CN103338456B - 一种基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域。本发明公开了一种基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法，解决网络中的同频干扰问题。具体是：对宏蜂窝用户进行功率控制并采用跨层切换方法消除同频跨层干扰，即在每一层网络中目标中断概率的约束条件下最大化网络吞吐量；对毫微微蜂窝用户进行联合信道和功率分配消除同频层内干扰，即在切换宏蜂窝用户的目标数据速率和其他宏蜂窝用户以及毫微微蜂窝用户同频干扰门限的约束条件下，最大化毫微微蜂窝用户的和速率。该方法能够有效消除网络的同频干扰，提高毫微微蜂窝用户的和速率，改善毫微微蜂窝中的网络容量并可增加毫微微蜂窝的部署数目，使网络中信道和功率资源得到有效利用。

Description

一种基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于宏蜂窝-毫微微蜂窝（Macro-Femto）网络联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法。

背景技术

随着Femtocell网络的大量部署，Macro-Femto异构网络环境中同频干扰抑制问题变得越来越重要。

由于Macro-Femto网络采用同频复用（UniversalFrequencyReuse，UFR）技术来提高频谱的利用效率，即宏蜂窝（Macrocell）网络和Femtocell网络采用完全相同的频谱资源进行通信，这使得Macro-Femto网络中同频干扰极其严重。目前，解决Macro-Femto网络中同频干扰的主要方法有：（1）功率控制方法；（2）机会频谱接入方法；（3）频率切换技术（跳频）；（4）部分频率复用技术；（5）跳时技术；（6）空间天线技术（定向天线）；（7）自适应波束成形技术。这些同频干扰抵消或避免技术在码分多址（Code-DivisionMultipleAccess，CDMA）和正交频分多址（OrthogonalFrequency-DivisionMultipleAccess，OFDMA）的Macro-Femto网络中得到广泛应用，分别从频域、时域、空域以及功率控制等方面加以考虑。

发明内容

发明目的：本发明提出的基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法，从资源管理的角度出发，引入基于分布式干扰估计的跨层切换机制和基于抑制干扰的资源分配算法来解决宏蜂窝-毫微微蜂窝网络中的同频干扰问题。

技术方案：一种基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法，包括如下步骤：

（1）对宏蜂窝-毫微微蜂窝网络中的同频干扰进行量化分析：建立同频干扰分析模型，分析宏蜂窝基站MBS和毫微微蜂窝接入点FAP上行传输的同频干扰情况，考虑路径损耗和正态对数阴影衰落对信道传输的影响，建立跨层和同层干扰表达式来估计同频干扰情况，将各个基站上的跨层干扰产生的中断概率作为跨层切换的决策因素；

（2）采用基于干扰估计的跨层切换机制来减小同频跨层干扰：通过对宏蜂窝用户MUs进行功率控制实现功率分配并采用跨层切换机制，根据同频干扰分析结果以及所设置的切换阈值对跨层切换作出决策，移动终端根据跨层切换决策完成跨层切换过程来消除同频跨层干扰；将跨层切换问题描述为一个优化问题，并基于用户信号干扰噪声比SINR门限值来决策跨层切换的执行；

（3）采用基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配方法来减小同频层内及小区内干扰：对毫微微蜂窝用户（FemtocellUsers，FUs）进行联合信道和功率分配，通过最大化毫微微蜂窝用户FUs的和速率得到最优的信道分配和功率分配方案，来消除同频跨层和层内干扰；将基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配问题描述为另一个优化问题，并采用比例公平调度算法得到信道分配的最优解和采用加权注水算法得到功率分配的最优解；

（4）对基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法进行性能评估，得到毫微微蜂窝用户的和速率与可用子信道数目、容纳的用户数目以及部署的毫微微蜂窝数目的变化情况，并根据评估分析结果为毫微微蜂窝中的资源分配、容量约束以及毫微微蜂窝的部署提供反馈信息。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：本发明提出的基于宏蜂窝-毫微微蜂窝Macro-Femto网络联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法，从资源管理的角度出发，引入基于分布式干扰估计的跨层切换机制和基于抑制干扰的资源分配算法，采用资源分配的方式来抑制Macro-Femto网络中的同频干扰，通过优化信道和功率的分配实现宏蜂窝-毫微微蜂窝Macro-Femto网络资源的共享，提高网络性能。

