蜂窩信道； (S1-2)根據(jù)公式:
4.如權(quán)利要求3所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，其特征在于，所述的鄰近小基站為待接入用戶接收到的信號強度大于設(shè)定的閾值的小基站。
5.如權(quán)利要求4所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，其特征在于，所述的最終中繼為愿意為待接入用戶作為D2D中繼，同時使待接入用戶的接入功率最小的小蜂窩用戶，且該發(fā)射功率小于采用宏蜂窩接入模式時待接入用戶的發(fā)射功率。
6.如權(quán)利要求5所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，其特征在于，所述步驟(3)通過以下步驟判斷是否存在最終中繼: (301)待接入用戶向宏基站發(fā)送D2D中繼接入請求，宏基站接收到所述的D2D中繼接入請求后為待接入用戶分配臨時信道，并設(shè)定定時時間； (302)待接入用戶采用所述的臨時信道廣播D2D中繼接入請求； (303)接收到該D2D中繼接入請求的鄰近小基站根據(jù)自身業(yè)務(wù)量判斷是否響應(yīng)所述的D2D中繼接入請求，在設(shè)定的定時時間內(nèi)響應(yīng)該D2D中繼接入請求的鄰近小基站作為可接入小基站，并將確認響應(yīng)信息反饋給宏基站； (304)待接入用戶采用所述的臨時信道廣播測試信號； (305)可接入小基站中的小蜂窩用戶感知所述的測試信號的信號強度，并根據(jù)當前狀態(tài)決定是否愿意提供中繼服務(wù)，其中愿意提供中繼服務(wù)的小蜂窩用戶為志愿中繼，并將感知到的測試信號的信號強度及自身的用戶信息反饋給相應(yīng)的可接入小基站； (306)可接入小基站根據(jù)志愿中繼反饋的信號強度和測試信號的發(fā)送功率分別計算各個志愿中繼對應(yīng)的D2D中繼模式下待接入用戶的接入功率，并比較D2D中繼模式下的最小接入功率與宏蜂窩模式下待接入用戶的接入功率的大小關(guān)系: 若D2D中繼模式下的最小接入功率大于宏蜂窩模式下的接入功率，則判斷不存在最終中繼； 否則，判斷存在最終中繼，并以該最小功率對應(yīng)的志愿中繼為最終中繼。
7.如權(quán)利要求6所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，其特征在于，所述步驟(305)中若小蜂窩用戶的當前狀態(tài)為需要與可接入小基站通信或電量低于設(shè)定的電量閾值下限，則該小蜂窩用戶不作為志愿中繼； 否則，該小蜂窩用戶作為志愿中繼。
8.如權(quán)利要求7所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，其特征在于，所述步驟(306)的接入功率為待接入用戶與志愿中繼進行D2D通信的發(fā)送功率以及志愿中繼與小基站通信的發(fā)送功率之和。
9.如權(quán)利要求8所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，其特征在于，待接入用戶與志愿中繼進行D2D通信的發(fā)送功率根據(jù)公式:
10.如權(quán)利要求9所述的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的用戶接入模式選擇方法，其特征在于，宏蜂窩模式下待接入用戶所需的接入功率根據(jù)公式:
【文檔編號】H04W40/22GK103731900SQ201310673467
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】余官定, 鮑鵬程, 殷銳, 陳琪美, 江玉環(huán) 申請人:浙江大學