基于效用函数的切换参数优化方法

本发明属于通信，涉及基于效用函数的切换参数优化方法。

背景技术：

1、用户密集分布的场景下，不适当的切换控制参数设置会影响小区切换的稳定性。使用固定的切换控制参数或者对同时对小区内所有用户进行切换参数设置，将会导致部分用户通信质量降低，其主要原因在于用户所处位置和状态有所不同。传统的切换参数优化根据单一的指标对切换控制参数进行动态调整，导致其方法的有效性较低。距离、信道条件、噪声、干扰、资源可用性和终端速度等因素都会影响用户通信连接的稳定性，因此选取适当的切换指标是提高切换控制参数优化方法的关键。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于效用函数的切换参数优化方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于效用函数的切换参数优化方法，该方法包括以下步骤：

4、s1：定义问题

5、设切换触发事件为a3事件，根据第三代合作伙伴计划3gpp组织规定，其定义方式如公式所示：

6、mn+ofn+ocn-hys>mp+ofp+ocp+off (1)

7、其中：mn和mp分别为相邻小区和服务小区的测量结果，其测量对象为参考信号接收功率或质量；ofn和ofp为小区系统带宽所在频段的特定偏置参数；ocn和ocp分别为相邻小区和服务小区的小区个体偏置参数，用于进行负载均衡；off为服务小区和相邻小区的a3事件偏置值；hys为a3事件迟滞参数，即为切换触发条件中的切换门限；

8、对上述切换触发事件进行简化，简化后其数学表示如公式所示：

9、rt＞rs+homa (2)

10、其中：rs和rt分别表示服务小区和目标小区的rsrp；homa是动态调整的切换门限，其目的是当ue在两个小区之间连续切换时，减少切换失败和乒乓切换；当目标小区rsrp在触发时间内满足式时，触发小区切换；

11、小区切换控制参数优化问题使用公式表述：

12、

13、

14、c2:tmin≤ttta≤tmax              (3-3b)

15、c3:hommin≤homa≤hommax      (3-3c)

16、

17、其中：p表示切换概率、乒乓切换概率和无线链路失败概率，通过选择适当ttta和homa来进行优化，ttta和homa分别表示动态调整的触发时间和切换门限；约束(3-3a)确保每个ue仅与一个小区相关联，bij是用户关联指示符；约束(3-3b)和(3-3c)确保所选择的ttta和homa不超出范围，其范围分别为0～5.12s与0～10db；并且(3-3d)是对用户关联指示符的二进制约束，bij为1表示对应用户与小区相关联；ue周期性地测量所有服务小区的rsrp并报告测量结果；

18、s2：建立系统模型

19、考虑两层hetnets，由nm个宏小区和ns个微小区组成；宏小区的集合用m＝{m1,m2,...,mnm}表示，微小区的集合用s＝{s1,s2,...,sns}表示；将所有小区的集合定义为e＝m∪s，使用ei表示e中小区，nall＝nm+ns为小区的总个数；在一个宏基站覆盖范围内部署3个微基站，在每个宏小区和微小区内随机生成用户，将ue集合定义为u＝{u1,u2,...,uk}，其中k为所有小区中ue的总数；

20、s3：动态参数优化

21、包括切换指标的输入和有界函数的生成、有界函数对应权重的计算、效用函数值的计算以及切换控制参数的输出；通过效用函数对ue的状态和网络环境进行评估，效用函数值越高表示ue所处通信环境更佳，反之ue所处通信环境较差；当效用函数值上升时，表明小区切换的必要性降低，将切换控制参数上调以避免乒乓切换；当效用函数值下降时，表明小区切换的必要性较高，需下调切换控制参数以避免无线链路失败；

22、s31：建立有界效用函数

23、sinr、小区负载和ue到基站之间的距离的有界函数用sinr函数f(γ)、负载函数f(l)和ue的距离函数f(d)表示，它们的权值分别用ωγ、ωl和ωd表示；效用函数的表示方法如公式所示：

24、fwf(γ,l,d)＝ωγf(γ)+ωlf(l)+ωdf(d)      (4)

25、式中，fwf(γ,l,d)分为两部分；第一部分是有界子函数f(γ)、f(l)和f(d)；第二部分是每个子函数的权值ωγ，ωl，ωd；

26、s32：计算有界函数权重

27、通过权重函数为每个有界函数产生一个权重值ωn，并且它们的总和等于1；权重函数使用公式所示：

28、

29、其中：ωn表示函数f(xn)的权值，ωn是ωγ、ωl或者ωd；f(xn)是对应的第n个有界函数，需要计算其权值；f表示用于调整hcps值的指标总数，考虑三个指标γ、l和d，将f设为3；f(xi)是第i个有界函数，i＝1,...,f；

30、sinr有界函数权重的计算方式如公式所示：

31、

32、式中，ωγ表示sinr有界函数的权重；f(γ)为有界函数值；f为所有有界函数的数量，取值为3；ωl和ωd的计算方式与公式类似；

33、s33：进行切换控制参数的动态估计

34、得到不同切换指标的有界函数以及其对应的权重，并计算出效用函数值后；效用函数的输出将用于动态估计每个用户的hcps设置；以下为切换门限和触发时间的具体调整：

35、(1)切换门限调整

36、动态调整的切换门限值homa使用公式表示：

37、homa＝h+δm         (13)

