一種蜂窩異構網絡用戶關聯及資源分配方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于移動通信技術領域，設及一種蜂窩異構網絡用戶關聯及資源分配方法 及裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著無線通信技術快速發展，各種智能終端呈現爆炸式的增長趨勢，豐富多樣的 數據業務也不斷涌現，用戶高速率業務需要對傳統蜂窩網絡提出了嚴峻的挑戰。蜂窩異構 網絡技術通過在傳統宏蜂窩覆蓋范圍內，引入低功率節點，如中繼站點、微微蜂窩站點和家 庭基站等，有針對性地加強特定區域的覆蓋，形成多層網絡覆蓋，可有效實現用戶QoS保障， 提升系統資源利用率。
[0003] 蜂窩異構網絡場景中位于重疊覆蓋區域的用戶可實現與不同網絡建立關聯實現 數據傳輸，如何優化選擇關聯網絡對實現用戶傳輸性能的增強具有重要意義。此外，用戶接 入不同網絡進行信息傳輸需要消耗一定傳輸功率，如何在滿足用戶傳輸需求的條件下，聯 合優化用戶關聯及傳輸功率分配是亟待解決的問題。
[0004]目前已有研究考慮蜂窩異構網絡用戶關聯方案，如文獻AnAutomated Dynamic Offset for Network Selection in 胎terogeneous 化tworks提出一種基于動態自優化 偏置的用戶關聯方案，該方案通過宏蜂窩感知網絡的負載情況和信道狀態來動態調整低功 率節點的偏置，使用戶在宏蜂窩和低功率節點間選擇出更合適的網絡，從而提高用戶體驗 和網絡整體利用率。文獻QoS-Aware User Association for Load Balancing in Heterogeneous CelIula礎etworks提出一種結合QoS感知和負載感知的用戶關聯方案，該 方案將每個基站當前的負載情況及用戶可實現的傳輸速率建模為網絡加權效用最大化問 題，通過求解該優化問題，可實現用戶QoS保障及網絡負載均衡。
[0005] 現有研究中較多數基于用戶QoS需求及網絡負載均衡等因素確定最優用戶關聯策 略，較少考慮聯合用戶關聯問題及資源分配問題，難W實現網絡資源的聯合優化及網絡整 體性能優化。
【發明內容】
[0006] 有鑒于此，本發明的目的在于提供一種蜂窩異構網絡用戶關聯及資源分配方法及 裝置，該方法和裝置在蜂窩異構網絡場景下，考慮用戶的業務需求、傳輸特性等，基于聯合 用戶電磁福射優化準則實現用戶關聯及資源分配的聯合優化，在保證用戶電磁福射最小化 的同時保障用戶QoS需求。
[0007] 為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
[000引一種蜂窩異構網絡用戶關聯及資源分配方法，在宏蜂窩與多個小蜂窩重疊覆蓋的 網絡場景中，根據用戶狀態及網絡狀態信息，基于用戶總電磁福射化IectroMagnetic Radiation, EMR)最小化準則優化確定用戶關聯及資源分配策略，具體包括W下步驟：
[0009] 1)定義用戶關聯變量 aije{〇，l}，i = l，2，...，MJ = l，2，...，N，其中，M 為用戶數 目，N為系統中網絡數目，化=1表示第i個用戶關聯至網絡j，反之，化=〇表示第i個用戶未 關聯至網絡j;
[0010] 2)根據用戶信道特性及網絡狀態信息確定用戶關聯至各網絡的最大傳輸速率，W 巧:胃表示用戶i關聯至網絡j的最大傳輸速率；
[0011] 3)根據用戶移動狀態計算用戶移動方向與用戶到各個網絡基站連線的夾角，W01J 表示用戶i移動方向與用戶i和網絡j基站連線的夾角；
[0012] 4)根據用戶QoS需求及用戶移動狀態確定候選關聯網絡；
[0013] 5)根據各網絡特性及用戶傳輸特性計算各用戶電磁福射值，WCu表示用戶i在網 絡j進行業務傳輸時的電磁福射函數； M N-
[0014] 6)調用公式爲計算各用戶關聯至對應候選網絡后總的電磁福射值，基 與 1 J-=I 于用戶總電磁福射最小化優化確定各用戶關聯及功率分配策略。
[0015] 進一步，在步驟2)中，調用香農公式可得用戶i在網絡j中的傳輸速率RiJ:
，其中，Bj表示網絡j的可用帶寬，Pu為第i個用戶在網絡j中的傳輸功 率，hu表示用戶i與網絡j的信道增益，02表示噪聲功率;定義用戶i最大傳輸功率為/f"，可 得用戶i關聯至網絡j的最大傳輸速率