附图说明

图1为本发明实施例的方法框图；

图2为本发明实施例的宏蜂窝-毫微微蜂窝Macro-Femto网络同频干扰切换场景示意图；

图3为本发明实施例的宏蜂窝-毫微微蜂窝Macro-Femto网络同频干扰分析模型示意图；

图4为本发明实施例的抑制同频干扰的切换过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示为本发明实施例的方法框图，包括四个过程：对宏蜂窝-毫微微蜂窝（Macro-Femto）网络中的同频干扰进行量化分析、采用基于干扰估计的跨层切换机制来减小同频跨层干扰、采用基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配方法来减小同频层内及小区内干扰、对基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法进行性能评估；具体表现为：建立同频干扰分析模型，分析上行传输的同频干扰情况；将跨层切换问题描述为一个优化问题，并基于用户信号干扰噪声比SINR门限值来决策跨层切换的执行；将基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配问题描述为另一个优化问题，并采用比例公平调度算法得到信道分配的最优解和采用加权注水算法得到功率分配的最优解；通过对基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法进行性能评估与分析，为毫微微蜂窝Femtocell中的资源分配、容量约束以及毫微微蜂窝Femtocell的部署提供信息。该方法具体包括如下步骤：

（1）对宏蜂窝-毫微微蜂窝（Macro-Femto）网络中的同频干扰进行量化分析：建立同频干扰分析模型，分析宏蜂窝基站MBS和毫微微蜂窝接入点FAP上行传输的同频干扰情况，考虑路径损耗和正态对数阴影衰落对信道传输的影响，建立跨层和同层干扰表达式来估计同频干扰情况，将各个基站上的跨层干扰产生的中断概率作为跨层切换的决策因素；

（2）采用基于干扰估计的跨层切换机制来减小同频跨层干扰：通过对宏蜂窝用户（MacrocellUsers，MUs）进行功率控制实现功率分配并采用跨层切换机制，根据同频干扰分析结果以及所设置的切换阈值对跨层切换作出决策，移动终端根据跨层切换决策完成跨层切换过程来消除同频跨层干扰；将跨层切换问题描述为一个优化问题，并基于用户SINR门限值来决策跨层切换的执行；

（3）采用基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配方法来减小同频层内及小区内干扰：对毫微微蜂窝用户（FemtocellUsers，FUs）进行联合信道和功率分配，通过最大化毫微微蜂窝Femtocell中FUs的和速率得到最优的信道分配和功率分配方案，来消除同频跨层和层内干扰；将基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配问题描述为另一个优化问题，并采用比例公平调度算法得到信道分配的最优解和采用加权注水算法得到功率分配的最优解；

（4）对基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法进行性能评估：得到采用抑制同频干扰的资源分配方法后Femtocell中FUs的和速率与可用子信道数目、容纳的用户数目以及部署的Femtocell数目的变化情况，并根据评估分析结果为Femtocell中的资源分配、容量约束以及Femtocell的部署提供反馈信息。

下面结合实施例对本发明方案设计作进一步的具体分析和描述。

首先说明Macro-Femto网络同频干扰切换场景。图2所示为本发明实施例的Macro-Femto网络同频干扰切换场景示意图，从图中可以看出，Macro-Femto上行传输的网络模型由一个Macrocell和多个Femtocell异构共同覆盖而成，其中MBS和FAPs分别为MUs和FUs提供上行服务。假设Macro-Femto网络中有K个Femtocell（FAP的数目同样是K），每个Femtocell中FUs的数目和子信道的数目分别是M和N；假设Macro-Femto网络中所有可用频谱的网络带宽为WHz，子信道的带宽为BHz，则Macro-Femto网络中Macrocell和每个Femtocell可用的子信道的数目表示为：N=[W/B]⁺。为了避免小区内的同频干扰，假定每个子信道在给定的时隙内只能分配给一个用户使用，但是一个用户可以同时使用多个分配的子信道。在图2中，MU₁位于FAP₁附近，FU₁需要增加其发射功率来克服MU₁对其产生的同频干扰，同时FU₁将对MBS产生更大的同频干扰，这种场景下的同频干扰甚为严重，考虑了FU₁对MBS的同频干扰问题。如果这个场景下的同频干扰不加以消除，将会形成一个带有正反馈的闭合干扰环，使得整个网络的通信性能严重下降。

