基于多業(yè)務(wù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)接入控制與資源分配聯(lián)合方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多業(yè)務(wù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)接入控制與資源分配聯(lián)合方法，其中包括：首先綜合考慮系統(tǒng)吞吐量和用戶的公平性，針對時延敏感業(yè)務(wù)設(shè)計了系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并將該優(yōu)化問題分解成接入控制和資源分配兩個子問題，其中資源分配由各個基站完成。然后，在宏基站設(shè)置間接協(xié)調(diào)器，根據(jù)各個基站的資源分配結(jié)果，調(diào)整用戶的接入網(wǎng)選擇。本發(fā)明主要在保障不同業(yè)務(wù)類型用戶的服務(wù)質(zhì)量前提下，解決宏基站和家庭小區(qū)以及家庭小區(qū)之間的負(fù)載均衡，提高全網(wǎng)的吞吐量，并有效的降低算法復(fù)雜度，可應(yīng)用于宏基站與家庭基站共存的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的下行鏈路中。
【專利說明】基于多業(yè)務(wù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)接入控制與資源分配聯(lián)合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，應(yīng)用在宏小區(qū)與家庭小區(qū)共存的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下行鏈路，涉及LTE異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的接入控制技術(shù)和資源分配技術(shù)，既可滿足用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS)需求，又能提高整個系統(tǒng)的吞吐量。
【背景技術(shù)】
[0002]為了滿足用戶日益增長的數(shù)據(jù)傳輸需求并且增加小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的總?cè)萘?，尤其是改善熱點(diǎn)小區(qū)用戶的通信質(zhì)量，運(yùn)營商在宏小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)增設(shè)了家庭小區(qū)。家庭小區(qū)能夠?qū)︻l譜進(jìn)行空間復(fù)用，因此在宏小區(qū)和家庭小區(qū)重疊區(qū)域的用戶可以選擇家庭基站傳輸數(shù)據(jù)，這樣可以使用戶獲得更好的信道質(zhì)量，極大地提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，同時減輕宏基站的負(fù)載。這種由不同大小區(qū)域組成的、并且有重疊覆蓋區(qū)域的混合網(wǎng)絡(luò)稱為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。接入宏基站的用戶稱為宏用戶，接入家庭基站的用戶稱為家庭用戶。
[0003]然而，由于頻譜受限，家庭小區(qū)同宏小區(qū)使用相同頻譜，這樣會帶來基站之間的干擾。例如，在下行鏈路中，家庭小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的用戶既能接收到宏基站的信號又能接收到家庭基站的信號，信號之間造成的干擾會導(dǎo)致用戶的信干噪比(SINR)下降，并降低用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS)，例如用戶的傳輸速率和時延。因此，在存在干擾的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，如何選取適當(dāng)?shù)馁Y源分配技術(shù)和接入網(wǎng)選擇技術(shù)來保證用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS)需求并提高整個系統(tǒng)的吞吐量成為現(xiàn)實(shí)中有研究價值的問題。
[0004]目前，關(guān)于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中資源分配技術(shù)的研究和用戶接入網(wǎng)選擇控制技術(shù)的研究也均已成為熱門問題。但是，大部分資源分配技術(shù)的研究場景中僅僅考慮了單一的基站，不符合當(dāng)今真實(shí)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。如Nan Zhou等在IEEE Transactions on wirelesscommunication, 2010《Low Complexity Cross-Layer Design with Packet DependentScheduling for Heterogeneous Traffic in Multiuser OFDM Systems》一文中提出了一種低復(fù)雜度的自適應(yīng)跨層調(diào)度資源分配算法，考慮了不同業(yè)務(wù)類型的用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS)需求，但是此方法的異構(gòu)只體現(xiàn)在業(yè)務(wù)類型的不同，不能體現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)類型的不同，因此不存在接入網(wǎng)選擇技術(shù)的研究。