Ofdma毫微微小區雙層網絡基于分組的資源分配方法
【技術領域】
[0001 ]本發明設及無線通信技術領域，特別設及正交頻分多址((Orthogonal Frequency Division Multiple Access，0抑ΜΑ)毫微微小區雙層網絡基于分組的資源分配方法及裝 置。
【背景技術】
[0002] 在過去的幾十年，蜂窩移動通信系統經歷了重大的技術變革，它從提供簡單語音 業務的第一代(the lstGeneration，lG)移動通信系統，歷經W提供低速數據和語音業務的 第二代（the 2"化eneration，2G)移動通信系統和提供高速數據業務的第Ξ代（the 3叫Generation, 3G)移動通信系統，發展至目前能夠提供高達百兆速率的長期演進化ong Term Evolution，LTE)和LTE-A化TE-Advanced)網絡，日新月異的飛速發展反映出人們對高 速率和多樣化業務需求的日益增長。
[0003] 然而，W上傳統的蜂窩通信系統容易受到電磁干擾、用戶終端移動性、接收環境復 雜、帶寬和功率受限W及小區邊緣承受干擾大等眾多因素的影響，所W其傳輸速率和通信 質量并不能滿足用戶需求。因此，未來蜂窩網絡的發展趨勢是為用戶提供更好的服務，保證 用戶的服務質量和高效傳輸。研究表明60% W上的語音服務和90% W上的數據服務發生在 室內和熱點地區。因此，如何提供良好的室內覆蓋和滿意的服務質量，特別是針對用戶高速 數據業務，是運營商面臨的挑戰和機遇。
[0004] 為應對數據業務的多樣化W及用戶高速率的業務需求，通過在傳統宏蜂窩覆蓋范 圍內引入毫微微小區（femtocell)形成異構雙層網絡，已是目前解決室內移動通信覆蓋和 滿意的有效舉措。毫微微小區作為短距離、低功率、低成本的家庭小區，由用戶部署通過 D化或光纖連接到核屯、網，其不僅可W為用戶提供更好的室內體驗，還能夠卸載宏小區網絡 流量，W及增加網絡覆蓋范圍。然而由于毫微微小區網絡非規劃、隨機接入W及與宏小區共 享頻譜等特性，將會導致其與宏小區之間的跨層干擾問題W及與使用相同信道的其他毫微 微小區之間的同層干擾問題，因此如何減小上述兩種干擾，是需要亟待研究和解決的問題。
[0005] 目前相關文獻已經提出了一些用于減小跨層干擾和同層干擾的方法，其中集中式 干擾管理方案采用部分頻率復用和功率控制是抑制雙層femtocell網絡中干擾的有效手 段。另外，有人提出一種基于分組的干擾管理方案，具體方法為:將分組方法分為組內正交 分組和組間正交分組，組內正交分組方法將干擾嚴重的毫微微小區分在相同組，相同組中 的毫微微小區使用不同的子信道，不同組可W復用相同的子信道。相反，組間正交分組方法 是將沒有干擾或干擾很小的毫微微小區分在相同組，相同組中的毫微微小區可W復用相同 的子信道，不同組分配不同的子信道。
[0006] 發明人發現，在現有技術中，集中式干擾管理方案隨著毫微微小區數量的增加，其 計算復雜度也會急劇增加，使得該方法難W在毫微微小區密集部署的場景中應用；同時，基 于分組的干擾管理方案中組內正交分組方法是從每個毫微微小區自身出發進行分組，難W 找到全局較優的分組方案。同時，運種分組方案得到的各個組中的毫微微小區數目很不均 衡，使得一部分毫微微用戶F肥s不能分配到足夠多的子信道，從而難W保證F肥s的QoS。
【發明內容】
[0007] 針對W上現有技術的不足，本發明討論了 0FDMA毫微微小區雙層網絡的資源分配 問題，提出一種基于分組的資源分配算法，可W有效抑制跨層干擾和同層干擾。
[0008] -種用于0FDMA毫微微小區雙層網絡基于分組的資源分配方法，包括W下步驟：
[0009] 步驟101:利用改良的匈牙利算法對宏用戶MUE執行子信道分配；
[0010] 步驟102:根據宏用戶功率分配的優化目標和約束條件，采用經典的注水算法計算 出每個子信道上的傳輸功率；
[0011] 步驟103: W避免干擾Μ肥S為前提，根據毫微微基站FBSs間的干擾情況建立干擾列 表并對FBSs進行分組，根據每組中毫微微用戶即防的速率需求對FBSs進行子信道分配；
[0012] 步驟104:對毫微微基站進行功率分配。
[0013] 優選地，所述步驟101利用改良的匈牙利算法對宏用戶執行子信道分配包括:利用 改進的匈牙利算法，根據所有需要分配子信道的宏用戶的信道增益，構建第一次迭代所需 的效益矩降
