Lte系統(tǒng)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配與移動(dòng)負(fù)載均衡的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種LTE系統(tǒng)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配與移動(dòng)負(fù)載均衡的方法，該方法的優(yōu)化目標(biāo)為在小區(qū)間干擾及小區(qū)內(nèi)有限資源的限制條件下最大化網(wǎng)絡(luò)資源效率，本發(fā)明提出一種可行的次優(yōu)化方案，分別在資源分配和負(fù)載均衡兩個(gè)階段進(jìn)行優(yōu)化，首先，在資源分配階段，利用基于拉格朗日乘子法的啟發(fā)式資源分配算法為網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶分配物理資源塊及功率，基于資源分配結(jié)果得到網(wǎng)絡(luò)中所有物理資源塊的資源效率，其次，在負(fù)載均衡階段，選擇能夠最大化網(wǎng)絡(luò)資源效率的用戶切換到相應(yīng)的目標(biāo)小區(qū)，本發(fā)明可以最大化網(wǎng)絡(luò)資源效率，并提高系統(tǒng)性能及用戶體驗(yàn)。
【專利說明】LTE系統(tǒng)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配與移動(dòng)負(fù)載均衡的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LTE自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配和移動(dòng)負(fù)載均衡的算法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的部署面臨兩個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn):日益增長(zhǎng)的無線接入需求和多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)共存條件下大量網(wǎng)元及相關(guān)參數(shù)的人工配置。為了解決這個(gè)問題，第三代合作伙伴項(xiàng)目(the3rd Generation Partnership Project, 3GPP)在長(zhǎng)期演進(jìn)(Long TermEvolution, LTE)網(wǎng)絡(luò)中引入正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess, 0FDMA)技術(shù)和自組織網(wǎng)絡(luò)(Self-Organizing Networks, SON)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)在保證移動(dòng)服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)盡可能的減少網(wǎng)絡(luò)中的人工干預(yù)。OFDMA的基本思想是將高速數(shù)據(jù)流分散到多個(gè)正交的子載波上傳輸，從而大幅度降低子載波上的符號(hào)速率，增大符號(hào)的持續(xù)時(shí)間以抵抗時(shí)延擴(kuò)展和符號(hào)間干擾。因此，在無線通信系統(tǒng)中，一方面，OFDMA通過為用戶分配一組正交的子載波，消除了小區(qū)內(nèi)各用戶之間的干擾；另一方面，在時(shí)變信道條件下，OFDMA可以利用多用戶特性實(shí)時(shí)更新用戶的子載波分配，利用多用戶分集大幅度提高網(wǎng)絡(luò)頻譜效率。在3GPPLTE的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中，OFDMA以其優(yōu)越的性能已經(jīng)成為下行鏈路的主流多址方案。此外，在當(dāng)前無線通信網(wǎng)絡(luò)中，2G、3G、4G等多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)共存，大量設(shè)備及其相關(guān)參數(shù)的規(guī)劃、調(diào)試、維護(hù)等工作都需要人工來完成。這種現(xiàn)狀不但產(chǎn)生了巨額的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用(Operational Expenditures, OPEX),并且,大量參數(shù)的人工調(diào)整也影響著網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，3GPP在LTE的Release8中提出了 SON的概念，并在其后續(xù)各個(gè)版本中(如Released進(jìn)行了詳細(xì)闡述和完善。SON的主要功能包括:自配置、自優(yōu)化和自治愈，旨在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)管理以減少人工干預(yù)、降低營(yíng)運(yùn)費(fèi)用并提高用戶體驗(yàn)。
[0003]然而，負(fù)載在網(wǎng)絡(luò)中各小區(qū)間的不均衡分布依然是網(wǎng)絡(luò)性能下降的重要原因之一。過載小區(qū)不僅無法保證其接入用戶的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service, QoS),而且會(huì)給相鄰小區(qū)中的邊緣用戶帶來嚴(yán)重的干擾。移動(dòng)負(fù)載均衡(Mobility Load Balance,MLB)是SON自優(yōu)化中的關(guān)鍵技術(shù)，主要是指LTE系統(tǒng)可以在沒有人工干預(yù)的情況下檢測(cè)到過載小區(qū)，通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或網(wǎng)絡(luò)間的參數(shù)將重負(fù)載小區(qū)中的一部分負(fù)載切換到相鄰的輕載小區(qū)中，從而達(dá)到負(fù)載在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的均勻分布。負(fù)載轉(zhuǎn)移主要通過切換這一具體手段實(shí)現(xiàn)。