CN103281761B - 一种密集部署的家庭基站网络节能无线资源管理方法 - Google Patents

一种密集部署的家庭基站网络节能无线资源管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种密集部署的家庭基站网络中，功率和信道联合分配的分布式节能无线资源管理方法。为避免密集部署的家庭基站对于宏基站的干扰，家庭基站与宏基站使用不同的频段。该方法分信道分配和功率控制两步来实现，首先家庭基站获得各用户对各信道的增益及所受的同层干扰，家庭基站计算每个用户占用每个信道时的干扰增益比，选择干扰增益比最小的用户将信道分配给其使用；其次，功率分配是通过非合作博弈的方法，考虑了用户端的功率消耗和整个家庭基站网络中的同层干扰，通过非合作博弈使整个网络功率分配达到纳什均衡状态，从而使所有用户的能效达到最高，实现网络整体节能的目标。

Description

一种密集部署的家庭基站网络节能无线资源管理方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种在密集部署的家庭基站网络中，通过对上行链路的信道和功率联合分配来提高全体用户能效的无线资源管理技术。
背景技术
第四代移动通信技术逐步推广商用，由于其使用的频段较高，对墙壁的穿透损耗较大，因此，宏基站信号对于室内环境的覆盖不甚理想。同时，统计表明70％的语音业务和90％的数据业务发生在室内，单纯依靠宏基站信号来为室内用户提供高质量的服务显得力不从心，因此，家庭基站技术应运而生。家庭基站是以一种用户部署的、即插即用型低功率小型基站，主要应用于家庭、公司、商场等场所，用于解决室内热点地区的覆盖问题。
移动通信网的能耗占信息产业总能耗的15％～20％，并且随着移动通信网络和用户群规模的进一步扩大以及数据业务量的迅速增长，通信行业的能耗将呈指数形式增长。家庭基站由于技术优势明显，市场反映良好，应用数量逐步增多，统计表明从2008年到2011年，全球有超过一亿的家庭基站部署。尽管每个家庭基站的能耗较小，但是其庞大的数量导致家庭基站网络的能耗仍是一个不容小觑的数字。另一方面，智能终端逐步普及，为支撑丰富的移动应用，移动终端的能耗也越来越高，但是电池储能技术的进步缓慢，电池续航时间过短成为很多移动终端难以克服的技术问题，这大大降低了移动终端的用户体验。因此，终端能效的提高成为亟待解决的问题。
同时，在居民区、商场、办公楼等家庭基站密集部署区，家庭基站间的同频干扰严重，大大减小了网络整体的容量。由于部署方式和管理方式的差异，传统的集中式无线资源管理方法在家庭基站网络场景中并不适用，如何通过对无线资源的有效管理来满足用户服务质量要求，同时降低终端能耗，提高家庭基站网络用户的能效成为家庭基站网络未来设计的新挑战。
发明内容
本发明旨在针对致密部署的家庭基站网络中如何提高用户的能效问题，提出了一种分布式信道和功率联合分配的节能无线资源管理方法。
为了实现上述目的，解决相应的技术问题，本发明具体通过信道分配和功率分配两个阶段来实现。
首先，家庭基站小区内信道分配方法的步骤为：
步骤一：对家庭基站小区中的用户进行编号，对家庭基站小区中所有可用的业务信道进行编号。
步骤二：所有家庭基站用户的上行信道的发射功率都设为pequal，家庭基站通过信道估计来获得本家庭基站小区内各用户在所有上行信道的信道增益。
步骤三：家庭基站检测每一上行信道上来自相邻家庭基站小区的干扰。
步骤四：判断是否还有剩余信道未被分配，如果没有，转到步骤七；否则，转入步骤五。
步骤五：按步骤一中的编号顺序依次选择还未被分配的信道，计算在该子信道上所受的干扰与信道增益的比值，既每一用户在该信道上的干扰增益比。
步骤六：按步骤五中计算得到的用户干扰增益比，找出干扰增益比最小的用户，将该信道分配给该用户，并转到步骤四。
步骤七：本次信道分配结束，等待下一次信道分配。
在步骤二中，获得各用户对家庭基站的所有信道的增益可通过家庭基站对上行信道的信道估计获得。
在步骤三中，由于家庭基站致密部署时使用专用频段，与宏基站所使用频段不同，因此家庭基站上行链路上遭受的干扰来自于相邻家庭基站小区的同频信道上的干扰。
在步骤四中，在每一家庭基站小区中，一个信道只能分配给一个用户使用，但是一个用户可以分配多个信道。
其次，家庭基站在完成信道分配后，随之进行功率分配，功率分配的步骤为：
步骤一：对于家庭基站小区内的所有信道编号。
