一种蜂窝异构网络用户关联及资源分配方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动通信技术领域，设及一种蜂窝异构网络用户关联及资源分配方法 及装置。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术快速发展，各种智能终端呈现爆炸式的增长趋势，丰富多样的 数据业务也不断涌现，用户高速率业务需要对传统蜂窝网络提出了严峻的挑战。蜂窝异构 网络技术通过在传统宏蜂窝覆盖范围内，引入低功率节点，如中继站点、微微蜂窝站点和家 庭基站等，有针对性地加强特定区域的覆盖，形成多层网络覆盖，可有效实现用户QoS保障， 提升系统资源利用率。
[0003] 蜂窝异构网络场景中位于重叠覆盖区域的用户可实现与不同网络建立关联实现 数据传输，如何优化选择关联网络对实现用户传输性能的增强具有重要意义。此外，用户接 入不同网络进行信息传输需要消耗一定传输功率，如何在满足用户传输需求的条件下，联 合优化用户关联及传输功率分配是亟待解决的问题。
[0004]目前已有研究考虑蜂窝异构网络用户关联方案，如文献AnAutomated Dynamic Offset for Network Selection in 胎terogeneous 化tworks提出一种基于动态自优化 偏置的用户关联方案，该方案通过宏蜂窝感知网络的负载情况和信道状态来动态调整低功 率节点的偏置，使用户在宏蜂窝和低功率节点间选择出更合适的网络，从而提高用户体验 和网络整体利用率。文献QoS-Aware User Association for Load Balancing in Heterogeneous CelIula础etworks提出一种结合QoS感知和负载感知的用户关联方案，该 方案将每个基站当前的负载情况及用户可实现的传输速率建模为网络加权效用最大化问 题，通过求解该优化问题，可实现用户QoS保障及网络负载均衡。
[0005] 现有研究中较多数基于用户QoS需求及网络负载均衡等因素确定最优用户关联策 略，较少考虑联合用户关联问题及资源分配问题，难W实现网络资源的联合优化及网络整 体性能优化。
【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用户关联及资源分配方法及 装置，该方法和装置在蜂窝异构网络场景下，考虑用户的业务需求、传输特性等，基于联合 用户电磁福射优化准则实现用户关联及资源分配的联合优化，在保证用户电磁福射最小化 的同时保障用户QoS需求。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[000引一种蜂窝异构网络用户关联及资源分配方法，在宏蜂窝与多个小蜂窝重叠覆盖的 网络场景中，根据用户状态及网络状态信息，基于用户总电磁福射化IectroMagnetic Radiation, EMR)最小化准则优化确定用户关联及资源分配策略，具体包括W下步骤：
[0009] 1)定义用户关联变量 aije{〇，l}，i = l，2，...，MJ = l，2，...，N，其中，M 为用户数 目，N为系统中网络数目，化=1表示第i个用户关联至网络j，反之，化=〇表示第i个用户未 关联至网络j;
[0010] 2)根据用户信道特性及网络状态信息确定用户关联至各网络的最大传输速率，W 巧:胃表示用户i关联至网络j的最大传输速率；
[0011] 3)根据用户移动状态计算用户移动方向与用户到各个网络基站连线的夹角，W01J 表示用户i移动方向与用户i和网络j基站连线的夹角；
[0012] 4)根据用户QoS需求及用户移动状态确定候选关联网络；
[0013] 5)根据各网络特性及用户传输特性计算各用户电磁福射值，WCu表示用户i在网 络j进行业务传输时的电磁福射函数； M N-
[0014] 6)调用公式爲计算各用户关联至对应候选网络后总的电磁福射值，基 与 1 J-=I 于用户总电磁福射最小化优化确定各用户关联及功率分配策略。
[0015] 进一步，在步骤2)中，调用香农公式可得用户i在网络j中的传输速率RiJ:
，其中，Bj表示网络j的可用带宽，Pu为第i个用户在网络j中的传输功 率，hu表示用户i与网络j的信道增益，02表示噪声功率;定义用户i最大传输功率为/f"，可 得用户i关联至网络j的最大传输速率
