基于密集分布的毫微微用戶資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及基于密集分布的毫微微用戶資源分配方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對比LTE系統(tǒng)與3G系統(tǒng)，LTE系統(tǒng)的載波頻率利用率有所升高，其路徑損耗相比3G 系統(tǒng)也增大。因此，LTE系統(tǒng)不能很好的覆蓋室內(nèi)。研究表明，近90%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和60%的語 音業(yè)務(wù)是在室內(nèi)發(fā)生的，所W室內(nèi)信號覆蓋問題需要及時的被解決。毫微微小區(qū) (femtocell)技術(shù)作為室內(nèi)無線通信最有前景的技術(shù)之一，近年來得到廣泛的研究。與傳統(tǒng) 的宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，毫微微基站的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不僅能夠擴(kuò)大覆蓋范圍，還可W提升系統(tǒng) 性能。人們將宏小區(qū)與毫微微小區(qū)組成的網(wǎng)絡(luò)稱為Macro-Femto (宏-毫微微）網(wǎng)絡(luò)。Macro-Femto網(wǎng)絡(luò)能夠降低能量消耗，降低投資成本和運行維護(hù)成本。
[0003] 近年來Macro-Femto得到了廣泛的研究。為了解決跨層干擾問題，有人采用分割頻 譜的方式解決雙層網(wǎng)絡(luò)間的干擾。雖然有效地解決了干擾，但是頻譜利用率太低，在LTE系 統(tǒng)的頻譜資源匿乏情況下并不可行。還有使毫微微采用開放式模式來提升系統(tǒng)性能的方 法，雖然提高了部分系統(tǒng)性能，但是干擾協(xié)調(diào)過于復(fù)雜。有學(xué)者在LTE系統(tǒng)中提出了一種基 于認(rèn)知無線電的分布式博弈資源分配算法，提高了毫微微用戶的吞吐量和降低了干擾，但 并未針對毫微微小區(qū)間干擾進(jìn)行分組優(yōu)化。隨著分組優(yōu)化和聯(lián)合資源分配的方法被提出， 同層間的干擾進(jìn)一步被減小，提高了系統(tǒng)性能，但最優(yōu)組尺寸問題沒有得到足夠的重視。還 有學(xué)者針對分組優(yōu)化和資源分配問題，基于CVX平臺提出了 SDP和隨機(jī)舍入算法。雖然該方 法考慮了組尺寸優(yōu)化問題，但所提算法在求分組優(yōu)化最優(yōu)解的時候效率并不高，且隨著毫 微微用戶數(shù)目的增加，并不能有效找到最優(yōu)解。另外，其資源分配方法并沒有有效地解決用 戶平均干擾問題，也沒有考慮用戶速率公平問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提出基于密集分布的毫微微用戶資源分配方法。
[000引基于密集分布的毫微微用戶資源分配方法，根據(jù)函數(shù)的最優(yōu)解對已分組的毫微微 用戶進(jìn)行資源分配，其特征在于:求得函數(shù)的最優(yōu)解包括：
[0006] 104、將整個用戶分組問題代入lingo數(shù)學(xué)平臺；
[0007] 105、根據(jù)約束條件確定分組優(yōu)化的所有可行解；
[0008] 106、根據(jù)求得的可行解，建立單純形表并求得每一個可行解對應(yīng)的檢驗數(shù)；
[0009] 104、根據(jù)lingo數(shù)學(xué)平臺特點，運用直接求解程序?qū)δＰ偷仁郊s束進(jìn)行處理，并判 定模型種類，再調(diào)用分支定界程序結(jié)合單純形表求得函數(shù)的最優(yōu)解。
[0010] 優(yōu)選地，所述步驟102根據(jù)約束條件確定分組優(yōu)化的所有可行解包括：
[001引其中巧是毫微微基站i和毫微微基站j之間的鏈接權(quán)值，
