基于關(guān)聯(lián)控制的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路干擾抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于關(guān)聯(lián)控制的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路干擾抑制方法，主要解決當(dāng)家庭基站開放接入，如何對(duì)用戶進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，來(lái)減少宏小區(qū)和家庭小區(qū)之間的跨層干擾，提高網(wǎng)絡(luò)性能的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)方法是：對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，建模為一個(gè)以目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)吞吐量的優(yōu)化問(wèn)題，由于該問(wèn)題為NP-Hard問(wèn)題，所以將其求解分為兩部分，首先，各個(gè)基站進(jìn)行子信道分配，實(shí)現(xiàn)干擾協(xié)調(diào)；然后，由中心控制器根據(jù)各個(gè)基站反饋的路徑增益信息，對(duì)用戶進(jìn)行接入控制，實(shí)現(xiàn)干擾轉(zhuǎn)移。這樣，以一個(gè)可以實(shí)施的方式得到問(wèn)題的解。本發(fā)明通過(guò)干擾協(xié)調(diào)和干擾轉(zhuǎn)移，最終減少異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路的跨層干擾，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量?？捎糜诋悩?gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路的關(guān)聯(lián)控制和干擾抑制。
【專利說(shuō)明】基于關(guān)聯(lián)控制的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路干擾抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及OFDMA系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)控制和干擾抑制，特別涉及OFDMA系統(tǒng)中宏小區(qū)和家庭小區(qū)組成的兩層異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)家庭小區(qū)采用開放接入模式時(shí)，為減少跨層干擾，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，對(duì)系統(tǒng)中所有用戶進(jìn)行的基于關(guān)聯(lián)控制的上行鏈路干擾抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是宏小區(qū)和家庭小區(qū)組成的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可以順應(yīng)當(dāng)今迅速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，減少運(yùn)營(yíng)成本，提高整個(gè)系統(tǒng)的容量，提高通信質(zhì)量和通信可靠性。同時(shí)，家庭基站的部署能夠減輕宏基站負(fù)載，減少宏基站功率損耗和無(wú)線終端功率損耗，及減少宏基站的覆蓋盲區(qū)。在該異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，接入宏基站的用戶稱為宏用戶，接入家庭基站的用戶稱為家庭用戶。
[0003]但是，在異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，宏小區(qū)和家庭小區(qū)是完全重疊覆蓋的，由于頻譜資源稀缺且昂貴，通常它們使用相同頻段，這樣，宏小區(qū)和家庭小區(qū)之間會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的跨層干擾，降低網(wǎng)絡(luò)性能。在OFDMA系統(tǒng)上行鏈路，當(dāng)家庭小區(qū)采用開放接入模式，用戶關(guān)聯(lián)基站的選擇往往伴隨著對(duì)用戶進(jìn)行資源分配，合理的資源分配策略可以減少跨層干擾，提高網(wǎng)絡(luò)性能，因此，當(dāng)家庭基站開放接入，如何對(duì)用戶進(jìn)行基站關(guān)聯(lián)控制聯(lián)合資源分配，來(lái)減少跨層干擾，提高網(wǎng)絡(luò)性能成為一個(gè)重要的研究問(wèn)題。
[0004]目前，關(guān)于異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)控制聯(lián)合資源分配技術(shù)的研究大多只關(guān)注下行OFDMA系統(tǒng)，或上行CDMA系統(tǒng)，對(duì)于上行OFDMA系統(tǒng)卻少有研究。如Mingyi Hong等在IEEEJournal On Selected Areas In Communications, 2012 ((Mechanism Design for BaseStation Association and Resource Allocation in Downlink OFDMA Network))一文中研究了下行同構(gòu)的多小區(qū)OFDMA系統(tǒng)中，聯(lián)合的關(guān)聯(lián)控制和資源分配的優(yōu)化問(wèn)題，將原來(lái)的NP-hard優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為用戶之間進(jìn)行的博弈，在效用函數(shù)中引入懲罰項(xiàng)為了使其不謊報(bào)信息，而進(jìn)行準(zhǔn)確的資源分配，得到次優(yōu)解，提高了網(wǎng)絡(luò)性能，但是此方法主要研究的是下行 OFDMA 系統(tǒng)。