基于CoMP的异构网络信道及功率资源联合分配方法组成比例

本申请提出了一种基于CoMP的异构网络信道及功率资源联合分配方法，其中，上述方法包括：构建异构网络，所述异构网络中各层基站均支持CoMP联合传输模式；基于约束条件建立异构网络信道及功率资源分配的数学模型：确保每个基站分配给各个信道的传输功率总和不会超出该基站的最大传输功率限制和保证每条信道最多分配给一个用户；基于所述数学模型，确定信道分配向量

【技术实现步骤摘要】
基于CoMP的异构网络信道及功率资源联合分配方法
本申请尤其涉及一种基于CoMP的异构网络信道及功率资源联合分配方法。
技术介绍
近十年来，无线通信系统的数据流量呈现爆发式增长。预计2010至2020年，全球移动数据流量将增长超过100倍。因此，下一代5G移动通信网络要求理论峰值传输速率能够达到10Gb以上，比当前4G的网络传输速率(20～100Mbps)高出数百倍。而传统的单层无线网络接入技术已接近理论极限，无法满足需求。因此，在同一地区实现多层网络叠加覆盖的异构网络成为5G网络的重要选择，并且网络部署将会呈现出密集化的发展趋势。通过在传统宏小区中增加小小区(smallcell)基站、中继或分布式天线等低功率节点，异构网络缩短了基站与终端间的信号传输距离、增强了接收信号强度，进而提升了系统容量。在热点地区实现多层覆盖有效分担了网络负荷，给用户带来更好的互联网体验。但同时，为了高效利用频谱资源，宏小区和小小区通常共享同一频谱资源。因此，层间干扰是异构网络技术发展面临的瓶颈问题。协作多点(CoMP)技术是LTE-A演进的Release11及之后版本中的一项关键技术，旨在抑制或消除小区间的干扰、提升小区边缘用户服务质量。支持CoMP技术的基站通过回程链路交换用户及信道状态等信息，联合调度系统资源，使得来自其他基站的同信道信号不会对用户造成严重干扰，甚至可以成为有用信号。已在传统宏小区网络中得到了充分的研究和应用，证明了其在解决小区干扰问题方面的有效性。因此，将CoMP引入异构网络来抑制层间干扰、提升系统性能成为异构网络领域新的研究热点。【申请内容】本申请实施例提供了一种基于CoMP的异构网络信道及功率资源联合分配方法，以实现提升系统吞吐量的同时保护用户间的公平性。本申请基于CoMP的异构网络信道及功率资源联合分配方法，包括：构建异构网络，所述异构网络中各层基站均支持CoMP联合传输模式；以实现最差用户的吞吐量达到最大化为目标，建立所述异构网络的信道及功率资源分配的数学模型，所述数学模型表示为：其中，所述数学模型的约束条件包括：确保每个基站分配给各个信道的传输功率总和不会超出该基站的最大传输功率限制，公式表示为：subjectto以及，保证每条信道最多分配给一个用户，公式表示为：基于信道和功率资源联合分配算法，计算信道分配向量和各基站的功率分配向量进一步地，所述异构网络由一个处于网络中央的宏基站及所述宏基站覆盖范围内的B个小基站组成，其中所述小基站类型为micro、pico和femto基站中之一或组合。进一步地，所述信道和功率资源联合分配算法包括：步骤301，设定迭代次数序号：t＝1，最大迭代次数tmax；设定初始功率：设定乘子μ、υ、β，步长α、λ，误差阈值ε；步骤302，进行t次迭代，基于分配向量算法求最佳信道分配向量ρ(t)；基于多基站功率联合分配算法求最佳功率分配向量p(t)；分别更新乘子λ(t)、μ(t)、α(t)和β(t)；步骤303，返回步骤302，直到||μ(t+1)-μ(t)||2＜ε且||β(t+1)-β(t)||2＜ε，或t＝tmax；步骤304，输出信道分配向量ρ和功率分配向量p。进一步地，所述分配向量算法包括：步骤401，信道集合φ＝{1,2,...,C}；设定初始信道分配参数用户累计速率计算用户在各信道上可获得的传输速率步骤402，迭代计算：找到传输速率最小的用户u*，即找到能使用户u*得到最大传输速率的信道c*，即令信道分配变量更新信道集合φ＝φ-{c*}，用户速率步骤403，返回步骤402，直到步骤404，输出信道分配向量ρ。进一步地，所述多基站功率联合分配算法包括：步骤501，设定迭代次数序号：k＝1；设定初始功率分配向量p(0)为由信道和功率资源联合分配算法所获得的p(t-1)；步骤502，第k次迭代：对所有基站b，0≤b≤B；基于求Gc和计算1/μb：对任意c，求并按降序排序；令j从C到1递减如果则停止；基于式其中，[·]+＝max(0,·)，求步骤503，求最差用户速率k＝k+1；返回步骤502，直到rmin收敛；步骤504，输出功率分配向量p。以上技术方案中，以最大化最差用户吞吐量为目标建立数学模型，进而设计了基于拉格朗日对偶分解的迭代算法。在每一次迭代内，将原问题分解为4个子问题，从而降低算法的计算复杂度，并分别设计了信道分配算法以及基于迭代和基于二分法的功率分配算法。在用户吞吐量及公平性等方面要优于其它现有方法，并且迭代算法能在较少的迭代次数内实现收敛。【附图说明】为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本申请用户的平均速率比较；图2为本申请用户平均速率归一化概率密度估计；图3为本申请用户最差速率长时比较分析，U＝30；图4为本申请不同用户密度场景下的最差用户速率；图5为本申请不同基站密度下的用户最差速率，U＝30；图6为本申请公平性指数比较；图7为本申请用户信道最大调度时间间隔对比；图8为本申请多基站功率联合分配算法的收敛性；图9为本申请功率资源联合分配算法的收敛性；图10为本申请信道分配和简便算法公平性指数比较；图11为本申请于迭代的功率分配算法以及基于二分法的功率分配算法乘子收敛情况比较。【具体实施方式】为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。异构网络由一个处于网络中央的宏基站(macro基站)及其覆盖范围内的B个小基站组成。小基站可以为micro、pico和femto基站等多种类型。也就是说，本申请提出的资源分配方案适用于多层异构网络。令宏基站序号为0，各小基站序号为1≤b≤B。在联合传输模式下，宏基站及各小基站协作向U个用户提供数据传输服务。为基站b(b∈{0,1,...,B})的最大传输功率。设系统共有C个信道，为宏基站和小基站所共享。定义信道分配变量表示信道c(c∈{1,...,C})分配给了用户u(u∈{1,...,U})，反之为避免小区内同信道干扰，每条信道同时最多分配给一个用户。设为基站b在信道c上分配的传输功率，如果且表示基站b将在信道c上向用户u传输数据。通过本申请的资源联合分配方案可以动态地确定用户u的服务基站而不是像现有一些方案预先指定各个用户的服务基站，并在整个资源分配过程中保持不变。这种动态分配方案可以更加灵活地分配资源，提高系统频谱效率。令表示在信道c上，从基站b到用户u的无线链路信道增益。假设各基站能够及时获得用户准确的信道状态信息(CSI)。在CoMP联合传输模式下，用户u从各协作基站接收信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CoMP的异构网络信道及功率资源联合分配方法，其特征在于，包括：构建异构网络，所述异构网络中各层基站均支持CoMP联合传输模式；以实现最差用户的吞吐量达到最大化为目标，建立所述异构网络的信道及功率资源分配的数学模型，所述数学模型表示为：

