基于自适应频谱复用的femtocell干扰减轻方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，设及femtocell网络的干扰管理，特别是一种分布 式信道协调算法。
【背景技术】
[0002] 近十年来，信息通信技术及其应用系统得到了迅速发展，呈现出空前的繁荣景象。 移动通信、无线通信、多媒体信息服务和因特网的发展与成熟，为人们在不同的时空领域进 行任何种类的信息交互提供了极大的便利。互联网技术的广泛应用和人们对数据传输业务 越来越多的依赖和需求，冲击并推动着移动通信技术不断地更新换代。随着无线用户对移 动业务需求的快速的增长，如何为用户提供无处不在的高速数据接入服务正成为无线通信 面临的重要问题。现有研究表明，通过在室内部署femtocell可W显著提高频谱利用率，从 而增加无线蜂窝网络的系统容量。然而大范围的密集部署femtocell会造成严重的同层干 扰。
[0003] 由于femtocell通常通过数字双绞线连接与运营商的核屯、网相连，考虑到该回程 链路的时延特性，集中式的干扰管理方法无法进行实时的干扰协调。相反分布式资源协调 提供了一种简单有效的femtocel 1干扰减轻方法。文献【L.G.GarciaJ. I .Pedersen,and P.E.Mogensen，"Autonomous component carrier selection：interference management in Ioc曰I 曰re曰 environments for LTE-曰dv曰need，''IEEE Commun.M3g.，vol.47，pp.ll〇-116，Oct. 2009.】提出了一种分布式信道配置框架。但是该算法只考虑为每个FAP分配一个 信道而不是尽可能分配更多的信道给每个FAP，运样会导致频谱利用率低。而且该文献并没 给出详细具体的分析及算法实现。另外，文献【D . T . Ngo，S .趾akurel，and T. Le-Ngoc， ('Joint subchannel assignment and power allocation for OFDMA femtocell networks，'' IEEE Trans .Wireless Commun.，vol. 13，no. I，pp. 342-355，Jan. 2014.】提出了 一种分布式信道和功率联合协调算法。但该信道和功率联合协调算法无法收敛到全局最优 点上，往往只能收敛到一个局部最优点。同时该方法不仅信令开销大而且收敛速度慢。综上 所述，一种基于分布式的简单高效的干扰减轻方法更适合于femtocell的干扰管理。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种自适应频谱复用的 femtocell干扰减轻方法，在提高频谱利用率的同时，降低信令开销和复杂度并提高算法的 收敛速度。
[000引实现本发明的技术思路是:将所有的信道分为主信道和次信道，其中主信道分配 相对较高的发射功率，而次信道只能分配较小的发射功率。每个FAP根据本地干扰图来决定 所有FAP的主信道配置W保证相互干扰的FAP所分配的主信道是正交的。因此，本发明所公 开的基于自适应频谱复用的干扰减轻方法由W下两部分组成:作为小区间资源协调的主信 道自配置算法和单小区资源分配算法。
[0006] 主信道自配置算法
[0007] (1)构建邻居表每个FAP与邻节点交换各自的邻居集合信息，W此来计算出本地 干扰图的最大团数和节点度数，构建如下的邻居表，其中1，仍，义^2^。，(：1，(11分别为。4?1的编 号，邻居集合，最大团数，度数和主信道集合。当本地干扰图（拓扑)有变化时，FAP需要重置 邻居表；
[0010] (2)节点更新顺序假设所有femtocell是同步的且整个时间划分为等时长的更新 间隔。每个更新间隔内相邻的FAP中只能有一个FAP进行主信道的更新操作，其余的FAP需保 持静默。因此我们制定了 W下规则来决定FAP i获得主信道配置的时机:如果FAP i在当前 更新间隔满足下面(a)-(c)中任意一条件，贝化AP i在该更新间隔可W进行主信道配置操 作。
[0011] (a) C,' > c,m枯鱼 max{cj. A 茲==0,7. G N ;
[0012] (b) d, > dr = max{j. |a = 0,c. == cr，j e N ,];
[001 引似 z. > max^|A 組二= ==《>ax，八 N 。
[0014] 值得注意的是，由于分布式主信道自配置算法仍然会存在冲突循环，我们引入一 个更新标志位，规定当节点赢得更新主信道配置的机会时，则下一个更新间隔需要保持静 默不得再次更新主信道配置。
[0015] (3)最优的主信道配置最优的主信道配置按照下面的方法计算：
[0016] (3.1)计算可配置的最大主信道数A,. 其中K为信道总数；
[0017] (3.2)捜寻冲突数最小的主信道配置。目标函数定义为最小化FAP主信道配置与邻 近节点主信道配置所产生的冲突数：
[00引]其中44,4) = Z。!''峰>，A 1为A您所对应的主信道配置的向量， k=l 4 皆，...，皆]，当主信道k分配给FAP i时，a;。=1;否则a;。=O。虽然上面的目标函数 可W通过穷捜来找到最优的主信道配置方案，但复杂度高且存在多个最优主信道配置方 案。为此我们给出一个简单有效的启发式算法来解决最优的主信道配置。假设每个节点更 倾向于按照升序来选择连续的信道。根据邻近节点的主信道配置，计算出可用信道集合 心心灿：!c。
[0022] (a)当|A。(2| >钟寸，则存在一个无冲突的最优主信道配置方案；
[0023] (b)当|a?|<与时，则必有冲突产生。为了减少需要调整主信道配置的节点数，最 优的主信道配置可W按照下面的式子计算，
[0024] 斗=argmin 口 AmcSA 州、、 ' !
