LTE网络中上行资源控制方法技术

本发明专利技术提供一种LTE网络中上行资源控制方法，包括如下步骤：根据预设的用户权限和传输需求，确定各个用户的传输速率的权重参数；通过聚类算法对各个用户根据位置进行分组，得到多个用户组；根据各个用户的传输速率的权重参数及所述用户组，利用单目标多约束算法进行数学建模，获得数学模型；运用预设的最大流算法对所述数学模型进行求解，对每个用户进行上行资源控制。本发明专利技术方法计算复杂度低，对用户的上行资源控制更加精确。

【技术实现步骤摘要】
LTE网络中上行资源控制方法
本专利技术涉及LTE网络优化
，特别是涉及一种LTE网络中上行资源控制方法。
技术介绍
在4GLTE网络中，用户的需求变得多样性，无线环境呈现出复杂的时变特性，高效的无线资源管理显得尤为重要。LTE网络无线资源管理指的是在LTE网络中对有限的无线资源进行合理分配和有效管理，最大限度地提高无线频谱的利用率，保障网络的正常运转，同时，满足网络内不同无线用户终端的服务质量（QualityofService，QoS）需求。无线资源包括时间、频率和发射功率等。在上行数据传输中，无线资源管理主要包括：传输功率控制和子载波（频率）分配两个方面。在LTE网络中，上行功率控制一直都起着重要的作用，主要体现在以下三个方面：1）控制上行物理信道数据传输所需的传输能量，节省用户设备（UserEquipment，UE）的能量，提高UE的使用时间；2）保证足够的发射功率，补偿传输信道的路径损耗、阴影衰落以及快衰落所带来的能量损耗，保证数据传输的有效性；3）在合适的区域降低信道的传输功率，以保证尽量降低对其他链路的干扰。从是否应用反馈信号上看，可以将功率控制方法分为开环功率控制和闭环功率控制。在TD-LTE系统中，由于上行和下行链路在同一频段，上下行信道的衰落情况基本一致。基站（eNodeB，eNB）可以通过长期的观察来获得链路的信道衰落情况，直接估计信道的接收功率。若采用开环功率控制，在上行功率控制的接收端，可以通过设定链路目标接受功率，以保持数据传输在可接受的误包率内。与之相对应，在LTE系统中，闭环控制的主要功能是补偿快衰落对上行信道造成的影响，保证信道质量不会有太大的变化。闭环控制主要依据eNB对上行链路质量的测量结果，对信道损耗进行比较精细的补偿。然而，与开环控制相比，闭环控制需要通过反馈来精确地控制发射功率，这会消耗大量的信令，增加信令交互带来的时间开销。在LTE网络中，由于在物理层OFDM技术大范围的使用，使得频带得以细分成许多正交的子载波。为了避免干扰，不同的用户可以选择使用不同的子载波进行传输。子载波的分配与调度成为LTE网络中无线资源管理的重要组成部分。面对不同的时变信道状况，系统需要为不同传输需求的用户分配不同的子载波，以满足需求。在实际中，在LTE网络物理层的PUCCH（PhysicalUplinkControlChannel，物理上行控制信道）的控制信令的调度下，传输功率控制与子载波分配可以统一进行优化控制，在满足用户需求的前提下，最大限度的提升系统性能。在子载波分配与传输功率控制联合优化问题中，一般需要满足两个基本限制条件：1）一条子载波只能被一个用户使用。若是多个用户同时接入同一条子载波，则会产生严重的相互干扰。2）单个用户可以同时接入多条子载波。在OFDM技术支持下，应对不同的传输需求，用户可以接入不同数量的子载波，这样可用带宽被展宽。现有的针对上行子载波分配和传输功率联合控制技术，大多没有考虑用户和LTE系统的实际需求和限制条件，并且大多数计算复杂度较高。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种LTE网络中上行资源控制方法，该方法计算复杂度低，对用户的上行资源控制更加精确。