一种无线网络的多维资源分配的方法技术

技术编号:15078656 阅读:144 留言:0更新日期:2017-04-07 11:36
本发明专利技术提供一种基于拉格朗日乘子的异构无线网络资源分配的方法,将使得所述网络的全部小区的全部用户的总效用最大作为目标,并且将所述小区的总发送功率小于等于允许的最大发送功率、和所述小区中用户的传输速率大于等于设定的最小速率需求作为约束条件。所述方法包括:针对小区i,确定所设置的与发送功率对应的拉格朗日乘子β、以及与小区i的全部Ki名用户中的每一个的传输速率对应的拉格朗日乘子根据β和针对每一个资源块,确定要分配资源块n的所述小区的最优用户k*;根据拉格朗日乘子β和确定所述小区内不分配资源块的用户的发送功率,确定所述小区内分配任意一个资源块n的每一名用户k的发送功率pk,n。

Method for multi dimension resource allocation of wireless network

The present invention provides a method for resource allocation in heterogeneous wireless networks based on Lagrange multiplier, the total utility of all users in all cells of the network the maximum transmission rate as the target, the user and the total transmission power of the cell is less than or equal to the maximum allowable transmission power, and the area is larger than a minimum the demand rate is equal to the set as a constraint condition. The method includes: for the district I, determines the set of corresponding to the transmission power of the Lagrange multipliers, and beta Lagrange transmission rate for each of the Ki and I all residential users in the corresponding multipliers based on beta and for each resource block, to determine the optimal user k* of the cell to be assigned the resource block n; transmit power according to the Lagrange multiplier beta and uncertain resource allocation block the users within the cell, determine the transmission power PK each user k the cell distribution in any one resource block n, n.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信,尤其涉及无线网络的资源分配。
技术介绍
随着移动通讯技术和多媒体业务的迅猛发展,移动通信网络中数据流量呈指数倍的增长。为了满足无线业务数据流量的需求,在未来无线网络中需要密集地部署小区基站。此外,由于大量移动数据流量发生在局部热点或室内区域,因此部署低功率小区成为未来无线网络发展的趋势。然而,为了提高频谱资源的利用率,在小区密集部署的异构无线网络中会在小区之间产生严重的干扰,造成用户信号质量恶化甚至无法满足基本的用户接收信号强度需求。另外,随着移动互联网和物联网的发展,未来移动应用呈现多样化,其将扩展到广阔的行业和领域,如移动医疗、车联网、智能家居、工业控制等领域,而这些多样化的未来移动业务对业务的速率和延时等多种服务质量需求均有严苛的要求。因此,在未来无线网络中,需要通过优化频谱的资源分配来降低干扰以满足用户的最小接收信号强度,同时还需要满足针对多样化业务的速率、延时等在服务质量方面的要求。为满足上述有关无线网络的资源分配的要求,一些现有技术针对单小区进行资源分配,通过提高资源分配的系统吞吐量或用户公平性来满足用户服务质量需要。例如,在申请号为200410048327.2的专利中提出了一种适用于移动通信系统的下行分组数据调度方法,其通过给出根据用户的链路质量以及分组数据的优先级等特征来进行下行数据调度。类似地,在申请号为200510109284.9的专利中提出对用户进行上行调度以及上下行联合调<br>度的方法,其根据上行或下行链路的用户调度信息为用户计算上行或下行数据调度的优先等级,并基于用户上下行数据优先级完成资源分配,由此通过对上行和下行联合调度来节省空口资源。然而,其中并未涉及如何避免在基站之间的干扰的方法。在申请号为200810216675.4的专利中提出一种LTEFDD系统下行调度与资源分配方法,其根据用户的反馈信息对新传或重传用户进行调度优先级排序,并且根据新传和重传用户的调度优先级排序进行资源分配。