专利名称：不完美csi条件下的基于跨层调度机制的资源分配方法
技术领域：
本发明属于无线通信设计技术领域，尤其涉及一种不完美CSI条件下的基于跨层调度机制的资源分配方法。
背景技术：
移动用户对传输带宽和数据速率的需求呈指数增长趋势，IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications-Advanced,高级国际移动通信)传统蜂窝网络架构已不能满足室内、中小企业等热点区域的无缝覆盖，因此，頂T-Advanced异构网络架构应运而生。MT-Advanced异构网络支持多种QoS要求不同的业务，这些QoS要求包括最大容忍时延、目标数据速率和误包率等。跨层调度技术能够自适应地调度用户，分配功率和数据速率，因此能够增加系统容量。现有的大部分跨层设计技术假设基站接收到的CSI (Channel State Information,信道状态信息)是完美的，这不符合实际情况。在实际应用中，由于反馈延迟和估计误差，基站接收到的CSI往往是不完美的。造成反馈延迟的原因有三点:(I)接收机的处理时延；
(2)传播时延；(3)基站根据接收到的信道状态信息选择合适的传输模式需要的处理时间。CSI不完美时，容易使得调度数据高于瞬时信道容量，这时容易发生中断现象，造成误包率升高。在CSI不完美的条件下，现有技术提供的跨层机制存在如下问题:(I)假设基站接 收到的CSI是完美的，而在实际通信网络中，基站接收到的CSI是不完美的。在完美CSI假设下得到的跨层设计机制，无法应用于实际通信网络。因为当调度数据超过了真实信道容量，将会发生丢包现象，即中断。(2)用户业务流量模型主要考虑了两种情况:①fullbuffer，即基站的缓冲器中有足够多的数据等待发送，不会出现缓冲器为空的现象；②实时业务、非实时业务或尽力而为业务中的一种。而现在以及将来，用户的真实业务流量模型应为实时业务、非实时业务或尽力而为业务中的一种或者几种。比如:用户在接打电话的同时可以接收短信或彩信，可以从ftp站点下载文件。(3)主要针对 SISO (Single Input Single Output,单入单出)系统,针对 MIMO(Multiple Input Multiple Output,多入多出)系统的跨层设计的研究较少。(4)主要针对中继网络、认知无线电网络、自组织网络、车辆通信网络和无线mesh网络，而针对Macro-Femto异构融合网络的跨层设计机制的研究较少。此外，现有技术还存在如下不足之处:①网络拓扑为传统宏蜂窝网络，无法应用于Macro-Femto异构网络。Macro-Femto异构网络是未来无线网络部署的趋势。②考虑的业务类型不全，用户发起的业务类型单一，而在实际通信系统中，用户可以同时发起多种不同QoS需求的业务。例如:一个用户在浏览网页、下载FTP文件的同时，可以接打电话。③物理层采用OFDM传输技术，而MM0-0FDM技术在不增加系统带宽的条件下，可以提高系统容量，是未来物理层传输技术的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于，针对物理层传输技术为MMO-OFDM的Macro-Femto异构融合网络，提供一种不完美CSI条件下的基于跨层调度机制的资源分配方法，此方法以最大化系统吞吐量为目的，可以保证中断概率低于中断概率门限，保证实时业务的时延要求和非实时业务的最小数据速率需求。为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种不完美CSI条件下的基于跨层调度机制的资源分配方法，通过跨层调度机制，在不完美信道状态信息条件下，分配异构网络系统的资源块和功率，其特征是所述方法包括:步骤1:建立异构网络系统的总吞吐量数学模型；步骤2:分别设定异构网络系统中的宏小区用户数据传输中断概率和毫微微小区用户数据传输中断概率；步骤3:分别计算满足设定的宏小区用户数据传输中断概率的宏小区用户数据传输速率和满足设定的毫微微小区用户数据传输中断概率的毫微微小区用户数据传输速率，并分别确定满足设定的宏小区用户数据传输中断概率的宏小区用户数据传输速率的时延约束和满足设定的毫微微小区用户数据传输中断概率的毫微微小区用户数据传输速率的时延约束；步骤4:将上述宏小区用户数据传输速率、毫微微小区用户数据传输速率、宏小区用户数据传输速率的时延约束和毫微微小区用户数据传输速率的时延约束代入异构网络系统的总吞吐量数学模型，得到用于计算异构网络系统的总吞吐量最大值的目标函数；步骤5:以异构网络系统的吞吐量最大值为目标，计算异构网络系统的每个宏小区基站在每个资源块上发射的有用信号功率、每个宏小区用户使用的资源块、每个毫微微小区基站在每个资源块 上发射的有用信号功率和每个毫微微小区用户使用的资源块的最优解。 所述异构网络系统的总吞吐量数学模型为:
权利要求
