协作异构网络中的用户接入与功率控制联合优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及异构网络中的用户接入和功率控制设计方法，属于无线通信技术领 域。
【背景技术】
[0002] 异构网络是第五代移动通信系统巧G)的关键技术之一，通过在宏基站的覆盖范 围内部署大量微基站，例如微（micro)基站、毫微（pico)基站、家庭基站（femtocell)等， 能够有效地增强对热点地区的覆盖，提高整个蜂窝网络的吞吐量（参考文件[1]-巧])。但 与此同时，运些微基站的引入也使得异构网络具有比同构网络更加复杂的干扰环境，因此 小区间干扰的有效抑制是实现异构网络性能潜力的前提条件（参考文件巧])。多基站协 作通信是消除小区间干扰的有效途径，根据基站间所共享的信息协作通信可W分为联合传 输（Jointtransmission,JT)和协作波束赋形（Coordinatedbeamforming，CB)(参考文件
[3] )。在CB模式下协作基站间只共享用户的信道信息，而在JT模式下协作基站间还可W 进一步共享用户的数据信息，因此JT模式的性能通常优于CB模式。在实际应用中，考虑到 基站，特别是微基站的骨干网容量限制，每个用户只能选择有限数量的协作基站进行JT传 输。因此，在给定用户数据需求的前提下，确定用户应接入哪些协作基站W及如何通过功率 控制来保证用户需求是需要解决的问题。
[0003] 在同构网络中，用户会选择提供最大接收能量的基站作为其接入基站，但在异构 网中由于宏基站的发射功率远大于微基站，运种方式将会使很多用户选择接入宏基站，导 致宏基站业务负载过重。为此，参考文件[1]中提出了基于最大偏移接收能量的异构网接 入方式，只有当宏基站信号能量比微基站信号能量高过某个预设的口限值时，用户才接入 宏基站，W此来增加用户接入微基站的机会，达到微基站分流宏基站业务的效果。运种接入 方法实现简单，但通常情况下并不能获得最优的网络性能。参考文件[4]研究了同构网络 中上行链路中最优的用户接入方式，参考文件[引在此基础上进一步引入了用户最大发射 功率约束，参考文件[6]将参考文件[4]中的上行接入方法扩展到同构网络下行链路，但并 未考虑基站的最大发射功率约束。近年来随着异构网络的出现，同时考虑到异构网络与同 构网络在网络拓扑、基站类型等方面的差异，用户接入问题得到了广泛的关注。参考文件 [7]W最大化系统和数据率为准则，研究了用户接入、资源分配和功率控制的联合优化，没 有考虑单个用户的最低数据率需求。参考文件巧]W多用户的最低数据率最大化为准则， 研究了用户接入和功率控制的联合优化，但导致系统发射功耗大。参考文件[9]研究了JT 协作传输模式下的用户接入和协作预编码联合优化，其中没有约束每个用户的接入基站数 目；当限定用户只能接入一个基站时，参考文件[10]W最大化系统和数据率为准则，对用 户接入和发射预编码进行了联合优化。但参考文件[9]和参考文件[10]中的方法都没有 考虑到用户可W任意接入多个基站的情况。
[0004] 参考文件如下：
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【发明内容】
[0015] 针对但目前存在的用户接入和功率控制技术并未考虑用户数据率需求，存在系统 发送功耗大，并且所用方法计算复杂度高的问题，本发明提供了一种协作异构网络中的用 户接入与功率控制联合优化方法，既考虑了用户最化数据率需求，同时用户可^任意接入 多个基站，降化了用户接入和功率控制方法的复杂度，同时减少了系统的发射功耗。
[0016] 本发明的协作异构网络中的用户接入与功率控制联合设计方法，包括^下几个步 骤：
[0017] 步骤1:对每个基站，获取它到所有用户的下行信道信息，计算预编码向量和等效 信道能量，然后通过回传链路共享给中屯、处理器；基站包括宏基站和微基站；
[0018] 步骤2 :中屯、处理器收集用户数据率需求、各基站的最大功率、发射天线数，^及 基站端通过回传链路共享的等效信道能量，然后对所有协作宏、微基站的功率控制和所有 用户的接入方式进行优化，具体包括：
[0019] 步骤2. 1，在满足用户数据率要求、单基站功率约束、W及给定每个用户最多接入 基站个数的限制下，W最小化系统总发射功率为准则，得到用户接入和功率控制联合优化 模型；
[0020] 步骤2. 2,将步骤2. 1的非凸优化问题转化为凸优化问题，再进行求解，获得用户 接入结果和各基站的功率控制结果；
[0021] 步骤3 :中屯、处理器将各基站的功率控制结果和用户接入结果通过回传链路通知 每个基站，每个基站根据用户接入情况从核屯、网请求用户数据，并根据收到的功率控制结 果和步骤1中设计的预编码来发送接入的用户的数据。
[0022] 所述的步骤1中，设某个宏基站的覆盖范围内随机部署B个微基站，共同服务K个 用户；宏基站有Nm个天线，最大发射功率为PM;微基站有NS个天线，最大发射功率为PS，用 户端只有一个天线；
[0023] 设宏基站到用户k的信道向量为hw,sC'x"x>，微基站b到用户k的信道向量为 6@曰''：："><1，宏基站到用户1^的预编码向量为而6€[-~'1，微基站6到用户1^的预编码向 量