[0016] 進一步，在步驟3)中，建立直角坐標系，根據用戶移動狀態可得用戶i的坐標 {滬，滬），根據網絡狀態可得基站j的坐標片，分），令用戶巧Ij原點的向量為護，基站到原 點的向量為^；^W用戶位置為起點的用戶移動速度向量為^,.，則用戶與基站間的向量可表 示為式￡.E，調用向量夾角計算公式
，可得用戶移動方向與用戶和 基站連線間的夾角0ij。
[0017] 進一步，在步驟4)中，根據用戶QoS需求及用戶移動狀態確定用戶候選關聯網絡， 若用戶i可關聯至網絡j須滿足W下條件：（1)^^^>巧胃，表示用戶i最小傳輸速率需求； (2)01^<014，01嗦示用戶移動方向與用戶和基站連線間夾角口限值;定義用戶1的候選關聯 網絡集為，叫表示網絡j，若叫滿足條件（1)，（2)，貝帆可作為用戶i候選關聯網絡，即：NjE 巫i。
[001引進一步，在步驟5)中，調用公式4 = ?.?.(巧Wf )計算用戶i在網絡忡電磁福射 值，其中，Su表示用戶i在網絡j中的吸收福射率，Su由移動終端、人體導電率及網絡工作頻 段決定；礦f表示用戶i的電路功率;Tl康示用戶巧網絡j中傳輸時間，可由公式Tu = Li/Rij 得到，其中，Li表示用戶i的數據包長度。
[0019]進一步，在步驟6)中，在滿足用戶傳輸速率需求及用戶傳輸功率等限制條件下，調 用公式《=EEa"備，優化求解用戶關聯及功率分配策略(《;，嗦），即(為，巧)=argf誓今。
[0020] 本發明還提供了一種蜂窩異構網絡用戶關聯及資源分配裝置，包括:信息采集平 臺、用戶關聯及資源分配決策平臺、信息交互平臺；
[0021] 所述信息采集平臺用于收集用戶QoS需求、用戶移動狀態、用戶信道狀態信息及網 絡狀態信息;該平臺包括用戶狀態收集模塊和網絡狀態收集模塊，其中，用戶狀態收集模塊 負責收集用戶QoS需求、用戶移動狀態及用戶信道狀態；網絡狀態收集模塊負責收集用戶可 用網絡狀態信息，如傳輸帶寬、接收信號強度；
[0022] 所述用戶關聯及資源分配決策平臺用于接收信息采集平臺所收集的用戶及網絡 狀態信息，優化確定用戶關聯及資源分配策略;該平臺包括候選關聯網絡選擇模塊和用戶 關聯及資源分配決策模塊，其中，候選關聯網絡選擇模塊，根據用戶及網絡狀態信息確定用 戶候選關聯網絡集合;用戶關聯及資源分配決策模炔基于用戶關聯、QoS需求及傳輸功率等 限制條件，執行用戶關聯及資源分配方法，優化確定用戶關聯及資源分配策略，W實現用戶 總電磁福射最小化；
[0023] 所述信息交互平臺用于執行用戶終端與網絡間信息交互;該平臺包括網絡監測模 塊、用戶狀態監測模塊及用戶關聯及資源分配執行模塊，其中，網絡監測模塊監測網絡狀態 信息，并傳送至網絡狀態收集模塊;用戶狀態監測模塊監測用戶QoS需求及用戶信道狀態， 傳輸至用戶狀態收集模塊;用戶關聯及資源分配執行模塊接收用戶關聯及資源分配決策模 塊的決策信息，執行相應的用戶關聯及資源分配策略。
[0024] 本發明的有益效果在于:本發明所述的蜂窩異構網絡用戶關聯及資源分配方法和 裝置綜合考慮用戶業務需求特性及用戶接收的電磁福射，在滿足用戶QoS需求條件下為用 戶確定最佳發射功率，并基于用戶電磁福射最小化為準則為用戶確定最佳網絡關聯策略， 進而實現聯合用戶電磁福射最小化。
【附圖說明】
[0025] 為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行 說明：
[0026] 圖1為蜂窩異構網絡場景示意圖；
[0027] 圖2為本發明的裝置結構示意圖；
[00%]圖3為本發明所述方法流程圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0030] 圖1為蜂窩異構網絡場景示意圖，在宏蜂窩覆蓋范圍內，部署多個低功率節點，如 Pico celUFemto cell,用戶在宏蜂窩覆蓋范圍內可W選擇不同的網絡進行關聯，并根據 自身的傳輸速率需求進行功率分配。
[0031] 圖3為本發明提出的蜂窩異構網絡用戶關聯及資源分配方法的流程示意圖，如圖 所示:本方法的具體步驟為：
[0032] 301:定義用戶關聯變量及功率變量
[0033] 定義用戶關聯變量aije{0，l}，i = l，2，...，M，j = l，2，...，N，其中，M為用戶數，N 為系統中的網絡數，化=1表示第i個用戶關聯至網絡j，反之，化=0表示第i個用戶未關聯 至網絡j;
[0034] 302:確定用戶關聯至各網絡的最大傳輸速率
[0035] 調用香農公式可得用戶i到網絡j的傳輸速率Ru:
，其中，Bj表 示網絡j的可用帶寬;Pi功第i個用戶在網絡j中的傳輸功率;hi徒示用戶i與網絡j的信道 增益;O2