基于关联控制的异构无线网络上行链路干扰抑制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于关联控制的异构无线网络上行链路干扰抑制方法，主要解决当家庭基站开放接入，如何对用户进行关联控制，来减少宏小区和家庭小区之间的跨层干扰，提高网络性能的问题。其实现方法是：对该问题进行数学描述，建模为一个以目标函数为系统吞吐量的优化问题，由于该问题为NP-Hard问题，所以将其求解分为两部分，首先，各个基站进行子信道分配，实现干扰协调；然后，由中心控制器根据各个基站反馈的路径增益信息，对用户进行接入控制，实现干扰转移。这样，以一个可以实施的方式得到问题的解。本发明通过干扰协调和干扰转移，最终减少异构无线网络上行链路的跨层干扰，提高网络吞吐量。可用于异构无线网络上行链路的关联控制和干扰抑制。
【专利说明】基于关联控制的异构无线网络上行链路干扰抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】，涉及OFDMA系统中的关联控制和干扰抑制，特别涉及OFDMA系统中宏小区和家庭小区组成的两层异构无线网络中，当家庭小区采用开放接入模式时，为减少跨层干扰，提高网络吞吐量，对系统中所有用户进行的基于关联控制的上行链路干扰抑制方法。
【背景技术】
[0002]异构无线网络技术，特别是宏小区和家庭小区组成的异构无线网络，可以顺应当今迅速增长的数据业务需求，减少运营成本，提高整个系统的容量，提高通信质量和通信可靠性。同时，家庭基站的部署能够减轻宏基站负载，减少宏基站功率损耗和无线终端功率损耗，及减少宏基站的覆盖盲区。在该异构无线网络中，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]但是，在异构无线网络中，宏小区和家庭小区是完全重叠覆盖的，由于频谱资源稀缺且昂贵，通常它们使用相同频段，这样，宏小区和家庭小区之间会产生严重的跨层干扰，降低网络性能。在OFDMA系统上行链路，当家庭小区采用开放接入模式，用户关联基站的选择往往伴随着对用户进行资源分配，合理的资源分配策略可以减少跨层干扰，提高网络性能，因此，当家庭基站开放接入，如何对用户进行基站关联控制联合资源分配，来减少跨层干扰，提高网络性能成为一个重要的研究问题。
[0004]目前，关于异构无线网络关联控制联合资源分配技术的研究大多只关注下行OFDMA系统，或上行CDMA系统，对于上行OFDMA系统却少有研究。如Mingyi Hong等在IEEEJournal On Selected Areas In Communications, 2012 ((Mechanism Design for BaseStation Association and Resource Allocation in Downlink OFDMA Network))一文中研究了下行同构的多小区OFDMA系统中，联合的关联控制和资源分配的优化问题，将原来的NP-hard优化问题转化为用户之间进行的博弈，在效用函数中引入惩罚项为了使其不谎报信息，而进行准确的资源分配，得到次优解，提高了网络性能，但是此方法主要研究的是下行 OFDMA 系统。C.Singh 等在 IEEE International Conference on Game Theory forNetworks, 2009《Uplink power control and base station association in multichannelcellular networks》一文中，研究了 CDMA系统上行多信道多小区网络的联合的关联控制和功率控制技术，其中每个小区只使用一个信道，从博弈论的角度出发，以用户接入某个基站后最优的发射功率为惩罚项，得到分布式关联控制和功率调整，分析了用户数目为有限个和无限个两种情况下的均衡解和系统最优性，虽然该算法关注上行，但是研究的CDMA系统。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于关联控制的异构无线网络上行链路干扰抑制方法。该方法通过联合系统中所有用户的关联基站选择以及用户关联到基站后的子信道分配，减小了异构无线网络上行跨层干扰，提高了系统吞吐量。
[0006]本发明的核心思想是:为减小宏小区和家庭小区组成的异构无线网络上行链路中的干扰，提高网络吞吐量，建立网络资源与网络性能之间的关系，从而得到网络资源分配的优化目标函数，由于该目标函数的求解为NP-Hard问题，本发明将其求解过程分解为基于干扰协调的子信道分配以及基于干扰转移的关联控制两个子问题:首先，各个基站进行子信道分配，实现干扰协调；然后，由中心控制器根据各个基站反馈的路径增益信息，对用户进行关联控制，实现干扰转移。这样，以一个可以实施的方式得到问题的解，实现异构无线网络上行链路的干扰管理，从而减少异构无线网络上行链路的跨层干扰，提高网络吞吐量。
[0007]为实现上述目的，本发明具体步骤如下:
[0008]基于关联控制的异构无线网络上行链路干扰抑制方法，包括如下步骤:
[0009]步骤1，初始化用户与基站的连接，令用户集合表示为M = {1，...M}，共M个用户，基站集合表示为K= {1，2，...，K}，共K个基站，ym，k表示用户m是否关联到基站k，当用户m关联到基站k时，ym，k = 1，否则ym，k = O ;用户选取最大接收信号强度RSSI对应的基站关联，即初始化VmeM, k e K ；
[0010]步骤2，在给定用户连接基站的情况下，每个基站为用户进行基于干扰协调的子信道分配；令系统子信道集合表示为N = {1，...，N}，共N个子信道，xm，n表示用户m是否分得子信道n，若分得到，则= 1，否则Xmin = O ;本步骤是为了确定\η，VrneMsn e N；