步骤二：判断功率分配是否达到纳什均衡，或者迭代次数已超过上限。如果是，则转入步骤五；否则，获得其他家庭基站小区对于本家庭基站每个上行信道的干扰。
步骤三：按照步骤一中对于信道的编号依次计算用户在被分配的信道上达到能效函数最大值时对应的发射功率值。
步骤四：如果计算所得的发射功率小于零，则该用户在该信道上的发射功率为0；如果计算所得的功率大于单一信道允许的最大发射功率，则该用户在该信道上的发射功率为单一信道允许的最大发射功率；否则，该用户在该信道上的发射功率为计算所得的发射功率值。转入步骤二。
步骤五：终止此次迭代，每个家庭基站小区的无线资源分配完成，等待下一次调度。
在步骤二中，达到纳什均衡是指本次计算得到的各信道的功率分配与上一次计算得到的功率分配值相等；迭代次数上限是任意一次调度中，系统所设的功率分配迭代次数的最大值，是一个常量。
在步骤三中，每个用户的能效函数是指其中pc是指移动终端电路的固定能量消耗，是与终端类型相关的常量；In是指信道n遭受的同层干扰，gn,u是指用户在信道n上的信道增益，In和gn,u均通过家庭基站测量获得；已知gn,u、In、pc，通过计算可以获得ηn最大时对应的pu。
以上技术方法可以看出，本发明的技术方法通过综合考虑密集部署的家庭基站网络中相邻基站对目标基站小区性能的影响，通过分布式的无线资源管理策略自适应的调整家庭基站小区内的信道分配以及用户的发射功率，使得各用户能量效率之和最低，保证了家庭基站群中各基站的用户的能效最高，实现了小区的节能无线资源管理。
下面通过附图和具体实施例对本发明的技术方法进行进一步的阐述。
附图说明
为了更加清晰的阐述本发明的实施例和现有的技术方法，下面将本发明的技术方法说明附图和现有技术描述中用到的说明附图做简单的介绍，显而易见，在不付出创造性劳动的前提下，本领域普通技术人员可通过本附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中关于家庭基站中信道分配的流程图。
图2是本发明实施例中关于家庭基站的功率分配的流程图。
具体实施方式
为将本发明的技术方法优势描述的更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细阐述，显然所描述的实施例只是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，根据本发明的实施例，本领域的普通技术人员在不经创造性劳动的基础上可以实现本发明的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
图1是本发明实施例中关于家庭基站中信道分配的流程图，具体包括：
步骤101：对家庭基站小区中的用户进行编号，对家庭基站中所有可用的信道进行编号。
步骤102：所有用户的上行信道的发射功率都设为pequal，家庭基站通过信道估计来获得本家庭基站小区内各用户在所有上行信道的信道增益。
步骤103：家庭基站获得在每一信道上来自于其他家庭基站用户的干扰。
步骤104：判断是否还有剩余信道未被分配，如果没有，转到步骤107，否则，转到步骤105。
步骤105：按步骤101中的编号顺序选择还未被分配的一个信道，计算所有用户在该子信道上所受的干扰与信道增益的比值，既每一用户在该信道上的干扰增益比。
步骤106：选择步骤105中干扰增益比最小的用户，将该信道分配给该用户，并转到步骤104。
步骤:107：本次信道分配结束，等待下一次信道分配。
图2是本发明实施例中关于家庭基站信道上的功率分配的流程。
步骤201：对于家庭基站小区内的所有信道编号。
步骤202：判断功率分配是否达到纳什均衡，或者迭代次数已超过上限。如果是，则转入步骤206；否则，转入步骤203；
步骤203：获得其他家庭基站小区对本家庭基站每个上行信道的干扰。
步骤204：按照步骤201中对于信道的编号依次计算每个用户在被分配的信道上达到能效函数最大时对应的发射功率值。
步骤205：对于步骤204中计算所得的发射功率，如果小于零，则该用户在该信道上的发射功率为0；如果计算所得的功率大于单一信道允许的最大发射功率，则该用户在该信道上的发射功率为单一信道允许的最大发射功率；否则，该用户在该信道上的发射功率为计算所得的发射功率值。转入步骤202。
步骤206：终止此次迭代，每个家庭基站小区的无线资源分配完成，等待下一次调度。

