一種lte系統(tǒng)中基于能效的多小區(qū)資源分配算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種LTE系統(tǒng)中基于能效的多小區(qū)資源分配 算法。
【背景技術(shù)】
[0002] LTE技術(shù)主要以O(shè)FDM和M頂0為核心技術(shù)基礎(chǔ)，具有更低的傳輸時延、更高的數(shù)據(jù) 速率、更大的容量和覆蓋率、更少的運營費用以及優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等特點，已在全球范圍內(nèi) 得到迅速發(fā)展，成為全球無線移動通信的主流技術(shù)。然而隨著LTE無線通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不 斷擴大和用戶數(shù)目的激烈增長，LTE無線通信系統(tǒng)所消耗的能量也在快速上漲，帶來了巨額 的開銷，同時，系統(tǒng)排放的溫室氣體量也在增長，加劇了環(huán)境污染。通信行業(yè)節(jié)能減排的工 作勢在必行、刻不容緩。
[0003] 有關(guān)研究表明，基站的能耗約占系統(tǒng)總能耗的57%，是整個通信網(wǎng)能耗中所占比 例最尚的部分，可見，提尚基站的能量利用率，減少基站的能耗，是實現(xiàn)整個通彳目網(wǎng)節(jié)能減 排的關(guān)鍵部分。在LTE網(wǎng)絡(luò)中，上下行鏈路的資源分配都是由基站控制的，因此，有效合理 的資源分配算法對于減少基站側(cè)的能量消耗尤為重要。
[0004] 傳統(tǒng)的資源分配算法大都是基于比例公平、最大載干比、輪詢等算法，在考慮用戶 的公平性前提下，以提高系統(tǒng)的吞吐量為目標(biāo)，很少考慮基站的能耗問題。在當(dāng)今綠色通信 的時代，通過研究基站節(jié)能的資源分配算法來減少基站的能耗、減少運營商的成本、降低環(huán) 境污染，已成為綠色通信行業(yè)的一大趨勢。
[0005] 近年來，基于能效的資源分配算法的研究主要有：（1)最小傳輸功率（MP)資源算 法：該算法考慮的是每比特信息進行傳輸所需要的最小傳輸功率，把資源塊RB分給進行每 比特信息傳輸所需傳輸功率最小的用戶，從而達到節(jié)能的目的。該算法在保證用戶的QOS 需求和公平性的同時，減少了能量的消耗。（2)聯(lián)合考慮調(diào)制編碼等級和功率控制的資源 分配算法：該算法根據(jù)用戶的實時信道質(zhì)量條件，自適應(yīng)的選擇調(diào)制編碼方式，在滿足用戶 QOS條件下，使總傳輸功率達到最小化。該算法對抑制小區(qū)間干擾起了一定作用，并且在不 增加帶寬的前提下，使小區(qū)容納了更多的用戶。然而所述節(jié)能算法是適用于峰值負載場景 的，沒有考慮小區(qū)間的低負載、不均衡性等因素。
[0006] 實際通信中，用戶終端進入某個小區(qū)是不確定的，同時各個用戶對業(yè)務(wù)的需求也 是不同的，這就導(dǎo)致各個小區(qū)的負載不均衡以及用戶之間資源分配的差異。如果基站仍然 按照尋常的工作方式為用戶傳輸數(shù)據(jù)，那么對于負載重的小區(qū)會有用戶達不到最小數(shù)據(jù)速 率要求以及新到用戶無法接入，而負載低的小區(qū)的資源卻空閑，同時信道質(zhì)量好的用戶不 能獲得可達速率高的PRB，這樣就造成了能量和其他空閑資源的浪費?？梢?，研究低負載不 均衡場景下的節(jié)能資源分配算法，對于提高整個通信網(wǎng)的頻譜利用率和實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的能量節(jié) 約具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種LTE系統(tǒng)中基于能效的多小區(qū)資源分配算 法，所要解決的問題是：由于用戶終端進入某個小區(qū)是不確定的，同時各個用戶對業(yè)務(wù)的需 求也是不同的，這就導(dǎo)致各個小區(qū)的負載不均衡以及用戶之間資源分配的差異。