一種基于圖論的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)用戶接入與時(shí)域干擾協(xié)調(diào)聯(lián)合優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于圖論算法的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)用戶接入與時(shí)域干擾協(xié)調(diào)聯(lián)合優(yōu)化方 法，涉及通信資源分配優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 如今，隨著人們對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，為了保證用戶有更好的通信質(zhì)量，更 高的數(shù)據(jù)傳輸速度，無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)(如3G、LTE)基站部署越來(lái)越密集。并且，為應(yīng)對(duì)室內(nèi)無(wú)線 信號(hào)衰弱快，人員密度大的問(wèn)題，微基站(small-cell)已經(jīng)開始部署到室內(nèi)。這種覆蓋范圍 小，發(fā)射功率低的微型基站的密集部署，能夠?yàn)槭覂?nèi)人員提供更好的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。宏 基站和微基站組成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，宏基站能夠滿足用戶的移動(dòng)性要求，而微基站能夠增強(qiáng)室內(nèi) 用戶的通信質(zhì)量和傳輸速度。
[0003] 但是這種微基站與宏基站組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)存在資源競(jìng)爭(zhēng)和相互干擾的問(wèn)題，并且 通常在一個(gè)宏基站的覆蓋范圍下會(huì)布置若干微基站，增加了競(jìng)爭(zhēng)和干擾的強(qiáng)度。如何合理 地分配宏基站和這些微基站的時(shí)頻域資源，以及如何合理進(jìn)行用戶接入決策，是需要解決 的問(wèn)題。
[0004] 干擾協(xié)調(diào)是一類對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)干擾問(wèn)題的簡(jiǎn)單有效的解決方案，協(xié)調(diào)的意思是相鄰 小區(qū)間相互溝通已達(dá)到降低干擾或消除干擾的目的?？梢苑譃闀r(shí)域、頻域、空域和能量的干 擾消除算法。
[0005] 而用戶幾乎空白幀(Almost Blank Sub_Frame，ABSF)是時(shí)域干擾抑制算法，在特 定的時(shí)隙(ABS Frame)，宏基站不傳輸數(shù)據(jù)信息，ABS幀的最優(yōu)化比例是與微小區(qū)用戶以及 宏小區(qū)用戶的數(shù)目相關(guān)的，在ABS幀，微基站用戶會(huì)有更好的通信質(zhì)量，而宏基站用戶卻因 為可用時(shí)域資源的減少而導(dǎo)致通信質(zhì)量的降低，在微小區(qū)較多的情況下，這種方法能夠有 效的減少干擾帶來(lái)的資源浪費(fèi)，提高用戶整體的通信質(zhì)量，增加蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容納用戶數(shù)。
[0006] 另外，對(duì)于微小區(qū)邊緣用戶，用戶的接入決策會(huì)影響到用戶的通信質(zhì)量，并可能由 于乒乓效應(yīng)導(dǎo)致不斷掉話。
