上行链路中部分信道状态信息下的干扰管理方法技术

本发明专利技术公开了一种上行链路中部分信道状态信息下的干扰管理方法，主要解决现有技术的资源分配方法信息交互开销大和关联控制方法收敛速度慢的问题。其实现步骤是：1)宏基站采用历史次梯度下降法为所有用户进行关联控制；2)家庭基站根据构造的家庭用户效用函数为关联到它的每个用户进行资源分配；3)宏基站首先为关联到它的每个用户选取一个参考家庭基站，然后再根据构造的宏用户效用函数对关联到它的每个用户进行资源分配。本发明专利技术不仅减少了跨层干扰和信息交互开销，同时提高了系统吞吐量和关联控制的收敛速度，可用于宏基站与家庭基站共存的异构无线网络。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，特别设及正交频分多址接入OFDMA系统中部分信 道状态信息下联合关联控制和资源分配的干扰管理方法，可用于宏基站与家庭基站共存的 异构无线网络上行链路。
技术介绍
研究发现，大约50%的语音业务和70%数据业务都发生在室内。为了满足用户日 益增长的数据传输需求，运营商在传统的宏基站下构建了大量的家庭基站，运就形成了宏 基站和家庭基站共存的异构无线网络。 在异构无线网络下行链路中，由于家庭基站的发射功率很小，宏用户无法感知距 离它较远的家庭基站的信道状态信息，使得宏用户只能感知部分信道状态信息。然而在上 行链路中，宏用户会对距离它较远的家庭基站产生干扰。同时在异构无线网络中，用户可W 通过选择接入家庭基站还是宏基站，来进行干扰转移，提高网络吞吐量。所W在上行链路中 部分信道状态信息下，如何对用户进行关联控制和资源分配，来进行干扰转移和抑制跨层 干扰，从而提高网络性能成为了一个重要的研究问题。 目前，关于异构无线网络关联控制联合资源分配技术的研究大多只关注下行正交 频分多址接入OFDMA系统，对于上行正交频分多址接入OFDMA系统却少有研究。如Qiaoyang Ye等在IEEE Transactions On Wireless Communications，2013《User Association for Load Balancing in Heterogeneous Cellular Networks))一文中研究了一种异构网络下 行链路中的联合资源分配和关联控制方法，该篇文章中作者采用次梯度的方法求解关联控 审IJ，提高了系统吞吐量。但是该方法关注的是下行，并且文中的次梯度下降法使得关联控制 的收敛速度慢。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))一文中研究了一种异构网络下基于博弈的 联合基站关联和资源分配方法，该方法减少了跨层干扰，卸载了宏基站的负载，提高了系统 吞吐量。但是该篇文章使用了用户测量到的全部信道状态信息，增加了测量和信息交互开 销。
技术实现思路
[000引本专利技术针对现有技术的不足，提出一种上行链路中部分信道状态信息下的干扰管 理方法，利用关联控制和资源分配分别进行干扰转移和干扰抑制，W减少跨层干扰和测量 与信息交互开销，提高系统吞吐量和关联控制的收敛速度。本专利技术的技术方案是:通过联合考虑关联控制和资源分配W最大化用户速率的对 数和为目标函数，得到数学优化问题，W减少异构网络上行链路的干扰;再将该数学优化问 题分解成关联控制和资源分配两个子问题，采用拉格朗日对偶分解方法对关联控制问题进 行数学建模，并采用历史次梯度下降法进行关联控制的求解，通过关联控制完成干扰转移。 然后使用参考基站和关联基站的信道状态信息进行资源分配。其实现步骤包括如下： (1)系统初始化： 假设系统中的基站集合为A ={1，2, . . .，k. . .，M}，其中k表示任意基站，当k = M 时，表示宏基站，当k辛M时，表示家庭基站，基站k的子信道集合为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的子信道数目，系统中的用户集合 为4={1，2,...