協(xié)作異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的用戶接入與功率控制聯(lián)合優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的用戶接入和功率控制設(shè)計(jì)方法，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)巧G)的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過(guò)在宏基站的覆蓋范 圍內(nèi)部署大量微基站，例如微（micro)基站、毫微（pico)基站、家庭基站（femtocell)等， 能夠有效地增強(qiáng)對(duì)熱點(diǎn)地區(qū)的覆蓋，提高整個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的吞吐量（參考文件[1]-巧])。但 與此同時(shí)，運(yùn)些微基站的引入也使得異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)具有比同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜的干擾環(huán)境，因此 小區(qū)間干擾的有效抑制是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)性能潛力的前提條件（參考文件巧])。多基站協(xié) 作通信是消除小區(qū)間干擾的有效途徑，根據(jù)基站間所共享的信息協(xié)作通信可W分為聯(lián)合傳 輸（Jointtransmission,JT)和協(xié)作波束賦形（Coordinatedbeamforming，CB)(參考文件
[3] )。在CB模式下協(xié)作基站間只共享用戶的信道信息，而在JT模式下協(xié)作基站間還可W 進(jìn)一步共享用戶的數(shù)據(jù)信息，因此JT模式的性能通常優(yōu)于CB模式。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到 基站，特別是微基站的骨干網(wǎng)容量限制，每個(gè)用戶只能選擇有限數(shù)量的協(xié)作基站進(jìn)行JT傳 輸。因此，在給定用戶數(shù)據(jù)需求的前提下，確定用戶應(yīng)接入哪些協(xié)作基站W(wǎng)及如何通過(guò)功率 控制來(lái)保證用戶需求是需要解決的問(wèn)題。
[0003] 在同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，用戶會(huì)選擇提供最大接收能量的基站作為其接入基站，但在異構(gòu) 網(wǎng)中由于宏基站的發(fā)射功率遠(yuǎn)大于微基站，運(yùn)種方式將會(huì)使很多用戶選擇接入宏基站，導(dǎo) 致宏基站業(yè)務(wù)負(fù)載過(guò)重。為此，參考文件[1]中提出了基于最大偏移接收能量的異構(gòu)網(wǎng)接 入方式，只有當(dāng)宏基站信號(hào)能量比微基站信號(hào)能量高過(guò)某個(gè)預(yù)設(shè)的口限值時(shí)，用戶才接入 宏基站，W此來(lái)增加用戶接入微基站的機(jī)會(huì)，達(dá)到微基站分流宏基站業(yè)務(wù)的效果。運(yùn)種接入 方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但通常情況下并不能獲得最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能。參考文件[4]研究了同構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 中上行鏈路中最優(yōu)的用戶接入方式，參考文件[引在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步引入了用戶最大發(fā)射 功率約束，參考文件[6]將參考文件[4]中的上行接入方法擴(kuò)展到同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下行鏈路，但并 未考慮基站的最大發(fā)射功率約束。近年來(lái)隨著異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，同時(shí)考慮到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)與同 構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、基站?lèi)型等方面的差異，用戶接入問(wèn)題得到了廣泛的關(guān)注。參考文件 [7]W最大化系統(tǒng)和數(shù)據(jù)率為準(zhǔn)則，研究了用戶接入、資源分配和功率控制的聯(lián)合優(yōu)化，沒(méi) 有考慮單個(gè)用戶的最低數(shù)據(jù)率需求。參考文件巧]W多用戶的最低數(shù)據(jù)率最大化為準(zhǔn)則， 研究了用戶接入和功率控制的聯(lián)合優(yōu)化，但導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)射功耗大。參考文件[9]研究了JT 協(xié)作傳輸模式下的用戶接入和協(xié)作預(yù)編碼聯(lián)合優(yōu)化，其中沒(méi)有約束每個(gè)用戶的接入基站數(shù) 目；當(dāng)限定用戶只能接入一個(gè)基站時(shí)，參考文件[10]W最大化系統(tǒng)和數(shù)據(jù)率為準(zhǔn)則，對(duì)用 戶接入和發(fā)射預(yù)編碼進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化。但參考文件[9]和參考文件[10]中的方法都沒(méi)有 考慮到用戶可W任意接入多個(gè)基站的情況。
[0004] 參考文件如下：
[0005] [1], DAMNJAN0VIC A, MONTOJO J, CHO J, et al.UE^s role in LTE advanced heterogeneousnetworks[J].IEEECommun.Mag.，2012,50:164 - 176.
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[0007] [3] ?YANGC,HANS,HOUX，etal.Howdowedesigncomptoachieveits promisedpotential? [J].IEEEWirelessCommun.，2013, 20:67 - 74.