在本发明实施例中，根据MBS和FAP₁上接收的SINR和切换SINR门限值将MU₁切换到Femtocell中，由FAP₁为其提供服务，这样可以消除两边的同频干扰，打破闭合干扰环的影响，提高整个网络的通信性能；当MU₁切换到Femtocell中，在FAP₁上采用抑制同频干扰的资源分配方法，基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配方法来减小同频层内及小区内干扰。

（1）Macro-Femto网络同频干扰分析模型

图3为本发明实施例的Macro-Femto网络同频干扰分析模型示意图，在该实施例中，将基于同频干扰分析模型下的干扰分析结果作为跨层切换的决策因素。对于上行传输的同频干扰分析，MBS受到来自FU的干扰I_c,f，若MBS的接收SINR低于中断门限值γ_M，将使MU通信产生中断；同时，FAP受到来自MU的干扰I_f,c和Femtocell外部FU的干扰I_f,f，若FAP的接收SINR低于中断门限值γ_F，将使FU通信产生中断，将MBS和FAPs上的同频干扰产生的中断概率作为跨层切换的决策因素。

同频部署的Macro-Femto网络中同频干扰分析如下：假设P_r ^c和P_r ^f分别表示MBS和FAP的接收功率；G_m和G_f分别表示MBS和FAP的接收机处理增益；图3中用户j与接入点k间的信道增益h_k,j考虑路径损耗和正态对数阴影衰落对信道传输的影响，室外和室内传输的路径损耗指数分别用α和β表示，正态对数阴影衰落的标准方差用σ_dB表示；MU与MBS之间的距离用随机变量X表示。采用上行功率控制来克服远近效应，MU的上行发射功率可以表示为：

P_t ^c＝P_r ^c/g_c(|X|)(1)

$\begin{array}{ccc}{g}_c\left(\right|X\left|\right)=K_c{(d_{0c}/|X\left|\right)}^{\mathrm{\α}}{\mathrm{\Θ}}_C& 10\mathrm{lo}{g}_{10}{\mathrm{\Θ}}_C~N(0,{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{dB}}^2)& K_c\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{[c/\left(4\mathrm{\π}{f}_c{d}_{0c}\right)]}^2---\left(2\right)\end{array}$

其中：g_c(|X|)是室外传输的衰减函数，10log₁₀Θ_C是正态对数阴影衰落的衰减函数。

同样地，FU的上行发射功率可以表示为：

P_t ^f＝P_r ^f/g_f(|Y|)(3)

$\begin{array}{ccc}{g}_f\left(\right|Y\left|\right)=K_f{(d_{0f}/|Y\left|\right)}^{\mathrm{\β}}{\mathrm{\Θ}}_F& 10\mathrm{lo}{g}_{10}{\mathrm{\Θ}}_F~N(0,{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{dB}}^2)& K_f\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{[c/\left({4\mathrm{\πf}}_c{d}_{0f}\right)]}^2---\left(4\right)\end{array}$

经过分析推导可以得到同层和跨层的同频干扰表达式如下：

①MBS受到来自FU的干扰I_c,f

$I_{c,f}=\underset{F_i\∈{\mathrm{\Ω}}_f}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{U_i}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{c,f}(F_i,j)$

$=\underset{F_i\∈{\mathrm{\Ω}}_f}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{U_i}{\mathrm{\Σ}}}(Q_f{\mathrm{\Θ}}_{j,C}/{\mathrm{\Θ}}_{j,F_i}{\left|X_i\right|}^{-\mathrm{\α}})---\left(5\right)$

