基于多业务的异构无线网络接入控制与资源分配联合方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多业务的异构无线网络接入控制与资源分配联合方法，其中包括：首先综合考虑系统吞吐量和用户的公平性，针对时延敏感业务设计了系统的优化目标函数，并将该优化问题分解成接入控制和资源分配两个子问题，其中资源分配由各个基站完成。然后，在宏基站设置间接协调器，根据各个基站的资源分配结果，调整用户的接入网选择。本发明主要在保障不同业务类型用户的服务质量前提下，解决宏基站和家庭小区以及家庭小区之间的负载均衡，提高全网的吞吐量，并有效的降低算法复杂度，可应用于宏基站与家庭基站共存的异构无线网络的下行链路中。
【专利说明】基于多业务的异构无线网络接入控制与资源分配联合方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，应用在宏小区与家庭小区共存的异构无线网络环境下行链路，涉及LTE异构无线网络的接入控制技术和资源分配技术，既可满足用户服务质量(QoS)需求，又能提高整个系统的吞吐量。
【背景技术】
[0002]为了满足用户日益增长的数据传输需求并且增加小区网络的总容量，尤其是改善热点小区用户的通信质量，运营商在宏小区覆盖范围内增设了家庭小区。家庭小区能够对频谱进行空间复用，因此在宏小区和家庭小区重叠区域的用户可以选择家庭基站传输数据，这样可以使用户获得更好的信道质量，极大地提高网络的吞吐量，同时减轻宏基站的负载。这种由不同大小区域组成的、并且有重叠覆盖区域的混合网络称为异构网络。接入宏基站的用户称为宏用户，接入家庭基站的用户称为家庭用户。
[0003]然而，由于频谱受限，家庭小区同宏小区使用相同频谱，这样会带来基站之间的干扰。例如，在下行链路中，家庭小区覆盖范围内的用户既能接收到宏基站的信号又能接收到家庭基站的信号，信号之间造成的干扰会导致用户的信干噪比(SINR)下降，并降低用户服务质量(QoS)，例如用户的传输速率和时延。因此，在存在干扰的异构网络中，如何选取适当的资源分配技术和接入网选择技术来保证用户服务质量(QoS)需求并提高整个系统的吞吐量成为现实中有研究价值的问题。
[0004]目前，关于异构网络中资源分配技术的研究和用户接入网选择控制技术的研究也均已成为热门问题。但是，大部分资源分配技术的研究场景中仅仅考虑了单一的基站，不符合当今真实的异构无线网络环境。如Nan Zhou等在IEEE Transactions on wirelesscommunication, 2010《Low Complexity Cross-Layer Design with Packet DependentScheduling for Heterogeneous Traffic in Multiuser OFDM Systems》一文中提出了一种低复杂度的自适应跨层调度资源分配算法，考虑了不同业务类型的用户服务质量(QoS)需求，但是此方法的异构只体现在业务类型的不同，不能体现异构网络中小区类型的不同，因此不存在接入网选择技术的研究。而大部分用户接入网选择控制技术的研究又往往忽略了保障用户服务质量(QoS),如 Mingyi Hong 等在 IEEE Journal On Selected Areas InCommunications, 2012((Mechanism Design for Base Station Association and ResourceAllocation in Downlink OFDMA Network))一文中将资源分配与接入控制相结合来提高系统的吞吐量，但是此方法没有考虑基站之间存在干扰以及用户业务类型的不同，不能保证用户服务质量(QoS)需求。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，提出一种基于多业务的异构无线网络接入控制与资源分配联合方法，本方法不仅可以保证时延敏感用户服务质量(QoS)需求，提高全网的吞吐量，而且相对于贪婪方法，本方法可以有效的提升算法收敛速度。[0006]本发明的核心思想为:首先，综合考虑系统吞吐量和用户的公平性，针对时延敏感业务的用户设计了系统的优化目标函数，并将该优化问题分解成资源分配和接入控制两个子问题，其中资源分配由各个基站完成。然后，在宏基站设置间接协调器，根据各个基站反馈的资源分配结果，调整用户的接入网络选择，解决宏基站和家庭小区以及家庭小区之间的负载均衡问题。
[0007]为了实现上述目的，本发明具体步骤如下:
[0008]步骤1，初始化为任意的用户接入网络状态，统计网络中基站个数W及基站集合W、用户个数N及用户集合N和各个基站下的用户数及集合，用Nw和Nw分别表示基站w下的用户数及用户集合；
[0009]步骤2，对于给定的用户接入网选择，每个基站进行基于用户服务质量保障的比例公平性资源分配，得到用户η在基站w中的传输速率rn，w ；
[0010]步骤3，根据所述用户η在基站w中的传输速率rn，w，统计每个基站的平均效用函 — ]
数
【权利要求】
1.基于多业务的异构无线网络接入控制与资源分配联合方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: 步骤1，初始化为任意的用户接入网络状态，统计网络中基站个数W及基站集合W、用户个数N及用户集合N和各个基站下的用户数及集合，用Nw和Nw分别表示基站W下的用户数及用户集合； 步骤2，对于给定的用户接入网选择，每个基站进行基于用户服务质量保障的比例公平性资源分配，得到用户η在基站w中的传输速率rn，w ； 步骤3，根据所述用户η在基站w中的传输速率rn，w，统计每个基站的平均效用函数
2.根据权利要求1所述的基于多业务的异构无线网络接入控制与资源分配联合方法，其特征在于:其中步骤2所述的基于用户服务质量保障的比例公平性资源分配可按如下步骤进行: 用Pw表示时延敏感(DS)用户分配的资源比例，取值范围为O到I之间；求解Pw可得到用户η在基站w中的传输速度rn，w ； 步骤2.1，计算所述用户η在基站w中的信干噪比SINRn，w:
3.根据权利要求1所述的基于多业务的异构无线网络接入控制与资源分配联合方法，其特征在于:所述步骤5.1.1中需要计算的网络效用差的计算过程如下: 当用户η在基站w时和不在基站w时，基站w分别对应两个基站效用函数，前者与后者的差，我们定义为用户η在基站w中的网络效应函数:
【文档编号】H04W36/22GK103781118SQ201410016010
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】赵林靖, 赵佳, 冯仰善, 刘勤, 李钊, 侯蓉晖 申请人:西安电子科技大学