一種無線網(wǎng)絡(luò)的多維資源分配的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信，尤其設(shè)及無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動通訊技術(shù)和多媒體業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)倍 的增長。為了滿足無線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流量的需求，在未來無線網(wǎng)絡(luò)中需要密集地部署小區(qū)基站。 此外，由于大量移動數(shù)據(jù)流量發(fā)生在局部熱點(diǎn)或室內(nèi)區(qū)域，因此部署低功率小區(qū)成為未來 無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。然而，為了提高頻譜資源的利用率，在小區(qū)密集部署的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò) 中會在小區(qū)之間產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，造成用戶信號質(zhì)量惡化甚至無法滿足基本的用戶接收信 號強(qiáng)度需求。另外，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來移動應(yīng)用呈現(xiàn)多樣化，其將擴(kuò)展 到廣闊的行業(yè)和領(lǐng)域，如移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制等領(lǐng)域，而運(yùn)些多樣化的未 來移動業(yè)務(wù)對業(yè)務(wù)的速率和延時等多種服務(wù)質(zhì)量需求均有嚴(yán)苛的要求。因此，在未來無線 網(wǎng)絡(luò)中，需要通過優(yōu)化頻譜的資源分配來降低干擾W滿足用戶的最小接收信號強(qiáng)度，同時 還需要滿足針對多樣化業(yè)務(wù)的速率、延時等在服務(wù)質(zhì)量方面的要求。
[0003] 為滿足上述有關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配的要求，一些現(xiàn)有技術(shù)針對單小區(qū)進(jìn)行資源 分配，通過提高資源分配的系統(tǒng)吞吐量或用戶公平性來滿足用戶服務(wù)質(zhì)量需要。例如，在申 請?zhí)枮?00410048327.2的專利中提出了一種適用于移動通信系統(tǒng)的下行分組數(shù)據(jù)調(diào)度方 法，其通過給出根據(jù)用戶的鏈路質(zhì)量W及分組數(shù)據(jù)的優(yōu)先級等特征來進(jìn)行下行數(shù)據(jù)調(diào)度。 類似地，在申請?zhí)枮?00510109284.9的專利中提出對用戶進(jìn)行上行調(diào)度W及上下行聯(lián)合調(diào) 度的方法，其根據(jù)上行或下行鏈路的用戶調(diào)度信息為用戶計算上行或下行數(shù)據(jù)調(diào)度的優(yōu)先 等級，并基于用戶上下行數(shù)據(jù)優(yōu)先級完成資源分配，由此通過對上行和下行聯(lián)合調(diào)度來節(jié) 省空口資源。然而，其中并未設(shè)及如何避免在基站之間的干擾的方法。在申請?zhí)枮?200810216675.4的專利中提出一種LTE FDD系統(tǒng)下行調(diào)度與資源分配方法，其根據(jù)用戶的 反饋信息對新傳或重傳用戶進(jìn)行調(diào)度優(yōu)先級排序，并且根據(jù)新傳和重傳用戶的調(diào)度優(yōu)先級 排序進(jìn)行資源分配。在申請?zhí)枮?01110458448.4的專利中公布了一種LTE系統(tǒng)中下行資源 分配方法及裝置，給出根據(jù)用戶業(yè)務(wù)最小速率需求為用戶分配資源的方法。在申請?zhí)枮?201110458448.4的專利申請中公開了一種下行調(diào)度方法及裝置，該專利根據(jù)用戶在預(yù)定時 間窗口內(nèi)被調(diào)度資源塊的數(shù)量W及各用戶在小區(qū)S資源塊i的信道質(zhì)量指示所對應(yīng)的優(yōu)先 級，來確定小區(qū)S的資源塊i上被調(diào)度UE。在申請?zhí)枮?00810190583.3的專利中公開了一種 應(yīng)用于多載波時分雙工系統(tǒng)中的下行資源分配方法，其提出通過將與用戶處于同一區(qū)域的 用戶信道質(zhì)量信息作為用戶當(dāng)前信道質(zhì)量信息的估計值從而進(jìn)行資源分配。
[0004] 然而，運(yùn)些針對單小區(qū)進(jìn)行資源分配的方法僅考慮了用戶的信道質(zhì)量、用戶的優(yōu) 先級等進(jìn)行單小區(qū)內(nèi)的資源分配，而忽略了小區(qū)之間的干擾。
