基于资源小区自适应生成的网络覆盖增强方法与流程

1.本发明属于通信技术领域，更进一步涉及移动通信技术领域中的一种基于资源小区自适应生成的网络覆盖增强方法。本发明可用于网络资源编排器根据用户需求、网络实时干扰以及覆盖状况监测信息等对覆盖结构进行灵活调控，实现网络覆盖增强。


背景技术：

2.一直以来，用户对于网络覆盖的需求始终伴随着无线通信网络的发展。近些年来，网络从独立部署的传统地面宏蜂窝基站构成的同构网络转变成地面宏蜂窝基站与地面小蜂窝基站构建的异构密集网络以及由空中基站引入所构建的立体致密网络。网络形态的演进不断提升网络的覆盖能力，大大满足了用户对网络覆盖的需求。所谓的网络覆盖增强是指网络信号连续覆盖无空洞，而且是网络容量无空洞地覆盖局部热点区域。密集部署通常是指由每平方公里大于1000个的接入点组成的网络。在该网络中，若要带来可用资源提升，会由于缺乏有效的系统级资源管控手段，显著增加资源的使用冲突，从而带来严重的干扰，造成资源使用效率低下，反过来恶化网络的容量。同时，采用蜂窝小区的服务方式服务用户，覆盖结构由真实物理小区(静态部署)所构成缺乏灵活性，无法有效应对业务的变化以及难以高效流转网络资源。上述两方面的原因使得现今网络中常出现信号覆盖的空时不连续，以及局部热点区域中的终端接入设备常面临“有信号无服务”的容量覆盖困扰。
3.上海诺基亚贝尔有限股份公司在其申请的专利文献“用于跨多个相邻宏小区生成虚拟小区的方法及设备”(申请号：cn 201610015699.8，申请公布号：cn 106961686 a)中提出了一种基于以用户为中心的虚拟小区comp技术来实现网络覆盖增强的方法。该方法的主要步骤是：(1)响应于用户设备位于第一宏小区中、并且临近所述第一宏小区的边界处，向相邻的一个或多个的第二宏基站发送请求信息，以请求生成跨所述第一宏小区和所述第二宏小区的虚拟小区；(2)响应于接收到针对所述请求信息的确认信息，为所述用户设备生成所述虚拟小区。该方法存在的不足之处是：以用户为中心的虚拟小区comp技术下接入点间缺乏系统级资源管控手段，使得当网络接入点密度过大时，网络干扰难以有效管控。
4.中国移动通信集团公司在其申请的专利文献“一种c
‑
ran网络规划方法及装置”(申请号：cn 201711477598.3，申请公布号：cn 109996238 a)中提出了一种基于c
‑
ran网络规划来实现网络覆盖增强的方法。该方法的步骤是：(1)获取rru集中每个rru与其他rru的重叠覆盖度；(2)将重叠覆盖度高于预设覆盖度阈值的其它rru标记为相邻rru；(3)从rru集中选取一个rru作为主rru；(4)若主rru与rru集中的相邻rru之间，以及任意两个相邻rru之间均满足预设的距离阈值，则组合成一个子簇；(5)将子簇中的rru从rru集中剔除，再从rru集中剩余的rru中选取下一个rru作为主rru，直到rru集中剩余的rru间均不为其它rru的相邻rru。虽然5g新型无线接入网构架c
‑
ran能够实现资源的系统级管控，提高频谱效率，减弱干扰，提升容量。但是，该方法仍然存在的不足之处是，由于c
‑
ran结构中bbu，rru部署固定，拓扑关系固定，c
‑
ran中节点难以扩展，使得c
‑
ran难以根据网络覆盖需求的变化进行相应的调整来实现网络覆盖增强。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于资源小区自适应生成的网络覆盖增强方法，用于解决以用户为中心的虚拟小区comp技术下接入点间缺乏系统级资源管控手段，使得当网络接入点密度过大时，网络干扰难以有效管控的问题，以及c
‑
ran结构中bbu，rru部署固定，拓扑关系固定，难以根据网络覆盖需求的变化进行相应的调整来实现网络覆盖增强的问题。
6.为了实现上述目的，本发明的思路是，将无线局域网中每个用户终端接入网络的设备视为一个接入点，生成每个接入点当前网络状态下的相关矩阵，网络资源编排器利用每个接入点的相关矩阵确定每一个接入点所应当从属的资源小区，实现多个接入点的簇化，簇化后的资源小区协同传输，为终端接入设备进行服务，解决了现有技术由缺乏系统级资源管控以及边界效应造成的网络接入点密度过大时，网络干扰难以有效管控的问题。在本发明中网络资源编排器根据每个资源小区中的每个接入点的平均管控链路距离和吞吐量，生成网络cu
