一种异构网络中的小型基站功率设置方法 技术领域 本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种用于无线通信系统异构网络中相邻小 区间的小型基站的功率设置方法。
背景技术 宽带无线通信系统，如第三代移动通信 (3G)、3GPP 长期演进 (LTE) 及第四代 移动通信系统 (4G) 中，由于调制频率较高，无线电波路径损耗较大、建筑物穿透能力较 低，使用单一的宏小区 (Macro cell，以下简称 Mcell) 很难完成对室内的有效覆盖。 小型 化基站，例如毫微微小区基站 (Femto cell，以下简称 Fcell) 则可由用户自行安装在家庭或 办公室中，以改善宽带移动通信系统对室内覆盖不足的问题。
本发明引用以下 4 个参考文献 ：
[1]J.Zhang，G.Roche，“Femtocells ：Technologies and deployment”，John Wildy &Sons， Ltd，1st ed.，2010.
[2]3GPP TR36.921， “Home eNode B(HeNB)Radio Frequency(RF)requirements analysis”， v9.0.0.
[3]CATT， “DL Power Setting in Macro-Femto”，3GPP TSG RAN WG1 meeting #61bis， Dresden， Germany，28th June-2nd July，2010.
[4]3GPP TR36.814，“Further advancements for E-UTRA physical layer aspects”， v9.0.0.
另一方面，为实现高效的频谱利用率，新一代移动通信系统 ( 如 LTE 系统 ) 支持 使用频率复用因子为 1 的频率复用方案。 在这种情况下，Fcell 的加入将使得原有网络的 覆盖情况变得更为复杂。 特别是由于 Fcell 拥有很强的自主性和灵活性，只有预先设定的 用户域用户 ( 如闭合用户群，即 CSG 用户 ) 可以接入到 Fcell 中。 此时，如果非 CSG 用 户距离某一 Fcell 较近时，由于不能接入到该 Fcell 中，就会受到来自该 cell 的强烈下行干 扰。 由于 Fcell 布署具有很强的随机性 -- 理论上，用户可能在任何一个地区的任一房间安 装或卸载 Fcell，这种异构网络下的小区间干扰很难在网络规划时得到有效估计并解决。 文献 [1] 中提到传统的滤波方法、多用户检测方法、空域信号处理及高阶统计信号处理方 法可以对小区间干扰进行抑制，然而此类方法实现复杂度较高，在现有软硬件条件下大 多不适于产品实现。基于无线资源分配的干扰协调方法，如正交频分多路接入 (OFDMA) 系统中的部分频率复用及码分多址接入 (CDMA) 中的时跳机制，则需要预先进行网络规 划，也不适用于 Fcell 的应用场景。
对此，文献 [2] 提供了根据 Fcell 至 Mcell 的距离调整其发射功率的方法，即由 Fcell 通过测量它所接收到 Mcell 的信号强度来调整自己的发射功率 ：测量到的 Mcell 信 号越强 ( 即 Fcell 离 Mcell 越近 )，则 Fcell 自身的发射功率就调整得越高，反之则越低。 Fcell 的发射功率 P_tx 由下式决定 ：
P_tx ＝ Median(α · P_m+β， P_max， P_min)(dBm) (1)
其中 P_m 表示由 Fcell 测量到的 Mcell 的信号发射功率， P_max 表示 Fcell 允许 的最大发射功率， P_min 表示 Fcell 允许的最小发射功率。 α、 β 为两个非负常数，用 于调整计算 P_tx 的取值。
然而，文献 [2] 的方法没有考虑周围非 CSG 用户的分布情况，从而存在较大的局 限性。 例如，一方面，当 Fcell 离 Mcell 较远，而周围没有非 CSG 用户，此时降低 Fcell 的功率则不但不能获得任何增益，而且由于 Fcell 发射功率降低，将导致其覆盖区域内用 户的性能下降。 另一方面，当非 CSG 用户离 Fcell 较近时，又不能针对高干扰情形进行 额外的功率设置。 因此，该方法对干扰的协调性能较为有限。
此外，文献 [2] 中还提供了另一个方法，即基于对 Fcell 周围距离最近的非 CSG 用户的路径损耗估计来调整其发射功率，以此减小其对非 CSG 用户的干扰。 该功率设置 算法如下所述 [2] ：
P_tx ＝ Median(α · P_m+P_offset， P_max， P_min)(dBm) (2)
其中
P_offset ＝ Median(P_Inter_pathloss， P_offset_max， P_offset_min) (3)