[0005] 還有一些現(xiàn)有技術(shù)針對多小區(qū)之間的干擾問題提出了解決方法。例如，申請?zhí)枮?201310642344.8的專利申請中公開了一種家庭基站基于干擾協(xié)調(diào)的資源分配方法，其根據(jù) 家庭基站中受干擾的終端信息上報用戶干擾源基站，來確定進(jìn)行家庭基站的協(xié)作基站，并 對協(xié)作基站進(jìn)行正交的頻譜資源分配。在申請?zhí)枮?01410401062.3的專利申請中公開了一 種LTE系統(tǒng)中基于非合作博弈的資源分配和干擾抑制方法，首先采用軟頻率復(fù)用建立多小 區(qū)的LTE網(wǎng)絡(luò)干擾模型，然后基于非合作博弈理論，考慮到用戶采用過低的發(fā)送功率不能滿 足基本速率需求，而過高的功率又會消耗大量能量，從而建立了基于價格機(jī)制的效用函數(shù)， 給出使效用函數(shù)最大化的功率迭代算法。在申請?zhí)枮?01010142688.9的專利中公開一種基 于干擾的資源分配方法及裝置，通過對受干擾用戶分配干擾最小的頻點(diǎn)和該頻點(diǎn)上干擾最 小的時隙降低用戶受到的干擾從而保證用戶通信質(zhì)量。其資源分配方法僅考慮滿足用戶的 接收信號質(zhì)量。申請?zhí)枮?01280077299.X的專利申請中公開了用于協(xié)調(diào)資源分配W解決小 區(qū)間干擾的方法。通過干擾源小區(qū)和受干擾小區(qū)之間的信令交互協(xié)商資源分配信息，通過 小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)的資源分配降低小區(qū)之間的干擾。在申請?zhí)枮?01010596171.7的專利中公 開了一種干擾消除的資源分配方法和裝置。通過小區(qū)監(jiān)測到的鄰區(qū)干擾信息決策是否進(jìn)行 時隙劃分的小區(qū)間干擾管理機(jī)制，從而提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量。
[0006] 然而，上述為解決多小區(qū)之間的干擾問題的而進(jìn)行的資源分配的方法忽略了用戶 在速率、延時等多方面細(xì)化的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量需求。此外，運(yùn)些方法通過單維資源分配來降低 干擾，其資源利用率不高，系統(tǒng)性能的增益也有限，因而僅適用于業(yè)務(wù)流量需求較低的情 況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種異構(gòu)無線網(wǎng) 絡(luò)資源分配的方法，將使得所述網(wǎng)絡(luò)的全部小區(qū)的全部用戶的總效用最大作為目標(biāo)，并且 將所述小區(qū)的總發(fā)送功率小于等于允許的最大發(fā)送功率、和所述小區(qū)中用戶的傳輸速率大 于等于設(shè)定的最小速率需求作為約束條件。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0009] 所述方法包括：
[0010] 針對小區(qū)i，確定所設(shè)置的與發(fā)送功率對應(yīng)的參數(shù)e、W及與小區(qū)i的全部Ki名用戶 中的每一個的傳輸速率對應(yīng)的參數(shù)勞 '心括鞠，…，冷銜K:
[0011] 根據(jù)e和謬，針對每一個資源塊，確定要分配資源塊n的所述小區(qū)的最優(yōu)用戶k*; [00 12] 根據(jù)0和學(xué)，確定所述小區(qū)內(nèi)分配任意一個資源塊n的用戶k的發(fā)送功率Pk,n。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0014] 綜合地考慮了小區(qū)之間的干擾、W及用戶在速率、發(fā)送功率、延時等多方面的業(yè)務(wù) 服務(wù)質(zhì)量需求，從而提高了資源利用率和系統(tǒng)性能的增益。
[0015] 相較于現(xiàn)有技術(shù)通過單維資源分配來降低干擾，本發(fā)明提出一種頻譜和功率聯(lián)合 優(yōu)化方法，可W根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中用戶和小區(qū)之間的信道狀態(tài)W及小區(qū)的不規(guī)則分布自適應(yīng) 地優(yōu)化各小區(qū)頻譜和功率資源使用，W更好地進(jìn)行小區(qū)之間的頻譜資源復(fù)用，從而提高系 統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)總體吞吐量等性能。
[0016] 并且，通過仿真實(shí)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明針對語音業(yè)務(wù)具有更小的平 均延時和平均丟包率，針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有更小的平均延時和平均中斷概率。
【附圖說明】
[0017] W下參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明，其中：
[0018] 圖1是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化資源分配的資源管控信令流程的示意圖；
[0019] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的基于拉格朗日乘子迭代的服務(wù)質(zhì)量保證的資源分配算法QGRA 的流程圖；