一种LTE网络中上行资源控制方法，包括如下步骤：根据预设的用户权限和传输需求，确定各个用户的传输速率的权重参数；通过聚类算法对各个用户按照位置进行分组，得到多个用户组，每一个用户组构成一个用户单元根据各个用户的传输速率的权重参数及所述用户组，利用单目标多约束算法进行数学建模，获得数学模型；运用预设的最大流算法对所述数学模型进行求解，对每个用户进行上行资源控制。上述LTE网络中上行资源控制方法，将LTE网络的子载波分配与传输功率联合优化问题建模成一个单目标多约束问题，通过分析用户的权限与传输需求来联合决定每个用户的传输速率的权重参数，使得资源分配更加符合实际需求；其中，位置信息对用户的传输信道增益影响是最主要的，为此，通过分析用户所在的位置，将用户进行分组，然后以组为计算单元进行无线资源分配，这样可以在计算复杂度和算法性能最优之间做折中；在建立数学模型之后，为了进一步的获得更快的运算速度，根据实际的环境参数，将数学模型改变成一个最大流问题，并运用改进的最大流算法对其进行求解，获得所需要的对各个用户进行上行资源控制的结果。附图说明图1为本专利技术LTE网络中上行资源控制方法在一实施例中的流程示意图。图2为图1中单个小区的模型示意图。图3为图1中子载波分配示意图。图4为图1中网络流的示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。如图1所示，本实施例提供了一种适合于LTE网络上行无线资源分配的技术方案，主要包括子载波分配和传输功率控制两个方面。根据用户的权限和用户的实时传输需求，对用户的传输速率设定合适的权重，根据用户的位置信息，通过K-均值聚类方法对用户进行分组，并以组作为计算单元进行优化，在分析权重和分组的基础上，运用单目标多约束算法对无线资源管理进行数学建模，最后将数学模型改变成一个最大流问题，并运用改进的最大流算法对该混合整数优化问题进行求解，具体步骤如下：S11、根据预设的用户权限和传输需求，确定各个用户的传输速率的权重参数；S12、通过聚类算法对各个用户根据位置进行分组，得到多个用户组；S13、根据各个用户的传输速率的权重参数及所述用户组，利用单目标多约束算法进行数学建模，获得数学模型；S14、运用预设的最大流算法对所述数学模型进行求解，对每个用户进行上行资源控制。对于步骤S11，假定单个小区，小区内的需要进行数据传输的用户总数为K，系统设计的目标为了在满足用户发射功率的限制前提下，最大化所有用户的传输速率的加权和。系统的模型图如图2所示。假定用户k的权重系数是wk，wk的大小直接影响到了用户之间资源分配的公平性和用户数据传输的优先级。若是权重wk设置较大，则该用户会获得更多的资源，且在传输的时候会有更高的优先级；反之，若是权重设置的较小，则该用户只能获得较少的资源甚至得不到传输信道。在本实施例中，根据用户的权限情况和需要传输的数据量来共同决定用户的权重。用户权限主要与用户付费、用户所申请的服务类别有关系。若是用户付费较高，或者用户需要传输的数据量较大（例如，系统提供的是视频服务、大规模网络广播等），此时，该用户的传输速率的权重较大；反之，当用户的付费额度并不是很大，或者其需要传输的数据量较小，没有占据很宽的信道，则该用户的传输速率的权重设定较小。在本实施例中，用户k的传输速率的权重参数通过下式确定：式中，α表示权重因子，0≤α≤1；Mk表示预设的第k个用户的权限因子，表示所有的用户总的权限因子；Rk表示预设的第k个用户的传输速率需求，这可以通过基站检测用户需要什么样的服务而得到，不同的服务需要有不一样的最低传输速率，才能满足需求，表示总的用户的传输速率需求。对于步骤S12，分析信道的传播模型，可以发现子载波的载波频率和用户所处的位置两个因素共同决定了信道的增益。与载波频率相比，子载波的带宽在数量级上要低，这使得不同子载波上由于载波频率的不同引起的信道增益差别不是很大。