一种改进的基于加权图的超密集异构网络干扰协调方法与流程

技术特征：

1.一种改进的基于加权图的超密集异构网络干扰协调方法，其特征在于：

首先，根据小区所处的位置以及受相邻小区的干扰情况，将整个网络中的小区分割成一些互不干扰的小区集群，小区集群间的干扰水平控制在预设的干扰阈值门限范围内，将整个网络中的干扰问题转化成了相互独立的小区集群内的干扰问题；

然后，在每个小区集群单元中，根据小区用户受到的来自这个集群中其它小区的干扰情况建立以用户为顶点的干扰加权图，直接以用户作为分析干扰问题的对象，处于预设的权值和干扰阈值门限内的用户将其划分成一个用户簇；

最后，根据用户间的干扰关系以及用户自身速率请求的限制，对小区集群中用户分配子信道，通过设计的子信道动态分配方案增大小区集群中用户总速率和。

2.根据权利要求1所述的一种改进的基于加权图的超密集异构网络干扰协调方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

步骤1)：采集网络信息，初始化参数。采集网络中的宏站数目M、小站数目S和用户数目N，将宏站记为：M＝{M₁,M₂,...,M_M}小区集合记为：S＝{S₁,S₂,...,S_S}，用户集合记为：N＝{N₁,N₂,...,N_N}，将每个小区都接入到一个小区网关中，小区网关负责分配各个小区使用的子信道，初始化小区网关给整个网络中提供的子信道表示为：L＝{L₁,L₂,...,L_L}，子信道可以被所有小区复用，设置小区间干扰阈值门限为Γ_th。

步骤2):采集用户信息。小区用户采用最大参考信号接收功率准则接入小区，小区n中的一个用户表示为m_n，该用户的速率请求表示为由用户申请时确定；小区n的发射功率由网络运营商设定；小区用户m_n到小区n的路劲损耗表示为

步骤3):建立小区干扰矩阵，根据小区之间的信号干扰比确定网络中小区之间的干扰关系。小区i和小区j之间的信号干扰比表示为：

${\mathrm{\γ}}_{ji}=\frac{P_i{\mathrm{PL}}_{m_i,i}}{P_j{\mathrm{PL}}_{m_i,j}}$

根据小区间的信号干扰比创建并保存小区干扰矩阵Λ＝[Λ(i,j)]_S×S

其中1表示小区之间有干扰，0表示小区之间无干扰。

步骤4):小区分簇初始化。标记当前处理的小区簇为q，并初始化为q＝1，表示需要处理的小区簇为第1个小区簇，标记小区分簇后输出的总的簇的数目为Q，并初始化为Q＝0，初始化每个小区所在簇的编号为小区分簇方法的输出为Q和矩阵C。

步骤5)：区分簇。小区集合S中，选择小区i和小区j，根据步骤3)中建立的小区干扰矩阵判断，若

Λ(i,j)＝1

同时，若小区i和j均未分配到任何小区簇中，即C(i)＝0,C(j)＝0，那么更新小区i和小区j的簇编号，小区i和小区j将被分到新增加的同一个小区簇q内，同时小区簇的总数目Q加一

C(i)＝C(j)＝q,q＝q+1,Q＝Q+1

若小区i和小区j中任一小区已被分配至簇q'，则更新i和j的簇编号

C(i)＝C(j)＝q'

若小区i和小区j都已经被分配至两个不同的簇，则更新i和j的簇编号

q'＝min(C(i),C(j))

步骤6)：更新Q和S。小区簇总数Q由于小区i和小区j所在的簇进行了合并，所以Q减少了一个，同时未处理的小区集合S将除去小区i和小区j

Q＝Q-1

S＝S/{i,j}

其中“/”表示将符号右边的集合从符号左边集合中删除，直至表示空集。

步骤7)：建立用户干扰加权图。对步骤3)至步骤6)中建立的小区簇中的用户建立用户加权干扰图。首先计算两用户之间的干扰权值并表示为ρ_mn

ρ_mn＝λ_nh_mn

其中λ_n表示用户n的归一化因子，h_in表示用户i和用户n之间的信道增益，可分别由下面公式计算得到

${\mathrm{\λ}}_n=\frac{r_{de,n}}{{\mathrm{\Σ}}_{\∀i\∈M_q/\left\{n\right\}}{r}_{de,i}}$

