[发明专利]用户关联与功率控制在异构蜂窝网络中的协同优化算法

说明书

本发明涉及一种用户关联与功率控制在异构蜂窝网络中的协同优化算法，属于移动通信技术领域。该算法具体包括：S1：利用拉格朗日函数和凸优化工具找出最佳的用户与基站间的关联指数；S2：利用牛顿方法和回馈直线搜索方法为基站分配合适的发射功率；S3：双层迭代方案：在外层循环寻找最佳的用户关联矩阵，在内层循环找出基站最佳的传输功率，通过反复的迭代找出最终的用户关联矩阵和基站的传输功率。本发明能够提升系统的能效和负载均衡，减少干扰，同时降低了算法的复杂度。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，特别是在异构Macro-pico蜂窝网络中，涉及一种用户关联与功率控制联合的能效优化方法。

背景技术

随着移动互联网的发展，增加系统容量和提高数据速率已经成为蜂窝网络急需解决的问题。异构Macro-pico蜂窝网络是一种在传统的宏蜂窝网络内部署微微基站(Picocell)的新型架构网络，这种网络架构能够将一部分用户从宏基站卸载到微微基站中，以较低的发射功率满足用户的通信质量要求，异构蜂窝网络架构能够提高系统容量和提高数据速率。另一方面，节能减排正在成为全球的热点，绿色通信越来越受到人们的关注，考虑到整个移动通信网络的能耗主要来自基站端，异构蜂窝网络中能效优化问题是未来移动通信重要的研究方向之一。

能效表示为系统吞吐量与基站端功耗的比值，一种用户关联策略常被用来提高系统能效，用户关联策略有以下几种：(1)最大SINR关联策略，该策略根据用户接收到的最大SINR将用户关联到合适的基站，但是由于宏基站发射功率大于微基站，该策略会使大量用户关联到宏基站，导致整个系统负载不均衡，微基站的无线资源不能被充分利用，系统吞吐量收到极大限制，并且大量的用户关联到宏基站会增加系统能耗，导致系统能效偏低。(2)基于偏置值的用户关联策略，由于宏基站发射功率较大，为微基站发射功率添加一定的偏置值来减小与宏基站发射功率的差值，通过调整微基站的偏置值执行用户关联，该策略能在一定程度上使更多用户关联到微基站，但是为每个微基站寻找一个合适的偏置值在实际系统中很难实现。(3)在固定功率下基于最大效用函数的用户关联策略，该策略将用户关联到能效最优的基站中，这种方式是以能效最优为前提，提高了系统的能效，但是该策略是以基站最大发射功率为前提，并未对基站进行功率控制，除此之外，该策略没有考虑用户对数据速率需求的不同，虽然高速率要求的用户能够按照能效最优的方式关联到基站中，但是这类用户并不一定能得到应有的服务质量。大多数研究都集中在异构蜂窝网络上行链路，基于以上考虑，在下行链路中，需要一种用户关联与功率控制在异构Macro-pico蜂窝网络中的协同优化算法，在基于最大效用函数的用户关联策略基础上，为用户的有效速率添加相应的权重，并且将用户关联与功率控制联合优化系统能效。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用户关联与功率控制在异构蜂窝网络中的协同优化算法，该算法能够减少干扰，能有效的提高系统能效和负载均衡，同时降低算法的复杂度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用户关联与功率控制在异构蜂窝网络中的协同优化算法，该算法通过将问题分解为两个子问题，在用户关联子问题中求得最佳用户关联矩阵和带权重的有效速率值，保证用户以能效最优的方式关联到基站中，在功率控制子问题求得最佳传输功率，利用功率控制技术降低系统间的干扰，最后利用迭代的方法求得系统的能效值。

该算法具体包括以下步骤：

S1：利用拉格朗日函数和凸优化工具找出最佳的用户与基站间的关联指数；

S2：利用牛顿方法和回馈直线搜索方法为基站分配合适的发射功率；

S3：双层迭代方案：在外层循环寻找最佳的用户关联矩阵，在内层循环找出基站最佳的传输功率，通过反复的迭代找出最终的用户关联矩阵和基站的传输功率，使系统能效最优。

进一步，所述步骤S1中，首先初始化用户与基站间的关联矩阵和基站的传输功率，具体包括：