一種基于用戶體驗(yàn)速率的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)小區(qū)分簇方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)小區(qū)分簇方法及裝置，特別涉及一種基于用戶體驗(yàn)速率 的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)小區(qū)分簇方法及裝置，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動通信系統(tǒng)的不斷完善與進(jìn)步，日益增長的用戶需求和業(yè)務(wù)需求對移動網(wǎng) 絡(luò)提出了更高的要求。伴隨著4G網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)化運(yùn)營，用戶對服務(wù)體驗(yàn)也提出了更高的標(biāo) 準(zhǔn)，不同與傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)以及視頻業(yè)務(wù)的需求，在新環(huán)境下的用戶對移動業(yè)務(wù)的體驗(yàn)也上 升到新的高度，例如實(shí)時高清視頻的傳輸以及高速數(shù)據(jù)的下載以及上傳。滿足日益增長的 用戶需求就需要在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提升用戶峰值速率，并與此同時支持更多的用戶來完成 高速數(shù)據(jù)的傳輸。超密集覆蓋網(wǎng)絡(luò)（UltraDenseNetwork,UDN)正是在這種環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而 生。通過在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中密集部署小基站（SmallCell)的方式來增加網(wǎng)絡(luò)容量，使其迎合更 多用戶對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。相對于提高宏小區(qū)（MarcoCell)的發(fā)射功率和小基站的 發(fā)射功率的方式，UDN的部署方式更加便捷有效。特別對于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)有著 有效的提升，是新型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的有效部署方式。
[0003] 超密集覆蓋的組網(wǎng)方式可以有效解決傳統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)邊緣用戶覆蓋問題 以及有效提升網(wǎng)絡(luò)容量（包含網(wǎng)絡(luò)吞吐量，可容納用戶數(shù)等）。在未來的5G通信中，無線通 信網(wǎng)絡(luò)正朝著網(wǎng)絡(luò)多元化、寬帶化、綜合化、智能化的方向演進(jìn)。隨著各種智能終端的普及， 數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式的增長。針對這一趨勢，超密集覆蓋網(wǎng)絡(luò)將主要針對，未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 的分布重點(diǎn)，即在室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)的大量用戶的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅度 提升系統(tǒng)容量，并且對業(yè)務(wù)進(jìn)行分流，具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用。未來， 面向高頻段大帶寬，將采用更加密集的網(wǎng)絡(luò)方案，部署小小區(qū)/扇區(qū)將高達(dá)1〇〇個以上。
[0004] 與此同時，愈發(fā)密集的網(wǎng)絡(luò)部署也使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓訌?fù)雜，小區(qū)間干擾已經(jīng)成為 制約系統(tǒng)容量增長的主要因素，極大地降低了網(wǎng)絡(luò)能效。因此小區(qū)分簇技術(shù)（SmallCell Clustering)特別用于解決小區(qū)間干擾問題以及小區(qū)協(xié)作問題，為用戶分配最優(yōu)的基站傳 輸資源同時解決干擾問題。通常情況下的用戶會受到臨近用戶的干擾，如何有效排除干擾 是目前小區(qū)分簇技術(shù)面臨的主要問題。以用戶為中心分配不同的小基站來服務(wù)不同的用戶 將有效解決鄰區(qū)干擾。以不同的歸類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分簇是目前的研宄熱點(diǎn)之一。
[0005] 傳統(tǒng)基站的小區(qū)邊緣用戶業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量較差的問題也可以通過本方案中的超密 集網(wǎng)絡(luò)的分簇方式解決。在傳統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，沒有采用密集覆蓋的部署方式，由于單小區(qū)覆 蓋范圍較大（一般大于150m)，小區(qū)數(shù)量有限，小區(qū)邊緣用戶由于距離基站較遠(yuǎn)接受信號強(qiáng) 度較小，且更可能受到臨近其他非服務(wù)基站的干擾。面臨以上場景，密集覆蓋網(wǎng)絡(luò)下的小區(qū) 將通過不同小基站的配合使得用戶能得到多個基站的服務(wù)，保證了用戶體驗(yàn)以及業(yè)務(wù)傳輸 的連貫性。
