异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法技术

本发明专利技术提供了一种异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法，包括步骤1：设置异构网络下通信系统的各种参数；步骤2：基于宏蜂窝用户的最低速率需求、飞蜂窝用户的信号强度、飞蜂窝用户的干扰强度、飞蜂窝基站的调度约束、功率约束条件构造异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合优化问题；步骤3：进行能量有效的快速飞蜂窝调度和干扰对齐算法设计；步骤4：进行能量有效的迭代功率分配。本发明专利技术针对异构网络中的能量有效问题设计快速飞蜂窝调度、干扰对齐算法设计、最优功率分配算法；保障了宏蜂窝用户和飞蜂窝用户的通信性能，提升了系统的能量有效性。

【技术实现步骤摘要】
异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法
本专利技术涉及无线通信
，具体地，涉及一种异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法。
技术介绍
随着移动数据需求指数级的增长，现有的网络架构将无法支撑日益庞大的数据量，因此，异构网络(Heterogeneousnetworks,HetNets)架构被视为能满足未来无线数据需求的一项重要技术。在异构网络中，宏蜂窝基站和一些低功耗的节点，如微蜂窝、飞蜂窝等，共用相同的信道。然而，低功耗节点的设置会引入干扰，这将严重降低异构网络的新能。干扰对齐(Interferencealignment,IA)技术可以将干扰信号压缩到低的心好空间，从而将它与有用信号分离开。目前，已有一些公开的文献使用IA技术提升异构网络中频谱效率。B.Guler,andA.Yener的文献”SelectiveInterferenceAlignmentforMIMOCognitiveFemtocellNetworks,(MIMO认知网络中的选择性干扰对齐)，”IEEEJ.Sel.AreasCommun.,2014,32,(3),pp.439-450.中提出了一种选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建异构网络下的通信系统；步骤2：基于异构网络下通信系统，分别计算飞蜂窝调度矩阵，飞蜂窝用户通信速率，异构网络下通信系统的总速率和总功耗；步骤3：基于宏蜂窝用户的最低速率需求、飞蜂窝用户的信号强度、飞蜂窝用户的干扰强度、飞蜂窝基站的调度约束、功率约束条件构造异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合优化问题；步骤4：在用户端和基站端进行能量有效的飞蜂窝调度，并得到对应的干扰对齐矩阵；步骤5：进行能量有效的迭代功率分配。

