一種基于圖論的異構網絡用戶接入與時域干擾協調聯合優化方法技術

一種基于圖論的異構網絡用戶接入與時域干擾協調聯合優化方法，涉及通信資源分配優化技術領域。為了提供更好的用戶整體的通信質量，增加蜂窩網絡的系統容量。通過以下步驟實現：將宏基站和微基站鏈接到總控制中心；在用戶通信發起階段，各基站通過信令獲取用戶的信道信息；確定ABSF比例可選范圍并從小到大依次選擇；每選擇一個ABSF比例，總控制中心通過用戶接入使得目標函數最大；通過改進的KM算法來選擇接入決策；比較各個ABSF比例下最優化目標函數的大小，選擇最大的比例作為最終的時域干擾協調參數，選擇最大優化目標函數的用戶連接方法為最終的接入方式。適用于宏基站與微基站共存的異構網絡中時域干擾協調與接入控制聯合用戶。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于圖論算法的異構網絡用戶接入與時域干擾協調聯合優化方法，涉及通信資源分配優化
技術背景如今，隨著人們對無線數據業務需求的增長，為了保證用戶有更好的通信質量，更高的數據傳輸速度，無線蜂窩網絡(如3G、LTE)基站部署越來越密集。并且，為應對室內無線信號衰弱快，人員密度大的問題，微基站(small-cell)已經開始部署到室內。這種覆蓋范圍小，發射功率低的微型基站的密集部署，能夠為室內人員提供更好的無線網絡服務質量。宏基站和微基站組成異構網絡，宏基站能夠滿足用戶的移動性要求，而微基站能夠增強室內用戶的通信質量和傳輸速度。但是這種微基站與宏基站組成的異構網絡存在資源競爭和相互干擾的問題，并且通常在一個宏基站的覆蓋范圍下會布置若干微基站，增加了競爭和干擾的強度。如何合理地分配宏基站和這些微基站的時頻域資源，以及如何合理進行用戶接入決策，是需要解決的問題。干擾協調是一類對異構網絡干擾問題的簡單有效的解決方案，協調的意思是相鄰小區間相互溝通已達到降低干擾或消除干擾的目的。可以分為時域、頻域、空域和能量的干擾消除算法。而用戶幾乎空白幀(AlmostBlankSub-Frame，ABSF)是時域干擾抑制算法，在特定的時隙(ABSFrame)，宏基站不傳輸數據信息，ABS幀的最優化比例是與微小區用戶以及宏小區用戶的數目相關的，在ABS幀，微基站用戶會有更好的通信質量，而宏基站用戶卻因為可r>用時域資源的減少而導致通信質量的降低，在微小區較多的情況下，這種方法能夠有效的減少干擾帶來的資源浪費，提高用戶整體的通信質量，增加蜂窩網絡的容納用戶數。另外，對于微小區邊緣用戶，用戶的接入決策會影響到用戶的通信質量，并可能由于乒乓效應導致不斷掉話。本文發現干擾協調與用戶接入有相互影響的關系。干擾協調中ABS幀比例會導致用戶接入網絡的變化，而反過來優化的ABS幀比例應該跟宏小區和微小區的用戶數比例相關。并且，我們希望較多的用戶接入到小基站中，因為宏基站會對所有復用宏基站占用的資源的微基站造成干擾，如果能使較多的用戶接入到微基站中，那么宏基站不需要占用過多的資源，微基站也就有更多沒有來自宏基站干擾的資源可以利用，對全局來講，增加了系統容量。因此，這兩個問題的聯合優化能得到最優的ABS幀比例和用戶接入選擇，這就是本專利技術的目的。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于圖論的異構網絡用戶接入與時域干擾協調聯合優化方法，以提供更好的用戶整體的通信質量，增加蜂窩網絡的系統容量。