在申请号为201110458448.4的专利中公布了一种LTE系统中下行资源分配方法及装置,给出根据用户业务最小速率需求为用户分配资源的方法。在申请号为201110458448.4的专利申请中公开了一种下行调度方法及装置,该专利根据用户在预定时间窗口内被调度资源块的数量以及各用户在小区S资源块i的信道质量指示所对应的优先级,来确定小区S的资源块i上被调度UE。在申请号为200810190583.3的专利中公开了一种应用于多载波时分双工系统中的下行资源分配方法,其提出通过将与用户处于同一区域的用户信道质量信息作为用户当前信道质量信息的估计值从而进行资源分配。然而,这些针对单小区进行资源分配的方法仅考虑了用户的信道质量、用户的优先级等进行单小区内的资源分配,而忽略了小区之间的干扰。还有一些现有技术针对多小区之间的干扰问题提出了解决方法。例如,申请号为201310642344.8的专利申请中公开了一种家庭基站基于干扰协调的资源分配方法,其根据家庭基站中受干扰的终端信息上报用户干扰源基站,来确定进行家庭基站的协作基站,并对协作基站进行正交的频谱资源分配。在申请号为201410401062.3的专利申请中公开了一种LTE系统中基于非合作博弈的资源分配和干扰抑制方法,首先采用软频率复用建立多小区的LTE网络干扰模型,然后基于非合作博弈理论,考虑到用户采用过低的发送功率不能满足基本速率需求,而过高的功率又会消耗大量能量,从而建立了基于价格机制的效用函数,给出使效用函数最大化的功率迭代算法。在申请号为201010142688.9的专利中公开一种基于干扰的资源分配方法及装置,通过对受干扰用户分配干扰最小的频点和该频点上干扰最小的时隙降低用户受到的干扰从而保证用户通信质量。其资源分配方法仅考虑满足用户的接收信号质量。申请号为201280077299.X的专利申请中公开了用于协调资源分配以解决小区间干扰的方法。通过干扰源小区和受干扰小区之间的信令交互协商资源分配信息,通过小区间干扰协调的资源分配降低小区之间的干扰。在申请号为201010596171.7的专利中公开了一种干扰消除的资源分配方法和装置。通过小区监测到的邻区干扰信息决策是否进行时隙划分的小区间干扰管理机制,从而提高小区边缘用户的吞吐量。然而,上述为解决多小区之间的干扰问题的而进行的资源分配的方法忽略了用户在速率、延时等多方面细化的业务服务质量需求。此外,这些方法通过单维资源分配来降低干扰,其资源利用率不高,系统性能的增益也有限,因而仅适用于业务流量需求较低的情况。
技术实现思路
因此,本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷,本专利技术提供一种异构无线网络资源分配的方法,将使得所述网络的全部小区的全部用户的总效用最大作为目标,并且将所述小区的总发送功率小于等于允许的最大发送功率、和所述小区中用户的传输速率大于等于设定的最小速率需求作为约束条件。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:所述方法包括:针对小区i,确定所设置的与发送功率对应的参数β、以及与小区i的全部Ki名用户中的每一个的传输速率对应的参数根据β和针对每一个资源块,确定要分配资源块n的所述小区的最优用户k*;根据β和确定所述小区内分配任意一个资源块n的用户k的发送功率pk,n。与现有技术相比,本专利技术的优点在于:综合地考虑了小区之间的干扰、以及用户在速率、发送功率、延时等多方面的业务服务质量需求,从而提高了资源利用率和系统性能的增益。相较于现有技术通过单维资源分配来降低干扰,本专利技术提出一种频谱和功率联合优化方法,可以根据异构网络中用户和小区之间的信道状态以及小区的不规则分布自适应地优化各小区频谱和功率资源使用,以更好地进行小区之间的频谱资源复用,从而提高系统资源利用率和系统总体吞吐量等性能。并且,通过仿真实验可发现相较于现有技术,本专利技术针对语音业务具有更小的平均延时和平均丢包率,针对数据业务具有更小的平均延时和平均中断概率。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明,其中:图1是异构网络优化资源分配的资源管控信令流程的示意图;图2是根据本专利技术的基于拉格朗日乘子迭代的服务质量保证的资源分配算法QGRA的流程图;图3是根据本专利技术的不同干扰门限下小区边缘用户平均吞吐量的仿真结果;图4是根据本专利技术的不同小区用户数下语音业务平均包延时和丢包率的仿真结果;图5是根据本专利技术的不同小区用户数下数据业务平均包延时和中断概率的仿真结果。具体实施方式下面结合附本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种异构无线网络资源分配的方法,包括:1)针对小区i,确定所设置的与小区i中发送功率对应参数β、以及与小区i的全部Ki名用户中的每一个的传输速率对应的参数2)根据β和针对每一个资源块,确定要分配资源块n的所述小区的最优用户k*,其中,wk是用户资源分配的权重,其与用户k的队列缓冲区长度和延时指示呈正比,χk,n为用户k在资源块n的每功率信干噪比,运算(x)+表示求x和0相比的较大值;3)根据β和确定小区i内分配任意一个资源块n的每一名用户k的发送功率pk,n,其中,ε0为小区i设定的干扰门限,为小区资源块n上参考用户kref的信道增益,所述参考用户kref在为小区i的相邻小区中在资源块n上受小区干扰最强的用户。

