一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其设及一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享 的业务卸载方法。
【背景技术】
[0002] 随着移动通信飞速发展，业务数据需求的激增与频谱资源间的稀缺成为未来移动 通信发展的机遇和挑战。然而，在当前异构网络高度融合发展的环境下，在宏蜂窝内部署包 括微蜂窝(Microcell)、家庭基站(Femtocell)及中继节点(Relay Node)在内的各种低功率 节点（即微基站)成为提升网络容量的关键技术之一。由于微基站覆盖范围和天线数量限制 等约束因素，导致网络中存在严重的负载不均匀和频谱利用率低下等问题，阻碍异构蜂窝 网络的进一步部署和频谱利用率的提升。
[0003] 业务卸载作为一种很有前景的提升频谱利用率的方案，是实现在特定条件下将网 络中的部分数据流量卸载其它网络的技术。但在密集的异构蜂窝网络中，无线环境的异构 性及复杂性大大增加，现有的业务卸载技术不能更高效地分配资源和缓解干扰，因此导致 了异构蜂窝网络性能低下的问题。因此，如何在密集异构蜂窝网络情况下结合其它先进技 术进行合理的业务卸载实现高效的资源利用，W提高网络整体性能，成为亟待解决的问题。 当前在提升频谱资源利用方面，基本包含如下几个技术:基于状态信息的频谱租赁技术、基 于不同Qos的业务卸载技术、基于博弈论的非合作资源分配方法。
[0004] 西安电子科技大学的专利申请文件"一种分层蜂窝网络中频谱租赁方法"（公开号 CN103561409A，申请号201310385814.7,申请日2013.08.29)中公开一种分层蜂窝网络中频 谱租赁方法，该方法依据服务商收到的广播信息实时调整频谱定价和发射功率。但该方法 的不足之处是:在密集异构蜂窝场景下时，需要服务商间交互次数和交互信息数据较大，而 其不能保证时变的无线数据业务和动态的无线信道衰落等场景下的实时性的要求。
[0005] 北京邮电大学的专利申请文件"基于不同QoS的业务卸载方法"（公开号 CN103327541A，申请号201310187980.6,申请日2013.05.20)中公开一种基于不同QoS的业 务卸载方法，该方法设计了业务卸载相关影响因子并据此选择业务卸载目标基站，提高无 线资源的利用率。该方法存在不足之处是:没有考虑目标基站卸载业务后导致基站性能下 降的问题，且未采取适当激励措施W促进基站间合作。
[0006] 西安交通大学的专利申请文件"LTE-A中继系统中基于博弈论的无线资源优化方 法"（公开号CN103369568A，申请号201310291899.2，申请日 2013.07.11)中公开了一种LTE-A中继系统中基于博弈论的无线资源优化方法，该方法主要解决了当蜂窝小区中引入中继 时在系统吞吐量和用户公平性之间的折中问题。该方法存在的不足是:其博弈资源优化过 程中需要多次求解一阶偏导数，计算复杂且收敛速度慢。
【发明内容】
[0007] 本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种密集异构蜂窝网络中面向资源共享 的业务卸载方法，该方法通过研究密集异构蜂窝网络中宏-微基站合作框架，并结合频谱租 赁和业务卸载技术，实现了频谱资源的高效利用，并提高了网络整体性能。
[0008] 为解决现有技术中存在的问题，采用的具体技术方案是：
[0009] -种密集异构蜂窝网络中面向资源共享的业务卸载方法，包括W下步骤：
[0010] S1、初始化网络资源状态；
[0011] S2、面向多信道形成稳定联盟分区；
[0012] S3、联盟内频谱租赁及业务卸载；
[0013] S4、考虑网络环境变化时，周期性重复W上步骤，实现多信道稳定联盟分区下的联 盟内频谱租赁和业务卸载。
[0014] 优选的方案，步骤S1所述初始化网络资源状态中，微基站复用宏基站的部分频谱 资源，且宏基站和微基站保持固定的下行功率传输信号。所述固定的下行功率为最大的下 行功率。
[0015] 进一步优选的方案，步骤S2所述面向多信道形成稳定联盟分区的方法步骤为：
[0016] S21、面向多信道构建干扰列表；
[0017] S22、形成稳定联盟。
[0018] 所述面向多信道构建干扰列表的方法为：
[0019] S21a、基于接收的信道强度指示(RSSI)，宏基站通过所属宏基站用户检测活跃在 所有被复用的下行子信道kEK(K为复用子信道数量）中的微基站，微基站亦感知所复用 子信道中的宏基站用户；
[0020] S2化、所有复用的下行子信道中的宏基站用户mekm化m为复用子信道k中的宏基站 用户数量)将检测到的微基站干扰由强到弱排序，分别形成相应子信道的干扰列表，并通过 无线信道反馈给宏基站；
[0021] S21C、微基站n￡N(N为微基站数量)将所复用子信道中所感知到的宏基站用户按 距离由近到远排序。
[0022] 所述形成稳定联盟的方法为：
