一种基于吉布斯采样的超密集异构网络最优小区范围扩展偏置调整方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动通信中的无线接入技术领域，具体涉及无线通信系统中一种基于 吉布斯采样的超密集异构网络小区范围扩展偏置调整方法。
【背景技术】
[0002] 超密集异构网络是下一代移动通信系统中的一项关键技术，通过在宏小区的覆盖 范围内密集部署低功率小小区提升网络频谱利用率和网络容量。然而，宏小区与小小区之 间的功率差异会限制小小区的覆盖范围，导致网络容量增益受限和小区间负载均衡等问 题。传统的用户接入优化方法对网络拓扑变化敏感，需要不断迭代运行以适应网络变化，计 算复杂度过高，不适用于站点数量多、拓扑复杂的大规模超密集异构网络场景。小区范围扩 展技术可以通过为各小小区设置特定的小区范围扩展偏置，简单地将用户强制接入小小区 以扩大小小区的覆盖范围，有效解决超密集异构网络容量、负载均衡等问题，然而如何调整 小区范围扩展偏置以最大化网络效用是一个非确定性多项式困难（NP-hard)问题。此外， 已有用户接入及小区范围扩展方法仅以提升某一种速率相关系统效用为目标，如提升网络 容量或负载均衡，没有通用方法解决所有速率相关效用函数的最优化问题。本发明基于吉 布斯采样，提出一种超密集异构网络中最优的小区范围扩展偏置调整方法，该方法能够以 极低的计算复杂度获得以最优化任何速率相关效用函数为目标的最优小区范围扩展偏置。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是在超密集异构网络中提出一种最优小区范围扩展偏置调整方法。 该方法能够通过调整各小小区的范围扩展偏置获得任何速率相关系统效用函数的最优解， 这些速率相关系统效用函数可以是系统吞吐量、系统中低于一定速率门限的用户数或者系 统的比例公平吞吐量等。
[0004] 本发明提出的基于吉布斯采样的超密集异构网络小区范围扩展偏置调整方法，包 括如下步骤：
[0005] 初始化。假设系统中共有Μ个宏小区、L个小小区和K个用户。宏小区集合记 为顧:，小小区集合记为￡，所有小区集合记为（C= ￡丨），其中U表示两个集合的并 集，用户集合记为冗。只有小小区可以调整其范围扩展偏置以最优化网络效用，任意小小 区的可用范围扩展偏置集合为B= gUMmU，其中b_为最 小偏置，b_为最大偏置，△为偏置间隔，由运营商定义；任意宏小区m的范围扩展偏置Λ,;; =()(VmV〇。记小小区i的范围扩展偏置为h，初始化时，任意小小区i的范围扩展偏 置夂=0(We￡)。用户k接收到的来自小区:<r(ceC)啲接收信号功率记为C，初始化时， 各用户选择接收信号功率最大的小区作为其初始服务小区，用户k的服务小区记为Sk。
[0006] 第一步：宏小区采集网络中的小小区信息，构造小区间偏置影响关系图：首先， 宏小区采集网络信息，对网络中密集部署的小小区中任意一对小小区U，j}，根据接收 信号平衡点位置处接收到的来自小小区i和j的信号功率相等，在小小区i、j连线上 二分法查找接收信号平衡点e的坐标记小小区i、j的位置坐标为（Xl，yi)、 "^^，二分法查找平衡点的方法为：定义匕^彡二匕^入⑴…彡二^又^临时 坐标（Xt^ytMp) = ((Xi+x；!)/2,（yfy》/2);比较临时坐标位置接收到的来自小小区i、 j的信号功率C;,,·、，用临时坐标位置取代（Xl，yi)，即（Xl，yi)= (χ_Ρ，ytOTP)，否则，用临时坐标位置取代（χ2,y2)，即（χ2,y2) = (χ_Ρ，yten>P);更新临时坐标 (XtempJtemp) = ((Xi+X2)/2, (yi+yj/〗）；按上述方法比较临时坐标位置接收到的来自小小 区i、j的信号功率并继续更新（XiA)、（x2，y；!)及临时坐标（χ_Ρ，γ_Ρ)，直至连续两次更 新的临时坐标间距离小于距离门限dth= 〇. 1;将最后一次使用的临时坐标设为平衡点坐 标，即（n) = (xtenp，ytenp)。然后，比较平衡点e位置处来自小小区i和j的最大偏置后 接收功率C+t、/^+1，如果平衡点e位置处来自i和j的最大偏置后接收功率 均大于来自所有站的最大非偏置接收功率，VCeC}，则i和j 均有机会竞争服务平衡点e处的用户，即i和j存在相互偏置影响关系，称i和j互为邻居 小区；接着，按照上述方法判断所有小小区对的相互偏置影响关系。最后，构造偏置影响关 系图，偏置影响关系图中顶点为所有小区，存在相互偏置影响关系的小小区间存在一条边， 表示这两个小小区互为邻居，宏小区与其覆盖的任一小小区互为邻居。记小小区i的邻居 小区集合为Μ。
