一种高密集无线网络中基于博弈的下行动态干扰协调方法技术

一种高密集无线网络中基于博弈的下行动态干扰协调方法，将各个远端射频单元建模为下行传输资源博弈中的参与者，各参与者在参与博弈与竞争过程中，部分远端射频单元选择相互合作来提升其在系统中的地位；各个远端射频单元之间因其采用不同的博弈竞争策略，使得所有参与者划分为不同的联盟，联盟内成员采用包括时分多址、干扰对齐和波束赋形的特定技术合作方式，并消除联盟内干扰；但不同联盟之间并不合作，故其他联盟的远端射频单元仍对非联盟内的远端射频单元造成干扰，即该联盟模型是划分形式的联盟博弈。本发明专利技术方法极大简化各参与者的信息交互，且保证用户服务质量不受影响，消除联盟内其他成员的干扰，进而提高系统频谱效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高密集无线网络中基于博弈的下行动态干扰协调方法
本专利技术涉及一种无线通信新技术，确切地说，涉及一种用于云无线接入网的高密集无线网络中基于博弈的下行动态干扰协调方法，属于无线异构通信和无线网络的

技术介绍
近年来，移动互联网的流量呈爆发式增长，不管是对网络覆盖、还是对频谱效率，都提出了新的增长需求。通过改变传统蜂窝状的网络拓扑，在宏小区覆盖范围内部署小覆盖、低功耗的异构热点基站(如微微小区、家庭基站、小小区等)，都能够有效提升系统的频谱效率、改善小区覆盖，进而满足热点场景下的用户高速业务需求，因此形成了分层异构无线网络。然而随着热点基站的大量部署，形成高密集无线网络，运营商又面临着新的挑战：其一，大量部署的异构站点，使得各个站点间的互干扰成为限制谱效进一步提升的瓶颈；其二，数目繁多的基站导致运营商的建设、运维和升级的成本急剧增加；其三，流量需求的潮汐效应，导致大部分基站的处理能力没有得到充分利用，造成资源的浪费。上述原因导致运营商收入增长缓慢。为了保持持续的盈利能力和长期的业务增长，运营商亟需一种低成本、绿色的无线服务提供方式，因此，一种基于云无线接入网的网络系统架构已经受到越来越多的科技人员的关注。参见图1，介绍典型的云无线接入网C-RAN(cloudradioaccessnetwork)的三个组成部分：位于云端的基带处理池BBU(basebandunit)、部署在远端的远端射频单元RRH(remoteradiohead)和位于中间的光传送网。基带处理池由高性能处理器构成，通过实时虚拟技术和强大的处理能力集中处理无线接入端的数据信息，并对系统资源进行集中管理。远端射频单元用于提供有效覆盖，但其仅用于收发无线接入端的无线信号，并不做处理，因此能够有效降低资产支出CAPEX(CapitalExpenditure)和运营成本OPEX(OperatingExpense)。光传送网负责以大容量、低时延链路连接远端射频单元和基带处理池。云端的基带处理池负责对控制信号执行集中处理和划分系统资源，还采用实时虚拟技术进行基于负载的自适应资源分配，保证了对处理资源的高效利用。另一方面，联盟博弈是一种研究参与者之间合作问题的有效工具，各参与者通过形成联盟的方式增强在系统中的地位，联盟内的用户通过合作可以获得比各用户单独行动时的更大收益。因此利用联盟博弈建模无线通信网络中的合作问题是一种合理的选择。为有效管理高密集无线网络中的干扰、提升频谱效率，研究人员已经做了大量研究，并提出了多个干扰协调方案。但是，现有的高密集无线网络干扰协调方案普遍采用分布式实施方法，节点之间不能进行有效和及时的信息共享，信息的交互时延和处理时延成为限制这些方案实用化的重要瓶颈。另一方面，针对无线网络的多点协作CoMP(CoordinatedMulti-Point)技术研究还非常不足，如何在高密集无线网络站点间进行有效的合作以及确定怎样的合作机制都有待深入研究。云无线接入网的特色是集中式处理，尤其在干扰协调技术方面，一方面，协作式处理技术可以使用空间信道信息来实现多个不同物理位置上的天线协作，从而对无线资源执行联合调度，有效减少干扰；另一方面，C-RAN中高速光传送网保证了信息交互和数据处理的低时延，避免影响用户体验。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种用于云无线接入网C-RAN的高密集无线网络中基于博弈的下行动态干扰协调方法，该方法中，各远端射频单元的信息在基带处理池端是共享的，极大地简化了各参与者的信息交互复杂度；同时，低延迟光传送网能够保证用户服务质量不受影响。