Claims (6)

1.一种密集部署的家庭基站网络节能无线资源管理方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：对密集部署的家庭基站网络中的家庭基站小区的用户进行编号，对家庭基站中所有可用的信道进行编号；
步骤2：所有家庭基站的用户上行信道的发射功率都设为pequal，家庭基站通过信道估计来获得本家庭基站小区内各用户在所有上行信道的信道增益；
步骤3：家庭基站检测每一上行信道上来自相邻家庭基站小区的干扰；
步骤4：判断是否还有剩余信道未被分配，如果没有，转到步骤7，否则，转到步骤5；
步骤5：按步骤1中的编号顺序依次选择还未分配的信道，计算每一用户在该信道上所受的干扰与信道的比值，即每一用户在该信道上的干扰增益比；
步骤6：按步骤5中计算得到的用户干扰增益比，找出干扰增益比最小的用户，将该信道分配给该用户，并转到步骤4；
步骤7：将小区内每个用户的发射功率设为0；
步骤8：判断本次功率分配与上一次功率分配的数值是否一致，或者迭代次数是否已经超过上限值；如果是，则转入步骤11；否则，获得其他家庭基站小区对于本家庭基站每个上行信道的干扰；
步骤9：按照步骤1中对于信道的编号依次计算在每个信道上用户达到能效函数最大时对应的发射功率值；
步骤10：如果计算所得的发射功率小于零，则该用户在该信道上的发射功率为0；如果计算所得的功率大于单一信道允许的最大发射功率，则该用户在该信道上的发射功率为单一信道允许的最大发射功率；否则，该用户在该信道上的发射功率为计算所得的发射功率值；转入步骤8；
步骤11：终止此次迭代，每个家庭基站小区的无线资源分配完成，等待下一次调度。
2.根据权利要求1所述的一种密集部署的家庭基站网络中的节能无线资源管理方法，其特征在于：
所述步骤2中，家庭基站获得各用户对家庭基站的所有信道的信道增益可通过家庭基站对上行信道的信道估计获得。
3.根据权利要求1所述的一种密集部署的家庭基站网络中的节能无线资源管理方法，其特征在于：
所述步骤3中，由于家庭基站致密部署时使用专用频段，与宏基站所使用频段不同，因此家庭基站上行链路上遭受的干扰来自于相邻家庭基站小区的同频信道上的干扰。
4.根据权利要求1所述的一种密集部署的家庭基站网络中的节能无线资源管理方法，其特征在于：
在所述步骤6中，在任意家庭基站小区中，一个信道只能分配给一个用户使用，但是一个用户可以分配多个信道。
5.根据权利要求1所述的一种密集部署的家庭基站网络中的节能无线资源管理方法，其特征在于：
在所述步骤8中，达到纳什均衡是指本次计算得到的各信道的功率分配与上一次计算得到的功率分配值相等；迭代次数上限是指任意一次调度中，系统所设的功率分配迭代次数的最大值，是一个常量。
6.根据权利要求1所述的一种密集部署的家庭基站网络中的节能无线资源管理方法，其特征在于：
所述在步骤10中，每个用户的能效函数是指其中pc是指移动终端电路的固定能量消耗，是与终端类型相关的常量；In是指信道n遭受的同层干扰，gn,u是指用户在信道n上的信道增益，In和gn,u均通过家庭基站测量获得；已知gn,u、In、pc，通过计算可以。
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