【技术特征摘要】
1.一种基于CoMP的异构网络信道及功率资源联合分配方法，其特征在于，包括：构建异构网络，所述异构网络中各层基站均支持CoMP联合传输模式；以实现最差用户的吞吐量达到最大化为目标，建立所述异构网络的信道及功率资源分配的数学模型，所述数学模型表示为：其中，所述数学模型的约束条件包括：确保每个基站分配给各个信道的传输功率总和不会超出该基站的最大传输功率限制，公式表示为：subjectto以及，保证每条信道最多分配给一个用户，公式表示为：基于信道和功率资源联合分配算法，计算信道分配向量和各基站的功率分配向量2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异构网络由一个处于网络中央的宏基站及所述宏基站覆盖范围内的B个小基站组成，其中所述小基站类型为micro、pico和femto基站中之一或组合。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道和功率资源联合分配算法包括：步骤301，设定迭代次数序号：t＝1，最大迭代次数tmax；设定初始功率：设定乘子μ、υ、β，步长α、λ，误差阈值ε；步骤302，进行t次迭代，基于分配向量算法求最佳信道分配向量ρ(t)；基于多基站功率联合分配算法求最佳功率分配向量p(t)；分别更新乘子λ(t)、μ(t)、α...

【专利技术属性】
技术研发人员：马冬，高云，盛洁，朱灿焰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32