基于自適應(yīng)頻譜復(fù)用的femtocell干擾減輕方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及femtocell網(wǎng)絡(luò)的干擾管理，特別是一種分布 式信道協(xié)調(diào)算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近十年來(lái)，信息通信技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，呈現(xiàn)出空前的繁榮景象。 移動(dòng)通信、無(wú)線通信、多媒體信息服務(wù)和因特網(wǎng)的發(fā)展與成熟，為人們?cè)诓煌臅r(shí)空領(lǐng)域進(jìn) 行任何種類的信息交互提供了極大的便利。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù) 越來(lái)越多的依賴和需求，沖擊并推動(dòng)著移動(dòng)通信技術(shù)不斷地更新?lián)Q代。隨著無(wú)線用戶對(duì)移 動(dòng)業(yè)務(wù)需求的快速的增長(zhǎng)，如何為用戶提供無(wú)處不在的高速數(shù)據(jù)接入服務(wù)正成為無(wú)線通信 面臨的重要問(wèn)題?，F(xiàn)有研究表明，通過(guò)在室內(nèi)部署femtocell可W顯著提高頻譜利用率，從 而增加無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量。然而大范圍的密集部署femtocell會(huì)造成嚴(yán)重的同層干 擾。
[0003] 由于femtocell通常通過(guò)數(shù)字雙絞線連接與運(yùn)營(yíng)商的核屯、網(wǎng)相連，考慮到該回程 鏈路的時(shí)延特性，集中式的干擾管理方法無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的干擾協(xié)調(diào)。相反分布式資源協(xié)調(diào) 提供了一種簡(jiǎn)單有效的femtocel 1干擾減輕方法。文獻(xiàn)【L.G.GarciaJ. I .Pedersen,and P.E.Mogensen，"Autonomous component carrier selection：interference management in Ioc曰I 曰re曰 environments for LTE-曰dv曰need，''IEEE Commun.M3g.，vol.47，pp.ll〇-116，Oct. 2009.】提出了一種分布式信道配置框架。但是該算法只考慮為每個(gè)FAP分配一個(gè) 信道而不是盡可能分配更多的信道給每個(gè)FAP，運(yùn)樣會(huì)導(dǎo)致頻譜利用率低。而且該文獻(xiàn)并沒 給出詳細(xì)具體的分析及算法實(shí)現(xiàn)。另外，文獻(xiàn)【D . T . Ngo，S .趾akurel，and T. Le-Ngoc， ('Joint subchannel assignment and power allocation for OFDMA femtocell networks，'' IEEE Trans .Wireless Commun.，vol. 13，no. I，pp. 342-355，Jan. 2014.】提出了 一種分布式信道和功率聯(lián)合協(xié)調(diào)算法。但該信道和功率聯(lián)合協(xié)調(diào)算法無(wú)法收斂到全局最優(yōu) 點(diǎn)上，往往只能收斂到一個(gè)局部最優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)該方法不僅信令開銷大而且收斂速度慢。綜上 所述，一種基于分布式的簡(jiǎn)單高效的干擾減輕方法更適合于femtocell的干擾管理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種自適應(yīng)頻譜復(fù)用的 femtocell干擾減輕方法，在提高頻譜利用率的同時(shí)，降低信令開銷和復(fù)雜度并提高算法的 收斂速度。
