一种无线网络的多维资源分配的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信，尤其设及无线网络的资源分配。
【背景技术】
[0002] 随着移动通讯技术和多媒体业务的迅猛发展，移动通信网络中数据流量呈指数倍 的增长。为了满足无线业务数据流量的需求，在未来无线网络中需要密集地部署小区基站。 此外，由于大量移动数据流量发生在局部热点或室内区域，因此部署低功率小区成为未来 无线网络发展的趋势。然而，为了提高频谱资源的利用率，在小区密集部署的异构无线网络 中会在小区之间产生严重的干扰，造成用户信号质量恶化甚至无法满足基本的用户接收信 号强度需求。另外，随着移动互联网和物联网的发展，未来移动应用呈现多样化，其将扩展 到广阔的行业和领域，如移动医疗、车联网、智能家居、工业控制等领域，而运些多样化的未 来移动业务对业务的速率和延时等多种服务质量需求均有严苛的要求。因此，在未来无线 网络中，需要通过优化频谱的资源分配来降低干扰W满足用户的最小接收信号强度，同时 还需要满足针对多样化业务的速率、延时等在服务质量方面的要求。
[0003] 为满足上述有关无线网络的资源分配的要求，一些现有技术针对单小区进行资源 分配，通过提高资源分配的系统吞吐量或用户公平性来满足用户服务质量需要。例如，在申 请号为200410048327.2的专利中提出了一种适用于移动通信系统的下行分组数据调度方 法，其通过给出根据用户的链路质量W及分组数据的优先级等特征来进行下行数据调度。 类似地，在申请号为200510109284.9的专利中提出对用户进行上行调度W及上下行联合调 度的方法，其根据上行或下行链路的用户调度信息为用户计算上行或下行数据调度的优先 等级，并基于用户上下行数据优先级完成资源分配，由此通过对上行和下行联合调度来节 省空口资源。然而，其中并未设及如何避免在基站之间的干扰的方法。在申请号为 200810216675.4的专利中提出一种LTE FDD系统下行调度与资源分配方法，其根据用户的 反馈信息对新传或重传用户进行调度优先级排序，并且根据新传和重传用户的调度优先级 排序进行资源分配。在申请号为201110458448.4的专利中公布了一种LTE系统中下行资源 分配方法及装置，给出根据用户业务最小速率需求为用户分配资源的方法。在申请号为 201110458448.4的专利申请中公开了一种下行调度方法及装置，该专利根据用户在预定时 间窗口内被调度资源块的数量W及各用户在小区S资源块i的信道质量指示所对应的优先 级，来确定小区S的资源块i上被调度UE。在申请号为200810190583.3的专利中公开了一种 应用于多载波时分双工系统中的下行资源分配方法，其提出通过将与用户处于同一区域的 用户信道质量信息作为用户当前信道质量信息的估计值从而进行资源分配。
[0004] 然而，运些针对单小区进行资源分配的方法仅考虑了用户的信道质量、用户的优 先级等进行单小区内的资源分配，而忽略了小区之间的干扰。
[0005] 还有一些现有技术针对多小区之间的干扰问题提出了解决方法。例如，申请号为 201310642344.8的专利申请中公开了一种家庭基站基于干扰协调的资源分配方法，其根据 家庭基站中受干扰的终端信息上报用户干扰源基站，来确定进行家庭基站的协作基站，并 对协作基站进行正交的频谱资源分配。在申请号为201410401062.3的专利申请中公开了一 种LTE系统中基于非合作博弈的资源分配和干扰抑制方法，首先采用软频率复用建立多小 区的LTE网络干扰模型，然后基于非合作博弈理论，考虑到用户采用过低的发送功率不能满 足基本速率需求，而过高的功率又会消耗大量能量，从而建立了基于价格机制的效用函数， 给出使效用函数最大化的功率迭代算法。在申请号为201010142688.9的专利中公开一种基 于干扰的资源分配方法及装置，通过对受干扰用户分配干扰最小的频点和该频点上干扰最 小的时隙降低用户受到的干扰从而保证用户通信质量。其资源分配方法仅考虑满足用户的 接收信号质量。申请号为201280077299.X的专利申请中公开了用于协调资源分配W解决小 区间干扰的方法。通过干扰源小区和受干扰小区之间的信令交互协商资源分配信息，通过 小区间干扰协调的资源分配降低小区之间的干扰。在申请号为201010596171.7的专利中公 开了一种干扰消除的资源分配方法和装置。通过小区监测到的邻区干扰信息决策是否进行 时隙划分的小区间干扰管理机制，从而提高小区边缘用户的吞吐量。
[0006] 然而，上述为解决多小区之间的干扰问题的而进行的资源分配的方法忽略了用户 在速率、延时等多方面细化的业务服务质量需求。此外，运些方法通过单维资源分配来降低 干扰，其资源利用率不高，系统性能的增益也有限，因而仅适用于业务流量需求较低的情 况。
【发明内容】