$=\underset{F_i\∈{\mathrm{\Ω}}_f}{\mathrm{\Σ}}{Q}_f{\mathrm{\Ψ}}_i{\left|X_i\right|}^{-\mathrm{\α}}$

其中：

$I_{c,f}(F_i,j)={P_r}^f{g}_c({|X}_i+Y_j|)/g_f\left({|Y}_j\right|)$

$\≈{P_r}^f{g}_c\left(\right|X_i\left|\right)/g_f\left(R_f\right)$

$={P_r}^f{K}_c{\left(\frac{d_{0c}}{\left|X_i\right|}\right)}^{\mathrm{\α}}{\mathrm{\Θ}}_{j,C}\frac{1}{K_f}{\left(\frac{R_f}{d_{0f}}\right)}^{\mathrm{\β}}\frac{1}{{\mathrm{\Θ}}_{j,F_i}}---\left(6\right)$

${=P_r}^f{R_f}^{\mathrm{\β}}\left(\frac{K_c}{K_f}\right)\left(\frac{d_{0c}^{\mathrm{\α}}}{d_{0f}^{\mathrm{\β}}}\right)\frac{{\mathrm{\Θ}}_{j,C}}{{\mathrm{\Θ}}_{j,F_i}}{\left|X_i\right|}^{-\mathrm{\α}}$

$=Q_f{\mathrm{\Θ}}_{j,C}/{\mathrm{\Θ}}_{j,F_i}{{|X}_i|}^{-\mathrm{\α}}$

$Q_f\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{P_r}^f{R}_f^{\mathrm{\β}}\left(\frac{K_c}{K_f}\right)\left(\frac{d_{0c}^{\mathrm{\α}}}{d_{0f}^{\mathrm{\β}}}\right){\mathrm{\Ψ}}_i\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{U_i}{\mathrm{\Θ}}_{j,C}/{\mathrm{\Θ}}_{j,F_i}---\left(7\right)$

②FAP受到来自Femtocell外部FU的干扰I_f,f

$I_{f,f}=\underset{F_i\∈{\widehat{\mathrm{\Ω}}}_f}{\mathrm{\Σ}}\underset{l=1}{\overset{U}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{f,f}(F_i,l)$

$=\underset{F_i\∈{\widehat{\mathrm{\Ω}}}_f}{\mathrm{\Σ}}\underset{l=1}{\overset{U}{\mathrm{\Σ}}}(Q_f{\mathrm{\Θ}}_{l,F_j}/{\mathrm{\Θ}}_{l,F_i}{{|X}_i|}^{-\mathrm{\α}})---\left(8\right)$

$=\underset{F_i\∈{\widehat{\mathrm{\Ω}}}_f}{\mathrm{\Σ}}{Q}_f{\mathrm{\Ψ}}_i{{|X}_i|}^{-\mathrm{\α}}$

其中：

$I_{f,f}(F_i,l)={P_r}^f{g}_c\left(\right|X_i+Y_l\left|\right)\text{/}{g}_f\left(\right|Y_l\left|\right)$

$\≈{P_r}^f{g}_c\left({|X}_i\right|)/g_f\left(R_f\right)$

$={P_r}^f{K}_c{\left(\frac{d_{0c}}{\left|X_i\right|}\right)}^{\mathrm{\α}}{\mathrm{\Θ}}_{l,F_j}\frac{1}{K_f}{\left(\frac{R_f}{d_{0f}}\right)}^{\mathrm{\β}}\frac{1}{{\mathrm{\Θ}}_{l,F_i}}---\left(9\right)$

$={P_r}^f{R}_f^{\mathrm{\β}}\left(\frac{K_c}{K_f}\right)\left(\frac{d_{0c}^{\mathrm{\α}}}{d_{0f}^{\mathrm{\β}}}\right)\frac{{\mathrm{\Θ}}_{l,F_j}}{{\mathrm{\Θ}}_{l,F_i}}{\left|X_i\right|}^{-\mathrm{\α}}$