【技术特征摘要】
1.一种异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建异构网络下的通信系统；步骤2：基于异构网络下通信系统，分别计算飞蜂窝调度矩阵，飞蜂窝用户通信速率，异构网络下通信系统的总速率和总功耗；步骤3：基于宏蜂窝用户的最低速率需求、飞蜂窝用户的信号强度、飞蜂窝用户的干扰强度、飞蜂窝基站的调度约束、功率约束条件构造异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合优化问题；步骤4：在用户端和基站端进行能量有效的飞蜂窝调度，并得到对应的干扰对齐矩阵；步骤5：进行能量有效的迭代功率分配。2.根据权利要求1所述的异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法，其特征在于，所述步骤1中的通信系统包括：1个宏蜂窝基站BS0，K个飞蜂窝基站BS1到BSK，每个飞蜂窝基站有M个天线且第i个飞蜂窝基站BSi以d个数据流服务第i个用户；每个用户有N个天线用来接收数据，每个飞蜂窝基站在一个时隙内至多服务一个用户，则第j个用户在t时刻的接收信号yj(t)为：式中：Pj(t)表示t时刻第j个飞蜂窝基站BSj的发送功率，表示第j个用户在t时刻接收矩阵的共轭转置，Hjj(t)表示t时刻BSj到第j个用户的信道相关矩阵，Vj(t)表示t时刻BSj的预编码矩阵，xj(t)表示t时刻BSj的发送数据，Hji(t)表示t时刻第i个飞蜂窝基站BSi到第j个用户的信道相关矩阵，Vi(t)表示t时刻BSj的预编码矩阵，xi(t)表示t时刻BSi的发送数据，nj(t)表示t时刻第j个用户所受到的加性高斯白噪声。3.根据权利要求1所述的异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法，其特征在于，所述步骤2中的飞蜂窝调度矩阵是指：定义飞蜂窝调度矩阵为一个K乘K矩阵，记为X，其中，X＝[xt,j]K×K，xt,j表示取值为0或1的变量，当xt,j为0时，表示BSj在t时刻没有发送数据，当xt,j为1时，表示BSj在t时刻发送数据；X的每一行中的xt表示飞蜂窝基站在时刻t的调度情况；xt,0表示宏基站BS0在时刻t的发送情况，定义xt,0＝1，使得宏基站BS0一直发送数据；宏蜂窝用户和飞蜂窝用户通信速率均由如下公式计算：其中：式中：Rj(t)表示第j个用户在t时刻的通信速率，Pj(t)表示BSj在时刻t的发送功率，Ij(t)表示第j个用户在t时刻所受到的总干扰，σ2为噪声功率；xt,i表示取值为0或1的变量，当xt,i为0时，表示BSi在t时刻没有发送数据，当xt,i为1时，表示BSi在t时刻发送数据；Pi(t)表示t时刻第i个飞蜂窝基站BSi的发送功率，宏蜂窝基站和飞蜂窝基站发送的数据流数均为d，tr(·)表示矩阵的迹，表示t时刻BSj的预编码矩阵的共轭转置，表示t时刻第i个飞蜂窝基站BSi到第j个用户的信道相关矩阵的共轭转置，Uj(t)表示第j个用户在t时刻接收矩阵；异构网络下通信系统的总速率的计算公式如下：式中：Rtot表示异构网络下通信系统总速率，rank(X)表示调度矩阵X的秩，R0(t)表示宏蜂窝用户的速率；异构网络下通信系统总功耗的计算公式如下：其中：Pf＝[Pt,j]K×K，当BSj在t时刻发送数据时Pt,j＝Pj(t)，否则为Pt,j＝0；式中：Ptot表示异构网络下通信系统总功耗，Pf为K乘K矩阵，表示飞蜂窝发送功率矩阵，Pt,j表示基站j在t时刻的发送功率，||XPf||1表示1范数，代表飞蜂窝的发送功率之和，P0(t)表示宏蜂窝在t时刻的发送功率，Pc表示宏蜂窝固定消耗功率，Pid为飞蜂窝不发送数据时的固定消耗功率，rank(·)表示矩阵的求秩运算；X表示调度矩阵。4.根据权利要求1所述的异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法，其特征在于，所述步骤3中的异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合优化问题是指：式中：表示优化的变量为X,Uj(t),Vj(t),Pj(t),P0(t)，目标为最大化问题；C1表示第一约束条件，即宏用户的速率约束；C2表示第二约束条件，即飞蜂窝用户接收有用信号的强度约束；C3表示第三约束条件，即飞蜂窝用户所受干扰的强度约束；C4表示第四约束条件，即一个飞蜂窝基站在一次调度过程中只能发送一次；C5表示第五约束条件，即飞蜂窝基站的发送功率约束；C6表示第六约束条件，即宏蜂窝基站的发送功率约束，T表示通信的总时间，T∈{1,2,...,rank(X)}，为系统能量有效性；γ0表示宏蜂窝用户的最小速率需求；Ijj(t)表示飞蜂窝用户j在t时刻的有用接收信号强度，Pth表示飞蜂窝用户有用接收信号强度阈值，ε表示飞蜂窝用户所受干扰信号强度阈值，Pf,max表示飞蜂窝基站的最大发送功率，Pmax表示宏蜂窝基站的最大发送功率。5.根据权利要求4所述的异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤4.1：给定基站端预编码矩阵V(t)，在基站端进行能量有效的飞蜂窝调度，并得到用户端的干扰对齐矩阵U(t)，即用户接收矩阵；步骤4.2：根据步骤4.1得到的用户端干扰对齐矩阵U(t)，在用户端进行能量有效的飞蜂窝调度，并得到基站端的干扰对齐矩阵，即基站端预编码矩阵。6.根据权利要求5所述的异构网络中能量有效的资源分配和干扰对齐联合方法，其特征在于，所述步骤4.1包括：步骤4.1.1：根据预设的参数Pth、ε、γ0、V(t)，t＝1，基站采用最大功率，宏蜂窝基站在每次调度时都进行传输，让所有飞蜂窝基站也同时传输，得到每个传输用户所受到的干扰矩阵Ij(t)；根据分布式干扰对齐算法，求解Ij(t)的d个最小特征值对应的特征向量u1(t),u2(t),...,ud(t)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建峰，蒋铃鸽，何晨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31