Ofdma毫微微小區(qū)雙層網(wǎng)絡(luò)基于分組的資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及正交頻分多址((Orthogonal Frequency Division Multiple Access，0抑ΜΑ)毫微微小區(qū)雙層網(wǎng)絡(luò)基于分組的資源分配方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過(guò)去的幾十年，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)經(jīng)歷了重大的技術(shù)變革，它從提供簡(jiǎn)單語(yǔ)音 業(yè)務(wù)的第一代(the lstGeneration，lG)移動(dòng)通信系統(tǒng)，歷經(jīng)W提供低速數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的 第二代（the 2"化eneration，2G)移動(dòng)通信系統(tǒng)和提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的第Ξ代（the 3叫Generation, 3G)移動(dòng)通信系統(tǒng)，發(fā)展至目前能夠提供高達(dá)百兆速率的長(zhǎng)期演進(jìn)化ong Term Evolution，LTE)和LTE-A化TE-Advanced)網(wǎng)絡(luò)，日新月異的飛速發(fā)展反映出人們對(duì)高 速率和多樣化業(yè)務(wù)需求的日益增長(zhǎng)。
[0003] 然而，W上傳統(tǒng)的蜂窩通信系統(tǒng)容易受到電磁干擾、用戶(hù)終端移動(dòng)性、接收環(huán)境復(fù) 雜、帶寬和功率受限W及小區(qū)邊緣承受干擾大等眾多因素的影響，所W其傳輸速率和通信 質(zhì)量并不能滿(mǎn)足用戶(hù)需求。因此，未來(lái)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)是為用戶(hù)提供更好的服務(wù)，保證 用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量和高效傳輸。研究表明60% W上的語(yǔ)音服務(wù)和90% W上的數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)生在 室內(nèi)和熱點(diǎn)地區(qū)。因此，如何提供良好的室內(nèi)覆蓋和滿(mǎn)意的服務(wù)質(zhì)量，特別是針對(duì)用戶(hù)高速 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是運(yùn)營(yíng)商面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
[0004] 為應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的多樣化W及用戶(hù)高速率的業(yè)務(wù)需求，通過(guò)在傳統(tǒng)宏蜂窩覆蓋范 圍內(nèi)引入毫微微小區(qū)（femtocell)形成異構(gòu)雙層網(wǎng)絡(luò)，已是目前解決室內(nèi)移動(dòng)通信覆蓋和 滿(mǎn)意的有效舉措。毫微微小區(qū)作為短距離、低功率、低成本的家庭小區(qū)，由用戶(hù)部署通過(guò) D化或光纖連接到核屯、網(wǎng)，其不僅可W為用戶(hù)提供更好的室內(nèi)體驗(yàn)，還能夠卸載宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò) 流量，W及增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。然而由于毫微微小區(qū)網(wǎng)絡(luò)非規(guī)劃、隨機(jī)接入W及與宏小區(qū)共 享頻譜等特性，將會(huì)導(dǎo)致其與宏小區(qū)之間的跨層干擾問(wèn)題W及與使用相同信道的其他毫微 微小區(qū)之間的同層干擾問(wèn)題，因此如何減小上述兩種干擾，是需要亟待研究和解決的問(wèn)題。
