一种基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于图论算法的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方 法，涉及通信资源分配优化技术领域。 技术背景
[0002] 如今，随着人们对无线数据业务需求的增长，为了保证用户有更好的通信质量，更 高的数据传输速度，无线蜂窝网络(如3G、LTE)基站部署越来越密集。并且，为应对室内无线 信号衰弱快，人员密度大的问题，微基站(small-cell)已经开始部署到室内。这种覆盖范围 小，发射功率低的微型基站的密集部署，能够为室内人员提供更好的无线网络服务质量。宏 基站和微基站组成异构网络，宏基站能够满足用户的移动性要求，而微基站能够增强室内 用户的通信质量和传输速度。
[0003] 但是这种微基站与宏基站组成的异构网络存在资源竞争和相互干扰的问题，并且 通常在一个宏基站的覆盖范围下会布置若干微基站，增加了竞争和干扰的强度。如何合理 地分配宏基站和这些微基站的时频域资源，以及如何合理进行用户接入决策，是需要解决 的问题。
[0004] 干扰协调是一类对异构网络干扰问题的简单有效的解决方案，协调的意思是相邻 小区间相互沟通已达到降低干扰或消除干扰的目的。可以分为时域、频域、空域和能量的干 扰消除算法。
[0005] 而用户几乎空白帧(Almost Blank Sub_Frame，ABSF)是时域干扰抑制算法，在特 定的时隙(ABS Frame)，宏基站不传输数据信息，ABS帧的最优化比例是与微小区用户以及 宏小区用户的数目相关的，在ABS帧，微基站用户会有更好的通信质量，而宏基站用户却因 为可用时域资源的减少而导致通信质量的降低，在微小区较多的情况下，这种方法能够有 效的减少干扰带来的资源浪费，提高用户整体的通信质量，增加蜂窝网络的容纳用户数。
[0006] 另外，对于微小区边缘用户，用户的接入决策会影响到用户的通信质量，并可能由 于乒乓效应导致不断掉话。
[0007] 本文发现干扰协调与用户接入有相互影响的关系。干扰协调中ABS帧比例会导致 用户接入网络的变化，而反过来优化的ABS帧比例应该跟宏小区和微小区的用户数比例相 关。并且，我们希望较多的用户接入到小基站中，因为宏基站会对所有复用宏基站占用的资 源的微基站造成干扰，如果能使较多的用户接入到微基站中，那么宏基站不需要占用过多 的资源，微基站也就有更多没有来自宏基站干扰的资源可以利用，对全局来讲，增加了系统 容量。因此，这两个问题的联合优化能得到最优的ABS帧比例和用户接入选择，这就是本发 明的目的。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优 化方法，以提供更好的用户整体的通信质量，增加蜂窝网络的系统容量。
[0009] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0010] -种基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方法，接入和时域干 扰算法ABSF联合优化，能够获得更大的系统容量，所述方法的实现过程为：
[0011]步骤一、将宏基站和微基站链接到总控制中心，用户接入与时域干扰协调均通过 总控制中心来进行；
[0012]步骤二、在用户通信发起阶段，各基站通过信令获取用户的信道信息，各个基站将 连接到该基站的用户的信道信息汇报到总控制中心；
[0013] 步骤三、确定宏基站的空白帧(Almost Blank Sub_Frame，ABSF)比例可选范围为 1 /10~5/10，从小到大依次选择；
[0014] 步骤四、每选择一个ABSF比例，总控制中心通过用户接入使得目标函数最大;通过 图论中图的着色算法和改进的KM算法来选择接入决策；
[0015] 步骤五、比较各个ABSF比例下最优化目标函数的大小，选择最大的比例作为最终 的时域干扰协调参数，选择最大优化目标函数的用户连接方法为最终的接入方式。