集中收集所有远端射频单元的信息后，基带处理池根据设定的联盟形成条件，可以动态地将远端射频单元划分为不同的联盟，同一联盟内的射频单元采取设定方式进行协作，消除联盟内其他成员的干扰，进而提高系统频谱效率。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种高密集无线网络中基于博弈的下行动态干扰协调方法，其特征在于：将一个基带处理池管理下的各个远端射频单元建模为下行传输资源博弈中的参与者，各参与者在参与博弈与竞争的过程中，远端射频单元RRH会选择相互合作来提升其在系统中的地位；且因一个基带处理池管理下的每个远端射频单元采用不同的博弈竞争策略，使得所有参与者划分为不同的联盟，联盟内成员采用包括时分多址、干扰对齐和波束赋形的特定技术合作方式，并消除联盟内干扰；但不同联盟之间并不合作，故任何其他联盟的远端射频单元仍对非本联盟内的远端射频单元造成干扰，即该联盟模型是划分形式的联盟博弈；所述方法包括下述操作步骤：(1)每个资源分配周期的初始阶段，基带处理池管理下的所有远端射频单元均为非合作方式，即每个远端射频单元形成只有其自身一个成员的联盟；(2)基带处理池收集其管理下的所有远端射频单元的用户反馈信息，采取设定的联盟形成算法，将远端射频单元划分为不同的联盟；且为适应远端射频单元用户的移动性，远端射频单元间的联盟划分方式是周期变化的、即联盟结构是周期性改变的；故该步骤中，基带处理池动态、周期地执行下述操作内容：(21)远端射频单元用户为其服务的射频单元反馈该用户的服务射频单元当前信道信息和当前对该用户造成干扰的其他射频单元的信息：其中，该用户的服务射频单元当前信道信息包括：该服务射频单元在不同资源上的信道增益、用户在不同资源上的信干噪比SINR和该服务射频单元在不同资源上的发射功率；当前对该用户造成干扰的其他射频单元的信息包括：在不同资源上其他射频单元与该用户的信道增益、其他射频单元在不同资源上的干扰强度、对当前用户造成干扰的其他射频单元的ID集合；(22)基带处理池集中收集其控制范围内所有用户反馈信息：远端射频单元用户的反馈信息经由低时延光传送网传输至基带处理池，各个远端射频单元对应的虚拟处理器共享这些信道信息，以供这些远端射频单元之间便于进行协商合作；(23)基带处理池集中完成联盟形成算法，不需要各远端射频单元通过传统基站接口彼此交互，减少处理时延和交换信息的功耗：基带处理池利用共享信息并根据设定准则将远端射频单元划分为不同的联盟，且部分所受干扰强度较低的远端射频单元因其不满足形成联盟的准则而不参加任何其他联盟，仍然维持只有自身单一成员的联盟；也就是形成联盟不能为某个或某些远端射频单元带来额外收益时，这些远端射频单元就选择不与其他任何远端射频单元合作；(3)在基带处理池控制下，每个联盟内成员采取包括时分多址、干扰对齐和波束赋形的方式消除联盟内干扰，进行数据传输。本专利技术异构网络中基于博弈的下行动态干扰协调方法的创新优点是：首次从联盟博弈的角度分析网络中动态下行干扰协调技术，尤其针对于C-RAN架构网络的干扰协调技术，本专利技术提供了一种网络节点通过合作结盟的方式进行干扰协调的技术，该方法将高密度无线网络节点建模为博弈的参与者，选择谱效作为博弈目标，网络节点通过结盟方式进行合作。本专利技术还引入联盟博弈模型，并介绍了一种形成联盟的具体算法流程。本专利技术方法的实施例表明：其系统整体性能明显优于传统的非合作情况下的系统整体性能，而且随着远端射频单元数量的提升，本专利技术的性能优势逐渐明显。因此，本专利技术具有很好的推广应用前景。附图说明图1为本专利技术应用场景：C-RAN架构的高密度无线网络下行干扰的示意图。图2为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高密集无线网络中基于博弈的下行动态干扰协调方法，其特征在于：将一个基带处理池管理下的各个远端射频单元建模为下行传输资源博弈中的参与者，各参与者在参与博弈与竞争的过程中，远端射频单元RRH会选择相互合作来提升其在系统中的地位；且因一个基带处理池管理下的每个远端射频单元采用不同的博弈竞争策略，使得所有参与者划分为不同的联盟，联盟内成员采用包括时分多址、干扰对齐和波束赋形的特定技术合作方式，并消除联盟内干扰；但不同联盟之间并不合作，故任何其他联盟的远端射频单元仍对非本联盟内的远端射频单元造成干扰，即该联盟模型是划分形式的联盟博弈。

【技术特征摘要】