[0005] 目前相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)提出了一些用于減小跨層干擾和同層干擾的方法，其中集中式 干擾管理方案采用部分頻率復(fù)用和功率控制是抑制雙層femtocell網(wǎng)絡(luò)中干擾的有效手 段。另外，有人提出一種基于分組的干擾管理方案，具體方法為:將分組方法分為組內(nèi)正交 分組和組間正交分組，組內(nèi)正交分組方法將干擾嚴(yán)重的毫微微小區(qū)分在相同組，相同組中 的毫微微小區(qū)使用不同的子信道，不同組可W復(fù)用相同的子信道。相反，組間正交分組方法 是將沒(méi)有干擾或干擾很小的毫微微小區(qū)分在相同組，相同組中的毫微微小區(qū)可W復(fù)用相同 的子信道，不同組分配不同的子信道。
[0006] 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中，集中式干擾管理方案隨著毫微微小區(qū)數(shù)量的增加，其 計(jì)算復(fù)雜度也會(huì)急劇增加，使得該方法難W在毫微微小區(qū)密集部署的場(chǎng)景中應(yīng)用；同時(shí)，基 于分組的干擾管理方案中組內(nèi)正交分組方法是從每個(gè)毫微微小區(qū)自身出發(fā)進(jìn)行分組，難W 找到全局較優(yōu)的分組方案。同時(shí)，運(yùn)種分組方案得到的各個(gè)組中的毫微微小區(qū)數(shù)目很不均 衡，使得一部分毫微微用戶(hù)F肥s不能分配到足夠多的子信道，從而難W保證F肥s的QoS。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)W上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明討論了 0FDMA毫微微小區(qū)雙層網(wǎng)絡(luò)的資源分配 問(wèn)題，提出一種基于分組的資源分配算法，可W有效抑制跨層干擾和同層干擾。
[0008] -種用于0FDMA毫微微小區(qū)雙層網(wǎng)絡(luò)基于分組的資源分配方法，包括W下步驟：
[0009] 步驟101:利用改良的匈牙利算法對(duì)宏用戶(hù)MUE執(zhí)行子信道分配；
[0010] 步驟102:根據(jù)宏用戶(hù)功率分配的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，采用經(jīng)典的注水算法計(jì)算 出每個(gè)子信道上的傳輸功率；
[0011] 步驟103: W避免干擾Μ肥S為前提，根據(jù)毫微微基站FBSs間的干擾情況建立干擾列 表并對(duì)FBSs進(jìn)行分組，根據(jù)每組中毫微微用戶(hù)即防的速率需求對(duì)FBSs進(jìn)行子信道分配；
[0012] 步驟104:對(duì)毫微微基站進(jìn)行功率分配。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟101利用改良的匈牙利算法對(duì)宏用戶(hù)執(zhí)行子信道分配包括:利用 改進(jìn)的匈牙利算法，根據(jù)所有需要分配子信道的宏用戶(hù)的信道增益，構(gòu)建第一次迭代所需 的效益矩降
其中Μ為宏用戶(hù)總數(shù)，K為子信道總數(shù);若1(<1，添加 M-K個(gè)虛 擬子信道，將效益矩陣變換成CMXM，使CMXM各行各列中都出現(xiàn)0元素，進(jìn)行試分配，W尋求滿(mǎn) 足下述目標(biāo)函數(shù)公式的最優(yōu)解：
[0014]
[0015] 其中：
表示為每個(gè)宏用戶(hù)僅能分配一個(gè)子信道;若Κ>Μ時(shí)， 采取上述同樣的方法，直到所有宏用戶(hù)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)速率需求或沒(méi)有待分配的子信道為止。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟102根據(jù)宏用戶(hù)功率分配的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，采用經(jīng)典的注 水算法計(jì)算出每個(gè)子信道上的傳輸功率包括：引入拉格朗日公式，
[0017]
[0018] 其中，U是拉格朗日乘子，為常數(shù)：
是子信道k上的增益干擾 比，其中m在子信道分配時(shí)已確定；PtDt為總的發(fā)射功率；對(duì)上述拉格朗日公式計(jì)算偏導(dǎo) 進(jìn)(片"）/句V=(U居！l，2，...，的得到K個(gè)等式并進(jìn)行轉(zhuǎn)換：pk=[rl-l/gk] +，其中，[Φr = max (0，φ}，η = Β/(υ In 2)為注水線(xiàn)，并利用經(jīng)典注水法快速求出每個(gè)子信道上的傳輸功率； B為子信道的帶寬。
