[发明专利]基于广义纳什均衡的小蜂窝网络功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于广义纳什均衡的小蜂窝网络功率分配方法，该方法通过求解由宏蜂窝与小蜂窝构成的非合作博弈问题的广义纳什均衡，分布式地计算宏基站和小基站的发射功率，从而得到宏基站和小基站在各个信道上的功率分配和通信速率。本发明信息交互量更少、干扰更小、频谱资源共享效率更高、适用范围更广。

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种基于广义纳什均衡的小蜂窝网络功率分配方法。

背景技术

随着智能手机和移动应用程序的发展，无线数据的爆炸式增长，使当前蜂窝网络已经趋于饱和。当前的移动通信技术已经不能满足需求，因此下一代移动通信系统不得不寻求新的技术以应对这些挑战，小蜂窝(Small Cells)被认为是下一代无线通信技术的关键技术。Small Cells是低功率的无线接入节点，可以覆盖10米到200米的范围。通过在宏蜂窝中密集部署低功耗的Small Cell，可以减轻宏基站的负载、提高系统的容量、增加覆盖范围和提高频谱利用率，从而缓解频谱资源缺乏、容量不足的困局。

在宏蜂窝中部署小蜂窝很自然地形成了一个双层的异构网络，这使得用户可以通过就近的Small Cell接入网络以提高传输速率、降低宏蜂窝负载、提高系统容量。从本质上来说Small Cell是对宏蜂窝(Macro Cell)的一种补充，因此这两个网络的服务质量要求不尽相同，通常宏蜂窝具有更高的优先权和严格的服务质量(Quality ofService，QoS)要求以保障宏蜂窝用户的通信。由于小基站(Small Base Station，SBS)的部署密度远高于宏基站(Macro Base Station，MBS)，因此如果Small Cell和Macro Cell共享频谱资源，那么Small Cell的部署将会对宏蜂窝用户的QoS需求产生巨大的影响，为此必须对Small Cell的发射功率做出一些限制；反过来，MBS的发射功率也会影响Small Cell的性能，同时小蜂窝用户(SUEs)之间也存在相互干扰，因此必须对Small Cell与Macro Cell进行联合优化。要实现对Small Cell和Macro Cell的联合优化必须面对以下三点困难：一，部分SmallCell如家庭蜂窝(Femto Cell)是由用户安装部署而非运营商提前规划部署；二，SmallCell的部署密度通常远远高于MBS的部署密度，并且Small Cell之间信息交互量非常少；三，部分Small Cell的回程链路是以太网或者其他无线网如中继(Relay)，因此网络中存在较大延时。这对Small Cell和Macro Cell进行联合优化带来了巨大挑战，从而大大地限制了系统性能。考虑到高密度随机部署SBS，有学者提出了对于Small Cell使用无线回程的方式。因此在这种传输环境下Small Cell网络的干扰管理必须限制各个基站之间的信息交互。为了减少信息的交互量，可通过设计分布式算法联合优化SBS和MBS的功率。

伴随5G通信的发展，越来越多的Small Cell将接入蜂窝网中，这无疑对当前的通信技术提出了巨大挑战。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于广义纳什均衡的小蜂窝网络功率分配方法，本发明信息交互量少，干扰小，频谱资源共享效率更高，适用范围更广。

技术方案：本发明所述的基于广义纳什均衡的小蜂窝网络功率分配方法，通过求解由宏蜂窝与小蜂窝构成的非合作博弈问题的广义纳什均衡，分布式地计算宏基站和小基站的发射功率，从而得到宏基站和小基站在各个信道上的功率分配和通信速率。

进一步的，所述通过求解由宏蜂窝与小蜂窝构成的非合作博弈问题的广义纳什均衡，分布式地计算宏基站和小基站的发射功率，从而得到宏基站和小基站在各个信道上的分配功率和通信速率，具体包括：

步骤1：宏基站设置初始对偶变量μ⁰≥0、精度∈₁和步长序列并将对偶变量μ⁰广播至宏蜂窝内的其他小基站；其中，所述对偶变量为宏基站的各信道用户对应QoS约束的向量；