[000引實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路是:將所有的信道分為主信道和次信道，其中主信道分配 相對(duì)較高的發(fā)射功率，而次信道只能分配較小的發(fā)射功率。每個(gè)FAP根據(jù)本地干擾圖來(lái)決定 所有FAP的主信道配置W保證相互干擾的FAP所分配的主信道是正交的。因此，本發(fā)明所公 開的基于自適應(yīng)頻譜復(fù)用的干擾減輕方法由W下兩部分組成:作為小區(qū)間資源協(xié)調(diào)的主信 道自配置算法和單小區(qū)資源分配算法。
[0006] 主信道自配置算法
[0007] (1)構(gòu)建鄰居表每個(gè)FAP與鄰節(jié)點(diǎn)交換各自的鄰居集合信息，W此來(lái)計(jì)算出本地 干擾圖的最大團(tuán)數(shù)和節(jié)點(diǎn)度數(shù)，構(gòu)建如下的鄰居表，其中1，仍，義^2^。，(：1，(11分別為。4?1的編 號(hào)，鄰居集合，最大團(tuán)數(shù)，度數(shù)和主信道集合。當(dāng)本地干擾圖（拓?fù)?有變化時(shí)，F(xiàn)AP需要重置 鄰居表；
[0010] (2)節(jié)點(diǎn)更新順序假設(shè)所有femtocell是同步的且整個(gè)時(shí)間劃分為等時(shí)長(zhǎng)的更新 間隔。每個(gè)更新間隔內(nèi)相鄰的FAP中只能有一個(gè)FAP進(jìn)行主信道的更新操作，其余的FAP需保 持靜默。因此我們制定了 W下規(guī)則來(lái)決定FAP i獲得主信道配置的時(shí)機(jī):如果FAP i在當(dāng)前 更新間隔滿足下面(a)-(c)中任意一條件，貝化AP i在該更新間隔可W進(jìn)行主信道配置操 作。
[0011] (a) C,' > c,m枯魚 max{cj. A 茲==0,7. G N ;
[0012] (b) d, > dr = max{j. |a = 0,c. == cr，j e N ,];
[001 引似 z. > max^|A 組二= ==《>ax，八 N 。
[0014] 值得注意的是，由于分布式主信道自配置算法仍然會(huì)存在沖突循環(huán)，我們引入一 個(gè)更新標(biāo)志位，規(guī)定當(dāng)節(jié)點(diǎn)贏得更新主信道配置的機(jī)會(huì)時(shí)，則下一個(gè)更新間隔需要保持靜 默不得再次更新主信道配置。
[0015] (3)最優(yōu)的主信道配置最優(yōu)的主信道配置按照下面的方法計(jì)算：
[0016] (3.1)計(jì)算可配置的最大主信道數(shù)A,. 其中K為信道總數(shù)；
[0017] (3.2)捜尋沖突數(shù)最小的主信道配置。目標(biāo)函數(shù)定義為最小化FAP主信道配置與鄰 近節(jié)點(diǎn)主信道配置所產(chǎn)生的沖突數(shù)：
[00引]其中44,4) = Z。!''峰>，A 1為A您所對(duì)應(yīng)的主信道配置的向量， k=l 4 皆，...，皆]，當(dāng)主信道k分配給FAP i時(shí)，a;。=1;否則a;。=O。雖然上面的目標(biāo)函數(shù) 可W通過(guò)窮捜來(lái)找到最優(yōu)的主信道配置方案，但復(fù)雜度高且存在多個(gè)最優(yōu)主信道配置方 案。為此我們給出一個(gè)簡(jiǎn)單有效的啟發(fā)式算法來(lái)解決最優(yōu)的主信道配置。假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)更 傾向于按照升序來(lái)選擇連續(xù)的信道。根據(jù)鄰近節(jié)點(diǎn)的主信道配置，計(jì)算出可用信道集合 心心燦：!c。
[0022] (a)當(dāng)|A。(2| >鐘寸，則存在一個(gè)無(wú)沖突的最優(yōu)主信道配置方案；
[0023] (b)當(dāng)|a?|<與時(shí)，則必有沖突產(chǎn)生。為了減少需要調(diào)整主信道配置的節(jié)點(diǎn)數(shù)，最 優(yōu)的主信道配置可W按照下面的式子計(jì)算，
[0024] 斗=argmin 口 AmcSA 州、、 ' !