，其中化是毫 微微基站與用戶之間的路徑損耗，Xi,J是毫微微基站i與毫微微基站j在同一個分組的概率， 巧./是毫微微基站i與毫微微基站j不在同一組的懲罰因子，
[0013]該式滿足下列約束條件：
[0019] 其中，F(xiàn)為毫微微基站的集合，約束Cl表示各毫微微基站i與其本身在一組，C2表示 暈微微基站j與i 一組，j必與i一組，C3表不暈微微基站i與j一組，j與k一組，i必與k一組，C4 表示每組數(shù)不超過總的可用信道數(shù)，C5表示解為0和/或1的整數(shù)。
[0020] 優(yōu)選地，所述根據(jù)求得的可行解，建立單純形表并求得每一個可行解對應(yīng)的檢驗 數(shù)包括將所有可行解組成的可行集里的每一個可行矩陣通過一一對應(yīng)的方式將其轉(zhuǎn)化為 向量形式。
[0021] 優(yōu)選地，所述將可行集里的每一個可行矩陣通過一一對應(yīng)的方式將其轉(zhuǎn)化為向量 形式包括在lingo平臺運用單純形法在求解分組優(yōu)化問題時將每一個元素作為可改變量， 將目標(biāo)問題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)線性規(guī)劃形式，令Xi,測X11X12 ... Xnn對應(yīng)A'術(shù)一A>將目標(biāo)函數(shù)按此 對應(yīng)關(guān)系展開成cTx形式，C和X為n2*l維列向量。
[0022] 優(yōu)選地，步驟104中所述調(diào)用分支定界程序結(jié)合單純形表求得函數(shù)的最優(yōu)解包括：
[0023] 令[^3當(dāng)前最大目標(biāo)函數(shù)值，P為分支層，相對勺工件順序，Pl為當(dāng)前節(jié)點， 即目前需要分支的節(jié)點對應(yīng)部分的序列；
[0024] 1)首先初始化:令P = O,pi =A,C*= OO，A為空集，此時，當(dāng)前節(jié)點pi即根節(jié)點；
[0025] 2)從當(dāng)前節(jié)點分支得到各個子節(jié)點，計算各子節(jié)點的下界，按對應(yīng)的各子節(jié)點下 界值從小到大對各子節(jié)點進(jìn)行排序，更新P，令P = P+1;
[0026] 3) W各分支節(jié)點為初始值，建立單純形表，根據(jù)證明最優(yōu)解在邊界取得，且非基變 量對應(yīng)的檢驗數(shù)非正，對不滿足此條件的分支或偏離邊界方向的分支進(jìn)行剪支并更新P;
[0027] 4)如果探測完所有當(dāng)前節(jié)點，更新P，令P = P-I,然后轉(zhuǎn)入第7步;否則，將當(dāng)前層各 子節(jié)點中具有最小下界值的節(jié)點標(biāo)記為Q，并在節(jié)點Pl的末尾加入Q所對應(yīng)第P位置上的工 件，此時令當(dāng)前節(jié)點為Q，轉(zhuǎn)到第5步；
[0028] 5)根據(jù)W上步驟說明當(dāng)前節(jié)點是同層同父節(jié)點中具有最小下界值的節(jié)點，如果當(dāng) 前節(jié)點的下界值不小于則不需要再捜索當(dāng)前節(jié)點和同層同父的節(jié)點；因此，當(dāng)前節(jié)點的 父節(jié)點被探測完畢，更新P，令P = P-I,然后去掉Pl中最后一個工件，再轉(zhuǎn)第7步；否則，轉(zhuǎn)入 第6步；
[0029] 6)假設(shè)運時p = n，此時得到一個較優(yōu)順序，令P^Pl，其中C*是當(dāng)前節(jié)點的下界 值;更新P，令P = P-I,然后去掉Pl中最后一個工件，轉(zhuǎn)入第7步;否則跳轉(zhuǎn)第2步；
[0030] 7)此時如果P辛0,則去掉Pl中最后一個工件后，再跳轉(zhuǎn)第4步；否則，算法終止；C* 就是最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)值，P巧P為最優(yōu)解。
[0031] 優(yōu)選地，所述對已分組的毫微微用戶進(jìn)行資源分配包括新的子信道分配，過程如 下：
