一种在异构网络中基于回传链路容量的用户关联方法技术

本发明专利技术公开了一种在异构网络中基于回传链路容量的用户关联方法，首先通过异构网络中不同类型的基站所采用的天线技术的不同来估计用户与基站之间的信噪比参数，从而得到用户的可关联基站集和用户与基站之间的链路速率。其次计算可关联基站集中基站已被使用的链路容量和剩余链路容量因子，以及预估用户的带宽。最后将回传链路容量作为约束条件，系统为新用户分配使得用户效用函数和基站剩余容量因子最大的基站进行关联。

【技术实现步骤摘要】
一种在异构网络中基于回传链路容量的用户关联方法
本专利技术属于5G通信
，更为具体地讲，涉及一种在异构网络中基于回传链路容量的用户关联方法。
技术介绍
目前，随着蜂窝网络技术正在从第四代移动通信技术向第五代移动通信技术演进，学术界和业界已经形成共识，在5G技术标准中，将系统容量相对4G标准提升1000倍作为一个重要的系统指标。要达到系统容量提升1000倍的目标，人们提出可从频谱效率，可用带宽，和基站密集化和异构化三个方面提升用户速率。其中，网络架构异构化和密集化部署便是在蜂窝网络中架设更多的基站，相应的缩减单个基站的覆盖范围和降低单个基站的负载，从而为用户提供更多的资源，进而提升用户速率。异构化网络具体的部署方案是在传统的宏小区的覆盖范围内，引入大量低成本的小基站，将部分宏小区用户转移至这些小基站，从而降低宏基站的负载，提升分配给用户的资源，形成异构网络。这些小基站可以是与宏基站同频架设的微蜂窝，微微蜂窝，飞蜂窝基站，也可以是采用开放式频段架设的WiFi网络接入点。小基站的大量部署一方面通过增加无线网络基站密度的方式，实现频谱资源的复用，从而增加系统容量；另一方面小基站的针对性部署可以填补宏基站对于边缘区域以及空洞区域覆盖不足的问题。用户对于服务基站的选择，决定了异构网络中各个基站的负载，这是异构网络实现高效的资源管理的重要因素，因此异构网络下用户关联问题非常重要。然而由于异构网络中各种类型基站的发射功率、天线数目、和基站所处的频段等均不相同。多种基站并存和小基站大量部署，使得异构网络中的用户关联问题相较于传统网络更为复杂。在现有技术中，异构网络中有许多关于用户关联问题的研究，最常见的做法是将用户关联问题建模为优化问题，利用优化理论和方法寻求到最佳的用户关联策略。用户和基站的关联关系可以采用0，1变量去表达，并以此构建效用函数，将用户关联问题转化为效用函数最大化问题。具体的做法是，将用户关联问题建模为整数规划问题，离线求解整数规划，得到关联问题的最优解。由于整数规划问题具有0-1的整数变量，此类整数规划通常被认为是NP-hard问题，因此需要设计最优解或者次优解算法。松弛理论和拉格朗日对偶是解决此类NP-hard问题的典型做法。此外，用户关联问题通常与公平性问题同时考虑。具体的做法是，选择按比例公平性函数作为用户关联问题的效用函数。比例公平函数的形式是对数函数。然而该方法存在以下缺点：(1)、在无线实际场景中应用上述方法，几乎失效。首先，上述方法需要事先获知关于用户和基站的大量精准信息，比如全网用户的数目，每个用户的位置，每个用户的数据速率等，由于无线场景的动态性和移动性特征，用户是随机到达的，因此这些信息几乎不能获取。其次，以上算法都是离线算法，运行速度慢，而无线网络需要新到达的用户能够快速接入，很明显上述方法不具有实时性，因此并不适用。(2)、上述的方法在考虑约束条件的时候，并没有考虑基站回传链路容量的限制。然而在现实中，由于无线数据流量和无线终端的激增，回传链路容量已然成为瓶颈，因此在解决用户关联问题的时候，加入回传链路容量的约束十分必要。因此，如何提出一套行之有效的在异构网络下的用户关联方法，以保证用户的服务需求和网络的性能是本专利技术的研究重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在异构网络中基于回传链路容量的用户关联方法，系统根据新到达的用户与各个可关联基站之间的效用函数值和各个基站本身的链路容量使用情况来进行关联关系部署，以此保障用户关联的实时性和网络的整体性能。为实现上述专利技术目的，本专利技术为一种在异构网络中基于回传链路容量的用户关联方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、初始化基站所关联的用户集，令其中，A表示异构网络下的基站集，Aj表示基站j所关联的用户集，U表示异构网络下的用户集；初始化系统当前到达的用户；(2)、当有新用户到达时，计算该新用户与各个基站之间的下行链路速率(2.1)、计算采用MIMO技术的基站与新用户之间的信噪比在异构网络中，设采用MIMO技术的基站配置K根天线，新用户配置一根天线，新用户与基站之间的信道采用ZFBF技术作为预编码技术；那么，新用户i与基站j之间的信噪比为：其中，N0表示噪声功率；pj和pj'分别表示基站j和基站j'的传输功率；hi为1×K的向量，表示新用户i的信道增益；wj和wj'分别表示基站j和基站j'的BeamSteeringWeight向量；表示来自其他基站的干扰；(2.2)、计算单天线的基站与新用户之间的信噪比设单天线的基站与新用户均配置一根天线，那么，新用户i与基站j之间的信噪比为：其中，gij,gij'分别表示新用户i与基站j、新用户i与基站j'的信道增益；(2.3)、构建新用户的可关联基站集:UAi＝{SINRij＞τ}其中，UAi表示新用户i的可关联基站集；τ表示系统的信噪比阈值，如果新用户i与基站j的信噪比大于τ，则基站j处于新用户i的可关联基站集中；(2.4)、计算用户与基站之间的下行链路速率新用户i与基站j之间的下行链路速率为：rij＝log(1+SINRij),j∈UAi(3)、计算基站j已经被使用的链路容量Bj'其中，xi'j∈{0,1}，当xi'j取1表示用户i'与基站j关联，反之不关联；ti'j表示用户i'与基站j之间的数据传输时间；(4)、计算基站j的剩余链路容量因子其中，Bj表示基站j的回传链路容量；(5)、计算新用户i的带宽bi其中，取1表示新用户i与基站关联，反之不关联；表示新用户i与基站之间的数据传输时间；表示新用户i与基站之间的链路速率；(6)、为新用户i选择最优的关联基站当新用户i到达时，为该新用户i选择最优的关联基站应满足：xij∈{0,1}(4)其中，|*|表示求集合的基数运算。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术一种在异构网络中基于回传链路容量的用户关联方法，首先通过异构网络中不同类型的基站所采用的天线技术的不同来估计用户与基站之间的信噪比参数，从而得到用户的可关联基站集和用户与基站之间的链路速率。其次计算可关联基站集中基站已被使用的链路容量和剩余链路容量因子，以及预估用户的带宽。最后将回传链路容量作为约束条件，系统为新用户分配使得用户效用函数和基站剩余容量因子最大的基站进行关联。同时，本专利技术一种在异构网络中基于回传链路容量的用户关联方法还具有以下有益效果：(1)、实用性。本专利技术为解决用户关联问题提出了一套有效的在线算法。由于无线网络场景中的用户具有动态到达的特征，不可能预先知道所有用户的信息，因此传统的离线算法不适用，而在线算法部署在实际场景中更为合理，且操作性更强，实用性更好。(2)、实时性。本专利技术提出的在线算法复杂度低，运行速度快，能够为新用户快速分配基站。(3)、负载均衡。当新用户可关联的基站链路容量使用情况不同时，系统会优先为用户分配轻载的基站进行关联，从而实现整个网络的负载均衡。(4)、用户体验好。当新用户可关联的基站的链路容量使用情况相同时，系统为该用户分配能为其提供最好带宽效用的基站进行关联，充分考虑了用户体验，并且提高了全网带宽利用效用。此外，本专利技术的在线算法保证基站的链路容量使用情况不会超过回传链路所能承载的容量，这在一定程度上保证了稳定的用户体验。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在异构网络中基于回传链路容量的用户关联方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、初始化基站所关联的用户集，令