[002引其中如果x>0,則如句=1;否則只(X) = 0。
[0026] 單小區(qū)資源分配算法
[0027] (1)初始化假設(shè)FAP i的主信道集合和次信道集合分別為和 A j基=A \A^左，femtocell的用戶集合為Fi,且每個(gè)用戶的目標(biāo)速率為么，信道分配指示 變量/ii =〇，weF,.，AeA
[0028] (2)資源分配為了減輕邊緣用戶所受到的干擾，將主信道A優(yōu)先分配給邊緣用 戶，而當(dāng)主信道不能滿足用戶的速率要求時(shí)，可W使用次信道。
[0029] (2.1)當(dāng)用戶集合和次信道集合非空，即F,. * 0 & &A j生* 0，則選擇離FAP遠(yuǎn)的 用戶先進(jìn)行信道分配：
[0030] W 二 argmirimeF,'各!：)；
[0031] (2.2)當(dāng)主信道集合為非空時(shí)，即*0，則從主信道集合中選擇信道質(zhì)量最 好的分配給用戶111^同時(shí)考慮基于路徑補(bǔ)償?shù)墓β史峙洌?br>[0032] *'=argmax*eA 廢堆
[0033] A 您二
[0034] 逆*. = min{c + a/"馬)?，戶巧c};
[0035] 其中Ppsc為主信道的最大發(fā)射功率，路徑補(bǔ)償因子a(含1)可W根據(jù)系統(tǒng)總功率的 限制來(lái)確定；當(dāng)主信道集合為空時(shí)，即A == 0，則從次信道集合中選擇信道質(zhì)量最好的 分配給用戶111^
[0036] A* = argmax*6A 盛堆 4-;
[0037] Aj左二 A 激 U'
[003引逆 *. = min|P0 + 化P巧，巧sc};
[0039] 其中Pssc為主信道的最大發(fā)射功率。
[0040] (2.3)令居_；;]1. =1，同時(shí)更新用戶速率，+"It*。當(dāng)用戶的速率大于或者目 標(biāo)速率時(shí)，即巧公 > 駕]，將用戶從集合F沖刪除：
[0041 ] Fi = FiV。
[0042] 本發(fā)明公開了一種基于自適應(yīng)頻譜復(fù)用的femtocell干擾減輕方法。自適應(yīng)頻譜 復(fù)用將所有信道分為主信道和次信道，其中主信道分配相對(duì)較高的發(fā)射功率，而次信道只 能分配較小的發(fā)射功率。每個(gè)FAP(femtocell接入點(diǎn)）根據(jù)本地干擾圖W及鄰近FAP所選擇 的主信道來(lái)配置自身的主信道并保證相鄰的femtocell的主信道是相互正交的。"自適應(yīng)" 是指每個(gè)FAP需要根據(jù)本地干擾圖來(lái)決定其自身可W配置的最大主信道數(shù)，從而提高頻譜 利用率。另外考慮到每個(gè)femtocell的負(fù)載情況不同，當(dāng)負(fù)載較高時(shí)，femtocell可W使用次 信道來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。鑒于femtocell中屯、用戶所受到的干擾要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于邊緣用戶，我們 提出了相應(yīng)的單小區(qū)資源分配算法。本發(fā)明通過(guò)將宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的軟頻率復(fù)用思想擴(kuò)展到 femtocell網(wǎng)絡(luò)中，有效地降低了femtocell網(wǎng)絡(luò)間的干擾，提高了邊緣用戶的頻譜效率。相 對(duì)于現(xiàn)有的femtocell干擾減輕方法，本發(fā)明公開的基于自適應(yīng)頻譜復(fù)用的分布式干擾減 輕方法不僅頻譜利用率高而且信令開銷低、收斂速度快。
[0043] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0044] 1.分布式由于每個(gè)FAP只需根據(jù)本地干擾圖與鄰節(jié)點(diǎn)的主信道配置來(lái)進(jìn)行主信 道協(xié)調(diào)，所W不需要一個(gè)中屯、控制單元來(lái)完成主信道的分配。同時(shí)該分布式主信道自配置 算法不會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)的增大而導(dǎo)致迭代步數(shù)的明顯地增加；
[004引2.自適應(yīng)每個(gè)FAP根據(jù)本地干擾圖來(lái)決定可配置的最優(yōu)主信道數(shù)。由于用戶可W 開啟/關(guān)閉FAP或者改變FAP的部署位置，該主信道配置算法可W及時(shí)發(fā)現(xiàn)本地干擾圖的變 化并相應(yīng)地改變自身主信道配置；
[0046] 3.信令開銷小由于主信道協(xié)調(diào)只與FAP的部署位置有關(guān)，而與具體的用戶位置無(wú) 關(guān)。當(dāng)FAP的本地干擾圖不變時(shí)，則其主信道配置就不會(huì)改變。所W主信道協(xié)調(diào)所產(chǎn)生的信 令開銷小。
【附圖說(shuō)明】
[0047] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的主信道自配置算法流程圖；
[0048] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的主信道自配置實(shí)例；
[0049] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的單小區(qū)資源分配算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0051] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)主信道自配置算法作進(jìn)一步描述。
[0052] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的主信道自配置算法的具體實(shí)施步驟如下：
[0053] (1)構(gòu)建鄰居表每個(gè)FAP與鄰節(jié)點(diǎn)交換各自的鄰居集合信息，W此來(lái)計(jì)算出本地 干擾圖