上行鏈路中部分信道狀態(tài)信息下的干擾管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及正交頻分多址接入OFDMA系統(tǒng)中部分信 道狀態(tài)信息下聯(lián)合關(guān)聯(lián)控制和資源分配的干擾管理方法，可用于宏基站與家庭基站共存的 異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上行鏈路。
【背景技術(shù)】
[0002] 研究發(fā)現(xiàn)，大約50%的語(yǔ)音業(yè)務(wù)和70%數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都發(fā)生在室內(nèi)。為了滿足用戶日 益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸需求，運(yùn)營(yíng)商在傳統(tǒng)的宏基站下構(gòu)建了大量的家庭基站，運(yùn)就形成了宏 基站和家庭基站共存的異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
[0003] 在異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下行鏈路中，由于家庭基站的發(fā)射功率很小，宏用戶無(wú)法感知距 離它較遠(yuǎn)的家庭基站的信道狀態(tài)信息，使得宏用戶只能感知部分信道狀態(tài)信息。然而在上 行鏈路中，宏用戶會(huì)對(duì)距離它較遠(yuǎn)的家庭基站產(chǎn)生干擾。同時(shí)在異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，用戶可W 通過(guò)選擇接入家庭基站還是宏基站，來(lái)進(jìn)行干擾轉(zhuǎn)移，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。所W在上行鏈路中 部分信道狀態(tài)信息下，如何對(duì)用戶進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制和資源分配，來(lái)進(jìn)行干擾轉(zhuǎn)移和抑制跨層 干擾，從而提高網(wǎng)絡(luò)性能成為了一個(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)注下行正交 頻分多址接入OFDMA系統(tǒng)，對(duì)于上行正交頻分多址接入OFDMA系統(tǒng)卻少有研究。如Qiaoyang Ye等在IEEE Transactions On Wireless Communications，2013《User Association for Load Balancing in Heterogeneous Cellular Networks))一文中研究了一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下 行鏈路中的聯(lián)合資源分配和關(guān)聯(lián)控制方法，該篇文章中作者采用次梯度的方法求解關(guān)聯(lián)控 審IJ，提高了系統(tǒng)吞吐量。但是該方法關(guān)注的是下行，并且文中的次梯度下降法使得關(guān)聯(lián)控制 的收斂速度慢。I Wayan Mustika等在Asia-Pacific Conference on Communications， 2013《A Game-Theoretic Frame-work for Joint Base Station and Resource Selection in LTE Heterogeneous Networks))一文中研究了一種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下基于博弈的 聯(lián)合基站關(guān)聯(lián)和資源分配方法，該方法減少了跨層干擾，卸載了宏基站的負(fù)載，提高了系統(tǒng) 吞吐量。但是該篇文章使用了用戶測(cè)量到的全部信道狀態(tài)信息，增加了測(cè)量和信息交互開 銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種上行鏈路中部分信道狀態(tài)信息下的干擾管 理方法，利用關(guān)聯(lián)控制和資源分配分別進(jìn)行干擾轉(zhuǎn)移和干擾抑制，W減少跨層干擾和測(cè)量 與信息交互開銷，提高系統(tǒng)吞吐量和關(guān)聯(lián)控制的收斂速度。