C.Singh 等在 IEEE International Conference on Game Theory forNetworks, 2009《Uplink power control and base station association in multichannelcellular networks》一文中，研究了 CDMA系統(tǒng)上行多信道多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合的關(guān)聯(lián)控制和功率控制技術(shù)，其中每個(gè)小區(qū)只使用一個(gè)信道，從博弈論的角度出發(fā)，以用戶接入某個(gè)基站后最優(yōu)的發(fā)射功率為懲罰項(xiàng)，得到分布式關(guān)聯(lián)控制和功率調(diào)整，分析了用戶數(shù)目為有限個(gè)和無(wú)限個(gè)兩種情況下的均衡解和系統(tǒng)最優(yōu)性，雖然該算法關(guān)注上行，但是研究的CDMA系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于關(guān)聯(lián)控制的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路干擾抑制方法。該方法通過(guò)聯(lián)合系統(tǒng)中所有用戶的關(guān)聯(lián)基站選擇以及用戶關(guān)聯(lián)到基站后的子信道分配，減小了異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行跨層干擾，提高了系統(tǒng)吞吐量。
[0006]本發(fā)明的核心思想是:為減小宏小區(qū)和家庭小區(qū)組成的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路中的干擾，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，建立網(wǎng)絡(luò)資源與網(wǎng)絡(luò)性能之間的關(guān)系，從而得到網(wǎng)絡(luò)資源分配的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，由于該目標(biāo)函數(shù)的求解為NP-Hard問(wèn)題，本發(fā)明將其求解過(guò)程分解為基于干擾協(xié)調(diào)的子信道分配以及基于干擾轉(zhuǎn)移的關(guān)聯(lián)控制兩個(gè)子問(wèn)題:首先，各個(gè)基站進(jìn)行子信道分配，實(shí)現(xiàn)干擾協(xié)調(diào)；然后，由中心控制器根據(jù)各個(gè)基站反饋的路徑增益信息，對(duì)用戶進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制，實(shí)現(xiàn)干擾轉(zhuǎn)移。這樣，以一個(gè)可以實(shí)施的方式得到問(wèn)題的解，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路的干擾管理，從而減少異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路的跨層干擾，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體步驟如下:
[0008]基于關(guān)聯(lián)控制的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路干擾抑制方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1，初始化用戶與基站的連接，令用戶集合表示為M = {1，...M}，共M個(gè)用戶，基站集合表示為K= {1，2，...，K}，共K個(gè)基站，ym，k表示用戶m是否關(guān)聯(lián)到基站k，當(dāng)用戶m關(guān)聯(lián)到基站k時(shí)，ym，k = 1，否則ym，k = O ;用戶選取最大接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI對(duì)應(yīng)的基站關(guān)聯(lián)，即初始化VmeM, k e K ；
[0010]步驟2，在給定用戶連接基站的情況下，每個(gè)基站為用戶進(jìn)行基于干擾協(xié)調(diào)的子信道分配；令系統(tǒng)子信道集合表示為N = {1，...，N}，共N個(gè)子信道，xm，n表示用戶m是否分得子信道n，若分得到，則= 1，否則Xmin = O ;本步驟是為了確定\η，VrneMsn e N；
[0011]步驟3，計(jì)算宏小區(qū)和家庭小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域中的用戶HItl由當(dāng)前基站ki離開并關(guān)聯(lián)到到基站k2的網(wǎng)絡(luò)效用差(U: > ο
[0012]步驟4，中心控制器對(duì)用戶進(jìn)行基于干擾轉(zhuǎn)移的關(guān)聯(lián)控制，即確定ym，k，VmeM5k e K。
[0013]所述步驟2中的每個(gè)基站為用戶進(jìn)行基于干擾協(xié)調(diào)的子信道分配可按如下步驟進(jìn)行:
[0014]步驟2.1，令k e {I,...,K-1}時(shí)表示家庭基站，k e {K}時(shí)表示宏基站，首先初始化 xm，n=0, Vm e Μ, n e N ；
[0015]步驟2.2,計(jì)算基站k中任意用戶m在子信道η的效用Uk，m，n:
g"
[0016]步驟2.2.1，若基站k為家庭基站，用戶m在子信道η的效用采用公式
【權(quán)利要求】