1.一种高密集无线网络中基于博弈的下行动态干扰协调方法，其特征在于：将一个基带处理池管理下的各个远端射频单元建模为下行传输资源博弈中的参与者，各参与者在参与博弈与竞争的过程中，远端射频单元RRH会选择相互合作来提升其在系统中的地位；且因一个基带处理池管理下的每个远端射频单元采用不同的博弈竞争策略，使得所有参与者划分为不同的联盟，联盟内成员采用包括时分多址、干扰对齐和波束赋形的特定技术合作方式，并消除联盟内干扰；但不同联盟之间并不合作，故任何其他联盟的远端射频单元仍对非本联盟内的远端射频单元造成干扰，即该联盟模型是划分形式的联盟博弈；所述方法包括下述操作步骤：(1)每个资源分配周期的初始阶段，基带处理池管理下的所有远端射频单元均为非合作方式，即每个远端射频单元形成只有其自身一个成员的联盟；(2)基带处理池收集其管理下的所有远端射频单元的用户反馈信息，采取设定的联盟形成算法，将远端射频单元划分为不同的联盟；且为适应远端射频单元用户的移动性，远端射频单元间的联盟划分方式是周期变化的、即联盟结构是周期性改变的；故该步骤中，基带处理池动态、周期地执行下述操作内容：(21)远端射频单元用户为其服务的射频单元反馈该用户的服务射频单元当前信道信息和当前对该用户造成干扰的其他射频单元的信息：其中，该用户的服务射频单元当前信道信息包括：该服务射频单元在不同资源上的信道增益、用户在不同资源上的信干噪比SINR和该服务射频单元在不同资源上的发射功率；当前对该用户造成干扰的其他射频单元的信息包括：在不同资源上其他射频单元与该用户的信道增益、其他射频单元在不同资源上的干扰强度、对当前用户造成干扰的其他射频单元的ID集合；(22)基带处理池集中收集其控制范围内所有用户反馈信息：远端射频单元用户的反馈信息经由低时延光传送网传输至基带处理池，各个远端射频单元对应的虚拟处理器共享这些信道信息，以供这些远端射频单元之间便于进行协商合作；(23)基带处理池集中完成联盟形成算法，不需要各远端射频单元通过传统基站接口彼此交互，减少处理时延和交换信息的功耗：基带处理池利用共享信息并根据设定准则将远端射频单元划分为不同的联盟，且部分所受干扰强度较低的远端射频单元因其不满足形成联盟的准则而不参加任何其他联盟，仍然维持只有自身单一成员的联盟；也就是形成联盟不能为某个或某些远端射频单元带来额外收益时，这些远端射频单元就选择不与其他任何远端射频单元合作；(3)在基带处理池控制下，每个联盟内成员采取包括时分多址、干扰对齐和波束赋形的方式消除联盟内干扰，进行数据传输。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法采用时分多址技术的合作方式消除联盟内干扰时，对每个射频单元的天线数量和用户的天线数量不作要求，且在每个时隙联盟内所有成员的远端射频单元能够同时服务调度用户，通过增加信号副本来增加有用信号，从而提高接收机的信干扰比SINR；而采用干扰对齐或波束赋形技术的合作方式消除联盟内干扰时，则射频单元应配置多根天线，但接收机的天线数量没有要求。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法应用于云无线接入网C-RAN架构高密集无线网络中，所述一个基带处理池管理下的远端射频单元集合中的各个远端射频单元都使用相同的资源，每个远端射频单元能够同时服务多个随机分布的远端射频单元的用户设备，且每个远端射频单元下的每个用户占用不同的子信道，每个子信道在一个远端射频单元下只能同时分配给一个用户使用；式中，自然数下标i和N分别为远端射频单元的序号及其最大数、即远端射频单元的总数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：虽然远端射频单元结盟方法能够使用任何干扰消除技术，但因联盟内不同的干扰消除方式决定联盟成员收益的不同计算方式，进而影响远端射频单元是否加入联盟；也就是联盟形成算法所形成的联盟结构取决于步骤(3)在联盟内采用的干扰消除方式。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(23)中，将远端射频单元划分为不同联盟的设定准则是defectionorder判断准则：将各个远端射频...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭木根，孙成丹，谢信乾，张碧玲，李勇，赵中原，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11