實(shí)際工程中一般采用A3事件來觸發(fā)LTE同頻切換的測(cè)量報(bào)告，通過自適應(yīng)修改小區(qū)相對(duì)偏置CIO以及遲滯參數(shù)Hyst等間接改變小區(qū)覆蓋范圍，使處于熱點(diǎn)小區(qū)邊緣信道狀況較差的用戶可以自動(dòng)切換到信道條件和負(fù)載狀態(tài)均相對(duì)較好的鄰區(qū)，從而降低熱點(diǎn)小區(qū)的負(fù)載，使網(wǎng)絡(luò)間的負(fù)載趨于平衡?，F(xiàn)有負(fù)載均衡問題的研究中很少考慮到資源分配方案的影響。事實(shí)上，僅僅通過負(fù)載均衡，即選擇過載小區(qū)中合適的邊緣用戶切換到相鄰小區(qū)以期提高網(wǎng)絡(luò)中的用戶體驗(yàn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因?yàn)椴缓侠淼臒o線資源管理機(jī)制(Radio ResourceMechanism，RRM)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)資源效率的下降，使通信系統(tǒng)中本就匱乏的無線資源得不到有效利用，從而增加熱點(diǎn)小區(qū)的負(fù)載及其中的非滿意用戶數(shù)量。事實(shí)上，在基于OFDMA的LTE網(wǎng)絡(luò)中，負(fù)載均衡本身就被視為保證系統(tǒng)性能的一項(xiàng)至關(guān)重要的RRM。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種LTE系統(tǒng)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配與移動(dòng)負(fù)載均衡的方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
[0006]以在小區(qū)間干擾及小區(qū)內(nèi)有限資源的限制下最大化網(wǎng)絡(luò)資源效率作為優(yōu)化目標(biāo)，具體的優(yōu)化步驟分兩步執(zhí)行:
[0007]第一步，在資源分配階段，利用基于拉格朗日乘子法的啟發(fā)式資源分配算法為網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶分配物理資源塊及功率，基于資源分配結(jié)果得到網(wǎng)絡(luò)中所有物理資源塊的資源效率；
[0008]第二步，在負(fù)載均衡階段，選擇能夠最大化網(wǎng)絡(luò)資源效率的用戶切換到相應(yīng)的目標(biāo)小區(qū)。
[0009]所述優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型為:
【權(quán)利要求】
1.一種LTE系統(tǒng)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配與移動(dòng)負(fù)載均衡的方法，其特征在于，包括以下步驟: 以在小區(qū)間干擾及小區(qū)內(nèi)有限資源的限制下最大化網(wǎng)絡(luò)資源效率作為優(yōu)化目標(biāo)，具體的優(yōu)化步驟分兩步執(zhí)行: 第一步，在資源分配階段，利用基于拉格朗日乘子法的啟發(fā)式資源分配算法為網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶分配物理資源塊及功率，基于資源分配結(jié)果得到網(wǎng)絡(luò)中所有物理資源塊的資源效率； 第二步，在負(fù)載均衡階段，選擇能夠最大化網(wǎng)絡(luò)資源效率的用戶切換到相應(yīng)的目標(biāo)小區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種LTE系統(tǒng)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配與移動(dòng)負(fù)載均衡的方法，其特征在于，所述優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種LTE系統(tǒng)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配與移動(dòng)負(fù)載均衡的方法，其特征在于，所述第一步的具體步驟包括: I)利用拉格朗日數(shù)乘法將所述優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為無約束條件的優(yōu)化問題:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種LTE系統(tǒng)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配與移動(dòng)負(fù)載均衡的方法，其特征在于，所述重分配的具體步驟為:首先在所有物理資源塊中找出分配到功率最大的物理資源塊，將所述分配到功率最大的物理資源塊重新分配用戶和功率，重新分配的原則是使(9)式的減少量最小，若當(dāng)前小區(qū)有多個(gè)物理資源塊分配到的功率相等且最大，那么從所述多個(gè)物理資源塊中挑選對(duì)應(yīng)用戶可達(dá)速率最小的一個(gè)物理資源塊進(jìn)行重新分配，更新相應(yīng)的分配指示函數(shù)Ii^k和拉格朗日乘子λ m，再與基站最大發(fā)射功率相比較，直到重新分配后的功率分配總和小于等于基站最大發(fā)射功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種LTE系統(tǒng)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配與移動(dòng)負(fù)載均衡的方法，其特征在于，所述物理資源塊功率限制條件為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種LTE系統(tǒng)中聯(lián)合動(dòng)態(tài)無線資源分配與移動(dòng)負(fù)載均衡的方法，其特征在于，所述第二步的具體步驟包括: 選擇平均切換增益最大的用戶進(jìn)行相應(yīng)的切換，并且，切換用戶還需滿足目標(biāo)小區(qū)的準(zhǔn)入控制條件，如果切換用戶不滿足目標(biāo)小區(qū)的準(zhǔn)入控制條件，則選擇平均切換增益次優(yōu)的用戶，直至平均切換增益次優(yōu)的用戶滿足目標(biāo)小區(qū)的準(zhǔn)入控制條件，所述平均切換增益按下式計(jì)算:
【文檔編號(hào)】H04W72/12GK103517279SQ201310435581
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】李鋒, 耿莉娜, 朱世華, 段文磊, 劉哲 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)