1.基于關(guān)聯(lián)控制的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路干擾抑制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，初始化用戶與基站的連接，令用戶集合表示為M = {1，...M}，共M個(gè)用戶，基站集合表示為K={1，2，...，K}，共K個(gè)基站，yffl,k表示用戶m是否關(guān)聯(lián)到基站k，當(dāng)用戶m關(guān)聯(lián)到基站k時(shí)，yffl,k = 1，否則ym，k = O ;用戶選取最大接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI對(duì)應(yīng)的基站關(guān)聯(lián)，即初始化y— VweM, k e K ； 步驟2，在給定用戶連接基站的情況下，每個(gè)基站為用戶進(jìn)行基于干擾協(xié)調(diào)的子信道分配；令系統(tǒng)子信道集合表示為N = {l，...，N}，共N個(gè)子信道，Xm，n表示用戶m是否分得子信道n，若分得到，則xm，n= 1，否則xm，n = O;本步驟是為了確定xm，n，VmeMsn e N； 步驟3，計(jì)算宏小區(qū)和家庭小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域中的用戶Hltl由當(dāng)前基站Ic1離開并關(guān)聯(lián)到到基站k2的網(wǎng)絡(luò)效用差^%,,(&/0; 步驟4，中心控制器對(duì)用戶進(jìn)行基于干擾轉(zhuǎn)移的關(guān)聯(lián)控制，即確定ym，k，VmeM，k e K。
2.如權(quán)利要求1所述的基于關(guān)聯(lián)控制的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路干擾抑制方法，其特征在于， 所述步驟2中的每個(gè)基站為用戶進(jìn)行基于干擾協(xié)調(diào)的子信道分配按如下步驟進(jìn)行:步驟2.1，令ke {1，...，K-1}時(shí)表示家庭基站，ke {K}時(shí)表示宏基站，首先初始化xm’n=0, Vm e Μ, n e N ； 步驟2.2，計(jì)算基站k中任意用戶m在子信道η的效用Uk，m，n: 步驟2.2.1，若基站k為家·庭基站，用戶m在子信道η的效用采用公式=￥計(jì)
gm,K算；其中，、Sm5X分別表不用戶Π1到家庭基站k和宏基站的路徑增益； 步驟2.2.2，若基站k為宏基站，用戶m在子信道η的效用釆用公式u￡m = 1+^ pk 8r\，Xπ?1+ κ f1:"，丨計(jì)算;
z2p Slll?'K + K ki P gm,k + σ； 其中，pK、pk分別表示用戶連接宏基站和家庭基站k時(shí)的發(fā)射功率σ力子信道η上的加性聞斯白噪聲，Sm,k、 Sm.κ分別表不用戶m在子/[目道η上到家庭基站k和宏基站的路徑增益，uk，n表示家庭小區(qū)k中使用子信道η的用戶，Kn表示使用子信道η的家庭基站集合；步驟2.3，計(jì)算基站k中每個(gè)用戶分得的子信道數(shù)；考慮到用戶的公平性，信道采用均分的方法，即用戶可分得子信道數(shù)A#= Jf 其中Nk表示基站k可以使用的子信道數(shù)，若k ，
M為宏基站，則為系統(tǒng)總共的子信道數(shù)N，Mk表示連接到基站k的用戶數(shù)且= Σ.&*
m=\?
? 步驟2.4，為基站k中每個(gè)用戶分配Ntav個(gè)子信道；首先為基站k中每個(gè)用戶分配一個(gè)子信道，令Nkm表示當(dāng)前未被分配的子信道集合，并初始化為該基站可以使用的子信道集合Nk，對(duì)于用戶m，其最優(yōu)的子信道應(yīng)該為
3.如權(quán)利要求1所述的基于關(guān)聯(lián)控制的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路干擾抑制方法，其特征在于: 所述步驟3中計(jì)算宏小區(qū)和家庭小區(qū)重疊覆蓋區(qū)域中的用戶Hltl由當(dāng)前基站ki離開并關(guān)聯(lián)到到基站k2的網(wǎng)絡(luò)效用差可按如下步驟進(jìn)行: 步驟3.1，在用戶連接基站已知且用戶分得的子信道已知的情況下，計(jì)算系統(tǒng)中任意用戶在其分得的任意子信道上的速率； 步驟3.1.1，計(jì)算用戶m在其使用的子信道上的信干噪比；若用戶m連接基站k且使用了子信道n，則其在子信道η上的信干噪比r:?;
4.如權(quán)利要求1所述的基于關(guān)聯(lián)控制的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路干擾抑制方法，其特征在于，所述步驟4中中心控制器對(duì)用戶進(jìn)行基于干擾轉(zhuǎn)移的關(guān)聯(lián)控制按照如下步驟進(jìn)行:步驟4.1，假設(shè)重疊覆蓋區(qū)域有Mtl個(gè)用戶，用集合Mci表示，并且M0 = ，氣2，…，WtwtJ.首先初始化，從重疊區(qū)域中的第i=1個(gè)用戶開始，并初始化結(jié)束條件j=0，j表示目前有多少個(gè)用戶關(guān)聯(lián)到最優(yōu)的基站，當(dāng)j = M0時(shí)表示所有用戶均關(guān)聯(lián)到最優(yōu)的基站； 步驟4.2，判斷當(dāng)前系統(tǒng)中所有用戶關(guān)聯(lián)到的基站是否最優(yōu)；若j = Mtl，達(dá)到最優(yōu)，基于關(guān)聯(lián)控制的干擾抑制算法完成；否則取^modMtl,即i對(duì)M0取模； 步驟4.3，根據(jù)步驟3計(jì)算用戶Hicu由當(dāng)前基站Ic1離開關(guān)聯(lián)到基站k2的網(wǎng)絡(luò)效用差
其中kl表示用戶當(dāng)前關(guān)聯(lián)的基站，k2表示用戶將要切換到的基站，且若Ic1為家庭基站，則k2為宏基站，若Ii1為宏基站，則k2為該用戶周圍最近的家庭基站； 步驟4.4，若步驟4.3計(jì)算出的網(wǎng)絡(luò)效用差Δ%。.,^丄-、>?，該用戶mQ,i離開基站Ic1并連接至基站k2，令、彳,=0且=1，并將j清零，令i=i+l，轉(zhuǎn)到步驟4.2 ;否則令j=j+l，i=i+l，轉(zhuǎn)到步驟4.2。
【文檔編號(hào)】H04W72/12GK103826314SQ201410067083
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】趙林靖, 趙華英, 馮天一, 李釗, 劉勤, 侯蓉暉 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)