其中 P_Inter_pathloss 为 Fcell 测量出的与其距离最近的非 CSG 用户之间的路径损 耗以及穿透损耗相关的一个功率偏移值，其值可以由 P_m 及 Fcell 收到的该非 CSG 用户 的信号功率 PMUE_rx 计算出。 P_offset_max 与 P_offset_min 分别为 P_Inter_pathloss 的上下 限。 然而，该方法没有考虑 Fcell 与 Mcell 之间的相对距离。 例如，当 Fcell 离 Mcell 较 近的时候，其周围的非 CSG 用户也可以获得较好的 Mcell 的信号，此时降低 Fcell 的功率 显得没有必要，反而由于 Fcell 受到较强的 Mcell 下行干扰，使得 Fcell 内的用户信干噪比 (SINR) 降低，影响了用户体验。
文献 [3] 中提供了最小化 Fcell 发射功率的方法，在 Fcell 采用仅满足其覆盖区域 内最低 SINR 要求的发射功率，如下式所示 [3] ：
P_tx ＝ Γ+Ω+IoT(dBm) (4)
其中 Γ 表示 Fcell 覆盖区域内用户的最低 SINR 要求， Ω 为背景噪声强度， IoT 表示来自最近的 Mcell 的干扰加噪声与噪声功率之比。 该方法以牺牲所有 CSG 用户的性 能为代价，换取对非 CSG 用户的影响最小化，这在实际网络部署时也不是最佳的方案。
为有效解决上述异构网络相邻小区间干扰的问题，本发明提供了一种基于 Fcell 自适应发射功率设置的方法。 该方法结合了上述三种功率设置方案各自的优点，克服了 它们各自的不足之处，使得 Fcell 可以根据周围网络布署及非 CSG 用户的分布情况，自动 调整其发射功率，有效降低该 Fcell 对周围非 CSG 用户的干扰，从而大幅提升异构网络的 整体系统性能。 发明内容
现有的功率设置方法仅从 Fcell 与 Mcell 的距离或与最近非 CSG 用户间的损耗等 单一角度寻找干扰协调的解决方案，缺乏全局观点，因此并不能很好实现干扰协调的目 的。 本发明提供了两种实现简单，并能同时具备前述三种方案优点的功率设置方法。 简 单地说， Fcell 同时测量与其最近的非 CSG 用户及 Mcell 的路径损耗，再根据该两项测量 值进行合并，同时满足其覆盖区域内用户的最低 SINR 要求。功率设置方法一 ：权衡的功率设置方法
该方法可以总结为以下步骤 ：
1. 由 Fcell 测量周围 Mcell 的参考信号接收功率 (RSRP)，获取周围最强的 Mcell RSRP 值 P_m ；
2. 估计距离 Fcell 最近的非 CSG 用户与 Mcell 间的损耗 PL ＝ PM_tx-P_m，其中 PM_tx 为 Mcell 发射功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取广播信息等方式获 取；
3. 估计非 CSG 用户的发射功率 PMUE_tx ＝ P0+PL，PL ＝ PM_tx-P_m，其中 P0 为 Mcell 期望接收到的用户信号功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取系统广播信 息等方式获取 ；
4. 分别根据 Fcell 与 Mcell 的距离以及与相距最近的非 CSG 用户间的路径损耗两 个方面进行计算，分别得到 Fcell 的发射功率 P1 以及 P2 ：
P1 ＝ Median(α · P_m+β， P_max， P_min)(dBm) (5)
P2 ＝ Median(α · P_m+P_offset， P_max， P_min)(dBm) (6)
其中 ： α ＞ 0，0≤β≤180 ；
P_offset ＝ Median(P_Inter_pathloss， P_offset_max， P_offset_min) ；
P_Inter_pathloss ＝ PMUE_tx-PMUE_rx ；
PMUE_rx 为 Fcell 测量的非 CSG 用户的信号接收功率 ；
5. 为保证 Fcell 根据环境调节的发射功率对非 CSG 用户影响最小，以改善离 Fcell 较近的非 CGS 用户的接收性能，基于步骤 4 的计算结果，按下式计算初步的功率调整值
6. 为保证覆盖区域内用户的最小 SINR 要求 Γ，计算发射功率调整的下界 P3，并在步骤 5 得到的 基础上进行调整，得到第二次功率调整值
P3 ＝ Γ+Ω+IoT(dBm) (7)
7. 为确保经过步骤 6 调整的发射功率不超过 Fcell 基站允许的上下限，按下式计 算最终的功率设置值 ：
功率设置方法二 ：合并的功率设置方法