[0006] 本方案在密集覆蓋小區(qū)中使用了，利用K-Means方法的基于用戶體驗(yàn)速率的分簇 方法。不同于將一個基站扇區(qū)下的用戶分為一簇，這種相對固定，且小區(qū)邊緣用戶速率較低 的分簇方式。本方案分簇方法。將多個待分配小基站劃分為多個不同類型以便滿足不同用 戶的傳輸需求，同一類小基站的相似度較高；而不同聚類中的對象相似度較小。相似度是利 用各類中基站的信號強(qiáng)度均值所獲得一個"中心對象"來進(jìn)行計算的。該方法將不斷重復(fù) 這一過程直到收斂為止，即尋找到合理的用戶分配基站簇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為提升異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之中無線通信系統(tǒng)的整體性能，充分利用頻帶 資源，提出了一種基于用戶體驗(yàn)速率的低復(fù)雜度的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)小區(qū)分簇方法，該方法針對未 來日益增長的用戶數(shù)量，超密集覆蓋的網(wǎng)絡(luò)小區(qū)分布導(dǎo)致小區(qū)內(nèi)用戶遭受更復(fù)雜的干擾問 題，在這種環(huán)境下對無線通信系統(tǒng)中的小區(qū)分布即基站分簇進(jìn)行優(yōu)化。
[0008] 本發(fā)明的思想是利用機(jī)器學(xué)習(xí)理論之中的K-Means方法對整個網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)負(fù) 載狀況和用戶速率狀況進(jìn)行學(xué)習(xí)，最終達(dá)到在保證系統(tǒng)中用戶服務(wù)的公平性的同時，提高 整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量的目的。
[0009] 本發(fā)明適用的場景：包含N個用戶的多基站移動通信小區(qū)。基站分為宏基站 (MacroCell)和小站（SmallCell)雙層排布。其中宏基站有M個，呈3扇區(qū)六邊形分布。 小站部署在宏基站覆蓋范圍之內(nèi)，并且距離宏站有小范圍距離限制。用戶在整個網(wǎng)絡(luò)之中 隨機(jī)均勻分布。宏基站環(huán)境為UMa，即城市宏小區(qū)，小站的環(huán)境為UMi，即城市微小區(qū)。
[0010] 一種基于用戶體驗(yàn)速率的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)小區(qū)分簇方法，包括以下步驟：
[0011] 步驟1 :在網(wǎng)絡(luò)之中，首先隨機(jī)選取K個基站作為初始的種子站，作為初始的簇的 中心；
[0012] 所述基站可以是宏基站也可以是小站；
[0013] 步驟2:對網(wǎng)絡(luò)中的所有站，根據(jù)其到所述種子站的距離將之加入與其最近的種 子站所代表的簇；
[0014] 例如基站i經(jīng)計算距離種子站j最近，則將其加入種子站j所表示的簇，表示成如 公式（1)所示的形式
[0015]
[0016] 其中q表示K-Means方法得到的第i個基站所在的簇的編號，其取值范圍是1~ k，h表示第j個種子站，pi表示第i個站，| | | | 2表示站i到種子站j之間的距離；j表示 1~k之間的正整數(shù)；站的總數(shù)n為宏基站的數(shù)目加上小基站的數(shù)目，i的取值范圍是1~ n,N表示自然數(shù)。
[0017] 作為優(yōu)選，基站i和基站j之間的距離可使用如下公式所述歐幾里得距離表示：
[0018]
[0019]其中，d表示兩站之間的距離，（Xi，yi)、（Xj，yj)分別表示基站i和基站j坐標(biāo)。
[0020] 步驟3:初步分簇完成之后，對各簇重新進(jìn)行計算，將簇內(nèi)所有基站的位置求和取 平均值，得到新的各簇的中心；
[0021] 需要注意的是，此時簇的中心位置可以不是實(shí)際的基站位置而僅僅是簇的中心坐 標(biāo)；
[0022] 作為優(yōu)選，簇的中心的計算公式如下：
[0023] (3)
[0024] 其中，不同于步驟2,h為重新計算的第j個簇的中心的位置，Pi為簇j內(nèi)基站i n 的位置；，表示第i個基站所在的簇為j時加1，對分母而言，其含義是簇j所包含 7-1 的基站個數(shù)，對分子而言，其含義是對簇j所包含的基站位置求和；
[0025] 步驟4:重復(fù)步驟2和步驟3,直到分簇結(jié)果不再變化，或者通過下式計算的所有簇 的畸變函數(shù)J(c，i〇都小于閾值Jmin為止：
[0026] (4)
[0027] 其中，y」表示第j個簇的中心，pi代表第j個簇內(nèi)的第i個基站，m表示第j個簇 內(nèi)基站的數(shù)目；
[0028] 步驟5:用戶設(shè)備（UserEquipment,UE)進(jìn)行小區(qū)選擇，以及吞吐量預(yù)估，然后系 統(tǒng)篩選出預(yù)估計的吞吐量最低的部分用戶作為小區(qū)邊緣用戶；
[0029] 作為優(yōu)選，UE進(jìn)行小區(qū)選擇時可以基于最大小區(qū)參考信號接收功率（Reference SignalReceivingPower,RSRP)的準(zhǔn)則進(jìn)行小區(qū)選擇。
[0030] 步驟6:以步驟5得到的小區(qū)邊緣用戶作為新的簇的中心，對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的基站進(jìn)行分 簇，重復(fù)步驟2到步驟4,直到分簇結(jié)果不再變化或滿足畸變函數(shù)J(c，y)小于Jmin為止。
[0031] 作為優(yōu)選，如果某些小區(qū)邊緣用戶彼此之間的距離較近，即距離小于閾值d，即可 將這些小