h_in＝P_iPL_in

此归一化因子λ_n为用户n的速率请求相对于当前小区簇q中所有用户速率请求之和所占的比重，M_q表示小区簇q中包含的用户集合；

根据步骤1)和步骤2)收集到的网络和用户信息，建立信道矩阵并表示为H

步骤8)：用户分簇初始化。在经由步骤3)至步骤5)的小区簇中选取小区簇q进行用户分簇，初始化q＝1，其中的用户集合初始化为

V＝M_q

其中M_q为小区簇q内的用户集合，初始化用户簇中权值上限E_th，分别初始化当前用户簇集合ζ及输出用户簇集合Φ为

当前用户簇内加权干扰总和表示为E，并初始化为

E＝0

根据步骤7)中计算的用户间干扰权值，初始化用户干扰矩阵为

Λ(m,n)＝ρ_mn

步骤9)：用户分簇。判断若当前用户集合V中还存在未分配的用户，即则随机取出一个用户v，将其放入当前用户簇集合ζ中

ζ＝{v}

更新当前用户集合V，‘\’操作表示将已分配簇的用户集合从未分配簇的用户集合中排除

V＝V\{ζ}

若E＜E_th，则从用户集合V中选取用户v'，‘∪’操作表示将其加入到当前的用户簇集合中，更新当前用户簇集合的权值E及当前用户簇集合ζ

ζ＝ζ∪{v'}

E＝E+ρ_v'n

其中ρ_v'n表示用户v'与当前用户簇集合ζ中用户之间干扰权值的最大值，重复进行上面的用户选取操作，直到E＞E_th。

步骤10)：将ζ保存至全局的用户簇矩阵Φ中，并且更新ζ

ζ＝0

反复进行步骤8)和步骤9)，直到

步骤11)：子信道动态分配初始化。初始化Φ为当前所选择的小区簇中的用户集合，初始化Ψ为每个用户的子信道选择矩阵。

步骤12)：用户选择。根据步骤10)得到了用户簇，下面需要对用户簇中的用户进行子信道分配，子信道可以在不同用户簇中的用户之间复用，以提高频谱效率，达到最终优化的目标，小区簇q中的用户簇p选择用户n^*

$n^{*}=\arg \underset{n\∈M_p}{max}{\mathrm{\Σ}}_{\∀m\∈M_q/\left\{n\right\}}{\mathrm{\ρ}}_{mn}=\arg \underset{n\∈M_p}{max}{\mathrm{\λ}}_n{\mathrm{\Σ}}_{\∀m\∈M_q/\left\{n\right\}}{h}_{mn}$

选择的用户n^*为用户集合中边权值之和最大的用户，即干扰与速率请求综合最大的用户。

步骤13)：子信道分配。计算选取的用户n^*当前的速率

$c_{n^{*}}=B\underset{\∀l\∈L}{\Σ}{a}_{n^{*},l}\log (1+{\mathrm{\γ}}_{n^{*},n}),\∀n^{*}\∈M_q,n\∈S,l\∈L$

${\mathrm{\γ}}_{n^{*},n}=\frac{p_n{\mathrm{PL}}_{n^{*},n}}{{\mathrm{\Σ}}_{\∀z\∈S,z\≠n}{p}_z{\mathrm{PL}}_{n^{*},z}+{\mathrm{\σ}}^2},\∀n^{*}\∈M_q,n\∈S$

若即当前用户n^*的速率小于需求的用户速率，则选取子信道l^*

$l^{*}=\arg \underset{\∀l\∈L}{max}\left(c_{n^{*}}\right)$

更新直到

步骤14)：用户簇之间复用。由于用户簇内的用户之间干扰最小，为了提高整个网络的频谱效率，与用户n^*处于相同用户簇的用户复用用户n^*所选择的子信道。

步骤15)：更新Ψ及Φ，‘\’操作表示将以满足用户速率需求的用户n^*从当前小区簇Φ中排除

Φ＝Φ\{n^*}

步骤16)：停止。每个用户按照Ψ中标记的子信道进行通信。

3.根据权利要求2所述的一种改进的基于加权图的超密集异构网络干扰协调方法，其特征在于：所述步骤1)中的干扰阈值门限Γ_th和步骤8)中的用户簇权值上限E_th均由运营商根据网络运行情况自行确定。