方法一通过选取 P1、P2 中的较小值，即 min(P1，P2)，考虑了 Fcell 与 Mcell 的 距离及 Fcell 与最近的非 CSG 用户的损耗两个因素。 但简单地取两者最小值仅能解决离 Fcell 较近的非 CSG 用户的干扰协调，对那些近距离内没有非 CSG 用户的 Fcell 依然存在 过度限制功率的问题。 确切地说，即当 Fcell 离 Mcell 较远时，Fcell 会测量得到一个较低 的 P1 值，但如果此时 Fcell 周围没有非 CSG 用户，则将得到较大的 P2 值，但按照方法一 却只会选择较小的 P1 值。 因此，本发明提供了改进的功率设置方法，即合并的功率设置 方法。 该方法可通过控制 Fcell 对周围非 CSG 用户的影响程度，解决了上述问题并进一
步提高了系统性能。
该方法可以总结为以下步骤 ：
1. 由 Fcell 测量周围 Mcell 的参考信号接收功率 (RSRP)，获取周围最强的 Mcell RSRP 值 P_m ；
2. 估计距离 Fcell 最近的非 CSG 用户与 Mcell 间的损耗 PL ＝ PM_tx-P_m，其中 PM_ tx 为 Mcell 发射功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取广播信息等方式获取 ；
3. 估计非 CSG 用户的发射功率 PMUE_tx ＝ P0+PL，PL ＝ PM_tx-P_m，其中 P0 为 Mcell 期望接收到的用户信号功率，大小可由系统标准规范定义，或通过读取系统广播信 息等方式获取 ；
4. 计算 P_offset ：
P_offset ＝ Median(P_Inter_pathloss， P_offset_max， P_offset_min)
P_Inter_pathloss ＝ PMUE_tx-PMUE_rx，
PMUE_rx 为 Fcell 测量的非 CSG 用户的接收信号功率
5. 根据预配置参数，调整 Fcell 的发射功率 ：
P4 ＝ Median(α · P_m+λ · P_offset+β， P_max， P_min)(dBm) (9)
其中 ： α ＞ 0，0≤β≤180 ； λ ∈ (0，1] 为一个控制参数，用于控制 Fcell 对周围非 CSG 用户的影响程度 ； 6. 为保证覆盖区域内用户的最小 SINR 要求 Γ，计算发射功率调整的下界 P3，并在步骤 5 得到的 P4 基础上进行调整，得到功率调整值
P3 ＝ Γ+Ω+IoT(dBm)
7. 为确保经过步骤 6 调整的发射功率不超过 Fcell 基站允许的上下限，按下式计 算最终的功率设置值 ：
功率设置触发条件 ；
Fcell 的功率设置应该是条件触发的。 例如，当 Fcell 周围没有 Mcell，则 P m 趋 于无穷小，按以上两种方法计算得出的 Fcell 的发射功率也会趋于无穷小。 这就使 Fcell 失去覆盖 Mcell 盲点的意义。 因此，本发明提出功率设置的触发条件如下所述 ：
假设系统控制信道的最低 SINR 要求为 ψdB，则触发功率设置过程的条件为 ：
P_m≥ψ+Ω+ΔOffset (11)
其中 ΔOffset 为一可调偏移值，用于控制该触发条件的敏感度。以 LTE 系统为例， 其下行控制信道 SINR 低于 -6dB 时将导致控制信号的 BLER 值将大于 10％，此时用户已 处于无线链路连接失败状态，不能维持正常通信。 如果 Fcell 测得周围最强 Mcell 信号的 SINR ＜ -10dB，即 Mcell 和 Fcell 之间的距离足够远，则此时 Fcell 是否对周围非 CSG 用 户造成很强干扰已无关紧要，不必触发功率设置过程。
附图说明
图 1 ：异构网络场景示意图 ；图 2 ：方法一实施流程图 ； 图 3 ：P_offset 计算流程图 ； 图 4 ：方法二实施流程图 ； 图 5 ：方法一与现有方法的性能比较 ； 图 6 ：方法二与现有方法的性能比较。具体实施方式
下面以 LTE 系统为例，给出本发明提供的功率设置方法的两个具体实施例。 如 图 1 所示的 LTE 同频网络布署场景，带宽为 10MHz 的 LTE 系统中，一个 Fcell 在 Mcell 的 覆盖区内上电启动，此时正好 Fcell 附近有一个非 CSG 用户 MUE1。 由于 MUE1 不能接 入到 Fcell 中，因此将受到来自 Fcell 的较强的同频干扰。 相比之下，由于 MUE2 离 Fcell 较远， Fcell 对它的干扰则可忽略不计。
以下是功率设置方法一的一个实施例，如图 2 所示 ：
1、 Fcell 开机 ；
2、Fcell 测量周围 Mcell 的 RSRP，将测得的最大 RSRP 值设为 P_m(dBm)。 然 后判定 P_m 是否满足功率设置的触发条件，若不满足则设置 P_m ＝ 0dBm ； 3、 Fcell 根据预先选定的 α， β 值 ( 如 α ＝ 1， β ＝ 70)，由 (5) 计算 P1 ；
P1 ＝ Median(α · P_m+β， P_max， P_min)(dBm) (5)