[0019] 優(yōu)選地，步驟103中所述根據(jù)毫微微基站FBSs間的干擾情況對(duì)毫微微基站進(jìn)行分 組包括:采用動(dòng)態(tài)的組間正交分組方法，將干擾小的毫微微基站分在相同組，將干擾大的毫 微微基站分在不同組，相同組中的毫微微基站之間干擾很小，可W復(fù)用相同的子信道W提 高頻譜利用率，不同組中的毫微微基站之間干擾較大，每組使用正交的子信道W消除組間 干擾;利用圖論中的著色原理進(jìn)行分組，將干擾表中的F個(gè)毫微微基站分到L個(gè)組，使得相同 組中的毫微微基站間的干擾總和最小，w此得到最優(yōu)的分組方案。
[0020] 優(yōu)選地，步驟103中所述建立干擾列表進(jìn)一步包括:根據(jù)同組中毫微微基站干擾總 和最小公式來(lái)確定干擾列表；
=Φ (1，gex)，eh,v = 0化，veci似及ViiE {0,1}，其中，Wij和eh,v分別為干擾系數(shù)矩陣W和潛 在干擾矩陣E中的元素，C讀示第1組中FBSs的集合，vii是著色矩陣V=(Vii)FXL里面的一個(gè) 元素，vii=l表示FBS i著第1種顏色，同樣也表示FBS i分到第1組；當(dāng)FBS i不著第1種顏色， 也即FBS i不分到第1組時(shí)，vii = 0。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟104對(duì)毫微微基站進(jìn)行功率分配包括:根據(jù)迭代公式確定功率分 配值：
[0022]
[0023] 其中，和分別是FBS j的最小信干噪比SINR需求和最大信干噪比SINR需 求，SINRj表示第j個(gè)FBS的信干噪比;pj(t)為FBS j在第一次迭代時(shí)的發(fā)射功率，Δρ為發(fā)射 功率的調(diào)整粒度
[0024] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明針對(duì)0FDMA毫微微小區(qū)雙層網(wǎng)絡(luò)中的資源分配問(wèn) 題，在保證宏小區(qū)用戶(hù)QoS的前提下，采用基于分組的資源分配算法來(lái)實(shí)現(xiàn)有效抑制跨層干 擾和同層干擾的目的，不僅能提高頻譜利用率，更能保證F肥S和Μ肥S的QoS需求。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1本發(fā)明0FDMA毫微微小區(qū)雙層網(wǎng)絡(luò)基于分組的資源分配方法優(yōu)選實(shí)施例流程 圖；
[0026] 圖2本發(fā)明0FDMA毫微微小區(qū)雙層網(wǎng)絡(luò)中MUEs資源分配方法模塊示例圖；
[0027] 圖3本發(fā)明0FDMA毫微微小區(qū)雙層網(wǎng)絡(luò)基于分組的資源分配方法中用于MUEs子信 道分配過(guò)程的實(shí)施例流程圖；
[0028] 圖4本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中斷概率仿真比較圖；
[0029] 圖5本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)頻譜效率仿真比較圖；
[0030] 圖6本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)滿(mǎn)意度仿真比較圖；
[0031 ]圖7本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)公平性仿真比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)表達(dá)得更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及具體 實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0033] 圖1本發(fā)明0FDMA毫微微小區(qū)雙層網(wǎng)絡(luò)基于分組的資源分配方法優(yōu)選實(shí)施例流程 圖，該方法包括w下步驟：
[0034] 步驟101:利用改良的匈牙利算法對(duì)宏用戶(hù)(MUE)執(zhí)行子信道分配；
[0035] 步驟102:根據(jù)Μ肥功率分配的優(yōu)化目標(biāo)和約束條件，采用經(jīng)典的注水算法計(jì)算出 每個(gè)子信道上的傳輸功率；
[0036] 步驟103: W避免干擾Μ肥S為前提，根據(jù)毫微微基站(FBSs)間的干擾情況建立干擾 列表并對(duì)FBSs進(jìn)行分組，根據(jù)每組中毫微微用戶(hù)（即Es)的速率需求對(duì)FBSs進(jìn)行子信道分 配；
[0037] 步驟104:對(duì)FBSs進(jìn)行功率分配。
[0038] 圖2為本發(fā)明0FDMA毫微微小區(qū)雙層網(wǎng)