[0007] 第二步：宏小区根据偏置影响关系图对小小区分组，保证同一组内小小区间没有 相互偏置影响关系：首先，为小小区构成的偏置影响关系图初始化一个含有一种颜色的颜 色池，初始化各小小区的邻居已使用的颜色数为零，计算各小小区的邻居数。然后，找邻居 数最多的小小区作为待着色小区，用颜色池中第一种未被该小小区的邻居使用的颜色为该 小小区着色，若不存在未被其邻居使用的颜色，则为颜色池添加一种颜色为该小小区着色； 接着，更新各小小区的邻居已使用的颜色数，将未着色的小小区中邻居已使用颜色数最多 的一个作为下一个待着色小区，若所有未着色小小区的邻居已使用的颜色数相同，选邻居 数目最多的小小区作为下一个待着色小区，否则在其中随机选一个小小区，按照上述方法 为其着色，直到所有小小区都被着色。最后，把所有颜色相同的小小区作为同一个分组，记 录总的分组数R及各分组中的小小区，第r组中的小小区集合记为4。
[0008]第三步：宏小区向小小区广播小区间偏置影响关系图及小小区分组情况。
[0009] 第四步：用户判断其可能的候选服务小区，并将候选服务小区信息发送给当前 服务小区：首先，各用户记录其接收到的来自所有小区的接收信号功率，对于用户k，如 果其接收到的来自任一小区c(ceC}的最大偏置后接收功率C+C"(若则 ^Γχ=0;若ee/：，则)大于其接收到的来自所有小区的最大非偏置接收功率 0^{^，力￡〇，则该小区(3为用户1^的候选服务小区。然后，各用户1^记录其候选服务 小区集合G并通知其当前服务小区。
[0010] 第五步：设置各组小小区集合的偏置更新时间：为R组小小区集合设置不同的小 区范围扩展偏置更新时刻，以更新其集合内小小区的范围扩展偏置。
[0011] 第六步：待调整范围扩展偏置的小小区通知邻居小区偏置调整需求：每一时刻t， 待更新小区范围扩展偏置的第r组小小区集合4中的各小小区/(V/_e￡,)通知邻居小区其 偏置调整需求。
[0012] 第七步：待调整偏置的小小区及其邻居小区计算并交互用户数及信干噪比更新信 息：假设小小区i是当前时刻待调整扩展偏置的小区，小小区i的各邻居小区jXWoV；)接 收到来自小小区i的偏置调整需求后，按照公式（1)、（2)计算不同匕取值对应的小区j内 用户数K 及小区j内用户k的信干噪比;^执，1)7)
[0015] 其中，《%为除小区i外其他小小区的范围扩展偏置构成的向量木〇3(〖-))为前一 时刻t-小区j内的用户数；bi(t-)为时刻t的前一时刻t-，小小区i的小区范围扩展偏置；Sk(b(t_))为前一时刻t_所有小区的范围扩展偏置构成的向量b(t_)下，用户k的服务小 区；Sk(b⑴）为当前时刻，若小小区i选择h作为范围扩展偏置，用户k的服务小区，可根 据公式（3)获得；
[0017]yk(b(t-))为前一时刻t-所有小区的范围扩展偏置构成的向量b(t-)下，用户k 的信干噪比；S为指示函数，若δ函数括号内的等式或不等式成立，则δ= 1，否则δ= 0。按照公式（4)、（5)计算不同h取值对应的小小区i内用户数乂；)及小区i内用户 k的信干噪比
[0018]
[0020] 其中Kjb(t_))为前一时刻t_小区i内的用户数。交互用户数及信干噪比更新 信息。
[0021] 第八步：交互效用更新信息：由于任何速率相关系统效用都是仅与各小区内用 户数及用户信干噪比相关的函数，根据上一步计算得到的相关小区用户数及信干噪比信 息，待调整范围扩展偏置的小小区i及邻居小区./(ν/β:Λ:)可以计算得到不同匕取值下， 其各自获得的小区效用其中，bA;，为小小区i的邻居小区范围扩 展偏置构成的向量。邻居小区计算得到％ 后，将获得的小区效用增益 Δ%j= %⑷~卜％P-)发送给小小区i，其中u,(t-)为前一时刻t-小区j获得 的效用。
[0022] 第九步：计算局部效用：待调整范围扩展偏置的小小区i计算不同4取值下，其获 得的局部效用为
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[0024] 第十步：根据吉布斯采样概率，进行小区范围扩展偏置采样：按照公式（7)的吉布 斯采样概率分布^的对可能的bi进行采样，
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