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:通過(guò)聯(lián)合考慮關(guān)聯(lián)控制和資源分配W最大化用戶速率的對(duì) 數(shù)和為目標(biāo)函數(shù)，得到數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題，W減少異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上行鏈路的干擾;再將該數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn) 題分解成關(guān)聯(lián)控制和資源分配兩個(gè)子問(wèn)題，采用拉格朗日對(duì)偶分解方法對(duì)關(guān)聯(lián)控制問(wèn)題進(jìn) 行數(shù)學(xué)建模，并采用歷史次梯度下降法進(jìn)行關(guān)聯(lián)控制的求解，通過(guò)關(guān)聯(lián)控制完成干擾轉(zhuǎn)移。 然后使用參考基站和關(guān)聯(lián)基站的信道狀態(tài)信息進(jìn)行資源分配。其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：
[0007] (1)系統(tǒng)初始化：
[0008] 假設(shè)系統(tǒng)中的基站集合為A ={1，2, . . .，k. . .，M}，其中k表示任意基站，當(dāng)k = M 時(shí)，表示宏基站，當(dāng)k辛M時(shí)，表示家庭基站，基站k的子信道集合為A k= U，2, .. .nk, ...， Nk}，ke A，其中nk表示基站k的任意子信道，Nk表示基站k的子信道數(shù)目，系統(tǒng)中的用戶集合 為4={1，2,...，u，... Q }，其中U表示任意一個(gè)用戶，Q表示系統(tǒng)中總的用戶數(shù)目。
[0009] 初始化迭代次數(shù)t = 0,第0次迭代的拉格朗日因子集合MO) = Ui(O)，...，Ak (0)，...，Am(O) }，其中，每個(gè)基站的拉格朗日因子MO) =0;
[0010] (2)宏基站M為所有用戶進(jìn)行關(guān)聯(lián)巧制：
[0011] (2a)用戶U統(tǒng)計(jì)可檢測(cè)到參考信號(hào)的基站集合，記為關(guān)聯(lián)基站集合BSu,并計(jì)算關(guān) 聯(lián)基站集合BSu中任意一個(gè)基站k在每個(gè)子信道上獲得的無(wú)干擾平均速率，并將運(yùn)些平 均速率上報(bào)給宏基站；
[0012] (2b)宏基站M計(jì)算第t次迭代時(shí)每個(gè)用戶的關(guān)聯(lián)基站情況，并統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)到每個(gè)基站 的用戶數(shù)目：
[0013] (化1)第t次迭代時(shí)，宏基站M構(gòu)造用戶U與關(guān)聯(lián)基站集合BSu中任意一個(gè)基站k的效 用函數(shù)為：乂(0 = in(C[")-為(/');
[0014] (化2)宏基站M將用戶U關(guān)聯(lián)到效用函數(shù)最大的基站，得到用戶U的關(guān)聯(lián)基站ku^3: =啤，并統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)到每個(gè)基站的用戶數(shù)目，記為Uk(t);
[0015] (2c)宏基站M計(jì)算第t次迭代時(shí)的對(duì)偶函數(shù)值為：
[OOW /W'(/)) = IX'"(0 + X(盧 化 " k
[0017] 其中，^."(0為第t次迭代時(shí)用戶U與關(guān)聯(lián)基站心嘴效用函數(shù)；
[0018] (2d)宏基站M判斷關(guān)聯(lián)控制是否結(jié)束，當(dāng)?shù)螖?shù)t>0,且對(duì)偶函數(shù)值的改變量滿 足
時(shí)，關(guān)聯(lián)控制結(jié)束，執(zhí)行步驟(3)，否則執(zhí)行步驟(2e)，其中S表 示關(guān)聯(lián)控制的收斂口限；
[0019] (2e)宏基站M計(jì)算下一次迭代的拉格朗日因子集合：
[0020] (2el)宏基站M計(jì)算第t次迭代的次梯度方向而為：.而二(.V|(/)，...，.、、;(〇，....V,,(O)， 其中^貨'二6山(心+義'…-1_碼飼;
[0021] (2e2)宏基站M計(jì)算第t次迭代的歷史次梯度方向：如果t = 0,則t次迭代的歷史次梯 度方向巧巧=而巧；如果t>0，則先計(jì)算t次迭代的權(quán)重
再計(jì)算第t次迭代的歷史次梯度方向;
[0022] (2e3)宏基站M計(jì)算下一次迭代的拉格朗日因子集合:令*'=*+1，* = *'，則拉格朗 日因子集合為A(t) = {Ai(t)，. . .，Ak(t)，. . .，AM(t)}，其中Ak(t)=Ak(t-l)-adk(t-l)，a表示 迭代步長(zhǎng)，返回步驟(2b);
