專利名稱：基于干擾限制的家庭基站功率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別用于OFDMA兩層網(wǎng)絡(luò)中的功率控制分配實(shí)現(xiàn)方案，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著通信行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，用戶越來越多，宏蜂窩小區(qū)的通信要求也是越來越高，小區(qū)內(nèi)用戶的覆蓋問題也越來越需要得到更好的解決。研究表明，在宏蜂窩小區(qū)中，大約2/3的語音業(yè)務(wù)和超過70%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)。而隨著人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增強(qiáng)，這一比例還會(huì)進(jìn)一步升高。電磁波穿透建筑物會(huì)受到很大的穿透損耗，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量大幅度下降，因此如何為如此高比例的室內(nèi)通信提供質(zhì)量保證是通信人員必須面對(duì)的問題。室內(nèi)覆蓋的好壞是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的重要體現(xiàn)，對(duì)于手機(jī)用戶來說，室內(nèi)覆蓋質(zhì)量已成為影響客戶在網(wǎng)穩(wěn)定性的重要原因。針對(duì)室內(nèi)覆蓋問題，家庭基站的建立被提出。家庭基站的提出有很重要的意義。家庭基站是一種毫微微米蜂窩基站，面向住宅或企業(yè)環(huán)境，一般通過有線網(wǎng)絡(luò)連接運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)在在3GPP的長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。LTE (Long Term Evolution,長(zhǎng)期演進(jìn))項(xiàng)目是3G的演進(jìn)，是3G與4G技術(shù)之間的一個(gè)過渡，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)項(xiàng)目是近兩年來3GPP啟動(dòng)的最大的新技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，這種以0FDM/FDMA為核心的技術(shù)可以被看作“準(zhǔn)4G”技術(shù)。與3G相比，LTE更具技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容。LTE下行鏈路主要采用OFDMA技術(shù)。OFDMA是OFDM技術(shù)的演進(jìn)，在利用OFDM對(duì)信道進(jìn)行子載波化后，在部分子載波上加載傳輸數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)。OFDM系統(tǒng)有著優(yōu)越的性能，其優(yōu)點(diǎn)主要包括(I)頻譜利用率較高，(2)抗頻率選擇性衰落和窄帶干擾能力強(qiáng)，(3)抗符號(hào)間干擾能力強(qiáng)，(4) OFDM系統(tǒng)可以方便地與其它接入方式結(jié)合使用，比如多載波碼分多址MC-CDMA，跳頻OFDMA，0FDM-TDMA等，拓展了 OFDM的應(yīng)用環(huán)境。功率控制是為使小區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)臺(tái)到達(dá)基站時(shí)信號(hào)電平基本維持在相等水平、通信質(zhì)量維持在一個(gè)可接收水平，對(duì)移動(dòng)臺(tái)功率進(jìn)行的控制。功率控制分為前向與反向功率控制，反向功率控制又分為開環(huán)功率控制和閉環(huán)功率控制，閉環(huán)功率控制細(xì)分為外環(huán)功率控制和內(nèi)環(huán)功率控制。功率控制是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于遠(yuǎn)近效應(yīng)和自干擾問題，功率控制是否有效直接決定了系統(tǒng)是否可用。功率控制既能符合最低的通信要求，同時(shí)又避免對(duì)其他用戶信號(hào)產(chǎn)生不必要的干擾。功率控制的作用是減少系統(tǒng)內(nèi)的相互干擾，使系統(tǒng)容量最大化。在宏基站與家庭基站的兩層網(wǎng)絡(luò)模型中，在共頻譜的通信過程中，基站與用戶，基站與基站之間會(huì)存在干擾。在下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸過程中，家庭基站的發(fā)射功率過大則對(duì)其他家庭基站的用戶和宏用戶會(huì)產(chǎn)生很大的干擾，過小則會(huì)影響家庭基站用戶的性能。所以通過調(diào)節(jié)家庭基站的發(fā)射功率的大小可以控制用戶的性能和對(duì)宏用戶的干擾，如何調(diào)節(jié)、家庭基站的發(fā)射功率來提高家庭基站用戶的性能和滿足對(duì)宏用戶的干擾限制問題需要解決。