一种lte系统中基于能效的多小区资源分配算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，涉及一种LTE系统中基于能效的多小区资源分配 算法。
【背景技术】
[0002] LTE技术主要以OFDM和M頂0为核心技术基础，具有更低的传输时延、更高的数据 速率、更大的容量和覆盖率、更少的运营费用以及优化的网络架构等特点，已在全球范围内 得到迅速发展，成为全球无线移动通信的主流技术。然而随着LTE无线通信网络规模的不 断扩大和用户数目的激烈增长，LTE无线通信系统所消耗的能量也在快速上涨，带来了巨额 的开销，同时，系统排放的温室气体量也在增长，加剧了环境污染。通信行业节能减排的工 作势在必行、刻不容缓。
[0003] 有关研究表明，基站的能耗约占系统总能耗的57%，是整个通信网能耗中所占比 例最尚的部分，可见，提尚基站的能量利用率，减少基站的能耗，是实现整个通彳目网节能减 排的关键部分。在LTE网络中，上下行链路的资源分配都是由基站控制的，因此，有效合理 的资源分配算法对于减少基站侧的能量消耗尤为重要。
[0004] 传统的资源分配算法大都是基于比例公平、最大载干比、轮询等算法，在考虑用户 的公平性前提下，以提高系统的吞吐量为目标，很少考虑基站的能耗问题。在当今绿色通信 的时代，通过研究基站节能的资源分配算法来减少基站的能耗、减少运营商的成本、降低环 境污染，已成为绿色通信行业的一大趋势。
[0005] 近年来，基于能效的资源分配算法的研究主要有：（1)最小传输功率（MP)资源算 法：该算法考虑的是每比特信息进行传输所需要的最小传输功率，把资源块RB分给进行每 比特信息传输所需传输功率最小的用户，从而达到节能的目的。该算法在保证用户的QOS 需求和公平性的同时，减少了能量的消耗。（2)联合考虑调制编码等级和功率控制的资源 分配算法：该算法根据用户的实时信道质量条件，自适应的选择调制编码方式，在满足用户 QOS条件下，使总传输功率达到最小化。该算法对抑制小区间干扰起了一定作用，并且在不 增加带宽的前提下，使小区容纳了更多的用户。然而所述节能算法是适用于峰值负载场景 的，没有考虑小区间的低负载、不均衡性等因素。
[0006] 实际通信中，用户终端进入某个小区是不确定的，同时各个用户对业务的需求也 是不同的，这就导致各个小区的负载不均衡以及用户之间资源分配的差异。如果基站仍然 按照寻常的工作方式为用户传输数据，那么对于负载重的小区会有用户达不到最小数据速 率要求以及新到用户无法接入，而负载低的小区的资源却空闲，同时信道质量好的用户不 能获得可达速率高的PRB，这样就造成了能量和其他空闲资源的浪费。可见，研究低负载不 均衡场景下的节能资源分配算法，对于提高整个通信网的频谱利用率和实现网络的能量节 约具有重要意义。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LTE系统中基于能效的多小区资源分配算 法，所要解决的问题是：由于用户终端进入某个小区是不确定的，同时各个用户对业务的需 求也是不同的，这就导致各个小区的负载不均衡以及用户之间资源分配的差异。对于负载 重的小区会有用户达不到最小数据速率要求以及新到用户无法接入，而负载低的小区的资 源却空闲，同时信道质量好的用户可能不能获得可达速率高的PRB，这样就造成了能量和其 他空闲资源的浪费。本发明提出的基于能效的资源分配算法，不仅提高了整个系统的资源 利用率，还实现了系统的能量节约。
[0008] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0009] 一种LTE系统中基于能效的多小区资源分配算法，在本方法中，在每个小区中建 立一个邻小区列表，该列表中存储邻居小区的位置、负载、PRB资源信息；小区之间周期性 交互彼此的上述信息，以便及时更新自己的邻小区列表；判断小区中是否存在未满足最小 数据速率的用户，如果存在，为其分配额外的PRB，如果本小区的空闲PRB不充足，将重叠区 域中的可切换用户（边界用户）切换到目标邻小区，以满足每个用户的最小数据速率要求， 同时保证用户的QOS;通过将信道质量最好的用户所在小区的信道质量最差的可切换用户 切换到对应的目标邻小区，可以给信道质量最好的用户留出更多的PRB资源，进而提高多 小区的和数据速率；在小区内，通过将所有剩余PRB、其他用户的可转移PRB搬移给信道质 量最好的用户以及交换能提高两个用户的和数据速率的不可转移PRB，提高小区的数据速 率。