[0007] 因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种异构无线网 络资源分配的方法，将使得所述网络的全部小区的全部用户的总效用最大作为目标，并且 将所述小区的总发送功率小于等于允许的最大发送功率、和所述小区中用户的传输速率大 于等于设定的最小速率需求作为约束条件。
[0008] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：
[0009] 所述方法包括：
[0010] 针对小区i，确定所设置的与发送功率对应的参数e、W及与小区i的全部Ki名用户 中的每一个的传输速率对应的参数勞 '心括鞠，…，冷衔K:
[0011] 根据e和谬，针对每一个资源块，确定要分配资源块n的所述小区的最优用户k*; [00 12] 根据0和學，确定所述小区内分配任意一个资源块n的用户k的发送功率Pk,n。
[0013] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0014] 综合地考虑了小区之间的干扰、W及用户在速率、发送功率、延时等多方面的业务 服务质量需求，从而提高了资源利用率和系统性能的增益。
[0015] 相较于现有技术通过单维资源分配来降低干扰，本发明提出一种频谱和功率联合 优化方法，可W根据异构网络中用户和小区之间的信道状态W及小区的不规则分布自适应 地优化各小区频谱和功率资源使用，W更好地进行小区之间的频谱资源复用，从而提高系 统资源利用率和系统总体吞吐量等性能。
[0016] 并且，通过仿真实验可发现相较于现有技术，本发明针对语音业务具有更小的平 均延时和平均丢包率，针对数据业务具有更小的平均延时和平均中断概率。
【附图说明】
[0017] W下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
[0018] 图1是异构网络优化资源分配的资源管控信令流程的示意图；
[0019] 图2是根据本发明的基于拉格朗日乘子迭代的服务质量保证的资源分配算法QGRA 的流程图；
[0020] 图3是根据本发明的不同干扰口限下小区边缘用户平均吞吐量的仿真结果；
[0021] 图4是根据本发明的不同小区用户数下语音业务平均包延时和丢包率的仿真结 果；
[0022] 图5是根据本发明的不同小区用户数下数据业务平均包延时和中断概率的仿真结 果。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
[0024] 为了优化异构网络区域各小区资源分配，可W采用集中式的资源分配的优化方 法，通过基于已知的多小区用户信息来优化各小区频谱和功率资源分配，从而降低小区间 干扰并且保证业务的细粒度服务质量需求。具体异构网络优化资源分配的资源管控信令流 程如图1所示。
[0025] 参考图1，首先，用户进行小区测量，得到接入或相邻小区对用户的信号接收功率。 并且用户将测量得到的接入小区和相邻小区信息上报到接入小区。进一步地，小区将其中 所有接入用户的测量信息上报到集中式资源控制器。集中式资源控制器根据异构网络区域 内用户和小区信息进行资源分配优化决策，从而得到优化的异构网络中小区资源分配信 息。之后，集中式资源控制器通过信令消息，将各小区资源分配信息传递给小区基站。最后， 小区基站将通过物理下行控制信道向每个用户传递具体的资源分配信息。
[0026] 发明人在研究了有关无线网络资源分配的现有技术后发现可W考虑小区业务服 务质量需求W及多小区间干扰，从而进行多维资源分配。由此，发明人构建了数学模型，定 义小区对相邻小区的干扰口限并且考虑小区的总发送功率限制和用户最小发送速率需求 W作为资源分配优化的约束条件。在数学模型的基础上，W使得异构网络区域多个小区资 源分配的总效用最大化为目标，同时满足小区发送功率对邻区用户干扰口限限制、小区频 谱资源块的分配限制、小区总发送功率限制，并且满足用户的最小发送速率的需求，达到优 化系统频谱、功率资源的分配，优化资源分配的目的。
[0027] 在综合地考虑包括用户的速率、业务队列缓冲区长度、W及业务队列延时的基础 上，发明人定义了异构无线网络资源分配的效用函数来优化业务服务质量，使用了如下的 变量名称。
[0028] 假设，在异构蜂窝网络中包含S个小区，W及K名用户；
[0029] R是异构网络中的小区的集合；
[0030] 3?是宏小区的集合，3^是低功率小区的集合；
[0031] i 为某一小区，i ER;
[0032] K是异构蜂窝网络中的用户的集合；
[0033] 1(?是所有宏小区中的用户的集合，1(^是低功率小区中的用户的集合；
[0034] Ki是接入小区i的用户的集合，i ER;
[0035] k 为某一用户，keK。
[0036] 考虑在(FDMA(0;rthogonal Frequen巧 Division Multiple Access)系统中下行 数