而大部分用戶接入網(wǎng)選擇控制技術(shù)的研究又往往忽略了保障用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS),如 Mingyi Hong 等在 IEEE Journal On Selected Areas InCommunications, 2012((Mechanism Design for Base Station Association and ResourceAllocation in Downlink OFDMA Network))一文中將資源分配與接入控制相結(jié)合來提高系統(tǒng)的吞吐量，但是此方法沒有考慮基站之間存在干擾以及用戶業(yè)務(wù)類型的不同，不能保證用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于多業(yè)務(wù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)接入控制與資源分配聯(lián)合方法，本方法不僅可以保證時延敏感用戶服務(wù)質(zhì)量(QoS)需求，提高全網(wǎng)的吞吐量，而且相對于貪婪方法，本方法可以有效的提升算法收斂速度。[0006]本發(fā)明的核心思想為:首先，綜合考慮系統(tǒng)吞吐量和用戶的公平性，針對時延敏感業(yè)務(wù)的用戶設(shè)計了系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，并將該優(yōu)化問題分解成資源分配和接入控制兩個子問題，其中資源分配由各個基站完成。然后，在宏基站設(shè)置間接協(xié)調(diào)器，根據(jù)各個基站反饋的資源分配結(jié)果，調(diào)整用戶的接入網(wǎng)絡(luò)選擇，解決宏基站和家庭小區(qū)以及家庭小區(qū)之間的負(fù)載均衡問題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體步驟如下:
[0008]步驟1，初始化為任意的用戶接入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)中基站個數(shù)W及基站集合W、用戶個數(shù)N及用戶集合N和各個基站下的用戶數(shù)及集合，用Nw和Nw分別表示基站w下的用戶數(shù)及用戶集合；
[0009]步驟2，對于給定的用戶接入網(wǎng)選擇，每個基站進(jìn)行基于用戶服務(wù)質(zhì)量保障的比例公平性資源分配，得到用戶η在基站w中的傳輸速率rn，w ；
[0010]步驟3，根據(jù)所述用戶η在基站w中的傳輸速率rn，w，統(tǒng)計每個基站的平均效用函 — ]
數(shù)
【權(quán)利要求】
1.基于多業(yè)務(wù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)接入控制與資源分配聯(lián)合方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: 步驟1，初始化為任意的用戶接入網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)中基站個數(shù)W及基站集合W、用戶個數(shù)N及用戶集合N和各個基站下的用戶數(shù)及集合，用Nw和Nw分別表示基站W(wǎng)下的用戶數(shù)及用戶集合； 步驟2，對于給定的用戶接入網(wǎng)選擇，每個基站進(jìn)行基于用戶服務(wù)質(zhì)量保障的比例公平性資源分配，得到用戶η在基站w中的傳輸速率rn，w ； 步驟3，根據(jù)所述用戶η在基站w中的傳輸速率rn，w，統(tǒng)計每個基站的平均效用函數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多業(yè)務(wù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)接入控制與資源分配聯(lián)合方法，其特征在于:其中步驟2所述的基于用戶服務(wù)質(zhì)量保障的比例公平性資源分配可按如下步驟進(jìn)行: 用Pw表示時延敏感(DS)用戶分配的資源比例，取值范圍為O到I之間；求解Pw可得到用戶η在基站w中的傳輸速度rn，w ； 步驟2.1，計算所述用戶η在基站w中的信干噪比SINRn，w:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多業(yè)務(wù)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)接入控制與資源分配聯(lián)合方法，其特征在于:所述步驟5.1.1中需要計算的網(wǎng)絡(luò)效用差的計算過程如下: 當(dāng)用戶η在基站w時和不在基站w時，基站w分別對應(yīng)兩個基站效用函數(shù)，前者與后者的差，我們定義為用戶η在基站w中的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)函數(shù):
【文檔編號】H04W36/22GK103781118SQ201410016010
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】趙林靖, 趙佳, 馮仰善, 劉勤, 李釗, 侯蓉暉 申請人:西安電子科技大學(xué)