一种异构网络组播传输比例公平子载波分配算法制造技术

本发明专利技术一种异构网络组播传输比例公平子载波分配算法，属于异构网络资源分配技术领域。所依托的系统由宏蜂窝小区、微蜂窝小区、基站以及小区用户组成；其中，宏蜂窝小区中包含微蜂窝小区以及多个基站，微蜂窝小区之中的用户可根据自身情况选择通过宏蜂窝小区中的基站或者微蜂窝小区中的基站接入网络；每个宏蜂窝小区的用户组成一个组播组，所有微蜂窝小区共用一个子载波集合中的所有子载波，根据小区速率是否满足既定的小区速率比例公平性参数要求，调整每个小区的子载波分配策略。本发明专利技术解决了异构蜂窝网络中，针对组播传输业务，各小区不能公平共享无线资源的问题，使各小区速率达到既定的速率比例值要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种异构网络中基于比例公平性的子载波分配方法，尤其涉及一种异构网络组播传输比例公平子载波分配算法，属于异构网络资源分配

技术介绍
随着无线通信技术的飞速发展，为了应对无线环境的多变性和持续增长的用户业务需求，给用户带来丰富的无线多媒体业务体验和更快的数据传输速率以及更好的服务质量，真正实现用户在任何时间、任何地点以任何方式进行通信的目的，异构网络成为了未来无线网络发展的必然趋势。在异构网络的发展过程中，解决日益繁多的移动业务需求和本已极度匮乏的无线资源之间的矛盾成为异构网络通信系统能否提供可靠高效的用户体验的关键，无线资源分配技术的研究变得非常重要。传统的对于异构网络无线资源分配的研究主要集中在单播业务展开，根据所需系统场景模型和约束条件，给出功率分配或子载波分配的最优化问题，提出针对所描述信道状态信息下提升系统整体吞吐量或减少基站总发射功率的自适应分配策略。从最近几年的研究中可以发现，异构网络无线资源分配被进一步扩展到组播系统，并开始讨论系统用户之间的公平性问题。针对本专利技术，进行了深入的文献及专利检索，相关度较高的文献如下：(1)PengGong,PingLi,JiejunKong,SoneHeeKim,HaeBeomJung,XiaolingNiu,DukKyungKim.PowerAllocationwithMax-minFairnessforMulticastinHeterogeneousNetwork.AdvancedCommunicationTechnology(ICACT),2012.pp.502-505.该文献提出了一种异构网络组播传输方式下基于用户最大-最小公平性的功率分配算法。采用由宏蜂窝小区和微蜂窝小区组成的异构网络模型，基站以组播传输的方式给用户发送数据信息。优化问题目标函数为通过功率分配最大化系统中最小小区的速率。在求解优化问题时为了降低计算复杂度，将优化问题转化为利用几何规划问题求解的次优化问题。此文提出了异构网络中组播传输方式下基于用户最大-最小公平性的一种功率分配算法，然而，文中没有考虑到小区之间速率的比例公平性问题。(2)WenjunXu,KaiNiu,JiaruLin,andZhiqiangHe.ResourceAllocationinMulticastOFDMSystems:Lower/UpperBoundsandSuboptimalAlgorithm.IEEECOMMUNICATIONSLETTERS,VOL.15,NO.7,JULY2011.该文献在OFDM系统中以用户速率比例公平性和基站总发射功率两个约束条件下，提出了一种子载波分配和功率分配联合资源分配策略，提升整体系统容量。用户由于位置距离基站的远近不同而具有不同的链路增益，处于这点考虑子载波分配算法中避免给处于深衰落信道下的用户分配子载波，以此来防止频谱资源的浪费。次文献提出的资源分配算法能够提升OFDM系统中用户的比例公平性，然而，文中没有考虑组播传输技术的应用。(3)KangWang,CarlaF.Chiasserini,JohnG.Proakis,RameshR.Rao.JointSchedulingandPowerControlforMulticastinginWirelessAdHocNetworks.VehicularTechnologyConference,2003.VTC2003-Fall.2003IEEE58th.pp.1915-1920.该文献在发射功率和用户速率比例公平性约束条件下采用改进的遗传算法和注水算法进行资源分配，仿真结果表明该算法在比例公平性、算法收敛性和算法复杂性上都有较大提升。然而，该文献针对单播业务进行资源分配，没有考虑组播技术的应用。上述有关文献中资源分配算法的提出均没有考虑异构网络组播传输技术应用下用户的比例公平性问题。本专利技术的目的是致力于解决上述文献中各小区速率不均衡和忽略组播技术的缺陷，提出一种异构网络组播传输比例公平子载波分配算法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对异构蜂窝网络中用户不能公平共享无线资源的问题，提出一种异构网络组播传输比例公平子载波分配算法。一种异构网络组播传输比例公平子载波算法依托的系统，由宏蜂窝小区、微蜂窝小区、基站以及小区用户组成；其中，宏蜂窝小区中包含微蜂窝小区以及多个基站，小区之中的用户可根据自身情况选择通过宏蜂窝小区中的基站或者微蜂窝小区中的基站接入网络。一种异构网络组播传输比例公平性的子载波分配方法，每个微蜂窝小区的用户组成一个组播组，所有微蜂窝小区以及他们所在的宏蜂窝小区共用一个子载波集合中的所有子载波，根据小区速率是否满足既定的小区速率比例公平性参数要求，调整每个小区的子载波分配策略。一种异构网络组播传输比例公平子载波分配方法,包括如下步骤：步骤A1、建立由宏蜂窝小区作为底层网络覆盖，覆盖范围内包含若干微蜂窝小区的双层异构蜂窝网络系统模型；步骤A2、在步骤A1建立的双层异构蜂窝网络系统模型基础上，基站以组播传输方式给本小区用户传输数据；步骤A3、根据一种异构网络组播传输比例公子载波分配算法所要解决的实际问题，确定优化问题目标函数及约束条件；所述的优化问题目标函数为公式(1)所示：r1:r2:…rm＝γ1:γ2:…γm(1)；其中，m为步骤A1建立的双层异构蜂窝网络系统模型中小区的总数，包括宏蜂窝小区和微蜂窝小区；r1:r2:…rm分别为小区1,2，…，m的传输速率，γ1:γ2:…γm为各小区速率在进行子载波分配之后希望达到的比例值；子载波分配算法的约束条件为：即：找出各个小区中的最大速率；k是子载波序号；功率约束条件为：步骤A4、基于衰落信道计算各个子载波上的信道增益，并分别计算得到每个小区的速率；其中，所述的衰落信道主要为瑞丽平坦衰落信道，这一信道模型能够描述由电离层和对流层反射的短波信道，以及建筑物密集的城市环境；信道特性由幅度特性和相位特性决定，瑞丽衰落对信号的幅度和相位都有影响，经瑞丽衰落的信道服从瑞丽分布，所以经瑞利衰落的信道的幅度和相位特性可由实部和虚部服从于零均值的独立同分布高斯过程的复数表示，信道的模值的平方乘以由距离决定的衰减因子，即：1/R3，即可得到信道增益；步骤A4，具体为：计算小区m中，用户k在子载波l上的SNR，并由香农公式计算出小区m中用户k在子载波l上的传输速率；将所有子载波上的传输速率求和，得到小区m中用户k的速率；由于小区m的速率由小区中信道质量最差的用户的速率决定，则小区m的速率表示为公式(2)：rm＝min(rm,k)(2)；其中，SNR表示接收到的有用信号强度与接收到的干扰信号强度比值；有用信号强度为用户希望传输的携带有用信息的信号强度；干扰信号强度为噪声加干扰的信号强度；信号强度单位为dBm；步骤A5、根据当前小区的速率是否满足系统参数要求来进行相应的子载波分配，通过子载波分配的循环判断实现，具体为：设置变量θm，令其中γm是各小区速率所要达到的既定比例值,算法最优解如公式(3)所示：设置参数ε作为循环结束的判断条件；如果m个小区最大的和最小的之间的差小于ε，则结束循环，如果m个小区最大的和最小的之间的差大于等于ε，则调整参数，继续判断是否符本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异构网络组播传输比例公平子载波算法，其特征在于：所依托的系统，由宏蜂窝小区、微蜂窝小区、基站以及小区用户组成；其中，宏蜂窝小区中包含微蜂窝小区以及多个基站，小区之中的用户可根据自身情况选择通过宏蜂窝小区中的基站或者微蜂窝小区中的基站接入网络；一种异构网络组播传输比例公平性的子载波分配方法，每个微蜂窝小区的用户组成一个组播组，所有微蜂窝小区以及他们所在的宏蜂窝小区共用一个子载波集合中的所有子载波，根据小区速率是否满足既定的小区速率比例公平性参数要求，调整每个小区的子载波分配策略。