其中Μ為宏用戶總數，K為子信道總數;若1(<1，添加 M-K個虛 擬子信道，將效益矩陣變換成CMXM，使CMXM各行各列中都出現0元素，進行試分配，W尋求滿 足下述目標函數公式的最優解：
[0014]
[0015] 其中：
表示為每個宏用戶僅能分配一個子信道;若Κ>Μ時， 采取上述同樣的方法，直到所有宏用戶滿足數據速率需求或沒有待分配的子信道為止。
[0016] 優選地，所述步驟102根據宏用戶功率分配的優化目標和約束條件，采用經典的注 水算法計算出每個子信道上的傳輸功率包括：引入拉格朗日公式，
[0017]
[0018] 其中，U是拉格朗日乘子，為常數：
是子信道k上的增益干擾 比，其中m在子信道分配時已確定；PtDt為總的發射功率；對上述拉格朗日公式計算偏導 進(片"）/句V=(U居！l，2，...，的得到K個等式并進行轉換：pk=[rl-l/gk] +，其中，[Φr = max (0，φ}，η = Β/(υ In 2)為注水線，并利用經典注水法快速求出每個子信道上的傳輸功率； B為子信道的帶寬。
[0019] 優選地，步驟103中所述根據毫微微基站FBSs間的干擾情況對毫微微基站進行分 組包括:采用動態的組間正交分組方法，將干擾小的毫微微基站分在相同組，將干擾大的毫 微微基站分在不同組，相同組中的毫微微基站之間干擾很小，可W復用相同的子信道W提 高頻譜利用率，不同組中的毫微微基站之間干擾較大，每組使用正交的子信道W消除組間 干擾;利用圖論中的著色原理進行分組，將干擾表中的F個毫微微基站分到L個組，使得相同 組中的毫微微基站間的干擾總和最小，w此得到最優的分組方案。
[0020] 優選地，步驟103中所述建立干擾列表進一步包括:根據同組中毫微微基站干擾總 和最小公式來確定干擾列表；
=Φ (1，gex)，eh,v = 0化，veci似及ViiE {0,1}，其中，Wij和eh,v分別為干擾系數矩陣W和潛 在干擾矩陣E中的元素，C讀示第1組中FBSs的集合，vii是著色矩陣V=(Vii)FXL里面的一個 元素，vii=l表示FBS i著第1種顏色，同樣也表示FBS i分到第1組；當FBS i不著第1種顏色， 也即FBS i不分到第1組時，vii = 0。
[0021] 優選地，所述步驟104對毫微微基站進行功率分配包括:根據迭代公式確定功率分 配值：
[0022]
[0023] 其中，和分別是FBS j的最小信干噪比SINR需求和最大信干噪比SINR需 求，SINRj表示第j個FBS的信干噪比;pj(t)為FBS j在第一次迭代時的發射功率，Δρ為發射 功率的調整粒度
[0024] 本發明的有益效果在于:本發明針對0FDMA毫微微小區雙層網絡中的資源分配問 題，在保證宏小區用戶QoS的前提下，采用基于分組的資源分配算法來實現有效抑制跨層干 擾和同層干擾的目的，不僅能提高頻譜利用率，更能保證F肥S和Μ肥S的QoS需求。
【附圖說明】
[0025] 圖1本發明0FDMA毫微微小區雙層網絡基于分組的資源分配方法優選實施例流程 圖；
[0026] 圖2本發明0FDMA毫微微小區雙層網絡中MUEs資源分配方法模塊示例圖；
[0027] 圖3本發明0FDMA毫微微小區雙層網絡基于分組的資源分配方法中用于MUEs子信 道分配過程的實施例流程圖；
[0028] 圖4本發明與現有技術中斷概率仿真比較圖；
[0029] 圖5本發明與現有技術頻譜效率仿真比較圖；
[0030] 圖6本發明與現有技術滿意度仿真比較圖；
[0031 ]圖7本發明與現有技術公平性仿真比較圖。
【具體實施方式】
[0032] 為使本發明的目的、技術方案和優點表達得更加清楚明白，下面結合附圖及具體 實施案例對本發明做進一步詳細說明。
[0033] 圖1本發明0FDMA毫微微小區雙層網絡基于分組的資源分配方法優選實施例流程 圖，該方法包括w下步驟：
[0034] 步驟101:利用改良的匈牙利算法對宏用戶(MUE)執行子信道分配；
[0035] 步驟102:根據Μ肥功率分配的優化目標和約束條件，采用經典的注水算法計算出 每個子信道上的傳輸功率；
[0036] 步驟103: W避免干擾Μ肥S為前提，根據毫微微基站(FBSs)間的干擾情況建立干擾 列表并對FBSs進行分組，根據每組中毫微微用戶（即Es)的速率需求對FBSs進行子信道分 配；
[0037] 步驟104:對FBSs進行功率分配。
[0038] 圖2為本發明0FDMA毫微微小區雙層網