一种跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法技术

本发明专利技术公开了一种跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法。针对无线网络中运营商内部和运营商之间所存在不同程度的下行干扰问题，本发明专利技术提出以下方法：运营商之间采用Bargaining合作博弈模型，以及凸优化的方法分布式控制各自的功率,抑制运营商间网络的干扰上限，从而提高运营商的吞吐率，增加其频谱效率。本发明专利技术中，不同运营商分别通过功率控制抑制相应的干扰，使得网络频谱效率得到提高。另外，Bargaining定理公平性原则可确保运营商间频谱效率的公平性。

【技术实现步骤摘要】
一种跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法
本专利技术涉及无线通信网络领域，尤其涉及一种运营商间的频谱效率优化方法。
技术介绍
随着无线通信的不断发展，现有的智能终端数量不断增加，数据业务类型由以前的语音为主(2G，3G通信)，转为数据流量为主(4G通信)，未来的物联网应用(5G)必然会产生更多的数据流量需求。思科公司在2015年2月3日发布的白皮书中给出了移动数据流量的预测：2014年每月的全球流量为2.5EB，2015年为4.2EB，2016年为6.8EB，2017年为10.7EB,2018年为16.2EB，2019年为24.3EB，数据流量增加近6倍。为了满足快速的数据增长需求，早在2012年7月ITU的IMT愿景项目组提出了5G的概念，现已给出5G标准化和商业化的计划。相应的5G网络的技术需求标准：网络容量增长1000倍、用户峰值数据率：10-100倍、移动链接密度增长10-100倍，可靠性：给定电池的可持续使用率增长10倍。在现有的实现技术中，主要有超密集无线网络、大规模MIMO、HetNet(LTE+WiFi)、LAA(非授权频谱使用)等。而超密集无线网络(UDN:UltraDenserNetwork)在扩大网络室内覆盖率、提高网络容量、对热点区域的业务量分流都有很强的技术优势。在未来众多的5G技术中，频谱资源在低频、中频、高频都不同程度地被使用。随着无线网络的业务需求量不断增加，频谱带宽的需求随之增加。但频谱资源的供给是有限的，而目前的频谱都是被频谱监管机构授权给某个运营商运行独自使用自己的授权频谱。这样就可能出现在相同区域中业务量高的运营商频谱资源不够用，而业务量小的运营商频谱资源剩余的现象。如何高效使用目前的现有频谱效率已成为无线网络的一个重要的问题。同时，在传统的频谱资源管理中，频谱资源管理机构通常根据一定的规则，拍卖或者授权给某个运营商单独使用。随着无线业务的种类越来越丰富，对频谱的需求量也随着增大，但频谱是不可再生资源，其供给量是有限的，这使得频谱资源的稀缺性越来越严重。与此同时，由于无线通信业务在时间、空间、频率上的波动很大，比如有些频段在一段时间负载较重，而有些频段则显得较空闲，导致整体网络的频谱利用率不高。针对上述频谱利用率不高的问题，1999年瑞典皇家理工学院的JosephMitola和GeraldQ.Maguire教授提出认知无线网络(CRN：CognitiveRadioNetwork)。它将频谱共享分为频谱填充和频谱重叠两种方式。认知无线网络可以有限地提高频谱的利用效率，但次用户必须保证主用户的服务质量不受影响的前提下使用频谱，容易使得次用户接入的频谱不够稳定，自己的服务质量不能得到有效保障。另早在2004年,T.A.Weiss学者就提出不同运营商相互合作来共同利用彼此的频谱，提高整个网络频谱使用率。跨运营商的同优先级频谱共享的基本思想如下：不同的运营商拥有相同的频谱使用等级基础上，共享部分频谱。不同的运营商根据各自的业务需求申请不同的共享频谱，它们之间可以适当进行少量的非敏感信息交互，最终通过频谱共享的方式使得整个频谱的使用效率得到提高。二者都可以提升频谱使用效率，增大网络容量和提高终端用户的数据率。与主从频谱共享方案相比，同优先级频谱共享方案的频谱分配显得更加灵活、高效。近来，Co-primary主要从频谱分配的角度来研究超密集无线网络的频谱效率问题，而从功率优化的角度对局部区域的同优先级谱共享的研究相对较少。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对运营商之间共享相同频谱，运营商间也存在一定程度的干扰，基于这一点，本专利技术提出一种基于功率控制的跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方案。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术提出一种跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法，不同运营商之间通过交互非敏感信息，采用Bargaining合作博弈及凸优化的方法优化各自的功率，从而控制运营商之间网络的干扰上限。进一步的，本专利技术的超密集无线网络频谱效率优化方法，所述非敏感信息包括：运营商的ID号，共享的频谱序列号，链路的方向，相互的干扰信息集。进一步的，本专利技术的超密集无线网络频谱效率优化方法，两个运营商之间的Bargaining合作博弈过程如下：通过动态调整运营商相应小基站的发射功率，来抑制运营商间的干扰；设NBS模型G(S,P,η)代表运营商之间的博弈模型，其中，S：运营商之间构成的弈者集合；P：运营商控制自身网络中小基站的发射功率；η：运营商在相互合作中获得的频谱效率，NBS模型G(S,P,η)至少存在一个NBS解，该存在性说明运营商之间在G(S,P,η)中的小基站功率收敛到某平衡状态。进一步的，本专利技术的超密集无线网络频谱效率优化方法，具体包括：步骤1、确定初始功率P：不同运营商分别对各自所在网络的小基站的发射功率进行初步设置，并确定功率变化的步长t，以及功率变化的步径λ；步骤2、运营商根据自身获得的频谱效率和对方运营商对自己网络基站的下行链路的干扰，进行功率变化的步长t和功率变化的步径λ的动态矢量调整；步骤3、功率更新，根据步骤2中的功率变化的步长t，功率变化的步径λ，不同运营商分别改变各自相应的小基站功率变化值；在满足|P1(t+1)-P1(t)|≥ζ1且|P2(t+1)-P2(t)|≥ζ2条件下，一直迭代更新，直至运营商1的矢量功率满足|P1(t+1)-P1(t)|≥ζ1且运营商2的矢量功率满足|P2(t+1)-P2(t)|≥ζ2的时候，两个运营商的相应网络收敛到相应的平衡状态，其中ζ1、ζ2为一个区间在[0.01-1]之间的定值。进一步的，本专利技术的超密集无线网络频谱效率优化方法，步骤1具体包括如下步骤：步骤101、运营商在各自的网络中测量相应用户j的干扰信号强度；步骤102、将步骤101测量的信息发送给相应的小基站i；步骤103、小基站i测量其邻居小小区的信号强度，确定其邻居关系；步骤104、将步骤103测量的信息发送给相应的运营商k的资源管理器；步骤105运营商的资源管理器对步骤102相关的非敏感信息进行交互；步骤106、运营商间共同分配频谱；步骤107、根据网络的干扰状况，初始化各自网络中的小区的下行发射功率P(x)(t)；步骤108、运营商的资源管理器将初始功率发送给小区i；步骤109、小基站i以初始功率来发射信号。进一步的，本专利技术的超密集无线网络频谱效率优化方法，步骤2具体包括如下步骤：步骤201、用户j测量其信道增益；步骤202、用户j发送步骤201的测量报告给小区i；步骤203、小区i汇总所有用户的信道信息，计算下行链路信道容量；步骤204、小区i向运营商k发送测量报告；步骤205、运营商的资源管理器汇总小区信道信息，计算频谱效率；步骤206、运营商间交互非敏感信息；步骤207、运营商确定功率以次梯度的方向调整步径λ、以指数倒数递减的方式控制步长ω。步骤208、运营商的资源管理器向所有小区广播步骤207中的功率变化信息；步骤209、小基站确定下一次迭代功率是否满足结束条件：如果满足则结束；如果不满足，则根据运营商的频谱效率，由小基站i确定下一步的功率P(x)(t+1)，返回步骤201。进一步的，本专利技术的超密集无线网络频谱效率优化方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法，其特征在于：不同运营商之间通过交互非敏感信息，采用Bargaining合作博弈模型及凸优化的方法控制各自的功率，从而抑制运营商之间网络的干扰上限。

