一种密集异构蜂窝网络中面向干扰对齐的资源管理方法
【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干扰对齐 的资源管理方法。
【背景技术】
[0002] 移动通信的快速发展，带动了移动互联网和高宽带数据业务的爆炸式增长，未来 无线网络将面临严重的网络容量不足和频谱资源匿乏等问题。因此，第五代移动通信技术 (The 5th Generation Mobile Communication System,5G)将密集小基站（Small Cell)网 络部署W构建立体式层叠网络进行深度覆盖来作为提升网络容量的关键技术之一，其通过 在家庭室内环境、热点区域等部署低功率的小基站（本发明中小基站泛指微基站 (microcell)、家庭基站(femtocell)、中继节点（relay)等低功率节点）W有效地提升网络 容量，扩展网络覆盖范围，同时降低网络运营和维护的成本。然而，有限的频谱资源和高密 度的部署等诸多因素，导致了密集异构蜂窝网络中出现严重的干扰问题亟待解决，且严重 阻碍了网络容量和服务质量(如ality of Service,QoS)的提升。
[0003]干扰对齐（Interference Alignment，IA)，作为一种很有前景的利用干扰开发干 扰增益的干扰管理技术，目前在无线认知网络和异构蜂窝网络中广泛应用。但任何技术在 实际部署中往往伴随着协调性、复杂性和信息交换等限制因素，例如收发端的天线数量和 联盟的大小限制了干扰对齐技术的实施等。因此，在密集异构蜂窝网络下，基于联盟博弈思 想结合当前蜂窝网络中如多天线传输技术(Multiple-Input-Multiple-output ,MIMO)、正 交频分复用技术（〇：rthogonal Frequen巧 Division Multiplexing,(FDM)等先进技术，研 究哪些节点协作形成联盟实现资源的高效分配，进而结合干扰对齐最大限度消除干扰。当 前就消除干扰方面，基本包括W下几个技术:基于博弈论的资源分配、多天线通信的干扰对 齐、多用户的协作传输等。
[0004]西安电子科技大学的专利申请文件"分布式认知无线网络基于联盟博弈的频谱分 配方法"（公开号CN103260166A，申请号201310120637.X，申请日2013.03.25)中公开了一种 分布式认知无线网络基于联盟博弈的频谱分配方法。该方法运用博弈理论解决现有技术在 认知无线网络不能充分利用综合化和整体局部的思想分配空闲频段的问题，有效地提高频 率利用效率和资源分配的公平性。该方法不足之处在于其无法解决高密度异构网络下的频 谱分配问题。
[000引南京邮电大学的专利申请文件"一种基于D2D通信的蜂窝网络的干扰对齐方法" (公开号CN104717035A，申请号201510090159.1，申请日2015.02.27)中公开了一种基于D2D 通信的蜂窝网络的干扰对齐方法。该方法运用干扰对齐技术解决多天线D2D通信在蜂窝网 络中D2D通信链路复用蜂窝下行资源情况下，蜂窝基站与D2D终端之间和D2D终端之间的干 扰问题。该方法不足之处是:在高密度网络场景下，正反迭代运算次数较多，收敛速度较慢， 同时频谱利用率较低。
[0006]南京邮电大学的专利申请文件"基于联盟博弈的多用户协作频谱感知方法"（公开 号CN104780007A，申请号201510159725.x，申请日2015.04.03)中公开一种基于联盟博弈的 多用户协作频谱感知方法。该方法运用联盟博弈理论分析多用户协作感知问题，提高频谱 感知检验概率，同时减少对主用户的干扰。该方法的不足是：不能实现灵活的频谱资源管 理，无法解决异构蜂窝网络中的频谱资源匿乏等问题。
【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干扰对齐 的资源管理方法，该方法解决了密集部署异构蜂窝网络中频谱资源匿乏和严重干扰的问 题，且面向干扰对齐实现了高效的资源分配，有效地提升了网络容量和频谱效率。