$=Q_f{\mathrm{\Θ}}_{l,F_j}/{\mathrm{\Θ}}_{l,F_i}{{|X}_i|}^{-\mathrm{\α}}$

${\mathrm{\Ψ}}_i\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^U{\mathrm{\Θ}}_{l,F_j}/{\mathrm{\Θ}}_{l,F_i}---\left(10\right)$

③FAP受到来自MU的干扰I_f,c

$I_{f,c}=\underset{i\∈{\mathrm{\Π}}_c}{\mathrm{\Σ}}{I}_{f,c}\left(i\right)=\underset{i\∈{\mathrm{\Π}}_c}{\mathrm{\Σ}}{P_r}^c\frac{{\mathrm{\Θ}}_{i,F_j}}{{\mathrm{\Θ}}_{i,C}}{\left(\frac{{|X}_i|}{{|Y}_i|}\right)}^{\mathrm{\α}}=\underset{i\∈{\mathrm{\Π}}_c}{\mathrm{\Σ}}{P_r}^c{\mathrm{\Ψ}}_i{\left(\frac{{|X}_i|}{{|Y}_i|}\right)}^{\mathrm{\α}}---\left(11\right)$

其中：

$I_{f,c}\left(i\right)={P_r}^c{g}_c\left(\right|Y_i\left|\right)/g_c\left(\right|X_i\left|\right)$

$={P_r}^c\frac{K_c{(d_{0c}/|Y_i\left|\right)}^{\mathrm{\α}}{\mathrm{\Θ}}_{i,F_j}}{K_c{(d_{0c}/|X_i\left|\right)}^{\mathrm{\α}}{\mathrm{\Θ}}_{i,C}}---\left(12\right)$

$={P_r}^c\frac{{\mathrm{\Θ}}_{i,F_j}}{{\mathrm{\Θ}}_{i,C}}{\left(\frac{{|X}_i|}{{|Y}_i|}\right)}^{\mathrm{\α}}$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\Ψ}}_i\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\mathrm{\Θ}}_{i,F_j}/{\mathrm{\Θ}}_{i,C}& {10\log }_{10}{\mathrm{\Ψ}}_i~N\left(\mathrm{0,2}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{dB}}^2\right)---\left(13\right)\end{array}$

（2）基于分布式干扰估计的跨层切换机制减小同频跨层干扰

采用基于干扰估计的跨层切换机制来减小同频跨层干扰：通过对Macrocell用户（MacrocellUsers，MUs）进行功率控制实现功率分配并采用跨层切换机制，根据同频干扰分析结果以及所设置的切换阈值对跨层切换作出决策，移动终端根据跨层切换决策完成跨层切换过程来消除同频跨层干扰。

①将基于用户接收信号干扰噪声比（Signal-Interference-Noise-Rate，SINR）的跨层切换问题描述为一个优化问题：在每一层网络中目标中断概率的约束条件下最大化网络吞吐量，并基于用户接收信号干扰噪声比门限值来决策跨层切换的执行。同频干扰抵消的跨层切换优化表示为：

$\max \{B{\log }_2(1+{\mathrm{\γ}}_{u_{i,n}^M})+\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}B{\log }_2(1+{\mathrm{\γ}}_{u_{k,n}^F})\}---\left(14\right)$

s.t.

${\mathrm{\γ}}_{u_{k,n}^F}\≥{\mathrm{\γ}}_F---\left(15\right)$

${\mathrm{\γ}}_{u_{i,n}^M}\≥{\mathrm{\γ}}_M---\left(16\right)$

其中：

${\mathrm{\γ}}_{u_{k,n}^F}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{u_{k,n}^F}{p}_{u_{k,n}^F}{g}_{k,u_{k,n}^F}}{\underset{j=1,j\≠k}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{u_{j,n}^F}{p}_{u_{j,n}^F}{g}_{k,u_{j,n}^F}+{\mathrm{\ρ}}_{u_{i,n}^M}{p}_{u_{i,n}^M}{g}_{k,u_{i,n}^M}+{\mathrm{\σ}}^2}---\left(17\right)$