博弈論是一種很重要的數(shù)學(xué)方法，它把研究對(duì)象分別看作博弈參與者，對(duì)象的選擇看作策略空間，以效用函數(shù)的形式來表達(dá)需要研究的目標(biāo)。博弈論在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在研究的通信問題中，利用博弈模型來解決用戶性能優(yōu)化提高問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是在于提供一種在OFDMA家庭基站系統(tǒng)中下行鏈路上功率控制方法來提高用戶的性能。在博弈論的基礎(chǔ)上，將家庭基站看作是博弈參與者，家庭基站的發(fā)射功率當(dāng)作是參與者的策略空間，家庭基站用戶與宏用戶的性能問題體現(xiàn)在博弈的 效用函數(shù)當(dāng)中。該方法能保證家庭基站用戶的性能得到提高和滿足對(duì)宏用戶的干擾限制要求。技術(shù)方案本發(fā)明在OFDAM系統(tǒng)中家庭基站網(wǎng)絡(luò)下行鏈路上用戶的性能提聞和干擾限制問題，通過功率控制算法來提高家庭基站用戶的性能，同時(shí)能滿足宏用戶的干擾門限值要求。在博弈模型中，研究目標(biāo)通過效用函數(shù)來表示，隨后根據(jù)這個(gè)問題提出了基于博弈模型的效用函數(shù)，這個(gè)效用函數(shù)中除了和家庭基站本身的用戶性能相關(guān)外還引進(jìn)了關(guān)于宏用戶干擾限制的因素，這樣在這個(gè)效用函數(shù)中就同時(shí)表達(dá)了需要考慮的目標(biāo)因素。如圖I所不,考慮在一個(gè)宏小區(qū)內(nèi)，隨機(jī)分布一部分家庭基站以及宏用戶，每個(gè)家庭基站范圍內(nèi)隨機(jī)分布一個(gè)家庭用戶，將整個(gè)信道分成幾個(gè)子信道，每個(gè)宏用戶占用一個(gè)子信道，家庭基站在所以信道上都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。所以在每個(gè)子信道上，家庭基站與家庭用戶之間會(huì)產(chǎn)生干擾，家庭基站也會(huì)對(duì)宏用戶產(chǎn)生干擾。本發(fā)明考慮家庭基站用戶和宏用戶的性能，效用函數(shù)體現(xiàn)了家庭基站用戶的性能，同時(shí)也體現(xiàn)了宏用戶的性能問題。在這個(gè)博弈模型中，家庭基站是博弈參與者，家庭基站的發(fā)射功率是博弈的策略空間，家庭基站用戶和宏用戶的性能體現(xiàn)為該博弈模型的效用。
Jff Jjf對(duì)于家庭基站用戶總的吞吐量可以表示為=HcU,=為在每個(gè)信道上每個(gè)家
庭基站用戶的吞吐量。根據(jù)博弈論的概念，如果每個(gè)博弈參與者的性能都達(dá)到了最優(yōu)，那么所有博弈參與者的總的性能也能得到很大的提高，利用博弈的方法來優(yōu)化每個(gè)家庭基站用戶的性能，從而使得最后系統(tǒng)的性能得到提高?；诟蓴_限制的家庭基站功率控制方法包括以下步驟
a.在一個(gè)宏小區(qū)內(nèi)，宏基站與家庭基站共頻譜傳輸數(shù)據(jù)，將信道分成幾個(gè)子信道，每個(gè)宏用戶占用一個(gè)子信道，每個(gè)家庭基站在所有子信道上都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；
b.家庭基站為博弈參與者，在博弈模型G=中，維數(shù)M為家庭基站的數(shù)目，{對(duì)為博弈策略空間，即家庭基站的發(fā)射功率，為和家庭基站發(fā)射功率相關(guān)的效用；
c.不考慮干擾限制時(shí)，定義用戶i占用信道B的效用函數(shù)為
,其中i為在第 個(gè)信道上家庭基站用戶^的信干噪比P…力家庭基站|的發(fā)射功率，if為家庭用戶f接收到來自其他家庭基站的干擾值，ff為非負(fù)的權(quán)重
權(quán)利要求
1. 一種基于干擾限制的家庭基站功率控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟 a.在一個(gè)宏小區(qū)內(nèi)，宏基站與家庭基站共頻譜傳輸數(shù)據(jù)，將信道分成幾個(gè)子信道，每個(gè)宏用戶占用一個(gè)子信道，每個(gè)家庭基站在所有子信道上都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸； b.家庭基站為博弈參與者，在博弈模型
全文摘要
本發(fā)明的目的是在OFDMA家庭基站系統(tǒng)中，通過基于博弈模型的功率控制算法來調(diào)節(jié)家庭基站的發(fā)射功率，達(dá)到提高家庭基站用戶性能和限制對(duì)宏用戶干擾的目的。給出的效用函數(shù)中引進(jìn)了對(duì)宏用戶干擾限制的要求，其中的拉格朗日參數(shù)根據(jù)次梯度法來更新。這樣的效用函數(shù)不僅體現(xiàn)了家庭基站用戶的性能，同時(shí)也體現(xiàn)了對(duì)宏用戶的干擾門限值要求。基于該效用函數(shù)的功率控制方法在有效的提高了家庭基站用戶的吞吐量的同時(shí)也滿足了宏用戶的干擾限制要求。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102781085SQ201210262448
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者朱洪波, 朱琦, 楊龍祥, 裴孝貞 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)