[0010] 进一步，在本方法中，小区间用户切换方法具体包括以下步骤：
[0011] 1)在小区S内，计算每个用户在已分配的每个PRB上的可达速率，求出用户获得 的总速率，判断用户是否达到最小数据速率要求，对于未达到要求的用户，按其最小数据速 率要求与实际获得的数据速率的差值由低到高排序，组成列表Kl;如果还有空闲PRB，从空 闲PRB列表中，选取可达速率最小的PRB分给列表Kl中最前面的用户，直到该用户的最小 数据速率要求得到满足；如果Kl为空，就转到步骤4)，否则就转到步骤2);
[0012] 2)如果小区s内没有足够的空闲PRB，但仍有未满足最小数据速率要求的用户，则 查看小区s的边界用户列表UE_List(处于小区s和其邻小区的重叠区域的用户），判断该 列表中是否有可切换的用户，如果有，则选择最佳用户切换到目标邻小区S1,S1满足的条件 为：其信道质量最好的用户：
[0013]
其中t表示小区&的信道质 量最好的用户，且S1是可用的邻居小区；按上述方法分配PRB，直到小区内所有用户达到最 小数据速率要求，或UE_list为空；
[0014] 3)上述切换结束后，对于集合L=.+ ,中信道质量最好的用户对应 的小区，判断如果将该小区UE_List列表中信道质量最差的可切换用户切换到最佳目标小 区，在两个小区都将各自所有剩余PRB分给各自信道质量最好的用户的条件下，两个小区 的和数据速率是否比切换前有提高，如果有提高就进行切换，否则不进行切换；如果所有小 区都进行了上述切换的遍历，就进行步骤4);
[0015] 4)对于每个小区，将小区中所有的剩余PRB全部分给该小区中信道质量最好的用 户。
[0016] 进一步，在本方法中，小区内用户间PRB转移和交换算法具体包括以下步骤：
[0017] 1)遍历每个用户，区分用户的可转移PRB和不可转移PRB;
[0018] 2)将小区内其他用户的可转移PRB转移给信道质量最好的用户；
[0019] 3)对于不可转移的PRB，若将某两个不可转移的PRB的归属用户互换，这两个用 户的和数据速率提高，且两个用户仍然满足最小数据速率要求，则进行互换，否则不进行互 换。
[0020] 本发明的有益效果在于：本发明所述的方法通过两次小区间用户切换算法和小区 内用户间的PRB转移和交换算法，使多小区间低负载、不均衡的问题得到解决，提高了多小 区的资源利用率，并根据信道质量条件在小区间切换用户，同时将可达数据速率高的PRB 分配给信道质量最好的用户以最大化了小区的数据速率，进而实现整个系统的能耗降低
【附图说明】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0022] 图1为两次小区间用户切换算法流程图；
[0023] 图2为小区内用户间PRB转移和交换算法流程图。
【具体实施方式】
[0024] 在本发明所述的方法中，两次小区间用户切换算法的采用，具体描述为：对于拥有 信道质量最好的用户的小区，将该小区中信道质量较差的用户切换到目标小区，该目标小 区能满足被切换用户的最小数据速率要求，且该目标小区存在于源小区的邻居列表里；小 区内用户间的PRB转移和交换算法的采用，具体描述为将其他用户的可转移PRB转移给该 小区内信道质量最好的用户，交换能使两个用户的和数据速率增大的不可转移PRB。
[0025] 第一次切换是：计算每个用户是否达到最小数据速率要求，给未达到最小数据速 率要求的用户分配额外的PRB。如果小区内没有充足的额外PRB，就将该小区中处于重叠 区域的可切换用户切换到最佳的邻居小区；在上述切换完成后，实施第二次切换，计算每个 用户的信道质量，选出每个小区的信道质量条件最好的用户，对这些用户按信道质量由高 到低排序，判断如果将该序列的第一个用户对应的小区内的可切换用户切换到最佳目标小 区。
[0026] 小区内用户间的PRB转移和交换算法包括：遍历每个用户，区分用户的可转移 PRB和不可转移PRB;将其他用户的可转移PRB转移给信道质量最好的用户；对于不可转移 PRB，根据信道质量由高到低，遍历所有用户，如果将某两个用户的