信道增益的变化主要原因是用户所在的位置，相同位置或者位置相近的用户其信道增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LTE网络中上行资源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：根据预设的用户权限和传输需求，确定各个用户的传输速率的权重参数；通过聚类算法对各个用户根据位置进行分组，得到多个用户组；根据各个用户的传输速率的权重参数及所述用户组，利用单目标多约束算法进行数学建模，获得数学模型；运用预设的最大流算法对所述数学模型进行求解，对每个用户进行上行资源控制。

【技术特征摘要】
1.一种LTE网络中上行资源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：根据预设的用户权限和传输需求，确定各个用户的传输速率的权重参数；通过K-均值聚类算法对各个用户根据位置进行分组，得到多个用户组；根据各个用户的传输速率的权重参数及所述用户组，利用单目标多约束算法进行数学建模，获得数学模型；运用预设的最大流算法对所述数学模型进行求解，对每个用户进行上行资源控制；所述利用单目标多约束算法进行数学建模，获得数学模型的步骤为：所述数学模型为：其中，wi表示用户组i的传输速率的权重，I表示总的用户单元数，N表示总的子载波数，pi,n表示用户组i在子载波n上的发射功率，ci,n＝1表示第i个用户单元分配得到第n条子载波，反之则是ci,n＝0；N0表示噪声功率谱密度，Bn表示第n条子载波的带宽；hi,n表示第i个用户组在第n条子载波信道增益，其中，在设定的市区内非视距传播环境下，hi,n＝46.3+33.9×lgfi,n-13.82×lghb-a(hm)+(44.9-6.55×lghb)×lgdi+Cm其中，a(hm)＝(1.1×lgfi,n-0.7)×hm-(1.56×lgfi,n-0.8)，fi,n表示用户组i在第n条子载波上的载波频率，hm表示测量移动台的天线高度，hb表示测量基站的天线高度；在设定的城市环境下，Cm＝3dB，在设定的乡村环境下，Cm＝0dB；di表示的用户组i到基站之间的距离；所述单目标多约束算法包括如下约束条件：一个子载波只能被一个用户单元所占据，即：一个用户单元内的子载波数应该大于组内的用户数，即：所有用户的发射功率低于其最大发射功率，即：所有用户的发射功率应该大于等于0，即：pi,n≥0,ci,n＝1表示第i个用户单元分配得到第n条子载波，反之，ci,n＝0，即：ci,n∈{0,1},运用预设的最大流算法对所述数学模型进行求解，获得优化解的步骤为：构造网络流，将求解上行资源分配转换为网络流中求从起点到终点的最大流：所述网络流中包括I个用户单元、N个子载波、虚拟的起点S和虚拟的终点T，用户组和子载波均是网络流中的顶点；网络中的有向边构造如下：从起点S到每个用户i均有正向边相连；从每个用户i到子载波n均有正向边相连，表示用户i选择第n个子载波；从子载波n到终点T均有正向边相连；对用户i到子载波n的有向边，其容量上限为功率pi,n取最大值时的吞吐量；对起点S到每个用户i的有向边，其容量上限也可以采用功率pi,n取最大值时的吞吐量；对子载波n到终点T的有向边，其容量上限为max{R1,n,R2,n,…,RI,n}；利用预设的最大流算法求解所述数学模型，其中，所述预设的最大流算法为：从一个可行流开始；查找可增路F，如果可增路F不存在，则当前可行流是最大流；否则，沿可增路F增加流量Δ，并将可增路F中经过的子载波节点及其与子载波节点相邻的边去掉；在剩下的网络图中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超，李桂愉，肖恒辉，李炯城，陈运动，赖志坚，
申请(专利权)人：广东省电信规划设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44