【技术特征摘要】
1.一种异构网络组播传输比例公平子载波算法，其特征在于：所依托的系统，由宏蜂窝小区、微蜂窝小区、基站以及小区用户组成；其中，宏蜂窝小区中包含微蜂窝小区以及多个基站，小区之中的用户可根据自身情况选择通过宏蜂窝小区中的基站或者微蜂窝小区中的基站接入网络；一种异构网络组播传输比例公平性的子载波分配方法，每个微蜂窝小区的用户组成一个组播组，所有微蜂窝小区以及他们所在的宏蜂窝小区共用一个子载波集合中的所有子载波，根据小区速率是否满足既定的小区速率比例公平性参数要求，调整每个小区的子载波分配策略。2.根据权利要求1所述的一种异构网络组播传输比例公平子载波分配方法,其特征还在于：包括如下步骤：步骤A1、建立由宏蜂窝小区作为底层网络覆盖，覆盖范围内包含若干微蜂窝小区的双层异构蜂窝网络系统模型；步骤A2、在步骤A1建立的双层异构蜂窝网络系统模型基础上，基站以组播传输方式给本小区用户传输数据；步骤A3、根据一种异构网络组播传输比例公子载波分配算法所要解决的实际问题，确定优化问题目标函数及约束条件；步骤A4、基于衰落信道计算各个子载波上的信道增益，并分别计算得到每个小区的速率；步骤A5、根据当前小区的速率是否满足系统参数要求来进行相应的子载波分配，通过子载波分配的循环判断实现；至此，从步骤A1到步骤A5，完成了一种异构网络组播传输比例公平子载波分配算法。3.根据权利要求2所述的一种异构网络组播传输比例公平子载波分配方法,其特征还在于：步骤A3中所述的优化问题目标函数为公式(1)所示：r1:r2:…rm＝γ1:γ2:…γm(1)；其中，m为步骤A1建立的双层异构蜂窝网络系统模型中小区的总数，包括宏蜂窝小区和微蜂窝小区；r1:r2:…rm分别为小区1,2，…，m的传输速率，γ1:γ2:…γm为各小区速率在进行子载波分配之后希望达到的比例值；子载波分配算法的约束条件为：即：找出各个小区中的最大速率；k是子载波序号；功率约束条件为：4.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚鹏，曹琪，陈霄霄，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11