對于負載 重的小區(qū)會有用戶達不到最小數(shù)據(jù)速率要求以及新到用戶無法接入，而負載低的小區(qū)的資 源卻空閑，同時信道質(zhì)量好的用戶可能不能獲得可達速率高的PRB，這樣就造成了能量和其 他空閑資源的浪費。本發(fā)明提出的基于能效的資源分配算法，不僅提高了整個系統(tǒng)的資源 利用率，還實現(xiàn)了系統(tǒng)的能量節(jié)約。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0009] 一種LTE系統(tǒng)中基于能效的多小區(qū)資源分配算法，在本方法中，在每個小區(qū)中建 立一個鄰小區(qū)列表，該列表中存儲鄰居小區(qū)的位置、負載、PRB資源信息；小區(qū)之間周期性 交互彼此的上述信息，以便及時更新自己的鄰小區(qū)列表；判斷小區(qū)中是否存在未滿足最小 數(shù)據(jù)速率的用戶，如果存在，為其分配額外的PRB，如果本小區(qū)的空閑PRB不充足，將重疊區(qū) 域中的可切換用戶（邊界用戶）切換到目標(biāo)鄰小區(qū)，以滿足每個用戶的最小數(shù)據(jù)速率要求， 同時保證用戶的QOS;通過將信道質(zhì)量最好的用戶所在小區(qū)的信道質(zhì)量最差的可切換用戶 切換到對應(yīng)的目標(biāo)鄰小區(qū)，可以給信道質(zhì)量最好的用戶留出更多的PRB資源，進而提高多 小區(qū)的和數(shù)據(jù)速率；在小區(qū)內(nèi)，通過將所有剩余PRB、其他用戶的可轉(zhuǎn)移PRB搬移給信道質(zhì) 量最好的用戶以及交換能提高兩個用戶的和數(shù)據(jù)速率的不可轉(zhuǎn)移PRB，提高小區(qū)的數(shù)據(jù)速 率。
[0010] 進一步，在本方法中，小區(qū)間用戶切換方法具體包括以下步驟：
[0011] 1)在小區(qū)S內(nèi)，計算每個用戶在已分配的每個PRB上的可達速率，求出用戶獲得 的總速率，判斷用戶是否達到最小數(shù)據(jù)速率要求，對于未達到要求的用戶，按其最小數(shù)據(jù)速 率要求與實際獲得的數(shù)據(jù)速率的差值由低到高排序，組成列表Kl;如果還有空閑PRB，從空 閑PRB列表中，選取可達速率最小的PRB分給列表Kl中最前面的用戶，直到該用戶的最小 數(shù)據(jù)速率要求得到滿足；如果Kl為空，就轉(zhuǎn)到步驟4)，否則就轉(zhuǎn)到步驟2);
[0012] 2)如果小區(qū)s內(nèi)沒有足夠的空閑PRB，但仍有未滿足最小數(shù)據(jù)速率要求的用戶，則 查看小區(qū)s的邊界用戶列表UE_List(處于小區(qū)s和其鄰小區(qū)的重疊區(qū)域的用戶），判斷該 列表中是否有可切換的用戶，如果有，則選擇最佳用戶切換到目標(biāo)鄰小區(qū)S1,S1滿足的條件 為：其信道質(zhì)量最好的用戶：
[0013]
其中t表示小區(qū)&的信道質(zhì) 量最好的用戶，且S1是可用的鄰居小區(qū)；按上述方法分配PRB，直到小區(qū)內(nèi)所有用戶達到最 小數(shù)據(jù)速率要求，或UE_list為空；
[0014] 3)上述切換結(jié)束后，對于集合L=.+ ,中信道質(zhì)量最好的用戶對應(yīng) 的小區(qū)，判斷如果將該小區(qū)UE_List列表中信道質(zhì)量最差的可切換用戶切換到最佳目標(biāo)小 區(qū)，在兩個小區(qū)都將各自所有剩余PRB分給各自信道質(zhì)量最好的用戶的條件下，兩個小區(qū) 的和數(shù)據(jù)速率是否比切換前有提高，如果有提高就進行切換，否則不進行切換；如果所有小 區(qū)都進行了上述切換的遍歷，就進行步驟4);
