[发明专利]一种基于干扰管理的宏基站与家庭基站联合资源分配方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于干扰管理的宏基站与家庭基站联合资源分配方法，属于通信技术领域。

背景技术

在蜂窝网络中，几乎2/3的电话和90％以上的数据业务是在室内产生的，家庭基站，作为布置在家中或商业区中的一种小范围、低功耗、低成本的无线AP，为解决室内覆盖问题提供了契机。通过用户自组织的布置家庭基站，可以减轻宏基站的负载，同时提高家庭用户自身的通信质量，并降低室内用户的发射功率，实现绿色通信。

尽管如此，Femtocell的引入使传统宏蜂窝网络变为两层网络结构——宏蜂窝层和femtocell层，而当两层网络共用频谱时，会产生严重的跨层干扰，同时，家庭基站系统间的共层干扰也是不可忽略的。因此，有大量的研究致力于家庭基站系统的干扰控制问题，目前干扰控制的方法主要分为三类：频谱分配、功率控制，以及联合信道功率控制。随着社会环保意识的加强与节能概念的普及，家庭基站的能量效率成为研究的焦点。

虽然很多方法基于干扰分析进行功率控制，在一定程度上提高了系统吞吐量。但对于在家庭基站附近的宏用户的吞吐量性能影响很大，且每个家庭基站“自私”地增大自己的发射功率以提高吞吐量，会降低家庭基站系统的能量效率。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于干扰管理的宏基站与家庭基站联合资源分配方法，该方法能够解决宏基站和家庭基站之间存在的跨层干扰及相邻家庭基站之间的共层干扰问题，该方法能在保证宏用户和家庭用户性能的同时，提高家庭基站系统的能量效率。本发明中，家庭基站信道分配方法基于一种启发式的动态信道分簇犯，并与宏用户的信道分配相结合，有效地降低了跨层干扰。家庭基站的功率控制是基于拉格朗日乘子法，在满足宏用户和家庭用户QoS要求的约束条件下，以最小化家庭基站发射功率为目标，降低了家庭基站与宏基站系统的中断概率，提高了家庭基站系统的能量效率。

技术方案：本发明采用基于干扰管理的家庭基站于宏基站联合资源分配方法，具体步骤如下：

步骤1：建立家庭基站与宏基站系统干扰模型图，并对家庭基站进行分簇；设系统总信道数为M，将M个家庭小区簇C_n，n＝1,2,...,M所组成的集合记为Cf，设宏用户集合为Mu，对宏用户按到宏基站的增益大小降序排列，依次分配信道，排列后宏用户集合记为Mu′；

步骤2：进行宏小区与家庭小区联合信道分配，每次从集合Mu′中依次选取一个点u，对Cf中每个簇C_n，分别计算簇内家庭基站对宏用户u干扰总和选出给家庭小区簇n^*分配和宏用户u 相同的信道，并从集合Cf中删去簇n^*，从集合Mu′中删去宏用户u，直至Mu′变为空集，信道分配完成；

其中，m表示宏用户序号，n表示信道序号，家庭基站j对家庭用户i的增益为家庭基站i在信道n上发送功率为其中i＝1,2,...,，N₀表示噪声的功率谱密度，BW表示每资源块的信道带宽；为家庭基站i与宏用户u之间的增益；

步骤3：将家庭基站的功率控制问题建模为如下凸优化问题：

该凸优化问题的拉格朗日表达式为：

其中，i表示本家庭小区序号，j表示干扰家庭基站序号，k表示宏用户序号，n表示信道序号，家庭用户i在信道n上与本家庭基站间增益为家庭基站j对家庭用户i的增益为宏基站与家庭用户i之间增益为家庭基站i 到宏用户k之间增益为宏基站对宏用户k的发送功率为家庭基站i在信道n上发送功率为其中i＝1,2,...,，N₀表示噪声的功率谱密度，BW表示每资源块的信道带宽，表示信道n上发送信号的家庭基站的个数，表示家庭用户信噪比门限，表示宏用户所受干扰的门限值，由于宏基站给每个宏用户分配一个信道，而宏基站与家庭基站共用信道，则宏用户k所受干扰为共信道家庭基站对它的跨层干扰为λ_i,n和v_n均为拉格朗日乘子；

步骤4：定义α和β分别是v_n和λ_i,n正的迭代步长，初始化λ_i,n(0)、 v_n(0)、α(0)和β(0)，令t＝0；

步骤5：计算

为家庭基站i与宏用户n之间的增益；为宏基站在信道n上发送功率，

表示宏基站与家庭用户i之间在信道n上的增益；