[0023] S22a、宏基站基于干扰列表，依次与相应子信道k中的微基站neNk，NkEN(Nk为复 用子信道k的微基站数量)成对进行磋商，当微基站η有意愿合作形成新联盟，则作为潜在合 作对象；
[0024] S2化、宏基站与潜在合作微基站η计算联盟前的用户效用Xi( Sn，Π Ν)，（ i Ε Sn，Sn为 此信道下的潜在联盟，i为潜在联盟内宏基站用户mU微基站用户lELn，Ln为微基站服务的 微基站用户数量，Πν为联盟分区）和联盟总效用V(Sn，nN)。联盟前的联盟总效用V(Sn，nN) 计算式如下：
[0025]
[0026] 上式表示潜在合作联盟内所有用户的效用之和，|Sn|为联盟内用户数量，
表示对当前潜在合作联盟内的宏基站用户效用和微基站用户效用求和。其 中，联盟前的用户效用Xi(Sn，nN)可分为宏基站用户效用Xm(Sn，nN)和微基站用户效用XI (Sn，nN)，分别按下式计算：
[0027]
[002引式中，/if (Sn，nN)哺//e(Sn，nN)S分别为当前联盟分区下非合作情况的宏基站 用户的可达信息速率和微基站用户的可达信息速率，Sn为此信道下的潜在联盟，Πν为当前 联盟分区，和D严分别为非合作情况下宏基站用户的平均时延和微基站用户的平均时 延，δ e (0，1)为传输容量-时延权衡系数，即系统对传输时延的容忍度，其中，非合作情况下 的宏基站用户可达信息速率//f (Sn，nN)S计算如下：
[0029]
[0030] 该式表示宏基站用户m受到相同子信道中微基站干扰时的可达信息速率，其中，B 表示该宏基站用户m所属子信道的带宽，log为10为底的对数运算，I化,ml2表示宏基站(下标 0表示宏基站）和宏基站用户m之间的信道增益，Po表示宏基站对于其用户m的发射功率， Hn," I嗦示微基站和宏基站用户m之间的信道增益，Pn表示微基站η的发射功率，0%高斯白 噪声(AWGN)均方值，山〇,m|2P〇表示宏基站用户接收到的有用信号功率：
表示宏基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和
表示宏基站用户接 收到的相同子信道中的微基站干扰信号之和
I示宏基站用户m此时的 信干噪比。
[0031] 非合作情况的微基站用户可达信息速率//严（?ΕΙη,Ιη为微基站服务的微基站用 户数量)按下式计算：
[0032]
[0033] 该式表示联盟前微基站用户1受到宏基站和相同子信道中微基站的干扰时的可达 信息速率，其中，Β读示该微基站用户1所属子信道的带宽，?Ηη,ιΙ嗦示微基站η和微基站用 户1间的信道增益，Ρη表示微基站η的发射功率，I化,i| 2表示宏基站和微基站用户1之间的信 道增益，P质示宏基站的发射功率，?Ηι,ιΙ嗦示微基站巧日微基站用户1间的信道增益，Pi为 微基站的发射功率，I Η η , 1 I 2 P η表示微基站用户接收的有用信号功率，
表示微基站用户接收到的干扰信号和高斯白噪声之和，I化,1|中0 表示微基站用户1接收到宏基站的相同子信道的干扰信号
6表示微基站用户1 接收到相同子信道下的微基站i的干扰信号
I示微基站用户1 此时的信干噪比；
[0034] Df'和巧W分别为非合作情况下宏基站用户的平均时延和微基站用户的平均时 延，计算式如下：
[0035]
[0036] 其中，考虑非合作情况下最大重传数为D时宏基站用户的实际通信负载i/f和微 基站用户的实际通信负载每*分别为
[0037]
[0038] λ。和M(bits/s)分别表示按M/D/1排队模型时由泊松到达过程确定分组的宏基站-宏基站用户的平均到达速率和微基站-微基站用户的平均到达速率，d为当前重传数，巧 和巧分别表示非合作情况下宏基站用户传输成功的概率和微基站用户传输成功的概率， 即当信噪比（SINR)高于所设定的相应目标值丫m、丫 1的概率
α = 1或m) 表示数据第d次重传才成功的概率，计算式分别如下：
[0039]
[0040] 其中，Pr{SINR> 丫 }表示信干噪比大于一定目标值丫时，数据成功传输的概率分 布，I化,ml2表示宏基站(下标0表示宏基站)和宏基站用户m之间的信道增益，Po表示宏基站对 于其用户m的发射功率，|Hn,"|嗦示微基站和宏基站用户m之间的信道增益，Pn表示微基站η 的发射功率，σ2为高斯白噪声(AWGN)均方值，丫 m为宏用户成功传输目标值，I化,m 12Ρο表示宏 基站用户接收到的有用信号功率，
表示宏基站用户接收到的干扰信号 和高斯白噪声之和
表示宏基站用户接收到相同子信道中的微基站干扰信 号之和
表示宏基站用户m此时的信干噪比；
[0041] I Ηη,ι I嗦示微基站η和微基站用户1间的信道增益，I化,11嗦示宏基站和微基站用 户1之间的信道增益，Ρη表示微基站η的发射功率，Ρο表示宏基站的发射功率，I出,l| 2表示微 基站i和微基站用户1间的信道增益，Pi为微基站的发射功率，丫 1为微基站用户成功传输目 标值，阳,ml中0表示微基站用户接收到的有用信号功率
表示微 基站用户接收到的