${\mathrm{\γ}}_{u_{i,n}^M}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_{u_{i,n}^M}{p}_{u_{i,n}^M}{g}_{i,u_{i,n}^M}}{\underset{j=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ρ}}_{u_{j,n}^F}{p}_{u_{j,n}^F}{g}_{i,u_{j,n}^F}+{\mathrm{\σ}}^2}---\left(18\right)$

在Femtocellk中使用子信道n的FU；用户FU的传输功率；用户子信道分配， ${\mathrm{\ρ}}_{u_{k,n}^F}=1$ 表示子信道n分配给用户 ${\mathrm{FUu}}_{k,n}^F,{\mathrm{\ρ}}_{u_{k,n}^F}=0$ 表示子信道n不分配给用户表示Macrocelli中的用户MU的相应参数。(14)式是Macro-Femto网络中使用子信道n的所有用户的和速率；(15)和(16)式是FAP和MBS接收SINR的约束条件；(17)和(18)式是Femtocellk和Macrocelli中使用子信道n的FU和MU的接收SINR。

②基于FU和MU的接收SNIR，采用功率控制来调整MU的传输功率使其满足假设FU的传输功率满足

1）为了抵消FUs对MBS产生的同频干扰，MU首先采用功率控制提高MBS上的接收SINR以满足其QoS需求如果采用功率控制后，由于远离MBS以及FUs所产生的同频干扰的影响，MU仍不能满足其目标SINR需求，即MU将切换到最近的Femtocell中来消除同频干扰；如果采用功率控制后，MU能满足其目标SINR需求，还将确认其较大的传输功率是否干扰到最近的同频FU，如果MU距离FAP很近将对同频FU产生严重干扰，即此时MU也将切换到最近的Femtocell中来消除同频干扰的影响。

2）图4所示为本发明实施例的抑制同频干扰的切换过程示意图，MU将根据MBS和FAP接收SINR的门限值γ_M和γ_F来执行切换过程：随着MU移向FAP，将对FAP产生同频干扰，下列两种情况下MU将切换到Femtocell中：①(SINR)_MBS<γ_M②(SINR)_MBS>γ_M同时(SINR)_FAP<γ_F；

（3）基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配方法减小同频层内及小区内干扰

当MU₁切换到Femtocell中，在FAP₁上采用抑制同频干扰的资源分配方法，基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配方法来减小同频层内及小区内干扰：对Femtocell用户（FemtocellUsers，FUs）进行联合信道和功率分配，通过最大化Femtocell中FUs的和速率得到最优的信道分配和功率分配方案，来消除同频跨层和层内干扰。

①采用基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法，将基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配问题描述为一个优化问题：在切换MU的目标数据速率和其他MUs以及FUs同频干扰门限的约束条件下最大化Femtocell中FUs的和速率。抑制同频干扰的联合信道和功率分配优化表示为：

$\underset{\{{\mathrm{\&rho;}}_{m,n},p_{m,n}\}}{\max }\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}B{\mathrm{\&rho;}}_{m,n}\mathrm{lo}{g}_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{m,n})---\left(19\right)$

s.t.

$\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{m,n}=1\mathrm{or}0,n\&Element;[1,N]---\left(20\right)$

$\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{m,n}\&le;N---\left(21\right)$

$\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{m,n}{p}_{m,n}\&le;P---\left(22\right)$

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}B{\mathrm{\&rho;}}_{0,n}{\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{0,n})>r_0---\left(23\right)$

$\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{m,n}{p}_{m,n}\left(2L\right)h_n^{F_k{F}_j}{D}_{n,F_k{F}_j}^{-\mathrm{\&alpha;}}\&le;{\mathrm{\&delta;}}_n^F\&ForAll;j---\left(24\right)$

$\underset{m=0}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{m,n}{p}_{m,n}L{h}_n^{F_k{M}_1}{D}_{n,F_k{M}_1}^{-\mathrm{\&alpha;}}\&le;{\mathrm{\&delta;}}_n^M---\left(25\right)$