【技术特征摘要】
1.一种在异构网络中基于回传链路容量的用户关联方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、初始化基站所关联的用户集，令j∈A,其中，A表示异构网络下的基站集，Aj表示基站j所关联的用户集，U表示异构网络下的用户集；初始化系统当前到达的用户；(2)、当有新用户到达时，计算该新用户与各个基站之间的下行链路速率(2.1)、计算采用MIMO技术的基站与新用户之间的信噪比在异构网络中，设采用MIMO技术的基站配置K根天线，新用户配置一根天线，新用户与基站之间的信道采用ZFBF技术作为预编码技术；那么，新用户i与基站j之间的信噪比为：其中，N0表示噪声功率；pj和pj'分别表示基站j和基站j'的传输功率；hi为1×K的向量，表示新用户i的信道增益；wj和wj'分别表示基站j和基站j'的BeamSteeringWeight向量；∑j'∈A,j'≠jpj'|hiwj'|2表示来自其他基站的干扰；(2.2)、计算单天线的基站与新用户之间的信噪比设单天线的基站与新用户均配置一根天线，那么，新用户i与基站j之间的信噪比为：其中，gij,gij'分别表示新用户i与基站j、新用户i与基站j'的信道增益；(2.3)、构建新用户的可关联基站集:UAi＝{SINRij＞τ}其中，UAi表示新用户i的可关联基站集；τ表示系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：代玥玥，许都，孙罡，廖丹，虞红芳，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51