[0016] 根据前述技术方案，本从属技术方案是对用户接入决策部分的具体优化方法，通 常用户在接入前无法知道受到干扰有多大，只能根据信号强度进行接入，而在实际的通信 过程中通信质量却是受到干扰的影响；在本从属技术方案中，进行对基站的分组和对干扰 的推测，使用户在接入决策过程中能够有更多的信息，能够获得更好的接入方案，更优化的 用户吞吐量;接入决策的过程为：
[0017] 步骤1、定义rdlff.threshQld为用户接受不同基站的信号差值的门限，用户端统计接 受到来自各个基站的RSSI值，如果用户第一第二强接收信号强度差r diff 2 r diff.thre3ShQld， 用户接入到第一强的基站中，这些用户属于已分配用户组;如果rd lff〈rdlff.threshQld，这样 的用户属于待分配用户组；
[0018] 步骤2、定义另一个门限rth为用户基站的信号强度门限，对每个用户而言，接收到 的基站信号强度Γ BSi中大于Γ th的所有微基站定义为相互干扰微基站，相互干扰基站的意 义在于在未来通信中如果这些相互干扰基站使用相同的时频资源时，会导致该用户受到较 大的干扰，比如用户接受到三个基站的信号强度r BS1，Γ BS2，Γ BS3> Γ th，那么基站1，2，3为相 互干扰基站，而其他基站对于该用户而言不是干扰基站;通过顶点着色法，将微基站根据相 互干扰关系分为若干个组，组内基站间使用相同资源；
[0019] 步骤3、将资源根据每个组中所有基站已经分配的全部用户数分配给各个组；同 时，对于待分配用户来说，这些信号中强度rBSl大于r th的所有微基站都是备选基站；
[0020] 步骤4、对待分配用户根据步骤3中各个基站分配的资源以及已经链接用户数，能 够估计自己接入各个备选基站的传输速率预期；
[0021] 用式（1)表示待接入用户η如果接入到宏基站时的预期数据速度，式(2)表示待接 入用户η如果接入到微基站j时的预期数据速度：
[0023]
[0024] 其中，仏表示宏基站中已接入用户数，υΦ表示微基站j属于的微基站组Φ中已连接 用户数，Uj表示微基站j中已接入用户数;α表示ABSF比例，Β表示总带宽;P m，h分别表示宏基 站和微基站j在单个资源块上的发射功率;Hj, n，Hm, n分别为微基站j和宏基站与用户η之间的 信道衰落;Imax代表所有微基站组中基站最多的组，Ik代表微基站组k;
[0025] 步骤5、将备选用户和基站构建为二分图的两侧顶点，用户与备选基站间可以有边 进行连接，将步骤4的用户传输速度值作为用户连接到各个基站顶点后的标签，通过改进的 KM算法求最优的接入使标签之和最大，最终二分图顶点之间的链接结果就是用户与基站的 接入结果；
[0026] 步骤6、重新根据步骤5给出的用户连接结果重新进行步骤3、4、5、6循环迭代，这时 刚才的待分配用户已经分配到各个基站下，因此每个基站下的用户数目发生变化，并且这 时的分配结果并不是最终的基站接入结果;按照这个基站下用户数目，重新进入步骤3进行 资源分配，接着进入步骤4对之前待接入用户计算预期数据速度，再进入步骤5进行用户接 入算法，重复这一过程直至收敛，收敛后的基站接入结果是最终的结果。
[0027] 根据上述技术方案限定的一种基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联 合优化方法，本技术方案是具体的说明对KM算法的改进，使其能够应用于联合优化算法中 的用户接入决策部分，KM算法的改进在于图论中的匹配算法，如KM算法只能够一对一进行 连接，每个顶点只能与其他一个顶点进行连接，而本权利要求可以使一个顶点与多个顶点 进行连接，例如一个基站可以容纳多个用户;所述改进的KM算法为：
[0028] 将待接入用户和基站分别组成二分图的两侧，用户为一侧顶点，基站为另一侧顶 点；用户端标号为USER1，USER2，USER3,……，USER N;