本发明专利技术公开了一种LTE-A中继蜂窝网中基于负载的中继选择策略，为了在考虑链路质量、用户可达速率以及该用户接入候选网络后对候选网络中现有用户影响的前提下，同时能考虑到系统的负载均衡以及长期资源分配的影响。本发明专利技术提出了一种全新的基于效用函数的中继选择方案。本方法主要针对中继往往部署于用户热点或者边缘的地区；同时由于中继系统的特点，回程的资源不能消耗过多，也就意味着中继接入链路的资源消耗也受限，在上面这两个条件下，热点地区的用户性能就受到极大的约束，并且会导致中继端网络拥塞，且系统平均频谱效率也会下降。
【技术实现步骤摘要】
一种LTE-A中继蜂窝网中基于负载的中继选择策略
本专利技术属于无线通信
，涉及LTE关键技术之一的中继技术，尤其涉及LTE-A中继蜂窝网中一种考虑系统负载与全局公平性的中继选择策略。
技术介绍
近年来，随着新无线通信业务的不断涌现以及人们对通信质量要求的不断上升，而5GHz以下的频谱已经几乎被全部占用，无法配置新的专有资源给无线通信，因而无线资源日显紧缺的现象仍然日益严重。这一现象促进了人们对下一代无线通信系统的研究，目前，国内4G牌照已经发放，但相关技术仍然在各大高校和公司中被研究。中继作为LTE的关键技术之一，对于改善小区的边缘用户性能、提高高数据率的覆盖范围、实现绿色通信、拓展小区覆盖范围、减轻基站的工作压力、实现临时部署等等方面有着突出贡献，同时，中继的建设费用以及耗电量相比基站也低的多，而且也有很多的灵活性。引入中继后，小区内的干扰场景更加复杂，中继选择接入相比传统蜂窝网中若干种经典接入方式的侧重点有略微不同。中继的接入问题已不能单单只考虑本用户到各个服务站的距离，链路质量，用户可获得的服务速率等，也需要考虑该用户的接入对于本网络中现有用户的影响。更重要的是，系统的负载往往由于中继部署在热点或边缘地区而不均衡，同时考虑到中继系统回程资源的约束，那么，会导致中继端网络的拥塞，热点地区用户性能和网络频谱效率的降低。目前虽然有相关文献对LTE中继系统资源分配展开了研究，但均有不同的弊端。其中最简单的方案是采取传统蜂窝网中接入策略，诸如，基于最短距离的接入策略、基于最小路损的接入策略、基于最大信干比(SIR)的接入策略和基于最大可达速率的接入策略等。在考虑负载方面，有在上述经典接入方案的基础上给中继端指标值添加偏移量，使得中继覆盖范围人为增大，以此来服务更多的用户。除此之外，还有若干基于不同效用函数的接入策略，比如考虑可达速率与负载加权和的效用函数表达式等。不过上述的方案均未考虑到此时系统负载的影响。这种影响在用户边缘分布的时候会更明显。另外，关于中继的大部分研究都基于接入子帧宏用户和中继用户全频带或部分频带复用的方式，这种方式也就限定了接入策略，因此除了SIR的接入策略外，其他的策略会造成更大的共道干扰。基于此，本专利技术研究一种干扰协调场景下的中继选择方案，这种场景可以很好的降低共道干扰，但同时也对接入算法提出了更高的要求，因为接入方案需要同时考虑干扰协调场景内所有用户的接入。
技术实现思路
针对上述缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供LTE-A中继蜂窝网中一种基于负载的中继选择策略。为达到以上目的，本专利技术的技术方案为：包括以下步骤：1)、设蜂窝网中每个扇区的服务站集合为S＝{s|s＝0,1,...}、用户集合为K＝{k|k＝1,2,...}；2)、获取蜂窝网中服务站s服务的用户k得到的实际吞吐量以及用户k的需求吞吐量根据用户k得到的实际吞吐量和用户k的需求吞吐量获取服务站s的差异化的平均吞吐量其中，|Ks|表示服务站s所服务的用户总数；表达式如下：其中，Fs表示服务站s所分配的资源块数目，NB表示当回程传输的数据总量与接入传输的数据总量相等时回程子帧的个数，表示服务站s到用户k在单位资源块上所传输的吞吐量，其计算公式如下式所示：其中，180×1000表示单个资源块的带宽；表示服务站s到其所服务的用户k之间的链路的平均信干噪比SINR值；3)、根据差异化的平均吞吐量获得差异化的全局公平性U：其中，|S|表示总的服务站数目；4)、获取用户k可接入的服务站ID，规定用户只能接入服务站n或者服务站n′；n为初始化的接入服务站ID，n′为待获取的服务站ID：5)、根据差异化的全局公平性U，以及式(6)和式(7)，获取最大全局公平性max(U)，并根据获取的最大全局公平性max(U)求解服务站s的用户集合Ks和服务站s所获取的资源块个数Fs；其中，式(6)和式(7)为k∈Kn∪Kn′(7)。