[002引其中如果x>0,则如句=1;否则只(X) = 0。
[0026] 单小区资源分配算法
[0027] (1)初始化假设FAP i的主信道集合和次信道集合分别为和 A j基=A \A^左，femtocell的用户集合为Fi,且每个用户的目标速率为么，信道分配指示 变量/ii =〇，weF,.，AeA
[0028] (2)资源分配为了减轻边缘用户所受到的干扰，将主信道A优先分配给边缘用 户，而当主信道不能满足用户的速率要求时，可W使用次信道。
[0029] (2.1)当用户集合和次信道集合非空，即F,. * 0 & &A j生* 0，则选择离FAP远的 用户先进行信道分配：
[0030] W 二 argmirimeF,'各!：)；
[0031] (2.2)当主信道集合为非空时，即*0，则从主信道集合中选择信道质量最 好的分配给用户111^同时考虑基于路径补偿的功率分配：
[0032] *'=argmax*eA 废堆
[0033] A 您二
[0034] 逆*. = min{c + a/"马)?，户巧c};
[0035] 其中Ppsc为主信道的最大发射功率，路径补偿因子a(含1)可W根据系统总功率的 限制来确定；当主信道集合为空时，即A == 0，则从次信道集合中选择信道质量最好的 分配给用户111^
[0036] A* = argmax*6A 盛堆 4-;
[0037] Aj左二 A 激 U'
[003引逆 *. = min|P0 + 化P巧，巧sc};
[0039] 其中Pssc为主信道的最大发射功率。
[0040] (2.3)令居_；;]1. =1，同时更新用户速率，+"It*。当用户的速率大于或者目 标速率时，即巧公 > 驾]，将用户从集合F冲删除：
[0041 ] Fi = FiV。
[0042] 本发明公开了一种基于自适应频谱复用的femtocell干扰减轻方法。自适应频谱 复用将所有信道分为主信道和次信道，其中主信道分配相对较高的发射功率，而次信道只 能分配较小的发射功率。每个FAP(femtocell接入点）根据本地干扰图W及邻近FAP所选择 的主信道来配置自身的主信道并保证相邻的femtocell的主信道是相互正交的。"自适应" 是指每个FAP需要根据本地干扰图来决定其自身可W配置的最大主信道数，从而提高频谱 利用率。另外考虑到每个femtocell的负载情况不同，当负载较高时，femtocell可W使用次 信道来提高网络吞吐量。鉴于femtocell中屯、用户所受到的干扰要远远小于边缘用户，我们 提出了相应的单小区资源分配算法。本发明通过将宏蜂窝网络的软频率复用思想扩展到 femtocell网络中，有效地降低了femtocell网络间的干扰，提高了边缘用户的频谱效率。相 对于现有的femtocell干扰减轻方法，本发明公开的基于自适应频谱复用的分布式干扰减 轻方法不仅频谱利用率高而且信令开销低、收敛速度快。
[0043] 本发明具有如下优点：
[0044] 1.分布式由于每个FAP只需根据本地干扰图与邻节点的主信道配置来进行主信 道协调，所W不需要一个中屯、控制单元来完成主信道的分配。同时该分布式主信道自配置 算法不会因为网络节点数的增大而导致迭代步数的明显地增加；
[004引2.自适应每个FAP根据本地干扰图来决定可配置的最优主信道数。由于用户可W 开启/关闭FAP或者改变FAP的部署位置，该主信道配置算法可W及时发现本地干扰图的变 化并相应地改变自身主信道配置；
[0046] 3.信令开销小由于主信道协调只与FAP的部署位置有关，而与具体的用户位置无 关。当FAP的本地干扰图不变时，则其主信道配置就不会改变。所W主信道协调所产生的信 令开销小。
【附图说明】
[0047] 图1是本发明实施例提供的主信道自配置算法流程图；
[0048] 图2是本发明实施例提供的主信道自配置实例；
[0049] 图3是本发明实施例提供的单小区资源分配算法流程图。
【具体实施方式】
[0050] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0051] 下面结合附图及具体实施例对主信道自配置算法作进一步描述。
[0052] 如图1所示，本发明实施例的主信道自配置算法的具体实施步骤如下：
[0053] (1)构建邻居表每个FAP与邻节点交换各自的邻居集合信息，W此来计算出本地 干扰图