4、 Fcell 读取 Mcell 广播信道中的 SIB 消息，获取 P0 值 ( 如 P0 ＝ -106dBm) 以 及 Mcell 的发射功率 PM_tx 值 ( 如 29dBm) ；
5、按以下步骤计算 P_Inter_pathloss，如图 3 所示 ：
a) 由 PM_tx 以及 P_m 估算出与 Fcell 相距最近的非 CSG 用户与 Mcell 之间的路径 损耗为
PL ＝ PM_tx-P_m ；
b)Fcell 测量其接收到的非 CSG 用户的信号功率，并将其最大值设为 PMUE_rx ；
c) 由 PL 值估算非 CSG 用户的信号发射功率为
PMUE_tx ＝ P0+PL ；
d) 由下式计算 P_Inter_pathloss ：
P_Inter_pathloss ＝ PMUE_tx-PMUE_rx ；
6、由下式计算 P_offset ：
P_offset ＝ Median(P_Inter_pathloss， P_offset_max， P_offset_min) ；
7、由下式计算 P2 ：
P2 ＝ Median(α · P_m+P_offset， P_max， P_min)(dBm) ；
8、由下式计算 P3 ：
P3 ＝ Γ+Ω+IoT(dBm) ；
9、计算 Fcell 的经调整的发射功率 P_tx ：
8其中 ：CN 102026356 A CN 102026371 A
说明书6/7 页10、将 P_tx 设置为 Fcell 的发射功率。
以下是功率设置方法二的一个实施例，如图 4 所示 ：
1、 Fcell 开机 ；
2、Fcell 测量周围 Mcell 的 RSRP，将测得的最大 RSRP 值设为 P_m(dBm)。 然 后判定 P_m 是否满足功率设置的触发条件，若不满足则设置 P_m ＝ 0dBm ；
3、读取 Mcell 的广播信道中的 SIB 消息，获取 P0 值 ( 如 P0 ＝ -106dBm) 及 Mcell 发射功率 PM_tx( 如 29dBm) ；
4、按以下步骤计算 P_Inter_pathloss，如图 3 所示 ：
a) 由 PM_tx 以及 P_m 估算出与 Fcell 相距最近的非 CSG 用户与 Mcell 之间的路径 损耗为
PL ＝ PM_tx-P_m ；
b)Fcell 测量其接收到的非 CSG 用户的信号功率，并将其最大值设为 PMUE_rx ；
c) 由 PL 值估算非 CSG 用户的发射功率为
PMUE_tx ＝ P0+PL ；
d) 由下式计算 P_Inter_pathloss ：
P_Inter_pathloss ＝ PMUE_tx-PMUE_rx ；
5、计算 P_offset ＝ Median(P_Inter_pathloss， P_offset_max， P_offset_min) ；
6、根据预先设置好的 α、 β、 λ 值 ( 如 α ＝ 1， β ＝ 40， λ ＝ 0.5)，由下 式计算 P4 ：
P4 ＝ Median(α · P_m+λ · P_offset+β， P_max， P_min)(dBm) ；
7、由下式计算 P3 ：
P3 ＝ Γ+Ω+IoT(dBm) ；
8、由下式计算 Fcell 发射功率 P_tx ：
其中 ：9、将 P_tx 设为 Fcell 的发射功率。
系统仿真结果 ：
图 5 与图 6 为按本发明所提供的方法一、二分别在异构网络中实施后，所得到的 系统仿真性能结果。 仿真的主要参数在表 1 给出，其他参数配置参见文献 [4]。 图中 ：
● MUE 表示 Mcell 用户的累计分布函数 (CDF) 曲线 ；
● FUE 表示 Fcell 用户的 CDF 曲线 ；
● P1 为按文献 [2] 方案进行功率设置的结果 ；
● P2 为按文献 [2] 方案进行功率设置的结果 ；
● P3 为按文献 [3] 里提供的方法进行功率设置的结果。
●图 5 中的方法一为按本发明提供的方法一进行功率设置的结果 ；
●图 6 中的方法二为按本发明提供的方法二进行功率设置的结果。
根据图 5 与图 6 中显示的本发明提供的方法一、二与现有方法的性能比较，可 以看出，相比现有方法，本发明所提供的方法在显著提升异构网络的小区边缘用户性能 的同时，仍然保持了小区中心用户较好的性能，而且在 Mcell 与 Fcell 间取得了很好的平 衡。 需要指出，本仿真结果通过一个具体的例子，展示了本发明所提供的功率设置方法 相对现有方法的优越性。 在真实的异构网络中，本发明的实施并不局限于本仿真给出的 测试配置。
表 1 ：仿真参数设置
以上所述仅为本发明的两个实施例而已，并不用于限制本发明。 本发明可以有 各种合适的更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。