一种蜂窝异构网络资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，特别是蜂窝异构网络资源分配技术领域，设及一 种蜂窝异构网络资源分配方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的快速发展，新一代通信智能终端的广泛应用W及丰富多样数 据业务的不断涌现，用户业务需求对传统蜂窝网络提出了严峻的挑战。异构蜂窝网络技术 通过在传统宏蜂窝覆盖范围内，引入其他通信方式，如微微基站、家庭基站和中继站等，从 而可W有效解决盲区覆盖问题，减轻宏蜂窝网络的负载，在提升用户业务性能的同时可有 效降低运营成本。
[0003] 在宏基站与家庭基站异构融合的网络场景中，由于家庭基站非确定规划、随机接 入W及与宏基站共享频谱等特性，导致网络拓扑结构复杂、用户之间干扰较为严重，用户传 输性能严重受限，因此如何实现对家庭基站和宏基站用户的高效资源分配，W提高网络频 谱资源利用率及系统容量是亟待解决的问题。
[0004] 目前已有研究考虑蜂窝异构网络资源分配方案，如提出一种异构双层网络中下行 链路功率分配方法，家庭基站W最大化其小区容量为目标，而宏基站则在保证链路最低信 干噪比要求下W提高自身能量效率为目标，实现家庭基站及宏基站联合功率优化，W及网 络综合性能提升;也有研究提出了一种蜂窝异构网络联合功率和子信道分配方法，在满足 用户干扰口限和速率需求的前提下，优化子信道及功率分配W实现家庭基站吞吐量最大 化。
[000引 W上研究通过建模特定网络性能函数，基于优化理论确定对应性能函数最优的资 源分配策略，但现有研究未综合考虑各异构接入网络特性、网络之间存在竞争及合作关系 及用户业务需求等问题，难W实现网络综合性能优化。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蜂窝异构网络资源分配方法，该方法针对 包含一个宏基站(MBS)和多个家庭基站（FBSs)的蜂窝异构网络，MBS在满足宏蜂窝用户 (MUE)最小传输速率需求下，可划分其频谱，与各FBS共享频谱，而各FBSs之间无法共享频谱 的网络场景，如何实现FBSs频谱及传输功率分配问题，提出两阶段资源分配算法，具体为基 于破产博弈进行MBS与FBSs共享频谱传输速率分配，继而基于FBS效用函数优化实现带宽及 功率局部优化分配，重复上述步骤，直至算法收敛。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种蜂窝异构网络资源分配方法，该方法包括W下步骤：
[0009] 步骤一：基于用户业务需求确定初始带宽分配策略，记b= [bi，b2, . . .，bN]，其中 么 = B ; 扛1
[0010]步骤二：确定MBS与第i个FBS，记为FBSi，共享频谱部分最大传输速率，记为 r = [CT，C?，…，側；
[0011] 步骤S:建模破产博弈模型，确定MBS及FBS分配速率^ =[姆，礎，…，JC
[0012] 步骤四：基于F B S效用函数优化确定局部带宽及功率分配策略，记 6*=. 城，和片=if,.马,巧；
[0013] 步骤五:重复上述步骤，直到算法收敛，从而实现联合带宽及功率优化分配。
[0014] 进一步，在步骤一中，若满足FBSi最低速率需求为巧fs FBSi最大发送功率P/ax，贝。
确定FBSi的初始带宽为 其中^ =公，Pi为FBSi发送功率，Pm为MBS i=l 发送功率，hi为FBSi到F肥i信道增益，gm, i为MBS到FBSi信道增益，O2为传输信道噪声功率，记 FBSs初始带宽分配向量为b = [bi，b2,...，bN]。
[001引进一步，在步骤二中，基于初始带宽分配策略b=[bi，b2, . . .，bN]，确定MBS与FBSi 共享频谱部分最大传输速率为
，其中，hm为MB巧IjMUE信道增益，令 MBS最大速率分配向量为'护=防，嗯，…妨
[0016] 进一步，在步骤S中，给定FBSi共享频谱部分的MBS最大传输速率分配量/Cr ,MBS 传输速率需满足M肥最低QoS需求，即XiC >皆。，基于爲^巧：7及E成=瑞…限定条件， i~l I-=I 建模MBS各频段速率划分问题为破产博弈模型，采用夏普利值划分原则确定与FBSi共享频 谱的MBS传输速率义d
[0017] 进一步，构造联盟子集S，建模特征函数>'(別=maxf 0,巧:"I为联盟子集S所分配的 V 触 J 传输速率，定义与邱巧享频谱的MBS传输速率分配量为也咕…，皆]=[巧(叫，仍机..化-0')]' 其中，載的即为W特征函数V(S)为参数的与FBSi共享频谱的MBS所分配传输速率，调用公 式
计算MBS速率分配鳥，其中I S I表示集合S 中的元素数目，V (S) -V (S- {i})表示FBSi对联盟成员的贡献，
表示FBSi对联 盟成员贡献的权值。
[0018] 进一步，基于FBSi共享频谱的MBS速率分配
其中gi,m为 FBSi到MUE的信道增益，可确定Pi和bi的关系。
[0019]进一步，在步骤四中，建模FBSi的效用函数为：
;在满足
条件下确定局部优化MBS带宽分配及FBS功率分配策略，记(/，, = ?弓-"WX&，重复上述步 骤，直到满足收敛条件，实现带宽及功率分配方案。
[0021] 本发明的有益效果在于:本发明所述方法可W有效保障异构蜂窝网络宏用户及家 庭基站用户QoS需求，实现频谱资源共享，提高频谱利用率和网络综合性能。
【附图说明】
[0022] 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：
[0023] 图1为蜂窝异构网络场景示意图；
[0024] 图2为本发明所述方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0026] 图1为异构蜂窝网络场景图，如图所示，存在一个MBS与多个FBSs融合共存的网络 中，假设MBS与多个FBSs共享频谱资源，建立两阶段资源分配算法实现FBSs联合频谱分配及 功率分配策略，具体为基于破产博弈进行MBS与FBS共享频谱传输速率分配，继而基于FBS效 用函数优化实现带宽及功率分配。
[0027] 图2为本发明所述方法的流程示意图，本方法包括W下步骤:步骤一:基于用户业 务需求确定初始带宽分配策略，记b=[bi，b2, ...，bN];步骤二：确定MBS与FBSi共享频谱部 分最大传输速率，记V^ = [>C：^，iC^...，巧;'：^>步骤S:建模破产博弈模型，确定分配速率 9? = [乂,，成，…，妨];步骤四：基于FBS效用函数优化确定局部带宽及功率分配，记