所述步骤5)的过程中，根据获取的最大全局公平性max(U)求解服务站s的用户集合Ks和服务站s所获取的资源块个数Fs的具体过程为：2.1)、参数初始化：初始化外部循环计数器t为0，记资源块Fs的可行域为并初始化资源块Fs的可行域为{Fs|Fs∈[0,B]}；根据最大信干比SIR的服务站选择方式进行接入，同时假设表示在资源块的第t次循环时，服务站s所分配的资源块数目；然后，根据下式计算取值：其中，表示t＝0时的取值，B表示FDD传输模式下总的中继站RB数目；2.2)、在当前下遍历部分用户集合：a、首先更新迭代计数器t，定义内部循环的迭代次数l，然后初始化迭代次数l为0，并且初始化第一集合Qk和第二集合Q′k，其中，Qk为用户接入s时取值的集合，Q′k为用户接入s′时的取值的集合，第一集合Qk和第二集合Q′k的表达式为：b、当任意的用户k的需求速率无法得到满足时，则计算每个服务站的平均吞吐量，并从中找到最小平均吞吐量所对应的服务站n，记K′n表示服务站n所服务的用户中满足相应的n′取值为0，且其吞吐量小于该服务站用户平均吞吐量时，所有用户的集合；然后，从用户集合K′n中选择对应Q′k取值最大的用户k，将用户k接入服务站n′,以使得平均吞吐量增大，计算差异化全局公平性U；当所有用户均满足速率需求时，则计算每个服务站的平均吞吐量，并从中找到最小平均吞吐量所对应的服务站，记表示服务站n所服务的用户中满足吞吐量小于该服务站用户平均吞吐量时，所有用户的集合；然后，从用户集合中选择对应Q′k取值最大的用户k，将用户k接入服务站n′,以使得平均吞吐量增大，计算差异化全局公平性U；c、计算和其中，表示内层循环在第l次迭代过程中服务站n的用户数目增减量，表示内层循环在第l次迭代过程中服务站n′的用户数目增减量；d、如果任意服务站s的条件满足，那么表示下一步将会遍历重复的用户集合场景，因此结束步骤d进入步骤2.3)；否则，程序跳转至步骤b继续执行，并且更新迭代计数器l；2.3)、更新与可行域如果任意一个宏用户u的吞吐量需求无法得到满足时，则提升以满足该宏用户的条件，然后更新的下限，提升以满足该宏用户的条件为：当所有宏用户均满足速率需求时，计算差异化平均吞吐量最小的服务站对应的IDn1和差异化平均吞吐量最大的服务站对应的IDn2；然后，会增大，而减小；那么最终更新后的取值为：其中，step是资源迭代过程中的一个变长的迭代步长，定义其取值集合为{2n,2n-1…,20}，其中如果上式(14)中任意的服务站s的超越了其可行域则该迭代步长step缩短，并且保持不变，即否则，根据公式(14)以及当前的缩小可行域的范围，其中，表示外层循环在第t次迭代过程中Fs的可行域范围，s取值为差异化平均吞吐量最小的服务站对应的IDn1和差异化平均吞吐量最大的服务站对应的IDn2；2.4)、终止条件判断：判断是否任意的服务站s的的可行域为空，即如果为空，则结束该程序，否则，跳转至步骤2.2)继续执行此迭代过程。所述步骤2)中NB的求解过程为：首先，设中继接收到的总数据量等于中继转发出去的总数据量：上式中Fb,s表示中继s在回程子帧内所占用的资源块数目；ηs表示中继s在回程子帧内每个资源块上的平均吞吐量；所有中继消耗的回程资源块总数等于系统中每个子帧的总资源块数目本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种LTE‑A中继蜂窝网中基于负载的中继选择策略，其特征在于，包括以下步骤：1)、设蜂窝网中每个扇区的服务站集合为S＝{s|s＝0,1,...}、用户集合为K＝{k|k＝1,2,...