1.一种不完美CSI条件下的基于跨层调度机制的资源分配方法，通过跨层调度机制，在不完美信道状态信息条件下，分配异构网络系统的资源块和功率，其特征是所述方法包括: 步骤1:建立异构网络系统的总吞吐量数学模型； 步骤2:分别设定异构网络系统中的宏小区用户数据传输中断概率和毫微微小区用户数据传输中断概率； 步骤3:分别计算满足设定的宏小区用户数据传输中断概率的宏小区用户数据传输速率和满足设定的毫微微小区用户数据传输中断概率的毫微微小区用户数据传输速率，并分别确定满足设定的宏小区用户数据传输中断概率的宏小区用户数据传输速率的时延约束和满足设定的毫微微小区用户数据传输中断概率的毫微微小区用户数据传输速率的时延约束； 步骤4:将上述宏小区用户数据传输速率、毫微微小区用户数据传输速率、宏小区用户数据传输速率的时延约束和毫微微小区用户数据传输速率的时延约束代入异构网络系统的总吞吐量数学模型，得到用于计算异构网络系统的总吞吐量最大值的目标函数； 步骤5:以异构网络系统的吞吐量最大值为目标，计算异构网络系统的每个宏小区基站在每个资源块上发射的有用信号功率、每个宏小区用户使用的资源块、每个毫微微小区基站在每个资源块上发射的有用信号功率和每个毫微微小区用户使用的资源块的最优解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述异构网络系统的总吞吐量数学模型为: ^=ZZ llai,kriksignOik ^ Cjmk)+^ S Y,bUr^ cfr); meM k&Km JeJfeF k^Kf JeJ 其中，M是由异构网络系统中的宏小区构成的集合； m代表宏小区； Kffl是由宏小区m中的所有用户构成的集合； k代表宏小区m中的用户； J是由异构网络系统中的所有资源块构成的集合； j代表异构网络系统中的资源块； F是由异构网络系统中的毫微微小区构成的集合； f代表毫微微小区； Kf是由毫微微小区f中的所有用户构成的集合； k'代表毫微微小区f中的用户； <,k是宏小区m 中的用户k是否使用资源块j的指示因子，当宏小区m中的用户k使用资源块j时a' k =1;当宏小区m中的用户k不使用资源块j时，rt' =O ;是宏小区m的基站在不完美信道状态信息下对宏小区m中的用户k在资源块j上调度的用户数据传输速率； Cit是宏小区m的基站在不完美信道状态信息下宏小区m中的用户k使用资源块j时的信道容量；sign(.)是指示函数，当括号内的事件成立时，其值为I ;当括号内的事件不成立时，其值为O ;是毫微微小区f中的用户k'是否使用资源块j的指示因子，当毫微微小区f中的用户k'使用资源块j时，￥#=1;当毫微微小区f中的用户k'不使用资源块j时，b/r = 0;/是毫微微小区f的基站在不完美信道状态信息下对毫微微小区f中的用户k'在资源块j上调度的用户数据传输速率；是毫微微小区f的基站在不完美信道状态信息下毫微微小区f中的用户k,使用资源块j时的信道容量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述计算满足设定的宏小区用户数据传输中断概率的宏小区用户数据传输速率采用公式
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述计算满足设定的毫微微小区用户数据传输中断概率的毫微微小区用户数据传输速率采用公式
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是所述满足设定的宏小区用户数据传输中断概率的宏小区用户数据传输速率的时延约束为rm，k > GcK ; 其中，rm，k是满足设定的宏小区用户数据传输中断概率的宏小区m的用户k的数据传输速率； G是宏小区用户的缓冲器的分组平均比特数目；
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是所述满足设定的毫微微小区用户数据传输中断概率的毫微微小区用户数据传输速率的时延约束为rf，k, ^ 6Φ,,； 其中，rf，k,是满足设定的毫微微小区用户数据传输中断概率时的毫微微小区f的用户V的数据传输速率；
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是所述用于计算异构网络系统的总吞吐量最大值的目标函数为(K p'^) =.; 苴中
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是所述步骤5具体包括: 步骤501:将所述目标函数分解为M个子目标函数，M是异构网络系统中宏小区的个数；所述子目标函数为
全文摘要
本发明公开了无线通信设计技术领域中的一种不完美CSI条件下的基于跨层调度机制的资源分配方法。包括建立异构网络系统的总吞吐量数学模型；设定用户数据传输中断概率；计算满足设定中断概率的宏小区用户数据传输速率和毫微微小区用户数据传输速率，并确定宏小区用户数据传输速率的时延约束和毫微微小区用户数据传输速率的时延约束；将上述数据传输速率和传输速率的时延约束代入异构网络系统的总吞吐量数学模型，得到用于计算异构网络系统的总吞吐量最大值的目标函数；根据该目标函数计算基站在每个资源块上发射的有用信号功率和用户使用的资源块的最优解。本发明用中断概率刻画不完美信道状态信息，保证了跨层设计机制适合于实际无线通信网络。
文档编号H04W72/04GK103249157SQ20131016400
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月7日 优先权日2013年5月7日
发明者张秀宁, 谈振辉, 徐少毅, 陶成 申请人:北京交通大学