，u，... Q }，其中U表示任意一个用户，Q表示系统中总的用户数目。 初始化迭代次数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，每个基站的拉格朗日因子MO) =0; (2)宏基站M为所有用户进行关联巧制： (2a)用户U统计可检测到参考信号的基站集合，记为关联基站集合BSu,并计算关 联基站集合BSu中任意一个基站k在每个子信道上获得的无干扰平均速率，并将运些平 均速率上报给宏基站； (2b)宏基站M计算第t次迭代时每个用户的关联基站情况，并统计关联到每个基站 的用户数目： (化1)第t次迭代时，宏基站M构造用户U与关联基站集合BSu中任意一个基站k的效 用函数为：乂(0 = in(C[")-為(/'); (化2)宏基站M将用户U关联到效用函数最大的基站，得到用户U的关联基站ku^3: =啤，并统计关联到每个基站的用户数目，记为Uk(t); (2c)宏基站M计算第t次迭代时的对偶函数值为：[OOW /W'(/)) = IX'"(0 + X(卢 化 " k 其中，^."(0为第t次迭代时用户U与关联基站心嘴效用函数； (2d)宏基站M判断关联控制是否结束，当迭代次数t>0,且对偶函数值的改变量满 足时，关联控制结束，执行步骤(3)，否则执行步骤(2e)，其中S表 示关联控制的收敛口限； (2e)宏基站M计算下一次迭代的拉格朗日因子集合： (2el)宏基站M计算第t次迭代的次梯度方向而为：.而二(.V|(/)，...，.、、;(〇，....V,,(O)， 其中^货'二6山(心+义'…-1_码飼; (2e2)宏基站M计算第t次迭代的历史次梯度方向：如果t = 0,则t次迭代的历史次梯 度方向巧巧=而巧；如果t>0，则先计算t次迭代的权重再计算第t次迭代的历史次梯度方向; (2e3)宏基站M计算下一次迭代的拉格朗日因子集合:令*'=*+1，* = *'，则拉格朗 日因子集合为A(t) = {Ai(t)，. . .，Ak(t)，. . .，AM(t)}，其中Ak(t)=Ak(t-l)-adk(t-l)，a表示 迭代步长，返回步骤(2b); (3)家庭基站和宏基站分别为关联到它的每个用户进行资源分配： (3a)所有家庭基站为关联到它的每个用户进行子信道分配： (3al)家庭基站k统计关联到它的家庭用户集合为Xk,并构造家庭用户集合Xk中任 意一个用户n在子信道nk上的效用函数为：，其中gtwi和各分别表示家庭 用户n在子信道nk上到家庭基站和宏基站的路径增益，ke A，k辛M; (3a2)家庭基站k对家庭用户集合Xk中的用户W均分方法进行子信道分配； (3b)宏基站M为关联到它的宏用户进行子信道分配： (3bl)宏基站M计算宏用户e在子信道nM上的参考家庭基站为 各心6.。,,，该参考家庭基站为宏用户e接收到信号强度最强的家庭基站，其中 各;为宏用户e在子信道m上到家庭基站k的路径增益； (3b2)宏基站M统计关联到它的宏用户集合为XM，并构造宏用户集合XM中任意一个 用户e在子信道m上的效用函数为：其中，pM表示宏基站下用户的发射功率，pp表示家庭基站下用户的发射功率， 雜E抽和施分别表示宏用户e在子信道riM上到宏基站M和参考家庭基站心,V的路径增 益，表示参考家庭基站r￡%。下使用子信道m的用户到该家庭基站的路径增益，每枯相 表示宏用户e在子信道m上受到的来自同频邻居家庭基站的干扰； (3b3)宏基站M对宏用户集合XM中的用户W均分方法进行子信道分配。 本专利技术与现有技术相比，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种上行链路中部分信道状态信息下的干扰管理方法：(1)系统初始化：假设系统中的基站集合为Λ＝{1,2,...,k...,M}，其中k表示任意基站，当k＝M时，表示宏基站，当k≠M时，表示家庭基站，基站k的子信道集合为Δk＝{1,2,...nk,...,Nk},k∈Λ，其中nk表示基站k的任意子信道，Nk表示基站k的子信道数目，系统中的用户集合为ψ＝{1,2,...,u,...