[0008] [4].HANLYS.Analgorithmforcombinedcell-siteselectionandpower controltomaximizecellularspreadspectrumcapacity[J].IEEEJ.Sel.Areas Commun.，1995, 13:1332 - 1340.
[0009] [5].YATESR.Aframeworkforuplinkpowercontrolincellularradio systems[J].IEEEJ.Sel.AreasCommun.，1995, 13:1341 - 1347.
[0010] [6].RA細(xì)ID-FARROKHIF，LIUK，TASSIULASLDownlinkpowercon化olandbase stationassignment[J].IEEECommun.Lett.，1997, 1:102 - 104.
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[0012] 巧]?SUNR,HONGM,LUOZ.Jointdownlinkbasestationassociationand powercontrolformax-mi打fairness:computationandcomplexity[J].IEEEJ.Sel. AreasCommun.，2015, 33:1040-1054.
[0013] 巧]?HONGM,SUNR,BALIGHH,etal.Jointbasestationclusteringand beamformerdesignforpartialcoordinatedtransmissioninheterogenous networks[J].IE邸J.Sel.AreasCommun.，2013, 31:226 - 240.
[0014] [10].SANJABIM,RAZAVIYAYNM,LUOZ.Optimaljointbasestation assignmentandbeamformingforheterogeneousnetworks[J].IEEETransa.Signal Processing, 2014, 62:1950-1961.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 針對(duì)但目前存在的用戶接入和功率控制技術(shù)并未考慮用戶數(shù)據(jù)率需求，存在系統(tǒng) 發(fā)送功耗大，并且所用方法計(jì)算復(fù)雜度高的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種協(xié)作異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的用 戶接入與功率控制聯(lián)合優(yōu)化方法，既考慮了用戶最化數(shù)據(jù)率需求，同時(shí)用戶可^任意接入 多個(gè)基站，降化了用戶接入和功率控制方法的復(fù)雜度，同時(shí)減少了系統(tǒng)的發(fā)射功耗。
[0016] 本發(fā)明的協(xié)作異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的用戶接入與功率控制聯(lián)合設(shè)計(jì)方法，包括^下幾個(gè)步 驟：
[0017] 步驟1:對(duì)每個(gè)基站，獲取它到所有用戶的下行信道信息，計(jì)算預(yù)編碼向量和等效 信道能量，然后通過(guò)回傳鏈路共享給中屯、處理器；基站包括宏基站和微基站；
[0018] 步驟2 :中屯、處理器收集用戶數(shù)據(jù)率需求、各基站的最大功率、發(fā)射天線數(shù)，^及 基站端通過(guò)回傳鏈路共享的等效信道能量，然后對(duì)所有協(xié)作宏、微基站的功率控制和所有 用戶的接入方式進(jìn)行優(yōu)化，具體包括：
[0019] 步驟2. 1，在滿足用戶數(shù)據(jù)率要求、單基站功率約束、W及給定每個(gè)用戶最多接入 基站個(gè)數(shù)的限制下，W最小化系統(tǒng)總發(fā)射功率為準(zhǔn)則，得到用戶接入和功率控制聯(lián)合優(yōu)化 模型；
[0020] 步驟2. 2,將步驟2. 1的非凸優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問(wèn)題，再進(jìn)行求解，獲得用戶 接入結(jié)果和各基站的功率控制結(jié)果；
[0021] 步驟3 :中屯、處理器將各基站的功率控制結(jié)果和用戶接入結(jié)果通過(guò)回傳鏈路通知 每個(gè)基站，每個(gè)基站根據(jù)用戶接入情況從核屯、網(wǎng)請(qǐng)求用戶數(shù)據(jù)，并根據(jù)收到的功率控制結(jié) 果和步驟1中設(shè)計(jì)的預(yù)編碼來(lái)發(fā)送接入的用戶的數(shù)據(jù)。
[0022] 所述的步驟1中，設(shè)某個(gè)宏基站的覆蓋范圍內(nèi)隨機(jī)部署B(yǎng)個(gè)微基站，共同服務(wù)K個(gè) 用戶；宏基站有Nm個(gè)天線，最大發(fā)射功率為PM;微基站有NS個(gè)天線，最大發(fā)射功率為PS，用 戶端只有一個(gè)天線；
[0023] 設(shè)宏基站到用戶k的信道向量為hw,sC'x"x>，微基站b到用戶k的信道向量為 6@曰''：："><1，宏基站到用戶1^的預(yù)編碼向量為而6€[-~'1，微基站6到用戶1^的預(yù)編碼向 量