【技术特征摘要】
1.一种异构无线网络资源分配的方法,包括:
1)针对小区i,确定所设置的与小区i中发送功率对应参数β、以及与小区i的全部Ki名用
户中的每一个的传输速率对应的参数2)根据β和针对每一个资源块,确定要分配资源块n的所述小区的最优用户k*,
其中,wk是用户资源分配的权重,其与用户k的队列缓冲区长度和延时指示呈正比,χk,n为用户k在资源块n的每功率信干噪比,运算(x)+表示求x和0相比的较大值;
3)根据β和确定小区i内分配任意一个资源块n的每一名用户k的发送功率pk,n,
其中,ε0为小区i设定的干扰门限,为小区资源块n上参考用户kref的信道增益,所
述参考用户kref在为小区i的相邻小区中在资源块n上受小区干扰最强的用户。
2.根据权利要求1所述的方法,其中步骤1)中所述确定所述参数β和的方法,包括:
11)将迭代次数m初始化为0,并为小区i设置初始的参数β0和12)确定当前的参数βm和下的小区i发送功率余量其中,sk,n为资源分配指示变量,当sk,n趋于0时表示资源块n不分配给用户k,当sk,n趋于
1时表示资源块n分配给用户k;运算表示先计算x与a中的较大值,再将所得结果与b相比
的较小值作为最终值;
13)如果或者不存在连续多次迭代的βm不再变化的情况,则令m=m+1,
将参数更新为βm+1和并重复步骤12)-13);
其中,Δ为设定的阈值,其范围在0-1之间且远小于1。
3.根据权利要求2所述的方法,其中步骤11)包括:
11A1)在给定一组初始的并且当中与每一名用户k对应的
的情况下,确定β0的上限β0和下限使得11A2)在确定了β0之后,再重新确定中与每一名用户k对应的的上限和下限使得以确定中每一名用户k的4.根据权利要求3所述的方法,其中步骤11A1)中所述确定β0的下限β0的方法,包括:
11A1a1)初始化确定小区i中每个资源块分配给哪个用户和为每个资源块分配的发送
功率;
11A1a2)固定一个初始的使得其中与每一名用户k对应的
11A1a3)初始化一个β0值,满足β0∈(0,1),且β0<<1;
11A1a4)基于β0,计算小区i发送功率余量11A1a5)判断如果则设置β0=β0/10,并重复步骤11A1a3)-11A1a5);如果
满足则将β0作为β0的下限。
5.根据权利要求3所述的方法,其中步骤11A1)中所述确定β0的上限的方法,包括:
11A1b1)初始化确定小区i中每个资源块分配给哪个用户和为每个资源块分配的发送
功率;
11A1b2)固定一个初始的使得其中与每一名用户k对应的
11A1b3)初始化一个值,使得11A1b4)基于计算小区i发送功率余量11A1b5)判断如果则设...

【专利技术属性】
技术研发人员:杜红艳周一青田霖石晶林
申请(专利权)人:中国科学院计算技术研究所
类型:发明
国别省市:北京;11

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