Ω}，其中u表示任意一个用户，Ω表示系统中总的用户数目。初始化迭代次数t＝0，第0次迭代的拉格朗日因子集合λ(0)＝{λ1(0),...,λk(0),...,λM(0)}，其中，每个基站的拉格朗日因子λk(0)＝0；(2)宏基站M为所有用户进行关联控制：(2a)用户u统计可检测到参考信号的基站集合，记为关联基站集合BSu，并计算关联基站集合BSu中任意一个基站k在每个子信道上获得的无干扰平均速率并将这些平均速率上报给宏基站；(2b)宏基站M计算第t次迭代时每个用户的关联基站情况，并统计关联到每个基站的用户数目：(2b1)第t次迭代时，宏基站M构造用户u与关联基站集合BSu中任意一个基站k的效用函数为：Xk,u(t)=ln(Ck,u1‾)-λk(t);]]>(2b2)宏基站M将用户u关联到效用函数最大的基站，得到用户u的关联基站ku*为：并统计关联到每个基站的用户数目，记为Uk(t)；(2c)宏基站M计算第t次迭代时的对偶函数值为：H(λ(t))=ΣuXku*,u(t)+Σkeln(Nk)+λk(t)-1,]]>其中，为第t次迭代时用户u与关联基站ku*的效用函数；(2d)宏基站M判断关联控制是否结束，当迭代次数t＞0，且对偶函数值的改变量满足时，关联控制结束，执行步骤(3)，否则执行步骤(2e)，其中δ表示关联控制的收敛门限；(2e)宏基站M计算下一次迭代的拉格朗日因子集合：(2e1)宏基站M计算第t次迭代的次梯度方向为：其中sk(t)=eln(Nk)+λk(t)-1-Uk(t);]]>(2e2)宏基站M计算第t次迭代的历史次梯度方向：如果t＝0，则t次迭代的历史次梯度方向如果t＞0，则先计算t次迭代的权重β＝1，再计算第t次迭代的历史次梯度方向(2e3)宏基站M计算下一次迭代的拉格朗日因子集合：令t'＝t+1，t＝t'，则拉格朗日因子集合为λ(t)＝{λ1(t),...,λk(t),...,λM(t)}，其中λk(t)＝λk(t‑1)‑αdk(t‑1)，α表示迭代步长，返回步骤(2b)；(3)家庭基站和宏基站分别为关联到它的每个用户进行资源分配：(3a)所有家庭基站为关联到它的每个用户进行子信道分配：(3a1)家庭基站k统计关联到它的家庭用户集合为χk，并构造家庭用户集合χk中任意一个用户η在子信道nk上的效用函数为：其中和分别表示家庭用户η在子信道nk上到家庭基站和宏基站的路径增益，k∈Λ,k≠M；(3a2)家庭基站k对家庭用户集合χk中的用户以均分方法进行子信道分配；(3b)宏基站M为关联到它的宏用户进行子信道分配：(3b1)宏基站M计算宏用户ε在子信道nM上的参考家庭基站为该参考家庭基站为宏用户ε接收到信号强度最强的家庭基站，其中为宏用户ε在子信道nM上到家庭基站k的路径增益；(3b2)宏基站M统计关联到它的宏用户集合为χM，并构造宏用户集合χM中任意一个用户ε在子信道nM上的效用函数为：QM,ϵ,nM=log2(1+pMgM,ϵ,nMMIM,ϵ,nM+σ2)log2(1+pFgγϵ,nM*,nMγϵ,nM*pMgM,ϵ,nMγϵ,nM*+σ2),]]>其中，pM表示宏基站下用户的发射功率，pF表示家庭基站下用户的发射功率，和分别表示宏用户ε在子信道nM上到宏基站M和参考家庭基站的路径增益，表示参考家庭基站下使用子信道nM的用户到该家庭基站的路径增益，表示宏用户ε在子信道nM上受到的来自同频邻居家庭基站的干扰；(3b3)宏基站M对宏用户集合χM中的用户以均分方法进行子信道分配。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵林靖，张燕，张岗山，张顺，李钊，刘勤，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61