[0015] 4)對于每個小區(qū)，將小區(qū)中所有的剩余PRB全部分給該小區(qū)中信道質(zhì)量最好的用 戶。
[0016] 進一步，在本方法中，小區(qū)內(nèi)用戶間PRB轉(zhuǎn)移和交換算法具體包括以下步驟：
[0017] 1)遍歷每個用戶，區(qū)分用戶的可轉(zhuǎn)移PRB和不可轉(zhuǎn)移PRB;
[0018] 2)將小區(qū)內(nèi)其他用戶的可轉(zhuǎn)移PRB轉(zhuǎn)移給信道質(zhì)量最好的用戶；
[0019] 3)對于不可轉(zhuǎn)移的PRB，若將某兩個不可轉(zhuǎn)移的PRB的歸屬用戶互換，這兩個用 戶的和數(shù)據(jù)速率提高，且兩個用戶仍然滿足最小數(shù)據(jù)速率要求，則進行互換，否則不進行互 換。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述的方法通過兩次小區(qū)間用戶切換算法和小區(qū) 內(nèi)用戶間的PRB轉(zhuǎn)移和交換算法，使多小區(qū)間低負載、不均衡的問題得到解決，提高了多小 區(qū)的資源利用率，并根據(jù)信道質(zhì)量條件在小區(qū)間切換用戶，同時將可達數(shù)據(jù)速率高的PRB 分配給信道質(zhì)量最好的用戶以最大化了小區(qū)的數(shù)據(jù)速率，進而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的能耗降低
【附圖說明】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行 說明：
[0022] 圖1為兩次小區(qū)間用戶切換算法流程圖；
[0023] 圖2為小區(qū)內(nèi)用戶間PRB轉(zhuǎn)移和交換算法流程圖。
【具體實施方式】
[0024] 在本發(fā)明所述的方法中，兩次小區(qū)間用戶切換算法的采用，具體描述為：對于擁有 信道質(zhì)量最好的用戶的小區(qū)，將該小區(qū)中信道質(zhì)量較差的用戶切換到目標(biāo)小區(qū)，該目標(biāo)小 區(qū)能滿足被切換用戶的最小數(shù)據(jù)速率要求，且該目標(biāo)小區(qū)存在于源小區(qū)的鄰居列表里；小 區(qū)內(nèi)用戶間的PRB轉(zhuǎn)移和交換算法的采用，具體描述為將其他用戶的可轉(zhuǎn)移PRB轉(zhuǎn)移給該 小區(qū)內(nèi)信道質(zhì)量最好的用戶，交換能使兩個用戶的和數(shù)據(jù)速率增大的不可轉(zhuǎn)移PRB。
[0025] 第一次切換是：計算每個用戶是否達到最小數(shù)據(jù)速率要求，給未達到最小數(shù)據(jù)速 率要求的用戶分配額外的PRB。如果小區(qū)內(nèi)沒有充足的額外PRB，就將該小區(qū)中處于重疊 區(qū)域的可切換用戶切換到最佳的鄰居小區(qū)；在上述切換完成后，實施第二次切換，計算每個 用戶的信道質(zhì)量，選出每個小區(qū)的信道質(zhì)量條件最好的用戶，對這些用戶按信道質(zhì)量由高 到低排序，判斷如果將該序列的第一個用戶對應(yīng)的小區(qū)內(nèi)的可切換用戶切換到最佳目標(biāo)小 區(qū)。
[0026] 小區(qū)內(nèi)用戶間的PRB轉(zhuǎn)移和交換算法包括：遍歷每個用戶，區(qū)分用戶的可轉(zhuǎn)移 PRB和不可轉(zhuǎn)移PRB;將其他用戶的可轉(zhuǎn)移PRB轉(zhuǎn)移給信道質(zhì)量最好的用戶；對于不可轉(zhuǎn)移 PRB，根據(jù)信道質(zhì)量由高到低，遍歷所有用戶，如果將某兩個用戶的