‑
du映射表。利用cu
‑
du映射表构建各资源小区中的每个执行cu功能的接入点、每个执行du功能的接入点的中传链路。当网络状态变化时，每个接入点根据变化后的网络状态重新生成相关矩阵，网络资源编排器重新划分资源小区并生成当前状态下的网络cu
‑
du映射表，资源小区中的每个执行cu功能的接入点、每个执行du功能的接入点根据当前状态下的网络cu
‑
du映射表对中传链路进行重构，如此随着网络状态的变化生成当前状态下的网络cu
‑
du映射表重构中传链路,如此实现了资源小区中的每个执行cu功能的接入点、每个执行du功能的接入点的中传链路自适应调整，解决了现有技术中c
‑
ran网络结构的中传链路部署固定，拓扑关系不可改变造成的网络难以根据覆盖需求的变化进行相应调整的问题。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：
8.步骤1，将网络中传统小区作为网络的初始状态；
9.步骤2，生成当前网络状态下的相关矩阵：
10.(2a)对所有接入点的当前网络状态进行实时监测，当网络覆盖或业务发生变化时执行步骤(2b)；
11.(2b)量化所有接入点相互之间的业务关联度，在当前网络状态下任选两个接入点，若其共同服务于局部区域内的同一组业务，则业务关联度为1，否则，业务关联度为0，将所有接入点两两之间的业务关联度组成业务关联度矩阵；
12.(2c)每个接入点广播自身的经纬度信息，同时接收其余各接入点的经纬度信息，计算当前网络状态下每个接入点与其余接入点的距离，并对每个距离进行归一化处理，得到所有接入点的网络拓扑矩阵；
13.(2d)每个接入点接收来自其余接入点发送的干扰并对干扰进行归一化处理，得到所有接入点的干扰矩阵，
14.(2e)对业务关联度矩阵、网络拓扑矩阵和干扰矩阵线性加权，得到当前网络状态下的由接入点之间的相关度组成的相关矩阵；
15.步骤3，判断是否成立，若是，则将当前迭代的相关矩阵传送给网络资源编排器后执行步骤4，否则，执行步骤2；其中，|
·
|表示取绝对值操作，表示当
前迭代的相关矩阵中第i个接入点与第j个接入点的相关度，表示上一次迭代的相关矩阵中第i个接入点与第j个接入点的相关度，ε表示预设的触发值；
16.步骤4，对每个接入点划分资源小区：
17.(4a)网络资源编排器从接入点集合中选取并删去序号最小的接入点；
18.(4b)从接入点集合中剩余的接入点中选取相关度高于阈值的所有接入点组成资源小区，并删去所选接入点；
19.(4c)判断接入点集合是否为空，若是，资源小区划分完成，后执行步骤5，否则，执行步骤(4a)；
20.步骤5，生成网络cu
‑
du映射表：
21.(5a)利用公式，计算每个资源小区中每个接入点的平均管控链路距离，其中，l
k,v
表示第k个资源小区中第v个接入点的平均管控链路距离，∑表示求和操作，m表示接入点的序号，n表示第k个资源小区中接入点的总数，d
v,m
表示第v个接入点到第m个接入点的距离；
22.(5b)利用p
k,v
＝s
k,v
/l
k,v
公式，计算每个资源小区中每个接入点的评分值，其中，p
k,v
表示第k个资源小区中第v个接入点的评分值，s
k,v
表示第k个资源小区中第v个接入点的吞吐量；
23.(5c)对每个资源小区中的每个接入点的评分值由大到小进行排序，选择最大的作为资源小区中执行cu功能的接入点，其余的作为资源小区中执行du功能的接入点；
24.(5d)生成一个二维矩阵的网络cu
‑
du映射表，将一行中只有主对角线上元素为1的代表传统接入点，且该接入点不在任何资源小区内，将一行中除主对角线元素为1，同时存在其他元素为1的，则位于主对角线上的元素代表资源小区中执行cu功能的接入点，其他为1的元素代表资源小区中执行du功能的接入点，将一行中主对角线元素为0的表示该接入点构成其他资源小区中执行du功能的接入点；
25.步骤6，根据cu
‑
du映射表构建各资源小区的中传链路：
26.(6a)将生成的cu
‑
du映射表下发至各接入点处；
27.(6b)各接入点通过cu
‑
du映射表判断各自所属资源小区和承担的功能，若本接入点对应cu
‑
du映射表对角线为1的位置，则同时激活本接入点的cu和du功能以及与核心网之间的回程功能，否则，本接入点仅激活du功能，并向本接入点在cu