本專利技術為解決上述技術問題采取的技術方案是：一種基于圖論的異構網絡用戶接入與時域干擾協調聯合優化方法，接入和時域干擾算法ABSF聯合優化，能夠獲得更大的系統容量，所述方法的實現過程為：步驟一、將宏基站和微基站鏈接到總控制中心，用戶接入與時域干擾協調均通過總控制中心來進行；步驟二、在用戶通信發起階段，各基站通過信令獲取用戶的信道信息，各個基站將連接到該基站的用戶的信道信息匯報到總控制中心；步驟三、確定宏基站的空白幀(AlmostBlankSub_Frame，ABSF)比例可選范圍為1/10～5/10，從小到大依次選擇；步驟四、每選擇一個ABSF比例，總控制中心通過用戶接入使得目標函數最大；通過圖論中圖的著色算法和改進的KM算法來選擇接入決策；步驟五、比較各個ABSF比例下最優化目標函數的大小，選擇最大的比例作為最終的時域干擾協調參數，選擇最大優化目標函數的用戶連接方法為最終的接入方式。根據前述技術方案，本從屬技術方案是對用戶接入決策部分的具體優化方法，通常用戶在接入前無法知道受到干擾有多大，只能根據信號強度進行接入，而在實際的通信過程中通信質量卻是受到干擾的影響；在本從屬技術方案中，進行對基站的分組和對干擾的推測，使用戶在接入決策過程中能夠有更多的信息，能夠獲得更好的接入方案，更優化的用戶吞吐量；接入決策的過程為：步驟1、定義Γdiff.threshold為用戶接受不同基站的信號差值的門限，用戶端統計接受到來自各個基站的RSSI值，如果用戶第一第二強接收信號強度差Γdiff≥Γdiff.threshold，用戶接入到第一強的基站中，這些用戶屬于已分配用戶組；如果Γdiff<Γdiff.threshold，這樣的用戶屬于待分配用戶組；步驟2、定義另一個門限Γth為用戶基站的信號強度門限，對每個用戶而言，接收到的基站信號強度ΓBSi中大于Γth的所有微基站定義為相互干擾微基站，相互干擾基站的意義在于在未來通信中如果這些相互干擾基站使用相同的時頻資源時，會導致該用戶受到較大的干擾，比如用戶接受到三個基站的信號強度ΓBS1,ΓBS2,ΓBS3>Γth，那么基站1,2,3為相互干擾基站，而其他基站對于該用戶而言不是干擾基站；通過頂點著色法，將微基站根據相互干擾關系分為若干個組，組內基站間使用相同資源；步驟3、將資源根據每個組中所有基站已經分配的全部用戶數分配給各個組；同時，對于待分配用戶來說，這些信號中強度ΓBSi大于Γth的所有微基站都是備選基站；步驟4、對待分配用戶根據步驟3中各個基站分配的資源以及已經鏈接用戶數，能夠估計自己接入各個備選基站的傳輸速率預期；用式(1)表示待接入用戶n如果接入到宏基站時的預期數據速度，式(2)表示待接入用戶n如果接入到微基站j時的預期數據速度：Rn=1Um+Σφ=1ΦUφ(1-α)·Blog(1+PmHm,nΣi∈ImaxPiHi,n),n→macro---(1)]]>Rn=Uk(Um+Σφ=1ΦUφ)·uj·(α·Blog(1+PjHj,nΣi∈Ik,i≠jPiHi,n)+(1-α)·Blog(1+PjHj,nPmHm,n+Σi∈Ik,i≠jPiHi,n)),n→PBSj,PBSj∈clusterk---(2)]]>其中，Um表示宏基站中已接入用戶數，Uφ表示微基站j屬于的微基站組φ中已連接用戶數，uj表示微基站j中已接入用戶數；α表示ABSF比例，B表示總帶寬；Pm,Pj分別表示宏基站和微基站j在單個資源塊上的發射功率；Hj,n,Hm,n分別為微基站本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于圖論的異構網絡用戶接入與時域干擾協調聯合優化方法，其特征在于接入和時域干擾算法ABSF聯合優化，能夠獲得更大的系統容量，所述方法的實現過程為：步驟一、將宏基站和微基站鏈接到總控制中心，用戶接入與時域干擾協調均通過總控制中心來進行；步驟二、