【技术特征摘要】
1.一种跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法，其特征在于：不同运营商之间通过交互非敏感信息，采用Bargaining合作博弈模型及凸优化的方法控制各自的功率，从而抑制运营商之间网络的干扰上限。2.根据权利要求1所述的跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法，其特征在于：所述非敏感信息包括：运营商的ID号，共享的频谱序列号，链路的方向，相互的干扰信息集。3.根据权利要求1所述的跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法，其特征在于：运营商之间的Bargaining合作博弈过程如下：通过动态调整运营商相应小基站的发射功率，来抑制运营商间的干扰；设NBS模型G(S,P,η)代表运营商之间的博弈模型，其中，S：运营商之间构成的弈者集合；P：运营商控制自身网络中小基站的发射功率；η：运营商在相互合作中获得的频谱效率，NBS模型G(S,P,η)至少存在一个NBS解，该存在性说明运营商之间在G(S,P,η)中的小基站功率收敛到某平衡状态。4.根据权利要求1所述的跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法，其特征在于，具体包括：步骤1、确定初始功率P：不同运营商分别对各自所在网络的小基站的发射功率进行初步设置，并设定功率变化的步长t，以及功率变化的步径λ的初值；步骤2、运营商根据自身获得的频谱效率和对方运营商对自己网络基站的下行链路的干扰，进行功率变化的步长t和功率变化的步径λ的动态矢量调整；步骤3、功率更新，根据步骤2中的功率变化的步长t，功率变化的步径λ，不同运营商分别改变各自相应的小基站功率变化值；在满足|P1(t+1)-P1(t)|≥ζ1且|P2(t+1)-P2(t)|≥ζ2条件下，一直迭代更新，直至运营商1的矢量功率满足|P1(t+1)-P1(t)|≥ζ1且运营商2的矢量功率满足|P2(t+1)-P2(t)|≥ζ2的时候，两个运营商的相应网络收敛到相应的平衡状态，其中ζ1、ζ2为一个区间在[0.01-1]之间的定值。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国民，蒋德富，余韵，谭国平，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32