‑
du映射表中的对应列非零元素对应行的对角线元素为1的接入点进行注册，建立cu与du之间的中传链路；
28.(6c)每个资源小区中执行cu功能的接入点调整其位于同一资源小区内仅激活du功能的空基接入点的部署参数；
29.(6d)网络资源编排器为各资源小区编排可用资源，以资源小区为单位对终端接入设备进行服务。
30.本发明与现有技术相比，具有如下优点：
31.第一，由于本发明中所有接入点生成当前网络状态下的相关矩阵，网络资源编排器根据每个接入点的相关矩阵划分资源小区，划分后资源小区协同传输的特性，克服了现有技术由于传统小区接入点的缺乏系统级资源管控以及边界效应造成的网络接入点密度过大时，网络干扰难以有效管控的问题，使得本发明能够以划分后的资源小区为单位为终
端接入设备提供服务，降低了网络资源的使用冲突，提高了网络资源的使用效率，提升了网络信号与网络容量的覆盖能力。
32.第二，由于本发明中网络资源编排器能够随着网络状态的变化生成当前状态下的网络cu
‑
du映射表，并且各资源小区中的每个执行cu功能的接入点、每个执行du功能的接入点能够根据当前状态下的网络cu
‑
du映射表重构各资源小区的中传链路，克服了现有技术由于c
‑
ran结构中bbu，rru之间的中传链路部署固定，拓扑关系固定造成的的c
‑
ran结构难以根据网络状态的变化进行相应调整的问题，使得本发明的网络覆盖结构能够根据当前网络状态进行自适应调整，实现了网络内通信资源的高效流转，保障了密集网络下信号的连续覆盖和网络容量的无空洞覆盖。
附图说明
33.图1是本发明的流程图；
34.图2是本发明的仿真图。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
36.参照图1对本发明的具体实现步骤做进一步的详细描述。
37.步骤1，将网络中传统小区作为网络的初始状态。
38.步骤2，生成当前网络状态下的相关矩阵。
39.对所有接入点的当前网络状态进行实时监测，当网络覆盖或业务发生变化时执行下一步。
40.所述网络状态包括网络覆盖、业务变化、网络拓扑以及干扰状态。
41.量化所有接入点相互之间的业务关联度，在当前网络状态下任选两个接入点，若其共同服务于局部区域内的同一组业务，则业务关联度为1，否则，业务关联度为0，将所有接入点两两之间的业务关联度组成业务关联度矩阵。
42.每个接入点广播自身的经纬度信息，同时接收其余各接入点的经纬度信息，计算当前网络状态下每个接入点与其余接入点的距离，并对每个距离进行归一化处理，得到所有接入点的网络拓扑矩阵。
43.每个接入点接收来自其余接入点发送的干扰并对干扰进行归一化处理，得到所有接入点的干扰矩阵。
44.对业务关联度矩阵、网络拓扑矩阵和干扰矩阵线性加权，得到当前网络状态下的由接入点之间的相关度组成的相关矩阵。
45.步骤3，判断是否成立，若是，则将当前迭代的相关矩阵传送给网络资源编排器后执行步骤4，否则，执行步骤2；其中，|
·
|表示取绝对值操作，表示当前迭代的相关矩阵中第i个接入点与第j个接入点的相关度，表示上一次迭代的相关矩阵中第i个接入点与第j个接入点的相关度，ε表示预设的触发值。
46.所述触发值是根据网络控制链路的拥塞率设定的值。
47.步骤4，对每个接入点划分资源小区。
48.网络资源编排器从接入点集合中选取并删去序号最小的接入点。
49.从接入点集合中剩余的接入点中选取相关度高于阈值的所有接入点组成资源小区，并删去所选接入点。
50.判断接入点集合是否为空，若是，资源小区划分完成，后执行步骤5，否则，重新从接入点集合中选取并删去序号最小的接入点。
51.所述阈值在[0,1]范围内是根据网络状态设定的值，若网络信号覆盖出现空洞、网络容量覆盖低于终端接入设备容量需求以及干扰越严重时，则将该阈值设定为较低的值，使得扩大单个资源小区规模带来的系统级资源管控引入的覆盖提升效果趋于饱和，否则，将该阈值设定为较高的值,使得缩小单个资源小区规模带来的系统级资源管控引入的覆盖提升效果趋于饱和。若网络信号覆盖出现空洞、网络容量覆盖低于终端接入设备容量需求以及干扰越严重时，则该阈值设定为较低的值，使得更多的接入点被划分到同一个资源小区，即单个资源小区的规模越大，越多的接入点被进行系统级资源管控，否则，阈值越高。