[0020] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的不同干擾口限下小區(qū)邊緣用戶平均吞吐量的仿真結(jié)果；
[0021] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的不同小區(qū)用戶數(shù)下語音業(yè)務(wù)平均包延時和丟包率的仿真結(jié) 果；
[0022] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的不同小區(qū)用戶數(shù)下數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)平均包延時和中斷概率的仿真結(jié) 果。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0024] 為了優(yōu)化異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域各小區(qū)資源分配，可W采用集中式的資源分配的優(yōu)化方 法，通過基于已知的多小區(qū)用戶信息來優(yōu)化各小區(qū)頻譜和功率資源分配，從而降低小區(qū)間 干擾并且保證業(yè)務(wù)的細(xì)粒度服務(wù)質(zhì)量需求。具體異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化資源分配的資源管控信令流 程如圖1所示。
[0025] 參考圖1，首先，用戶進(jìn)行小區(qū)測量，得到接入或相鄰小區(qū)對用戶的信號接收功率。 并且用戶將測量得到的接入小區(qū)和相鄰小區(qū)信息上報到接入小區(qū)。進(jìn)一步地，小區(qū)將其中 所有接入用戶的測量信息上報到集中式資源控制器。集中式資源控制器根據(jù)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域 內(nèi)用戶和小區(qū)信息進(jìn)行資源分配優(yōu)化決策，從而得到優(yōu)化的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)資源分配信 息。之后，集中式資源控制器通過信令消息，將各小區(qū)資源分配信息傳遞給小區(qū)基站。最后， 小區(qū)基站將通過物理下行控制信道向每個用戶傳遞具體的資源分配信息。
[0026] 發(fā)明人在研究了有關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)資源分配的現(xiàn)有技術(shù)后發(fā)現(xiàn)可W考慮小區(qū)業(yè)務(wù)服 務(wù)質(zhì)量需求W及多小區(qū)間干擾，從而進(jìn)行多維資源分配。由此，發(fā)明人構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型，定 義小區(qū)對相鄰小區(qū)的干擾口限并且考慮小區(qū)的總發(fā)送功率限制和用戶最小發(fā)送速率需求 W作為資源分配優(yōu)化的約束條件。在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，W使得異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域多個小區(qū)資 源分配的總效用最大化為目標(biāo)，同時滿足小區(qū)發(fā)送功率對鄰區(qū)用戶干擾口限限制、小區(qū)頻 譜資源塊的分配限制、小區(qū)總發(fā)送功率限制，并且滿足用戶的最小發(fā)送速率的需求，達(dá)到優(yōu) 化系統(tǒng)頻譜、功率資源的分配，優(yōu)化資源分配的目的。
[0027] 在綜合地考慮包括用戶的速率、業(yè)務(wù)隊列緩沖區(qū)長度、W及業(yè)務(wù)隊列延時的基礎(chǔ) 上，發(fā)明人定義了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)資源分配的效用函數(shù)來優(yōu)化業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，使用了如下的 變量名稱。
[0028] 假設(shè)，在異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中包含S個小區(qū)，W及K名用戶；
[0029] R是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的小區(qū)的集合；
[0030] 3?是宏小區(qū)的集合，3^是低功率小區(qū)的集合；
[0031] i 為某一小區(qū)，i ER;
[0032] K是異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的用戶的集合；
[0033] 1(?是所有宏小區(qū)中的用戶的集合，1(^是低功率小區(qū)中的用戶的集合；
[0034] Ki是接入小區(qū)i的用戶的集合，i ER;
[0035] k 為某一用戶，keK。
[0036] 考慮在(FDMA(0;rthogonal Frequen巧 Division Multiple Access)系統(tǒng)中下行 數(shù)