[0007] 本文發(fā)現(xiàn)干擾協(xié)調(diào)與用戶接入有相互影響的關(guān)系。干擾協(xié)調(diào)中ABS幀比例會(huì)導(dǎo)致 用戶接入網(wǎng)絡(luò)的變化，而反過(guò)來(lái)優(yōu)化的ABS幀比例應(yīng)該跟宏小區(qū)和微小區(qū)的用戶數(shù)比例相 關(guān)。并且，我們希望較多的用戶接入到小基站中，因?yàn)楹昊緯?huì)對(duì)所有復(fù)用宏基站占用的資 源的微基站造成干擾，如果能使較多的用戶接入到微基站中，那么宏基站不需要占用過(guò)多 的資源，微基站也就有更多沒有來(lái)自宏基站干擾的資源可以利用，對(duì)全局來(lái)講，增加了系統(tǒng) 容量。因此，這兩個(gè)問(wèn)題的聯(lián)合優(yōu)化能得到最優(yōu)的ABS幀比例和用戶接入選擇，這就是本發(fā) 明的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種基于圖論的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)用戶接入與時(shí)域干擾協(xié)調(diào)聯(lián)合優(yōu) 化方法，以提供更好的用戶整體的通信質(zhì)量，增加蜂窩網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量。
[0009] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：
[0010] -種基于圖論的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)用戶接入與時(shí)域干擾協(xié)調(diào)聯(lián)合優(yōu)化方法，接入和時(shí)域干 擾算法ABSF聯(lián)合優(yōu)化，能夠獲得更大的系統(tǒng)容量，所述方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：
[0011]步驟一、將宏基站和微基站鏈接到總控制中心，用戶接入與時(shí)域干擾協(xié)調(diào)均通過(guò) 總控制中心來(lái)進(jìn)行；
[0012]步驟二、在用戶通信發(fā)起階段，各基站通過(guò)信令獲取用戶的信道信息，各個(gè)基站將 連接到該基站的用戶的信道信息匯報(bào)到總控制中心；
[0013] 步驟三、確定宏基站的空白幀(Almost Blank Sub_Frame，ABSF)比例可選范圍為 1 /10~5/10，從小到大依次選擇；
[0014] 步驟四、每選擇一個(gè)ABSF比例，總控制中心通過(guò)用戶接入使得目標(biāo)函數(shù)最大;通過(guò) 圖論中圖的著色算法和改進(jìn)的KM算法來(lái)選擇接入決策；
[0015] 步驟五、比較各個(gè)ABSF比例下最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的大小，選擇最大的比例作為最終 的時(shí)域干擾協(xié)調(diào)參數(shù)，選擇最大優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的用戶連接方法為最終的接入方式。
[0016] 根據(jù)前述技術(shù)方案，本從屬技術(shù)方案是對(duì)用戶接入決策部分的具體優(yōu)化方法，通 常用戶在接入前無(wú)法知道受到干擾有多大，只能根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行接入，而在實(shí)際的通信 過(guò)程中通信質(zhì)量卻是受到干擾的影響；在本從屬技術(shù)方案中，進(jìn)行對(duì)基站的分組和對(duì)干擾 的推測(cè)，使用戶在接入決策過(guò)程中能夠有更多的信息，能夠獲得更好的接入方案，更優(yōu)化的 用戶吞吐量;接入決策的過(guò)程為：
[0017] 步驟1、定義rdlff.threshQld為用戶接受不同基站的信號(hào)差值的門限，用戶端統(tǒng)計(jì)接 受到來(lái)自各個(gè)基站的RSSI值，如果用戶第一第二強(qiáng)接收信號(hào)強(qiáng)度差r diff 2 r diff.thre3ShQld， 用戶接入到第一強(qiáng)的基站中，這些用戶屬于已分配用戶組;如果rd lff〈rdlff.threshQld，這樣 的用戶屬于待分配用戶組；