[0052]
步骤5，生成网络cu
‑
du映射表。
[0053]
利用公式，计算每个资源小区中每个接入点的平均管控链路距离，其中，l
k,v
表示第k个资源小区中第v个接入点的平均管控链路距离，∑表示求和操作，m表示接入点的序号，n表示第k个资源小区中接入点的总数，d
v,m
表示第v个接入点到第m个接入点的距离。
[0054]
利用p
k,v
＝s
k,v
/l
k,v
公式，计算每个资源小区中每个接入点的评分值，其中，p
k,v
表示第k个资源小区中第v个接入点的评分值，s
k,v
表示第k个资源小区中第v个接入点的吞吐量。
[0055]
对每个资源小区中的每个接入点的评分值由大到小进行排序，选择最大的作为资源小区中执行cu功能的接入点，其余的作为资源小区中执行du功能的接入点。
[0056]
生成一个二维矩阵的网络cu
‑
du映射表，将一行中只有主对角线上元素为1的代表传统接入点，且该接入点不在任何资源小区内，将一行中除主对角线元素为1，同时存在其他元素为1的，则位于主对角线上的元素代表资源小区中执行cu功能的接入点，其他为1的元素代表资源小区中执行du功能的接入点，将一行中主对角线元素为0的表示该接入点构成其他资源小区中执行du功能的接入点。
[0057]
所述每个资源小区的cu接入点调整其位于同一资源小区内仅激活du功能的空基接入点的部署参数的步骤如下：
[0058]
第一步，构建待调整资源小区的目标函数：f＝γ
·
c
i
(1
‑
γ)
·
a
i
，其中，γ表示效用因子，取值0到1，代表目标函数优化的比重，c
i
表示待调整资源小区的第i个资源小区的网络容量，b表示数据传输带宽，m
i
表示第i个资源小区服务的传输链路的总数，log2表示以2为底的对数操作，sinr
i,j
表示第i个资源小区的第j个数据传输链路的信干噪比，a
i
表示第i个资源小区的有效覆盖面积；
[0059]
第二步，在空基du飞行高度限制、发射功率限制以及能量的约束条件限制下，进行空基du部署参数的求解。
[0060]
步骤6，根据cu
‑
du映射表构建各资源小区的中传链路。
[0061]
将生成的cu
‑
du映射表下发至各接入点处。
[0062]
各接入点通过cu
‑
du映射表判断各自所属资源小区和承担的功能，若本接入点对应cu
‑
du映射表对角线为1的位置，则同时激活本接入点的cu和du功能以及与核心网之间的回程功能，否则，本接入点仅激活du功能，并向本接入点在cu
‑
du映射表中的对应列非零元素对应行的对角线元素为1的接入点进行注册，建立cu与du之间的中传链路。
[0063]
每个资源小区中执行cu功能的接入点调整其位于同一资源小区内仅激活du功能的空基接入点的部署参数。
[0064]
网络资源编排器为各资源小区编排可用资源，以资源小区为单位对终端接入设备进行服务。
[0065]
所述部署参数包括部署空基接入点位置、空基接入点移动方式、空基接入点波束参数。
[0066]
下面通过两个实施例对本发明的实现过程做进一步的说明。
[0067]
实施例1是面向地面网络的资源小区自适应生成的实施例，实施例2是面向立体致密网络的资源小区自适应生成的实施例。
[0068]
本发明实施例1是在一个15.18平方千米的体育场馆内实现对地面网络的资源小区自适应生成的过程。在该体育场馆内共部署有22个5g接入点，如图2(a)所示。图2(a)中的椭圆形线围起来的区域表示部署接入点的全部区域，中心部分由矩形线围起来的区域表示部署网络资源编排器的区域，在部署网络资源编排器的区域的中央设置网络资源编排器。在部署网络资源编排器的区域的上方均匀地部署两行接入点，第一行均匀地部署序号为1～4的四个接入点，第二行均匀地部署序号为5～8的四个接入点，两行中相应位置的接入点一一对齐。在部署网络资源编排器的区域的下方均匀地部署两行接入点，第一行均匀地部署序号为15～18的四个接入点，第二行均匀地部署序号为19～22的四个接入点，两行中相应位置的接入点一一对齐，在部署网络资源编排器的区域的左边均匀地部署序号为9、11、13的接入点，在部署网络资源编排器的区域的右边均匀地部署序号为10、12、14的接入点，每个接入点都具备有完整的cu、du的功能，可根据具备需求进行相应功能的激活，网络资源编排器能够有效地管控场景内的各接入点并且进行资源编排，各接入点工作在2.6ghz频段，发射功率为23dbm。