[0011]步骤3，计算宏小区和家庭小区重叠覆盖区域中的用户HItl由当前基站ki离开并关联到到基站k2的网络效用差(U: > ο
[0012]步骤4，中心控制器对用户进行基于干扰转移的关联控制，即确定ym，k，VmeM5k e K。
[0013]所述步骤2中的每个基站为用户进行基于干扰协调的子信道分配可按如下步骤进行:
[0014]步骤2.1，令k e {I,...,K-1}时表示家庭基站，k e {K}时表示宏基站，首先初始化 xm，n=0, Vm e Μ, n e N ；
[0015]步骤2.2,计算基站k中任意用户m在子信道η的效用Uk，m，n:
g"
[0016]步骤2.2.1，若基站k为家庭基站，用户m在子信道η的效用采用公式
【权利要求】
1.基于关联控制的异构无线网络上行链路干扰抑制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1，初始化用户与基站的连接，令用户集合表示为M = {1，...M}，共M个用户，基站集合表示为K={1，2，...，K}，共K个基站，yffl,k表示用户m是否关联到基站k，当用户m关联到基站k时，yffl,k = 1，否则ym，k = O ;用户选取最大接收信号强度RSSI对应的基站关联，即初始化y— VweM, k e K ； 步骤2，在给定用户连接基站的情况下，每个基站为用户进行基于干扰协调的子信道分配；令系统子信道集合表示为N = {l，...，N}，共N个子信道，Xm，n表示用户m是否分得子信道n，若分得到，则xm，n= 1，否则xm，n = O;本步骤是为了确定xm，n，VmeMsn e N； 步骤3，计算宏小区和家庭小区重叠覆盖区域中的用户Hltl由当前基站Ic1离开并关联到到基站k2的网络效用差^%,,(&/0; 步骤4，中心控制器对用户进行基于干扰转移的关联控制，即确定ym，k，VmeM，k e K。
2.如权利要求1所述的基于关联控制的异构无线网络上行链路干扰抑制方法，其特征在于， 所述步骤2中的每个基站为用户进行基于干扰协调的子信道分配按如下步骤进行:步骤2.1，令ke {1，...，K-1}时表示家庭基站，ke {K}时表示宏基站，首先初始化xm’n=0, Vm e Μ, n e N ； 步骤2.2，计算基站k中任意用户m在子信道η的效用Uk，m，n: 步骤2.2.1，若基站k为家·庭基站，用户m在子信道η的效用采用公式=￥计
gm,K算；其中，、Sm5X分别表不用户Π1到家庭基站k和宏基站的路径增益； 步骤2.2.2，若基站k为宏基站，用户m在子信道η的效用釆用公式u￡m = 1+^ pk 8r\，Xπ?1+ κ f1:"，丨计算;
z2p Slll?'K + K ki P gm,k + σ； 其中，pK、pk分别表示用户连接宏基站和家庭基站k时的发射功率σ力子信道η上的加性闻斯白噪声，Sm,k、 Sm.κ分别表不用户m在子/[目道η上到家庭基站k和宏基站的路径增益，uk，n表示家庭小区k中使用子信道η的用户，Kn表示使用子信道η的家庭基站集合；步骤2.3，计算基站k中每个用户分得的子信道数；考虑到用户的公平性，信道采用均分的方法，即用户可分得子信道数A#= Jf 其中Nk表示基站k可以使用的子信道数，若k ，
M为宏基站，则为系统总共的子信道数N，Mk表示连接到基站k的用户数且= Σ.&*
m=\?
? 步骤2.4，为基站k中每个用户分配Ntav个子信道；首先为基站k中每个用户分配一个子信道，令Nkm表示当前未被分配的子信道集合，并初始化为该基站可以使用的子信道集合Nk，对于用户m，其最优的子信道应该为
3.如权利要求1所述的基于关联控制的异构无线网络上行链路干扰抑制方法，其特征在于: 所述步骤3中计算宏小区和家庭小区重叠覆盖区域中的用户Hltl由当前基站ki离开并关联到到基站k2的网络效用差可按如下步骤进行: 步骤3.1，在用户连接基站已知且用户分得的子信道已知的情况下，计算系统中任意用户在其分得的任意子信道上的速率； 步骤3.1.1，计算用户m在其使用的子信道上的信干噪比；若用户m连接基站k且使用了子信道n，则其在子信道η上的信干噪比r:?;
4.如权利要求1所述的基于关联控制的异构无线网络上行链路干扰抑制方法，其特征在于，所述步骤4中中心控制器对用户进行基于干扰转移的关联控制按照如下步骤进行:步骤4.1，假设重叠覆盖区域有Mtl个用户，用集合Mci表示，并且M0 = ，气2，…，WtwtJ.首先初始化，从重叠区域中的第i=1个用户开始，并初始化结束条件j=0，j表示目前有多少个用户关联到最优的基站，当j = M0时表示所有用户均关联到最优的基站； 步骤4.2，判断当前系统中所有用户关联到的基站是否最优；若j = Mtl，达到最优，基于关联控制的干扰抑制算法完成；否则取^modMtl,即i对M0取模； 步骤4.3，根据步骤3计算用户Hicu由当前基站Ic1离开关联到基站k2的网络效用差
其中kl表示用户当前关联的基站，k2表示用户将要切换到的基站，且若Ic1为家庭基站，则k2为宏基站，若Ii1为宏基站，则k2为该用户周围最近的家庭基站； 步骤4.4，若步骤4.3计算出的网络效用差Δ%。.,^丄-、>?，该用户mQ,i离开基站Ic1并连接至基站k2，令、彳,=0且=1，并将j清零，令i=i+l，转到步骤4.2 ;否则令j=j+l，i=i+l，转到步骤4.2。
【文档编号】H04W72/12GK103826314SQ201410067083
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】赵林靖, 赵华英, 冯天一, 李钊, 刘勤, 侯蓉晖 申请人:西安电子科技大学