[0032] 1)對毫微微基站進(jìn)行編號，對毫微微進(jìn)行分組；
[0033] 2)建立子信道分配指示矩陣T = ze;ros(N，化e)，干擾指示矩陣G=(fue，fue，N);
[0034] 3)采用組間復(fù)用組內(nèi)正交的方式分配子信道;首先將所有子信道依次分給每個組 內(nèi)用戶，其次，為每個組內(nèi)用戶挑選子信道，令
最大，n^T，令T(n，kf) = l;
[0035] 4)找到分好的前幾組與本組相同信道的用戶，依次檢測本組用戶是否超出干擾口 限 n,-,/巧,/各^ 式灼，/ € C" / g C/ ，若超出則令G 化f，kf '，n} = G(kf '，kf，n} = 1， 再檢測是否滿足速率需求Rf,如有任何一項不滿足，將組內(nèi)其它用戶，令
最 大;再行檢測，重復(fù)步驟4,直至滿足限制，如滿足不了組內(nèi)所有用戶，剔除n，更新T和G;
[0036] 5)根據(jù)信道分配指示矩陣T，檢測本組用戶是否分到信道，如未分到，根據(jù)干擾指 示矩陣G，找到與其他用戶干擾的信道n^N'，找到備選信道集合N'中滿足最大速率的一信 道n'，如與本組其他用戶k的信道重合且k的信道數(shù)大于1，則k的信道中刪除n'，如k只有一 個信道，放棄n '，將n '從N'中剔除，重復(fù)步驟5，直到所有用戶均分到子信道，更新T;
[0037] 6)從本組的第一個用戶開始，檢測前幾組與該用戶在同一子信道的用戶kl，檢測 本組用戶與kl的干擾是否在干擾口限內(nèi)，如超出口限，根據(jù)T判斷kl的子信道數(shù)如大于1，則 從kl中剔除干擾的信道;重復(fù)步驟6直至本組用戶檢測完畢；
[0038] 其中，巧,/為毫微微基站的發(fā)送功率，片,，f為毫微微基站f的用戶kf在信道n上的 信噪比，容為第k個毫微微基站服務(wù)的用戶與第f個毫微微基站在信道n上的信道增益;N 為信道數(shù)，fue為總的用戶數(shù)。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發(fā)明基于密集分布的毫微微用戶資源分配方法優(yōu)選實施例流程示意圖；
[0040] 圖2為本發(fā)明參考的系統(tǒng)模型圖；
[0041] 圖3為本發(fā)明基于密集分布的毫微微用戶資源分配方法另一流程示意圖；
[0042] 圖4為本發(fā)明所用算法與基于CVX平臺的SDP隨機(jī)舍入聯(lián)合算法效率比較示意圖；
[0043] 圖5為本發(fā)明所用算法與SDP隨機(jī)舍入聯(lián)合算法及傳統(tǒng)算法分組之后用戶平均速 率比較示意圖；
[0044] 圖6為本發(fā)明所用算法與SDP隨機(jī)舍入聯(lián)合算法分組之后用戶平均干擾比較示意 圖；
[004引圖7為本發(fā)明所用算法與傳統(tǒng)算法分組之后用戶平均干擾比較示意圖；
[0046] 圖8為本發(fā)明所用算法與SDP隨機(jī)舍入聯(lián)合算法及傳統(tǒng)算法分組之后用戶速率公 平比較示意圖。
【具體實施方式】
[0047] 本發(fā)明的基于密集分布的毫微微用戶分組方法，根據(jù)函數(shù)的最優(yōu)解對已分組的毫 微微用戶進(jìn)行資源分配，其中，求得函數(shù)的最優(yōu)解，如圖1所示，包括：
[004引101、將整個用戶分組問題代入lingo數(shù)學(xué)平臺；
[0049] 102、根據(jù)約束條件確定分組優(yōu)化的所有可行解；
[0050] 103、根據(jù)求得的可行解，建立單純形表并求得每一個可行解對應(yīng)的檢驗數(shù)；
[0051] 104、根據(jù)lingo數(shù)學(xué)平臺特點，運用直接求解程序?qū)δＰ偷仁郊s束進(jìn)行處理，并判 定模型種類，再調(diào)用分支定界程序結(jié)合單純形表求得函數(shù)的最優(yōu)解。本發(fā)明方法實施過程 如下：
[0052] 首先根據(jù)步驟101將整個用戶分組問題代入lingo數(shù)學(xué)平臺。然后根據(jù)步驟102確 定分組優(yōu)化的所有可行解。再運用步驟103,根