[0023] (3)家庭基站和宏基站分別為關(guān)聯(lián)到它的每個(gè)用戶進(jìn)行資源分配：
[0024] (3a)所有家庭基站為關(guān)聯(lián)到它的每個(gè)用戶進(jìn)行子信道分配：
[0025] (3al)家庭基站k統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)到它的家庭用戶集合為Xk,并構(gòu)造家庭用戶集合Xk中任 意一個(gè)用戶n在子信道nk上的效用函數(shù)為：
，其中g(shù)twi和各分別表示家庭 用戶n在子信道nk上到家庭基站和宏基站的路徑增益，ke A，k辛M;
[0026] (3a2)家庭基站k對(duì)家庭用戶集合Xk中的用戶W均分方法進(jìn)行子信道分配；
[0027] (3b)宏基站M為關(guān)聯(lián)到它的宏用戶進(jìn)行子信道分配：
[0028] (3bl)宏基站M計(jì)算宏用戶e在子信道nM上的參考家庭基站為 各心6.。,,，該參考家庭基站為宏用戶e接收到信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)的家庭基站，其中 各;為宏用戶e在子信道m(xù)上到家庭基站k的路徑增益；
[0029] (3b2)宏基站M統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)到它的宏用戶集合為XM，并構(gòu)造宏用戶集合XM中任意一個(gè) 用戶e在子信道m(xù)上的效用函數(shù)為：
[0031 ]其中，pM表示宏基站下用戶的發(fā)射功率，pp表示家庭基站下用戶的發(fā)射功率， 雜E抽和施分別表示宏用戶e在子信道riM上到宏基站M和參考家庭基站心,V的路徑增 益，表示參考家庭基站r￡%。下使用子信道m(xù)的用戶到該家庭基站的路徑增益，每枯相 表示宏用戶e在子信道m(xù)上受到的來(lái)自同頻鄰居家庭基站的干擾；
[0032] (3b3)宏基站M對(duì)宏用戶集合XM中的用戶W均分方法進(jìn)行子信道分配。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0034] 1)本發(fā)明在上行鏈路的部分信道狀態(tài)信息下，通過(guò)定義參考基站，僅使用參考基 站和關(guān)聯(lián)基站的信道狀態(tài)信息進(jìn)行資源分配，不僅抑制了跨層干擾，提高了系統(tǒng)吞吐量，同 時(shí)減少了系統(tǒng)的測(cè)量和信息交互開銷。
[0035] 2)本發(fā)明采用歷史次梯度下降法求解關(guān)聯(lián)控制問(wèn)題，不僅實(shí)現(xiàn)了干擾轉(zhuǎn)移，提高 了系統(tǒng)吞吐量，同時(shí)提高了關(guān)聯(lián)控制的收斂速率。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 圖1為本發(fā)明的應(yīng)用場(chǎng)景圖；
[0037] 圖2為本發(fā)明的實(shí)施流程圖；
[0038] 圖3為本發(fā)明的仿真場(chǎng)景圖；
[0039] 圖4是本發(fā)明與現(xiàn)有資源分配算法關(guān)于每個(gè)子信道上速率的累積分布比較圖；
[0040] 圖5是本發(fā)明與現(xiàn)有聯(lián)合關(guān)聯(lián)控制和資源分配方法隨用戶數(shù)目變化的吞吐量對(duì)比 圖；
[0041 ]圖6是本發(fā)明與現(xiàn)有關(guān)聯(lián)控制算法收斂速度的比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] W下參照附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和效果做進(jìn)一步描述：
[0043] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的應(yīng)用系統(tǒng)包括一個(gè)宏基站M、E個(gè)家庭基站和Q個(gè)用戶，且Q個(gè) 用戶隨機(jī)分布在宏基站的覆蓋范圍內(nèi)。每個(gè)用戶只能夠連接一個(gè)基站，基站下的每個(gè)子信 道只能分配給一個(gè)用戶。為了提高資源利用率，家庭基站與宏基站采用共道的部署方法，家 庭基站的頻譜分配可W根據(jù)現(xiàn)有的圖論方法進(jìn)行分配:相鄰的家庭基站之間使用正交的頻 譜，距離較遠(yuǎn)的家庭基站之間使用相同的頻譜。
[0044] 參照?qǐng)D2，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[004引步驟1:系統(tǒng)初始化。
[0046] 設(shè)系統(tǒng)中的基站集合為A