其中：

${\mathrm{\&gamma;}}_{m,n}=\frac{p_{m,n}{h}_{m,n}{R}_f^{-\mathrm{\&beta;}}}{{\mathrm{\&rho;}}_{M_1,n}{P}_{M}L{h}_n^{M_1{F}_k}{D}_{n,M_1{F}_k}^{-\mathrm{\&alpha;}}+\underset{j=1,j\&NotEqual;k}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{F_j,n}{P}_F\left(2L\right)h_n^{F_j{F}_k}{D}_{n,F_j{F}_k}^{-\mathrm{\&alpha;}}+{\mathrm{BN}}_0}---\left(26\right)$

${\mathrm{\&gamma;}}_{0,n}=\frac{p_{0,n}{h}_{0,n}{R}_f^{-\mathrm{\&beta;}}}{{\mathrm{\&rho;}}_{M_1,n}{P}_{M}L{h}_n^{M_1{F}_k}{D}_{n,M_1{F}_k}^{-\mathrm{\&alpha;}}+\underset{j=1,j\&NotEqual;k}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{F_j,n}{P}_F\left(2L\right)h_n^{F_j{F}_k}{D}_{n,F_j{F}_k}^{-\mathrm{\&alpha;}}+{\mathrm{BN}}_0}---\left(27\right)$

p_m,n：用户m使用子信道n的传输功率；ρ_m,n：用户m的子信道分配，ρ_m,n=1表示子信道n分配给用户m，ρ_m,n=0表示表示子信道n不分配给用户m。(19)式是联合信道和功率分配下Femtocellk中所有FUs的和速率，其中γ_m,n是用户m使用子信道n在FAP_k上的接收SINR；(20)式表示的是每个子信道在给定的时隙内只能分配给一个用户使用；(21)式表示的是分配给Femtocellk中所有用户的子信道数目不能超过每个Femtocell可用的子信道的总数目N；(22)式表示的是Femtocellk中所有用户的总的发射功率的约束；(23)式表示的是切换到Femtocell的MU的速率要达到r₀；(24)和(25)式表示的是Femtocellk中联合信道和功率分配对Femtocellj(j≠k)和Macrocell中使用子信道n的FU和MU产生的最大同频干扰的约束。

②基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法中，采用比例公平调度算法得到信道分配的最优解，得到最优的信道分配方案。子信道分配要满足条件：

$\underset{\left\{{\mathrm{\&rho;}}_{m,n}\right\}}{\max }\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}B{\mathrm{\&rho;}}_{m,n}\mathrm{lo}{g}_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{m,n})---\left(28\right)$

采用比例公平调度算法得到子信道分配来最大化Femtocellk中所有FUs的和速率，子信道分配表示为：

$\mathrm{PF}=\arg \underset{M}{\max }\underset{m\&Element;{\mathrm{SU}}_{k,M}}{\mathrm{\&Pi;}}(1+\frac{{\mathrm{\&Sigma;}}_{n\&Element;C_m}B\mathrm{lo}{g}_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_{m,n})}{(T-1)R_m^{\&prime;}}),\&ForAll;k---\left(29\right)$

其中：SU_k,M：Femtocellk中为其分配子信道的用户的集合；C_m：分配给用户m∈SU_k,M的子信道的集合；R_m’：用户m在前一时隙的平均数据速率；T：比例公平调度的平均窗口大小。

③基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法中，采用加权注水算法得到功率分配的最优解，得到最优的功率分配方案，来实现联合信道和功率分配。在得到子信道的分配SU_k,M和C_m后，下面采用迭代的加权注水算法优化得到Femtocellk中可用子信道上的功率分配。

1）从②采用的子信道分配算法中，得到最优的子信道分配方案SU_k,M和C_m，同时，每个子信道在给定的时隙内只能分配给一个用户使用来避免小区内的同频干扰。

2）基于由其它Femtocells和Macrocell产生的同频干扰，Femtocellk中使用子信道n的FU将向FAP_k请求功率资源{s_n ^f}_n∈N，FU受到的同频干扰越大，所请求的功率越小。