[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干扰对齐的资源管理方法，其包括如下步骤：
[0010] 步骤1、网络状态初始化
[0011] 初始化密集部署小基站完全复用宏基站的频谱资源，且宏基站和小基站均采用相 应的最大下行功率传输数据。
[0012] 步骤2、形成稳定联盟分区
[0013] 所有小基站基于接收的信号强度指示(RSSI)广播导频信号，并发现邻近干扰小基 站，进而估计相应信噪比（SINR)并据此形成干扰列表。小基站从干扰列表顶端开始计算合 作代价W发现潜在合作小基站，并判断当前考察的小基站与潜在的合作小基站是否可形成 新联盟。周期性遍历所有小基站至形成稳定联盟分区，即任一小基站脱离原联盟形成的新 联盟分区的联盟总效用均小于当前稳定联盟分区的联盟总效用。
[0014] 步骤3、联盟间资源管理
[0015] 基于步骤2的稳定联盟分区，依据频谱租赁方案和此模型下宏基站效用函数和小 基站总效用函数，计算该联盟内最优时隙长度系数和小基站发射功率并据此分配相应时隙 长度的资源给该联盟内小基站，同时联盟内小基站按优化后传输功率发射信号。本发明在 联盟间通过分配正交资源W规避联盟间干扰。本发明W正交频谱租赁方案为例，同时本发 明适用于正交子载波等其他维度的资源管理。
[0016 ]步骤4、联盟内干扰对齐
[0017] 所有联盟内的小基站用户间构造并利用迫零干扰抑制矩阵实施干扰对齐进而消 除联盟内干扰。
[0018] 步骤5、考虑网络环境变化，如用户的移动性和新基站的部署，周期性重复W上步 骤，实现稳定联盟分区下的联盟间资源管理和联盟内干扰对齐。即当网络环境变化时，周期 性地依次重复形成稳定联盟分区、实现稳定联盟分区下的联盟间资源管理和联盟内干扰对 齐的步骤。
[0019] 优选的方案，步骤2所述的形成稳定联盟分区的方法步骤为：
[0020] (1)、构建干扰列表
[0021 ] la)、所有小基站i EKt广播导频信号，并通过小基站所属用户收集相邻小基站j E Kt的RSSI，其中时为小基站集合；
[0022] lb)、基于收集的RSSI信息，小基站i发现邻近小基站j的干扰，估计相应SINR，并据 此形成按照干扰由大到小排序的干扰列表。
[002引（2)、形成联盟
[0024] 2a)、小基站i从干扰列表顶端开始计算与相应小基站j的合作代价巧片），
?表示小基站i发射到潜在合作小基站j所在联盟S最远小基站用户FeS的传 输功率(VO为最小信噪比的口限值，0%均匀可加高斯白噪声(AWGN)均值，I巧^2为小基站i 到小基站用户T的信道增益），且合作代价满足 [00巧]巧(巧《与脚
[0026] 其中，表示小基站最大传输功率，即联盟边缘小基站用户接收小基站信号的 信噪比高于口限值时，小基站jes为潜在合作对象；
[0027] 2b)、
[002引计算联盟前的小基站效用Xi(Si，&)和联盟分区的联盟总效用u(Si，Sj)，
[0031] 式中，&，Si分别为小基站j，i所在联盟，…为小基站权重系数，gi(Ri)=Ri为小基 站用户满意度函数，表示小基站用户对当前可达速率Ri的满意程度;B为信道带宽，I出,k 12表 示小基站i与其所属用户keli，（Ii为小基站服务用户总数）间的信道增益，P功小基站i的 发射功率，I Hj,k P为其余小基站j EKt, j * Si与用户k间的信道增益，Pj为小基站j的发射功 率，O2为均匀可加高斯白噪声(AWGN)均值，I化,k| 2Pi表示小基站用户接收到的有用信号，
表示小基站用户接收到的除原联盟小基站外的干扰信号和噪声之和， -表示小基站用户当前的信干噪比；
[0032] 2c)、估算联盟后的小基站效用Xl(SA{i}，SJU{i})和新联盟分区的联盟总效用u^ (Si\{i}，SjU{i})，
[0035] 式中，Si，&分别为小基站i，j所在联盟，Si\{iWP&U{i}分别表示小基站i