在用戶通信發起階段，各基站通過信令獲取用戶的信道信息，各個基站將連接到該基站的用戶的信道信息匯報到總控制中心；步驟三、確定宏基站的空白幀(Almost?Blank?Sub_Frame，ABSF)比例可選范圍為1/10～5/10，從小到大依次選擇；步驟四、每選擇一個ABSF比例，總控制中心通過用戶接入使得目標函數最大；通過圖論中圖的著色算法和改進的KM算法來選擇接入決策；步驟五、比較各個ABSF比例下最優化目標函數的大小，選擇最大的比例作為最終的時域干擾協調參數，選擇最大優化目標函數的用戶連接方法為最終的接入方式。

【技術特征摘要】
1.一種基于圖論的異構網絡用戶接入與時域干擾協調聯合優化方法，其特征在于接入
和時域干擾算法ABSF聯合優化，能夠獲得更大的系統容量，所述方法的實現過程為：
步驟一、將宏基站和微基站鏈接到總控制中心，用戶接入與時域干擾協調均通過總控
制中心來進行；
步驟二、在用戶通信發起階段，各基站通過信令獲取用戶的信道信息，各個基站將連
接到該基站的用戶的信道信息匯報到總控制中心；
步驟三、確定宏基站的空白幀(AlmostBlankSub_Frame，ABSF)比例可選范圍為1/10～
5/10，從小到大依次選擇；
步驟四、每選擇一個ABSF比例，總控制中心通過用戶接入使得目標函數最大；通過
圖論中圖的著色算法和改進的KM算法來選擇接入決策；
步驟五、比較各個ABSF比例下最優化目標函數的大小，選擇最大的比例作為最終的
時域干擾協調參數，選擇最大優化目標函數的用戶連接方法為最終的接入方式。
2.根據權利要求1所述的基于圖論的異構網絡用戶接入與時域干擾協調聯合優化方
法，其特征在于，通過圖論中圖的著色算法和改進的KM算法來選擇接入決策，對基站的
分組和對干擾的推測，使用戶在接入決策過程中能夠有更多的信息，能夠獲得更好的接入
方案，更優化的用戶吞吐量；接入決策的過程為：
步驟1、定義Γdiff.threshold為用戶接受不同基站的信號差值的門限，用戶端統計接受到來
自各個基站的RSSI值，如果用戶第一第二強接收信號強度差Γdiff≥Γdiff.threshold，用戶接入到
第一強的基站中，這些用戶屬于已分配用戶組；如果Γdiff<Γdiff.threshold，這樣的用戶屬于待
分配用戶組；
步驟2、定義另一個門限Γth為用戶基站的信號強度門限，對每個用戶而言，接收到的
基站信號強度ΓBSi中大于Γth的所有微基站定義為相互干擾微基站，相互干擾基站的意義在
于在未來通信中如果這些相互干擾基站使用相同的時頻資源時，會導致該用戶受到較大的
干擾，比如用戶接受到三個基站的信號強度ΓBS1,ΓBS2,ΓBS3>Γth，那么基站1,2,3為相互干
擾基站，而其他基站對于該用戶而言不是干擾基站；通過頂點著色法，將微基站根據相互
干擾關系分為若干個組，組內基站間使用相同資源；
步驟3、將資源根據每個組中所有基站已經分配的全部用戶數分配給各個組；同時，
對于待分配用戶來說，這些信號中強度ΓBSi大于Γth的所有微基站都是備選基站；
步驟4、對待分配用戶根據步驟3中各個基站分配的資源以及已經鏈接用戶數，能夠
估計自己接入各個備選基站的傳輸速率預期；
用式(1)表示待接入用戶n如果接入到宏基站時的預期數據速度，式(2)表示待接
入用戶n如果接入到微基站j時的預期數據速度：
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【專利技術屬性】
技術研發人員：馬琳，陳亮，徐玉濱，劉寧慶，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23