群际联合调度降低上行干扰在自组织虚拟细胞不对称网络

文摘

我们引入自组织的概念VCN(虚拟细胞网络)。这里自组织VCN拓扑为高效操作将配置,和每个元素的功能定义。同时,VCN将描述的操作场景。然后,我们提出一种有效的调度算法,考虑干扰的不对称下行和上行减轻注液电池之间干扰小的计算开销。基本的概念是构建调度组包含多个用户。每个用户在一个调度组隶属于一个不同的细胞。然后,提出VCNs注液电池集团管理有效。不需要交换大量的信息在基站调度用户在整个网络。

1。介绍

干扰需要管理严格,因为近年来,部分细胞区域重叠与其他细胞一直在增加,细胞大小已经越来越小。重叠区域的增加意味着注液电池干扰的影响增加,由于增加了细胞边缘区域。用户位于边缘区域的细胞增加干扰严重的影响了。这是系统性能的退化的主要原因。已部署到传统算法解决这个问题通常由一个单细胞优化限制(1]。

然而,并不是所有的都是坏消息。一个新的网络拓扑结构,提供了更多的下一代系统的天线提出了之间的协调。这个系统环境被认为是近年来通信规范改善系统性能(2]。例如,第三代合作伙伴计划(3 gpp),系统标准化协会的代表,介绍了协作多点传输/接收(CoMP)在多个基站之间进行联合处理(3]。每个基站都是连接到一个协调员,控制合作基站通过收集和传递的信息。Intra-e-nodeB 3 gpp的进一步协调网络的例子(4]。为了进一步提高系统性能,提出了更加协调的网络拓扑结构为5代系统(5,6]。这个系统环境有显著的特色在最近通信规范改善系统性能。例如,每个基站连接到一个协调员,控制合作。一些信息交换合作或协调器收集的。

出于上述研究,我们在此提出一个创新的网络体系结构和一组调度算法有效的资源管理。传统的蜂窝系统,每个基站独立管理范围内的所有处理,有许多障碍的由于干扰大大改善系统性能。特别是,当细胞大小减少,细胞边缘面积增加和切换更频繁地发生。尽管部分基站之间的合作在某种程度上有助于这个限制,也导致了许多开销信息交换。出于上述最近的研究,我们在此提出一个协调VCN拓扑中注液电池干扰减轻。协调的特殊方式,我们建议使我们能够实现联合调度多个基站的网络效率、较低的计算复杂度。VCN完全自组织网络体系结构的基本思想,以避免信号基站之间的开销,使可行的全面合作。每个单元格表示为劳(无线接入单位)在VCN只有最小的强制功能的工作,实际上是由一个主单位所谓的铜(中央单位)提出了网络拓扑。此外,多个单元可以动态地合并成一个虚拟细胞也是由铜。所以,每个单元对应一个劳并不是一个真正的细胞。 This is why we call the new network topology the virtual cell network. The new network topology manages a new resource domain.

2。VCN系统配置

VCN完全集中式体系结构的基本思想,以避免信号基站之间的开销和充分合作的可行性。每个单元格中表示为劳VCN只有最小的强制功能工作,实际上是由一个主单位所谓的铜提出网络拓扑。

新的网络架构VCN图给出1。VCN由两个主要组件是铜和劳。铜有多个高层BS VCN控制器,它是核心组成部分。劳有一个低级BS控制器。在铜和中央控制器管理网络中的所有BS控制器。为了建立一个独立的单细胞的劳,劳应该连接到高层的废话控制器和中央控制器。如果多个劳合并成一个虚拟单元,多个劳被连接到一个高级的废话控制器和中央控制器。函数的一组高层BS控制器和低级控制器可以被定义在两个方面。第一种情况是,高层BS控制器功能组RRC, MAC层和物理层,低级BS控制器功能的射频和天线。在这种情况下,基带信号传输在铜之间的联系和劳。 The second case is the high-level BS controller that has function set of RRC, MA, PHY, and RF, and low-level BS controller has only function set of antenna. In this case, RF signal is transmitted in the link between CU and RAU.

