Lte系统中联合动态无线资源分配与移动负载均衡的方法
【专利摘要】本发明提供一种LTE系统中联合动态无线资源分配与移动负载均衡的方法，该方法的优化目标为在小区间干扰及小区内有限资源的限制条件下最大化网络资源效率，本发明提出一种可行的次优化方案，分别在资源分配和负载均衡两个阶段进行优化，首先，在资源分配阶段，利用基于拉格朗日乘子法的启发式资源分配算法为网络中的所有用户分配物理资源块及功率，基于资源分配结果得到网络中所有物理资源块的资源效率，其次，在负载均衡阶段，选择能够最大化网络资源效率的用户切换到相应的目标小区，本发明可以最大化网络资源效率，并提高系统性能及用户体验。
【专利说明】LTE系统中联合动态无线资源分配与移动负载均衡的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LTE自组织网络(SON)中联合动态无线资源分配和移动负载均衡的算法领域。
【背景技术】
[0002]下一代无线通信网络的部署面临两个严峻的挑战:日益增长的无线接入需求和多种异构网络共存条件下大量网元及相关参数的人工配置。为了解决这个问题，第三代合作伙伴项目(the3rd Generation Partnership Project, 3GPP)在长期演进(Long TermEvolution, LTE)网络中引入正交频分多址(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess, 0FDMA)技术和自组织网络(Self-Organizing Networks, SON)技术，以实现在保证移动服务质量的同时尽可能的减少网络中的人工干预。OFDMA的基本思想是将高速数据流分散到多个正交的子载波上传输，从而大幅度降低子载波上的符号速率，增大符号的持续时间以抵抗时延扩展和符号间干扰。因此，在无线通信系统中，一方面，OFDMA通过为用户分配一组正交的子载波，消除了小区内各用户之间的干扰；另一方面，在时变信道条件下，OFDMA可以利用多用户特性实时更新用户的子载波分配，利用多用户分集大幅度提高网络频谱效率。在3GPPLTE的标准化进程中，OFDMA以其优越的性能已经成为下行链路的主流多址方案。此外，在当前无线通信网络中，2G、3G、4G等多种异构网络共存，大量设备及其相关参数的规划、调试、维护等工作都需要人工来完成。这种现状不但产生了巨额的运营费用(Operational Expenditures, OPEX),并且,大量参数的人工调整也影响着网络的稳定性和可靠性。因此，3GPP在LTE的Release8中提出了 SON的概念，并在其后续各个版本中(如Released进行了详细阐述和完善。SON的主要功能包括:自配置、自优化和自治愈，旨在实现网络自动管理以减少人工干预、降低营运费用并提高用户体验。
[0003]然而，负载在网络中各小区间的不均衡分布依然是网络性能下降的重要原因之一。过载小区不仅无法保证其接入用户的服务质量(Quality of Service, QoS),而且会给相邻小区中的边缘用户带来严重的干扰。移动负载均衡(Mobility Load Balance,MLB)是SON自优化中的关键技术，主要是指LTE系统可以在没有人工干预的情况下检测到过载小区，通过自适应调节网络内或网络间的参数将重负载小区中的一部分负载切换到相邻的轻载小区中，从而达到负载在整个网络的均匀分布。负载转移主要通过切换这一具体手段实现。实际工程中一般采用A3事件来触发LTE同频切换的测量报告，通过自适应修改小区相对偏置CIO以及迟滞参数Hyst等间接改变小区覆盖范围，使处于热点小区边缘信道状况较差的用户可以自动切换到信道条件和负载状态均相对较好的邻区，从而降低热点小区的负载，使网络间的负载趋于平衡。现有负载均衡问题的研究中很少考虑到资源分配方案的影响。事实上，仅仅通过负载均衡，即选择过载小区中合适的边缘用户切换到相邻小区以期提高网络中的用户体验是远远不够的。因为不合理的无线资源管理机制(Radio ResourceMechanism，RRM)会导致系统资源效率的下降，使通信系统中本就匮乏的无线资源得不到有效利用，从而增加热点小区的负载及其中的非满意用户数量。事实上，在基于OFDMA的LTE网络中，负载均衡本身就被视为保证系统性能的一项至关重要的RRM。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种LTE系统中联合动态无线资源分配与移动负载均衡的方法。
[0005]为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。
[0006]以在小区间干扰及小区内有限资源的限制下最大化网络资源效率作为优化目标，具体的优化步骤分两步执行:
[0007]第一步，在资源分配阶段，利用基于拉格朗日乘子法的启发式资源分配算法为网络中的所有用户分配物理资源块及功率，基于资源分配结果得到网络中所有物理资源块的资源效率；
[0008]第二步，在负载均衡阶段，选择能够最大化网络资源效率的用户切换到相应的目标小区。
[0009]所述优化目标的数学模型为:
【权利要求】
1.一种LTE系统中联合动态无线资源分配与移动负载均衡的方法，其特征在于，包括以下步骤: 以在小区间干扰及小区内有限资源的限制下最大化网络资源效率作为优化目标，具体的优化步骤分两步执行: 第一步，在资源分配阶段，利用基于拉格朗日乘子法的启发式资源分配算法为网络中的所有用户分配物理资源块及功率，基于资源分配结果得到网络中所有物理资源块的资源效率； 第二步，在负载均衡阶段，选择能够最大化网络资源效率的用户切换到相应的目标小区。
2.根据权利要求1所述一种LTE系统中联合动态无线资源分配与移动负载均衡的方法，其特征在于，所述优化目标的数学模型为:
3.根据权利要求1所述一种LTE系统中联合动态无线资源分配与移动负载均衡的方法，其特征在于，所述第一步的具体步骤包括: I)利用拉格朗日数乘法将所述优化目标转化为无约束条件的优化问题:
4.根据权利要求3所述一种LTE系统中联合动态无线资源分配与移动负载均衡的方法，其特征在于，所述重分配的具体步骤为:首先在所有物理资源块中找出分配到功率最大的物理资源块，将所述分配到功率最大的物理资源块重新分配用户和功率，重新分配的原则是使(9)式的减少量最小，若当前小区有多个物理资源块分配到的功率相等且最大，那么从所述多个物理资源块中挑选对应用户可达速率最小的一个物理资源块进行重新分配，更新相应的分配指示函数Ii^k和拉格朗日乘子λ m，再与基站最大发射功率相比较，直到重新分配后的功率分配总和小于等于基站最大发射功率。
5.根据权利要求3所述一种LTE系统中联合动态无线资源分配与移动负载均衡的方法，其特征在于，所述物理资源块功率限制条件为:
6.根据权利要求1所述一种LTE系统中联合动态无线资源分配与移动负载均衡的方法，其特征在于，所述第二步的具体步骤包括: 选择平均切换增益最大的用户进行相应的切换，并且，切换用户还需满足目标小区的准入控制条件，如果切换用户不满足目标小区的准入控制条件，则选择平均切换增益次优的用户，直至平均切换增益次优的用户满足目标小区的准入控制条件，所述平均切换增益按下式计算:
【文档编号】H04W72/12GK103517279SQ201310435581
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】李锋, 耿莉娜, 朱世华, 段文磊, 刘哲 申请人:西安交通大学