[0018] 步驟2、定義另一個(gè)門限r(nóng)th為用戶基站的信號(hào)強(qiáng)度門限，對(duì)每個(gè)用戶而言，接收到 的基站信號(hào)強(qiáng)度Γ BSi中大于Γ th的所有微基站定義為相互干擾微基站，相互干擾基站的意 義在于在未來(lái)通信中如果這些相互干擾基站使用相同的時(shí)頻資源時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該用戶受到較 大的干擾，比如用戶接受到三個(gè)基站的信號(hào)強(qiáng)度r BS1，Γ BS2，Γ BS3> Γ th，那么基站1，2，3為相 互干擾基站，而其他基站對(duì)于該用戶而言不是干擾基站;通過(guò)頂點(diǎn)著色法，將微基站根據(jù)相 互干擾關(guān)系分為若干個(gè)組，組內(nèi)基站間使用相同資源；
[0019] 步驟3、將資源根據(jù)每個(gè)組中所有基站已經(jīng)分配的全部用戶數(shù)分配給各個(gè)組；同 時(shí)，對(duì)于待分配用戶來(lái)說(shuō)，這些信號(hào)中強(qiáng)度rBSl大于r th的所有微基站都是備選基站；
[0020] 步驟4、對(duì)待分配用戶根據(jù)步驟3中各個(gè)基站分配的資源以及已經(jīng)鏈接用戶數(shù)，能 夠估計(jì)自己接入各個(gè)備選基站的傳輸速率預(yù)期；
[0021] 用式（1)表示待接入用戶η如果接入到宏基站時(shí)的預(yù)期數(shù)據(jù)速度，式(2)表示待接 入用戶η如果接入到微基站j時(shí)的預(yù)期數(shù)據(jù)速度：
[0023]
[0024] 其中，仏表示宏基站中已接入用戶數(shù)，υΦ表示微基站j屬于的微基站組Φ中已連接 用戶數(shù)，Uj表示微基站j中已接入用戶數(shù);α表示ABSF比例，Β表示總帶寬;P m，h分別表示宏基 站和微基站j在單個(gè)資源塊上的發(fā)射功率;Hj, n，Hm, n分別為微基站j和宏基站與用戶η之間的 信道衰落;Imax代表所有微基站組中基站最多的組，Ik代表微基站組k;
[0025] 步驟5、將備選用戶和基站構(gòu)建為二分圖的兩側(cè)頂點(diǎn)，用戶與備選基站間可以有邊 進(jìn)行連接，將步驟4的用戶傳輸速度值作為用戶連接到各個(gè)基站頂點(diǎn)后的標(biāo)簽，通過(guò)改進(jìn)的 KM算法求最優(yōu)的接入使標(biāo)簽之和最大，最終二分圖頂點(diǎn)之間的鏈接結(jié)果就是用戶與基站的 接入結(jié)果；
[0026] 步驟6、重新根據(jù)步驟5給出的用戶連接結(jié)果重新進(jìn)行步驟3、4、5、6循環(huán)迭代，這時(shí) 剛才的待分配用戶已經(jīng)分配到各個(gè)基站下，因此每個(gè)基站下的用戶數(shù)目發(fā)生變化，并且這 時(shí)的分配結(jié)果并不是最終的基站接入結(jié)果;按照這個(gè)基站下用戶數(shù)目，重新進(jìn)入步驟3進(jìn)行 資源分配，接著進(jìn)入步驟4對(duì)之前待接入用戶計(jì)算預(yù)期數(shù)據(jù)速度，再進(jìn)入步驟5進(jìn)行用戶接 入算法，重復(fù)這一過(guò)程直至收斂，收斂后的基站接入結(jié)果是最終的結(jié)果。
[0027] 根據(jù)上述技術(shù)方案限定的一種基于圖論的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)用戶接入與時(shí)域干擾協(xié)調(diào)聯(lián) 合優(yōu)化方法，本技術(shù)方案是具體的說(shuō)明對(duì)KM算法的改進(jìn)，使其能夠應(yīng)用于聯(lián)合優(yōu)化算法中 的用戶接入決策部分，KM算法的改進(jìn)在于圖論中的匹配算法，如KM算法只能夠一對(duì)一進(jìn)行 連接，每個(gè)頂點(diǎn)只能與其他一個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行連接，而本權(quán)利要求可以使一個(gè)頂點(diǎn)與多個(gè)頂點(diǎn) 進(jìn)行連接，例如一個(gè)基站可以容納多個(gè)用戶;所述改進(jìn)的KM算法為：
[0028] 將待接入用戶和基站分別組成二分圖的兩側(cè)，用戶為一側(cè)頂點(diǎn)，基站為另一側(cè)頂 點(diǎn)；用戶端標(biāo)號(hào)為USER1，USER2，USER3,……，USER N;