3）FAP_k将所有可用的子信道按照加权的请求功率资源{s_n ^f/w_n ^f}_n∈N升序排列，并从1到N加以标示；子信道i具有第i小的加权的请求功率资源s_n ^f/w_n ^f。

4）FAP_k将总功率P轮询地分配给所有排序的可用的子信道：在第j轮分配中，j=1,2,…,N，FAP_k将功率w_i ^fb_j ^f分配给每一个排序的子信道i，i=j,j+1,…..,N，直到排序的子信道j的不满足的功率请求得到满足或者总的剩余功率分配完毕。

5）分配给每一个排序的子信道n,n=1,2,…,N的功率表示为：

（4）对基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法进行性能评估

对基于Macro-Femto网络联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法进行性能评估与分析，得到采用抑制同频干扰的资源分配方法后Femtocell中FUs的和速率与可用子信道数目、容纳的用户数目以及部署的Femtocell数目的变化情况，并根据评估分析结果为Femtocell中的资源分配、容量约束以及Femtocell的部署提供反馈信息。

Claims (1)

1.一种基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对宏蜂窝-毫微微蜂窝网络中的同频干扰进行量化分析：

(2)采用基于干扰估计的跨层切换机制来减小同频跨层干扰；

(3)采用基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配方法来减小同频层内及小区内干扰；

(4)对基于联合信道和功率分配的同频干扰抑制方法进行性能评估，得到毫微微蜂窝用户的和速率与可用子信道数目、容纳的用户数目以及部署的毫微微蜂窝数目的变化情况，并根据评估分析结果为毫微微蜂窝中的资源分配、容量约束以及毫微微蜂窝的部署提供反馈信息；

其中，所述步骤(1)具体包括如下步骤：

(1-1)建立同频干扰分析模型；

(1-2)分析上行传输的同频干扰情况，考虑路径损耗和正态对数阴影衰落对信道传输的影响，宏蜂窝基站MBS受到来自宏蜂窝用户MUs的干扰I_c,in和毫微微蜂窝用户FUs的干扰Ic,f，若宏蜂窝基站MBS的接收信号干扰噪声比SINR低于中断门限值γ_M，将使宏蜂窝用户通信产生中断；同时，毫微微蜂窝接入点FAP受到来自MUs的干扰If,c和毫微微蜂窝用户FUs的内部干扰I_f,in及外部干扰I_f,f，若毫微微蜂窝接入点FAP的接收信号干扰噪声比SINR低于中断门限值γ_F，将使毫微微蜂窝用户通信产生中断，建立同频跨层和同层干扰表达式来估计同频干扰情况，将各个基站上的同频干扰产生的中断概率作为跨层切换的决策因素；

同时，所述步骤(2)具体包括如下步骤：

(2-1)将基于用户接收信号干扰噪声比SINR的跨层切换问题描述为一个优化问题：在每一层网络中目标中断概率的约束条件下最大化网络吞吐量，并基于用户接收信号干扰噪声比门限值来决策跨层切换的执行；

(2-2)宏蜂窝用户MU将根据宏蜂窝基站MBS和毫微微蜂窝接入点FAP接收信号干扰噪声比SINR的门限值γ_M和γ_F来执行切换过程：随着宏蜂窝用户MU移向毫微微蜂窝接入点FAP，将对所述毫微微蜂窝接入点FAP产生同频干扰，下列两种情况下宏蜂窝用户MU将切换到Femtocell中：①(SINR)_MBS<γ_M②(SINR)_MBS>γ_M同时(SINR)_FAP<γ_F；

所述步骤(3)具体包括如下步骤：

(3-1)将基于联合信道和功率分配的抑制同频干扰的资源分配问题描述为一个优化问题：在切换宏蜂窝用户的目标数据速率和其他宏蜂窝用户MUs以及毫微微蜂窝用户FUs同频干扰门限的约束条件下最大化毫微微蜂窝中毫微微蜂窝用户FUs的和速率；

(3-2)采用比例公平调度算法得到信道分配的最优解，得到最优的信道分配方案；

(3-3)采用加权注水算法得到功率分配的最优解，得到最优的功率分配方案，来实现联合信道和功率分配。