[0016] 进一步，在步骤3)中，建立直角坐标系，根据用户移动状态可得用户i的坐标 {沪，沪），根据网络状态可得基站j的坐标片，分），令用户巧Ij原点的向量为护，基站到原 点的向量为^；^W用户位置为起点的用户移动速度向量为^,.，则用户与基站间的向量可表 示为式￡.E，调用向量夹角计算公式
，可得用户移动方向与用户和 基站连线间的夹角0ij。
[0017] 进一步，在步骤4)中，根据用户QoS需求及用户移动状态确定用户候选关联网络， 若用户i可关联至网络j须满足W下条件：（1)^^^>巧胃，表示用户i最小传输速率需求； (2)01^<014，01嗦示用户移动方向与用户和基站连线间夹角口限值;定义用户1的候选关联 网络集为，叫表示网络j，若叫满足条件（1)，（2)，贝帆可作为用户i候选关联网络，即：NjE 巫i。
[001引进一步，在步骤5)中，调用公式4 = ?.?.(巧Wf )计算用户i在网络忡电磁福射 值，其中，Su表示用户i在网络j中的吸收福射率，Su由移动终端、人体导电率及网络工作频 段决定；矿f表示用户i的电路功率;Tl康示用户巧网络j中传输时间，可由公式Tu = Li/Rij 得到，其中，Li表示用户i的数据包长度。
[0019]进一步，在步骤6)中，在满足用户传输速率需求及用户传输功率等限制条件下，调 用公式《=EEa"备，优化求解用户关联及功率分配策略(《;，嗦），即(為，巧)=argf誓今。
[0020] 本发明还提供了一种蜂窝异构网络用户关联及资源分配装置，包括:信息采集平 台、用户关联及资源分配决策平台、信息交互平台；
[0021] 所述信息采集平台用于收集用户QoS需求、用户移动状态、用户信道状态信息及网 络状态信息;该平台包括用户状态收集模块和网络状态收集模块，其中，用户状态收集模块 负责收集用户QoS需求、用户移动状态及用户信道状态；网络状态收集模块负责收集用户可 用网络状态信息，如传输带宽、接收信号强度；
[0022] 所述用户关联及资源分配决策平台用于接收信息采集平台所收集的用户及网络 状态信息，优化确定用户关联及资源分配策略;该平台包括候选关联网络选择模块和用户 关联及资源分配决策模块，其中，候选关联网络选择模块，根据用户及网络状态信息确定用 户候选关联网络集合;用户关联及资源分配决策模炔基于用户关联、QoS需求及传输功率等 限制条件，执行用户关联及资源分配方法，优化确定用户关联及资源分配策略，W实现用户 总电磁福射最小化；
[0023] 所述信息交互平台用于执行用户终端与网络间信息交互;该平台包括网络监测模 块、用户状态监测模块及用户关联及资源分配执行模块，其中，网络监测模块监测网络状态 信息，并传送至网络状态收集模块;用户状态监测模块监测用户QoS需求及用户信道状态， 传输至用户状态收集模块;用户关联及资源分配执行模块接收用户关联及资源分配决策模 块的决策信息，执行相应的用户关联及资源分配策略。
[0024] 本发明的有益效果在于:本发明所述的蜂窝异构网络用户关联及资源分配方法和 装置综合考虑用户业务需求特性及用户接收的电磁福射，在满足用户QoS需求条件下为用 户确定最佳发射功率，并基于用户电磁福射最小化为准则为用户确定最佳网络关联策略， 进而实现联合用户电磁福射最小化。
【附图说明】
[0025] 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：
[0026] 图1为蜂窝异构网络场景示意图；
[0027] 图2为本发明的装置结构示意图；
[00%]图3为本发明所述方法流程图。
【具体实施方式】
[0029] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0030] 图1为蜂窝异构网络场景示意图，在宏蜂窝覆盖范围内，部署多个低功率节点，如 Pico celUFemto cell,用户在宏蜂窝覆盖范围内可W选择不同的网络进行关联，并根据 自身的传输速率需求进行功率分配。
[0031] 图3为本发明提出的蜂窝异构网络用户关联及资源分配方法的流程示意图，如图 所示:本方法的具体步骤为：
[0032] 301:定义用户关联变量及功率变量
[0033] 定义用户关联变量aije{0，l}，i = l，2，...，M，j = l，2，...，N，其中，M为用户数，N 为系统中的网络数，化=1表示第i个用户关联至网络j，反之，化=0表示第i个用户未关联 至网络j;
[0034] 302:确定用户关联至各网络的最大传输速率
[0035] 调用香农公式可得用户i到网络j的传输速率Ru:
，其中，Bj表 示网络j的可用带宽;Pi功第i个用户在网络j中的传输功率;hi徒示用户i与网络j的信道 增益;O2