图2显示了VCN基本概念图。铜包含一个开关模块进行高层之间的映射函数控制器在劳铜和底层控制器。连接使虚拟细胞至关重要。建立一个细胞,两个控制器应结合的功能。如果只有一个劳映射到一个高级控制器,虚拟细胞只包含一个天线。在这种情况下,虚拟细胞可以被视为一个独立的正常细胞也就是由铜。另一方面,如果连接到多个劳高级控制器在铜、虚拟细胞有多个触角。因此,虚拟细胞可以动态更改配置根据系统环境。这是主要特点。

图3显示了铜的功能。回程接口的子模块通信向外部网络,如有线/无线网络。也有用VCNs之间的合作。虚拟细胞数据库管理的总体信息基站和终端工作在虚拟单元模式。它包含信道信息和交通信息等等。虚拟单元管理器执行功能来管理虚拟细胞。它执行调度、资源分配等。用户在虚拟细胞迁移管理器管理用户迁移。在虚拟细胞,新交接情况发生,因为细胞结构与传统的通信系统不同。用户可以从VCN VCN (inter-VCN交接),也可以移动到另一个触角的覆盖面积在同一虚拟细胞(intra-VCN交接)。 Therefore, the complicated procedure should be carefully managed by this submodule. Intercell interference coordinator operates for the interference management in a virtual cell. The interference model is more complex in a virtual cell. Interference can be generated by neighbor antenna, neighbor VCN, or outer cellular network (in the case of overlaid network structure). In a virtual cell, careful interference management is required for avoiding performance degradation. Therefore, this submodule performs the important roles. Traffic QoS manager contains traffic information of users in a virtual cell. In a virtual cell, all kinds of traffic adaptive algorithm can be implemented based on sharing of traffic information. Finally, BS interface provides the connection between central controller and high-level BS controller in CU.

更先进和高效的系统配置可以被认为是改善系统性能。在这种情况下,劳也应该改善比执行智能操作的基本配置。在这个配置中,分层资源管理是可能的。可以提高系统效率。系统配置图所示4。

在这个配置中,有些聪明的劳含有增强低级BS控制器。增强的劳低级BS控制器可以表现得就像传统pico电池或者毫微微细胞。独立细胞的信息是由铜的RAD本身没有任何援助。如果单个天线建立一个独立的细胞,增强的低级BS控制器被激活。在这种情况下,劳不连接到高层BS控制器。相反,它是直接连接到中央控制器,使网络管理。当与其他劳劳建立一个虚拟的细胞,增强的低级BS控制器不是激活和低级BS控制器连接到高层BS控制器在铜。对于这个新配置的可行性,劳需要一个开关模块可以配置模式的劳。此外,劳与增强的低级BS控制器可以提供向后兼容性与传统pico细胞基站或细胞毫微微基站。

劳,有增强的低级BS控制器可以建立一个虚拟细胞本身。在这种情况下,系统配置如图5。

在这个配置中,高层BS控制器的功能是增强低级BS控制器所取代。此外,劳是直接连接到中央控制器不是高级BS控制器。而言,任何一种合作和管理不是必需的,主劳管理虚拟细胞完全独立的中央单位没有任何援助。

当网络规模非常巨大,有时只有一个铜没有能力来管理所有网络。在这种情况下,每个铜形成一个独立的虚拟细胞网络,和几个虚拟细胞网络可以通过一种改进的合作系统配置如图6。

图7显示系统配置的情况下,一些劳独立建立一个虚拟的细胞没有铜。这里,劳而取代铜的功能被称为大师劳。

为使虚拟细胞系统配置、移动终端也应该改善。移动终端在VCN可以请求建立或打破一个虚拟细胞在某些情况下,考虑到信道质量、QoS、劳状态,细胞形状等等。劳需要请求一些信息从移动终端在网络拓扑结构来决定。当网络拓扑发生变化时,应当通知移动终端从劳为适应这一变化。为此,移动终端可以接收信息和配置功能。因此,有些子来执行这些操作需要在移动终端,如图8。同时,信号图中描述的过程9。

3所示。操作场景

当新的网络拓扑结构应用于实际通信系统,丰富的优势可以得到如图1。例如,意想不到的交通分布非均匀环境中可以减少资源浪费。同样,全面合作可以提高频谱效率,特别是在边缘细胞的报道。调度和资源管理也可以更高效的基于交通分布的信息,信道质量,并在所有网络用户移动性。