}；2)、获取蜂窝网中服务站s服务的用户k得到的实际吞吐量以及用户k的需求吞吐量，根据用户k得到的实际吞吐量和用户k的需求吞吐量获取服务站s的差异化的平均吞吐量R‾s=ΣkRksRkreq|Ks|---(1)]]>其中，|Ks|表示服务站s所服务的用户总数；表达式如下：Rks=(10-NB)Fsηks10|Ks|---(2)]]>其中，Fs表示服务站s所分配的资源块数目，NB表示当回程传输的数据总量与接入传输的数据总量相等时回程子帧的个数，表示服务站s到用户k在单位资源块上所传输的吞吐量，其计算公式如下式所示：ηks=180×1000×log2(1+γ‾k,s)---(3)]]>其中，180×1000表示单个资源块的带宽；表示服务站s到其所服务的用户k之间的链路的平均信干噪比SINR值；3)、根据差异化的平均吞吐量获得差异化的全局公平性U：U=(ΣsR‾s)2|S|Σs(R‾s)2---(4)]]>其中，|S|表示总的服务站数目；4)、获取用户k可接入的服务站ID，规定用户只能接入服务站n或者服务站n′；n为初始化的接入服务站ID，n′为待获取的服务站ID：n′=arg(max(Fsηks)),s≠n∩s=0,1,...|S|---(5)]]>5)、根据差异化的全局公平性U，以及式(6)和式(7)，获取最大全局公平性max(U)，并根据获取的最大全局公平性max(U)求解服务站s的用户集合Ks和服务站s所获取的资源块个数Fs；其中，式(6)和式(7)为Rks≥Rkreq---(6)]]>k∈Kn∪Kn′(7)。...
【技术特征摘要】
1.一种LTE-A中继蜂窝网中基于负载的中继选择策略，其特征在于，包括以下步骤：1)、设蜂窝网中每个扇区的服务站集合为S＝{s|s＝0,1,...}、用户集合为K＝{k|k＝1,2,...}；2)、获取蜂窝网中服务站s服务的用户k得到的实际吞吐量以及用户k的需求吞吐量根据用户k得到的实际吞吐量和用户k的需求吞吐量获取服务站s的差异化的平均吞吐量其中，|Ks|表示服务站s所服务的用户总数；表达式如下：其中，Fs表示服务站s所分配的资源块数目，NB表示当回程传输的数据总量与接入传输的数据总量相等时回程子帧的个数，表示服务站s到用户k在单位资源块上所传输的吞吐量，其计算公式如下式所示：其中，180×1000表示单个资源块的带宽；表示服务站s到其所服务的用户k之间的链路的平均信干噪比SINR值；3)、根据差异化的平均吞吐量获得差异化的全局公平性U：其中，|S|表示总的服务站数目；4)、获取用户k可接入的服务站ID，规定用户只能接入服务站n或者服务站n′；n为初始化的接入服务站ID，n′为待获取的服务站ID：5)、根据差异化的全局公平性U，以及式(6)和式(7)，获取最大全局公平性max(U)，并根据获取的最大全局公平性max(U)求解服务站s的用户集合Ks和服务站s所获取的资源块个数Fs；其中，式(6)和式(7)为k∈Kn∪Kn′(7)。2.根据权利要求1所述的LTE-A中继蜂窝网中基于负载的中继选择策略，其特征在于，所述步骤5)的过程中，根据获取的最大全局公平性max(U)求解服务站s的用户集合Ks和服务站s所获取的资源块个数Fs的具体过程为：2.1)、参数初始化：初始化外部循环计数器t为0，记资源块Fs的可行域为并初始化资源块Fs的可行域为{Fs|Fs∈[0,B]}；根据最大信干比SIR的服务站选择方式进行接入，同时假设Fs(t)表示在资源块的第t次循环时，服务站s所分配的资源块数目；然后，根据下式计算Fs(0)取值：其中，Fs(0)表示t＝0时Fs(t)的取值，B表示FDD传输模式下总的中继站RB数目；2.2)、在当前Fs(t)下遍历部分用户集合：a、首先更新迭代计数器t，定义内部循环的迭代次数l，然后初始化迭代次数l为0，并且初始化第一集合Qk和第二集合Q′k，其中，Qk为用户接入s时取值的集合，Q′k为用户接入s′时的取值的集合，第一集合Qk和第二集合Q′k的表达式为：b、当任意的用户k的需求速率无法得到满足时，则计算每...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜清河，王龙，任品毅，孙黎，王熠晨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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