[0069]
在网络状态发生变化前的初始网络状态下，每个5g接入点分别作为独立的传统小区为终端接入设备进行服务。
[0070]
对场馆内22个5g接入点实时检测当前网络状态下各接入点的平均链路密度与下行业务量，在该实例中，当平均链路密度改变时，生成当前网络状态下的22个接入点的相关矩阵，矩阵中每个元素表示当前接入点与其余所有接入点的相关度，相关矩阵如下：
[0071][0072]
将相关矩阵中相关度大于0.8的接入点划分到同一个资源小区内，因此将接入点1、接入点2、接入点5、接入点6划分在同一个资源小区内，剩余的18个接入点不划分到任何资源小区中，并视作单独的cu为终端接入点进行服务。
[0073]
网络资源编排器使用当前网络状态下的相关矩阵生成当前状态下的网络cu
‑
du映射表如下，同时网络资源编排器将新生成的cu
‑
du映射表下发至各接入点处。
[0074][0075]
各接入点通过cu
‑
du映射表判断各自所属资源小区和承担的功能，其中作为cu的接入点，激活本接入点的cu以及du功能，并且激活与核心网之间的回程功能，作为du的接入点激活本接入点的du功能，并向cu进行注册，同时建立起cu与du之间的中传链路，结果如图2(b)。图2(b)中接入点1、接入点2、接入点5、接入点6在同一个资源小区内，其中接入点2作为该资源小区的cu，接入点1、接入点5、接入点6作为该资源小区的du，图中剩余的接入点作为传统小区单独为用户服务。网络资源编排器为各资源小区编排可用资源，以资源小区为单位对终端接入设备进行服务。
[0076]
本发明实施例2是在一个户外广场实现对立体致密网络的资源小区自适应生成的过程。在该场地内共部署有17个5g接入点，由16个地面接入点和一个空基接入点组成，如图2(c)所示。图2(c)的中央部署了一个网络资源编排器，在网络资源编排器的周围均匀地部署四行地面接入点，第一行部署序号为1～4的四个地面接入点，第二行部署序号为5～8的四个地面接入点，第三行部署序号为9～12的四个地面接入点，第四行部署序号为13～16的四个地面接入点，四行中相应位置的接入点一一对齐，图中的虚线表示序号为17的空基接入点的运动轨迹，每个接入点都具备有完整的cu、du的功能，可根据具备需求进行相应功能的激活，网络资源编排器能够有效地管控场景内的各接入点并且进行资源编排，各接入点工作在2.6ghz频段，地面接入点的工作功率为23dbm，空基接入点的工作功率为30dbm，盘旋
半径为20m到50m，飞行高度为100m到300m。
[0077]
在网络状态发生变化前的初始网络状态下，每个5g接入点分别作为独立的传统小区为终端接入设备进行服务。
[0078]
对场地内17个5g接入点实时检测当前网络状态下各接入点的平均链路密度与下行业务量，在该实例中，当平均链路密度改变时，生成当前网络状态下的17个接入点的相关矩阵，矩阵中每个元素表示当前接入点与其余所有接入点的相关度，相关矩阵如下：
[0079][0080]
将相关矩阵中相关度大于0.8的接入点划分到同一个资源小区内，因此将接入点3、接入点4、接入点7、接入点8、接入点17划分在同一个资源小区内，剩余的12个接入点不划分到任何资源小区中，并视作单独的cu为终端接入点进行服务。
[0081]
网络资源编排器使用当前网络状态下的相关矩阵生成当前状态下的网络cu
‑
du映射表如下，同时网络资源编排器将新生成的cu
‑
du映射表下发至各接入点处。
[0082][0083]
各接入点通过cu
‑
du映射表判断各自所属资源小区和承担的功能，其中作为cu的接入点，激活本接入点的cu以及du功能，并且激活与核心网之间的回程功能，作为du的接入点激活本接入点的du功能，并向cu进行注册，同时建立起cu与du之间的中传链路，结果如图2(d)。图2(d)中接入点3、接入点4、接入点7、接入点8、接入点17在同一个资源小区内，其中接入点7作为该资源小区的cu，接入点3、接入点4、接入点8、接入点17作为该资源小区的du，图中剩余的接入点作为传统小区单独为用户服务。网络资源编排器为各资源小区编排可用资源，以资源小区为单位对终端接入设备进行服务。