根据不同的网络状态,例如,交通分布、用户优先级,流动性,等等,VCN虚拟细胞可以动态改变的形式。这是基本和VCN的典型操作。很多好处是获得从这个特点。如果没有用户在细胞一个邻居,邻居细胞可以完全合并。在这种情况下,两个天线是由一个共同的管理高层BS控制器;那么它就像一个分布式MIMO系统。换句话说,它形成一个虚拟的细胞。如果有一个闲置的资源在一个邻居细胞,你的邻居细胞可以部分合并。在这种情况下,部分合并单元的资源管理层级。VCN框架结构,部分可以由低级BS独立控制器,分别和另一部分可以由高层BS控制器在铜合作管理。 Finally, if there is no idle resource in a neighbor cell, each cell operates separately. One user associates with only one antenna in this case. However, each cell can be managed by a common high-level BS controller for interference mitigation. These operations are shown in Figures10,11,12。

4所示。不对称干扰问题

存在非对称特征在上行和下行干扰。手机用户在通信系统通常报告信道质量指数医院药学部()根据基站的控制信号。飞行员是一个预定义的信号模式,使移动用户能够认识到基站。定期的基站传输控制信号通过使用一个预定义的资源。通过这个操作,移动用户可以识别的精确状态通道和测量信号干扰噪声比(SINR)下行。上行的情况并不是那么有用。在这种情况下,它是不容易的BSs来确定精确的渠道和测量SINR,因为他们不能认识所有的信号模式识别用户的邻居细胞。此外,手机用户可能会改变位置,与基站部署在一个固定的位置。因此,上行干扰模型是很难预测的。因此,它更难以管理干涉上行比下行的情况。 In most communication systems, the uplink channel quality is assumed to be the same as the downlink channel quality. Consequently, uplink scheduling is performed on the basis of the information about the channel quality that is obtained from CQI reports sent by mobile terminals. However, the CQI reports do not provide information that is correct for uplink. In some cases, even though the downlink SINR is very good, the uplink channel quality may, depending on the position of the mobile users, be pretty poor because of the asymmetry in interference. However, using the benefits of coordinated network topology, we can derive more accurate information about the uplink channel, thereby improving system performance.

5。群际联合调度

5.1。基本思想

在VCNs,劳通过铜能够合作,如图13。在这里,我们提出另一种方法为上行调度使用智能网络拓扑。建议的方法,我们称之为群际联合调度,建立上行调度组由多个用户可能位于不同的细胞。一个特定的调度组的成员被分配给相同的资源地区的铜。当调度组的成员被分配给相同的资源,他们认为是不与对方为了减轻注液电池干扰。图13说明了组间调度的基本思想。

5.2。条件SINR-Based分组

提出的上行群际调度算法,我们首先定义一个独家集群。用户在一次独家集群低长期SINR的通道。通常,一些用户的SINR位于较低的区域重叠与其他细胞。在这个区域,接收到的信号强度与其他邻居细胞是相当高的。然而,这意味着用户在边缘的细胞也可以干扰邻居的上行信号传输单元。大部分的独家集群成员位于细胞的边缘。因此,这些严重干涉集群不应该共享资源。然后,我们建立一个调度组用户专属集群基于条件SINR。

步骤1。铜收集信息从用户VCNs独家集群。信息收集的铜从邻居劳细胞包含用户的信号强度。铜使独家集群的用户满足以下条件: 在哪里是用户的接收功率从相应的劳,是邻居劳的接收功率的总和,然后呢是一个比例因子相关的绑定独家集群区域。如果用户满足上面的条件,被定义为一组组成的吗独家集群和用户被定义为一组组成的吗用户并不在排斥集群。在这里,代表一个用户,代表一个用户,是网络中用户的总数。