38、其中：h为前一时刻切换门限值，其初始值h0定义为最大切换门限与最小切换门限的平均值；δm为动态调整的部分；h0的计算方式如公式所示：

39、

40、式中，mmax和mmin是切换门限的最大值和最小值；假设这些值分别为10db和0db；

41、切换门限设置的动态调整部分如公式所示：

42、

43、其中：切换门限初始值h0的计算方式如公式所示；效用函数fwf(γ,l,d)的计算方式如公式所示；当目标小区sinr小于阈值并且服务小区sinr大于阈值时，使用fwf(γ,l,d)控制h0的幅度会产生一个非常低的切换门限设置，从而导致过早切换、向错误的小区进行切换和乒乓切换，此时用1取代fwf(γ,l,d)中的ωγf(γ)；当服务小区sinr小于阈值并且目标小区sinr大于阈值时，用-1取代fwf(γ,l,d)中的ωγf(γ)；

44、(2)触发时间调整

45、触发时间间隔的范围已由3gpp组织指定，其设置范围为0～5.12秒；

46、触发时间的调整方式如公式所示：

47、

48、其中：at是即时调整的触发时间；t是触发时间阈值水平最初定义的固定的适当间隔，然后t将在下一次调整中等于at；ρ是规定的触发时间的基准调整值；q是效用函数变化值的触发阈值，当效用函数变化值高于q时触发切换参数的调整；δfwf是效用函数fwf(γ,l,d)相对于上一时刻的变化值；

49、自适应触发时间值ttta由公式表示：

50、

51、式中，常数ρ和q是用来调整触发时间更新时的敏感度，将ρ和q的值分别设置为0.04s和0.1；tmax设置为5.12s，tmin设置为0，其分别为3gpp规定的触发时间的最大值与最小值；假定各切换参数自优化方法的触发时间初始值为100ms。

52、可选的，所述s31中，不同切换指标对应的有界函数具体表述如下：

53、(1)有界sinr函数f(γ)

54、在小区切换过程中，基于接收到信号强度的触发方法是最实用的，即根据服务小区与所选目标小区rss的差值以及具体的切换门限进行决策；在用户侧测量rss，然后报告给服务小区，最后服务小区决定是否触发切换；表示rss的最佳参数是sinr，因为同时考虑了噪声和干扰；因此，将有界sinr函数作为效用函数的输入；用户uk从小区ei接收的下行链路信噪比计算方式如公式所示：

55、

56、其中：是在用户uk从小区ei接收的下行链路rsrp；是除服务小区ei之外所有干扰小区下行链路功率的总和；是用户uk和小区ei之间考虑路径损耗和衰落效应的信道增益；δ2是噪声功率，即给定信道带宽中总噪声的测量值；

57、通过有界sinr函数表示服务小区和目标小区sinr之间的差异；在效用函数中使用有界sinr函数时其输出需要在[-1,1]之间，为确保有界sinr函数的输出值在[-1,1]之间，将sinr的差值除以最大sinr水平；效用函数中的有界sinr函数f(γ)用公式来表示：

58、

59、其中：γs和γt分别表示用户在服务小区和目标小区的sinr，而γmax表示在ue端接收到的最大sinr；可接受的sinr范围为-10～30db，假设最大sinr值为30db，即γmax＝30；

60、(2)有界负载函数f(l)

61、将有界负载函数作为效用函数的输入；小区ei的负载的表示方法如式所示：

62、

63、式中，bw表示系统带宽，βi是小区ei分配给所有活动ue的资源与小区的总资源的比率，定义为：

64、

65、其中：是小区ei分配给用户uk的资源；是分配给小区中所有活动用户的总资源；

66、通过负载边界函数对服务小区和目标小区的负载进行评估；效用函数值中的有界输入函数需要有统一的边界，因此将小区负载差值除以小区的最大负载容量，从而使f(l)的输出限制在[-1,1]之间；效用函数中的有界负载函数f(l)使用公式表示：

67、

68、其中：lt和ls分别表示目标小区和服务小区的负载；lmax是小区最大的负载容量；

69、(3)有界距离函数f(d)

70、当ue靠近小区边缘时，更容易触发切换条件，但是当服务小区信号质量足够好时，会导致乒乓切换的概率提高；通过考虑有界距离函数来对效用函数进行调整，当ue靠近小区边缘过程中，有界距离函数的值将会升高，从而使效用函数值升高并触发切换控制参数的上调，在一定程度上缓解乒乓效应；当用户处于小区边缘时，有界距离函数的权重将会较低，此时sinr和负载对效用函数值的影响更大；有界距离函数f(d)的输出范围为[-1,1]，其表示方式如公式所示：

71、

72、其中：dmax表示ue到基站之间的最大可接受距离，假设dmax为小区半径。

73、本发明的有益效果在于：本发明针对小区切换所面临的挑战，提出了一种基于效用函数的参数优化方法。该方法将sinr、小区负载和ue到基站的距离作为效用函数的输入，监测效用函数变化并动态调整切换控制参数。

74、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。