一种基于随机几何的密集蜂窝网认知干扰协调方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108512618A(43)申请公布日2018.09.07(21)申请号201810052367.6H04J11/00(2006.01)(22)申请日2018.01.19(71)申请人南京邮电大学地址210023江苏省南京市新模范马路66号(72)发明人郭欣然宋荣方王鸿(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人朱小兵(51)Int.Cl.H04B17/382(2015.01)H04B17/391(2015.01)H04B17/336(2015.01)H04B17/345(2015.01)H04W74/08(2009.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称一种基于随机几何的密集蜂窝网认知干扰协调方法(57)摘要本发明公开了一种基于随机几何的密集蜂窝网认知干扰协调方法，通过认知干扰协调方案的设计，提出一种支持多信道接入与不定承载用户数的密集认知小蜂窝网络的干扰缓解机制，有效地解决了密集网络中的同层与跨层干扰。该方案根据经验的网络参数，为接入相同信道的小蜂窝设置一个保护区域，利用随机几何建模，得到密集蜂窝网中频谱效率与独享半径的关系，利用一维数据搜索方法可以快速地得到最优独享半径，其可在信道复用率与干扰协调之间实现最佳的权衡。实验结果验证，该方案有效地缓解小蜂窝间的同信道干扰，同时相比于已有方案，可以显著提高密集蜂窝网的频谱效率。CN108512618ACN108512618A权利要求书1/3页1.一种基于随机几何的密集蜂窝网认知干扰协调方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确立认知干扰协调机制，包括跨层干扰的避免和同层干扰的协调；步骤2：计算宏用户与小蜂窝用户的信干噪比；步骤3：计算密集蜂窝网络任一特定信道的平均频谱效率；步骤4：设计最优独享区域半径，实现在频谱复用率与干扰协调之间的权衡，提高密集蜂窝网的频谱效率。2.根据权利要求1所述的基于随机几何的密集蜂窝网最优认知干扰协调方法，其特征在于，所述步骤1具体包含如下步骤：步骤1.1，密集蜂窝网络建模：考虑一个覆盖半径为RM的宏蜂窝区域，宏站位于覆盖区域的中心，小基站随机分布在宏蜂窝中，服从强度为λ的泊松点过程PPP，小蜂窝位置的集合表示为Φ＝{x1,x2,...}，小蜂窝的覆盖半径为RS，宏蜂窝与每个小蜂窝承载的用户数KM与KS分别服从均值为θM与θS的泊松分布，即τ＝{M,S}，宏站、小基站与用户的天线数都为1，系统总的子信道数目为NC，在每个小区中，每个活跃的用户分配一个子信道进行传输；步骤1.2，跨层干扰避免：在认知密集蜂窝网络中，宏蜂窝作为主用户，认知小蜂窝作为次用户，认知小蜂窝通过频谱感知确定目前空闲的子信道并机会地接入空闲信道进行传输，当宏蜂窝再次使用时，小蜂窝立即空出该信道，有效地避免跨层干扰，在某一时刻，若宏蜂窝中请求传输的用户数目大于NC，宏蜂窝采用轮询方式调度其中的NC个宏用户进行传输，宏蜂窝中占用的信道数目为NM，NM的分布律可以表示为小蜂窝最多可用信道数目为NC-NM；步骤1.3，同层干扰协调：由于密集蜂窝网络中小蜂窝的部署密度很高，若认知小蜂窝随机接入感知的空闲信道，会产生相邻每个小蜂窝接入相同信道的情况，而导致较大的性能降级。采用一种带有信道独享区域的接入方式避免该情况的发生，假设信道独享区域的半径为RG，一旦某个小蜂窝接入一个特定信道，位于其周围半径为RG区域中其他小蜂窝就不能使用该信道，信道独享区域的实施通过竞争的方式，即位于每个小蜂窝产生一个0～1随机数，每个小蜂窝收集位于其独享区域中所有的随机数，若该小蜂窝生产随机数最小，则其在下一阶段接入该信道。3.根据权利要求1所述的基于随机几何的密集蜂窝网认知干扰协调方法，其特征在于，所述步骤2具体包含如下步骤：步骤2.1，将信道模型建模为两个部分：小尺度衰落与传输路径损耗，假设用户到基站的距离为d，那么，信道系数可以表示为d-αh，其中，α为路径损耗指数，小尺度衰落幅值的平方|h|2服从均值为1的指数分布，即瑞利衰落；步骤2.2，只考虑单个宏蜂窝的场景，在某一特定子信道上，宏用户m的接收信号可以表2CN108512618A权利要求书2/3页示为其中，p0,m为宏站在宏用户m数据传输信道上的发送功率，x0,m为宏用户m的发送信号，d0,m为宏站与宏用户m之间的距离，h0,m为宏站到宏用户m信道的小尺度衰落，v0,m为噪声信号，其服从均值为0方差为1的复高斯分布；步骤2.3，小蜂窝i中用户k，即小蜂窝用户(i,k)的接收信号表示为其中，pi,k为小蜂窝用户(i,k)信道上的发送功率，xi,k为小蜂窝用户(i,k)的发送信号，di,k为小基站i与小蜂窝用户(i,k)之间的距离，hi,k为小基站