步骤2。在第二步中,我们发现一个占主导地位的影响在。在这里,我们使用条件SINR (7]。
子通道的条件SINRs为用户在基站,也就是说,对应于不限制,分别计算的SINR表达式。用户表示相应的劳 在哪里每个子通道的传输电力供应来自等于配电,子通道的带宽是热噪声功率,然后呢和收益的链接注册用户的劳吗和影响,分别。这些指标取1或0值取决于是否干涉预计在子通道。如果用户子通道的限制,将绝对0。
使用条件SINR的定义,我们计算条件SINRs在每个用户的情况是有限的。然后,建立一个调度组,我们确定是否每个条件SINR满足以下条件。 上述每一项方程由香农的定义方程如下。在这里,子通道的带宽吗。 使用这个条件为基础,我们定义和识别的首选的每个成员为构建一个调度组。首选的候选人确定每一个成员如下。然后,,这是一组用户的首选在可以表示为

步骤3。现在,我们建立调度组。调度组的数量等于的基数。如果没有其他用户满足上述条件的用户,相应的调度组的用户由用户一个人。然后,用户网络中占据了一个辅助通道的。建立一个调度组我们选出一个合适的成员每一个邻居劳。因此,最多一个用户被邻居劳曾属于调度组。

让的调度组在。然后,被定义为以下算法。

算法1(调度组)。(1)选择一个用户从。(2)确定首选候选集为。(3)选择一个劳从邻居的劳(4)执行,如果,,)=的存在。(5)更新。(6)重复()(所有的邻居基站)。(7)重复()(为每一个用户)。

建立调度组后,我们为每个子通道计算每组的能力。

在这里,是集的基数。然后,我们为每个调度分配子信道组根据以下政策子信道的数量和吗的基数:

注意,上述最优调度问题整体网络的计算复杂度是一样的,简单的单细胞优化调度问题(8]。这是因为调度单元从一个用户扩大到一个调度组。因此,不会增加复杂性而单细胞调度问题。和调度算法在实际系统可以更容易实现。

6。绩效评估

我们假设用户通过网络随机分布区域。让用户的数量在劳内在的一面专属集群。让用户的数量在劳外的一面在虚拟细胞不引起严重干扰对方,因为他们并不位于排斥集群。此外,存在劳在虚拟细胞。然后,用户被定义为的总数。

如果充分利用网络资源,每个子通道将被一个特定的用户。然后,在这种情况下,每个子通道使用用户在整个网络,因为至少有一个用户占用的子通道的每一个细胞。因此,概率用户在收到强大的干涉子通道由于严重影响计算如下:

图14显示的变化根据。在这里,15是固定的。然后,我们不同从5到10。如果的概率是5,里面区域用户的一些收到强烈干扰大于0.7。此外,如果是10,概率方法1。然而,在该算法中,这个问题是可以避免的。

分析该算法的性能,验证了该算法在协调网络通过使用MATLAB计算机模拟。然后,我们观察到的上行吞吐量下面的场景。

我们使用以下参数。频率是2 GHz,可用带宽10 MHz,传动功率是100千瓦,通常在室内通信系统。Okumura-Hata信道模型对室内环境使用。协调劳的数量被认为是3和5用户随机坐落在该地区的每个基站。劳之间的距离是20米,子信道的数量是18岁。

图15显示了上行吞吐量根据用户的位置。在设在,用户位置比劳的报道策划。该方案优于传统方案的吞吐量。在传统的方案中,不对称的注液电池干扰不能考虑相邻小区用户的上行信道质量不用于上行调度。因此,上行流量将只通过使用信息的下行信道测量控制信号。在这个传统的网络配置(1,2,8],传统方案的性能是衡量使用单细胞优化基于下行信道的上行调度信息。

用户的上行吞吐量下降的距离从劳因为路径损耗随距离的增加而增加。相比之下,使用该算法时,上行的能力增长增加50%,相对传统的算法。这是因为注液电池干扰的影响减少了应用该算法。此外,上行注液电池干扰的不对称属性强化用户的距离增加。这是因为上行干扰邻居细胞增加,为细胞的信号强度是随着用户的距离的增加而减少。因此,下行信道信息更错误的上行调度外地区的用户。同时,性能增强的数量相对增加的用户都位于外地区用户的距离增加。

7所示。结论

我们提出了一个高效的自组织虚拟细胞网络群际调度算法。要克服的问题之间的不对称干扰下行和上行,我们引入调度组,相同的资源由多个用户共享。然后,比较执行调度降低上行干扰。数值计算和仿真结果表明,该算法可以减少附近的概率陷在网络共享相同的资源,从而提高上行性能。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

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