CN106028456B - 一种5g高密度网络中虚拟小区的功率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种5G高密度网络中虚拟小区的功率分配方法，该方法包括步骤：S1、初始化迭代次数i＝0，p_m,n,k＝0，初始化拉格朗日乘子；S2、根据当前次迭代的拉格朗日乘子计算分配功率p_m,n,k；S3、将迭代次数i＝i+1，更新拉格朗日乘子；S4、判断拉格朗日乘子是否收敛，若是，则当前计算得到的分配功率矩阵为最终分配功率，若否，则返回执行步骤S2。本发明复杂度更低。

Description

一种5G高密度网络中虚拟小区的功率分配方法

技术领域

本发明涉及5G通信技术领域，尤其涉及一种5G高密度网络中虚拟小区的功率分配方法。

背景技术

小区虚拟化技术是中兴通讯发布2015年十大无线新技术之一。该技术是解决边界效应的关键，其核心思想是“以用户为中心”提供服务。对于传统基站而言，继续缩小室外部署小区的半径是不现实的，原因在于较高的切换频率和巨大的传输开销。

“虚拟小区”打破了以“蜂窝小区”为中心的传统移动接入网理念，转变为完全以“用户为中心”的接入网络，即每个接入网络的用户都拥有一个与用户相关的“虚拟小区”。该虚拟小区由用户周边的几个接入节点组成，接入节点之间相互协作，共同服务该用户。当用户在移动时，该虚拟小区包含的接入节点发生动态变化，但虚拟小区标识ID保持不变，因此在用户移动过程中并不会发生切换，大大减少了越区切换带来的开销。

由于通信系统的频率资源日益短缺和无线信道共享的特性，以及存在时变特性和多种干扰衰落，有效的信道资源和功率资源分配方案可以降低不同用户之间的干扰，从而显著提高系统的总体性能(和容量或者和能源效率等)。因此无线资源的管理和分配是解决这一问题的关键技术，在满足指定的速率和功率约束要求下，通过合理的分配信道资源和功率资源优化设定的目标。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种5G高密度网络中虚拟小区的功率分配方法，该方法复杂度更低。

技术方案：本发明所述的5G高密度网络中虚拟小区的功率分配方法，包括：

S1、初始化迭代次数i＝0，p_m,n,k＝0，拉格朗日乘子其中，表示第i次迭代时第s个拉格朗日乘子，λ＝{λ₁,…,λ_K}，p_m,n,k表示用户k与接入节点m之间的子信道n的分配功率， K表示网络中用户的总数，M表示网络中接入节点的总数，N表示网络中子信道的总数；

S2、根据当前次迭代的拉格朗日乘子计算分配功率p_m,n,k；其中，

式中，φ_s为已知参量，用于表示不同用户速率的比例，表示接入节点m的最大允许发射功率，g_m,n,k＝|h_m,n,k|²/σ²，h_m,n,k表示用户k与接入节点m之间的子信道n的信道响应，σ²表示高斯白噪声的方差，

S3、将迭代次数i＝i+1，根据以下公式更新拉格朗日乘子；

式中，Ω_k为用户k分配到的子信道集合，表示服务用户k的接入节点集合，分别是拉格朗日乘子迭代的步长因子；

S4、判断拉格朗日乘子是否收敛，若是，则当前计算得到的分配功率矩阵为最终分配功率，若否，则返回执行步骤S2。

进一步的，h_m,n,k的计算公式为：

式中，表示小尺度衰落，表示均值为0，方差为1的复高斯分布。

进一步的，所述接入节点为射频拉远单元。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明实现了5G高密度网络中虚拟小区的功率分配，复杂度更低。本发明同时考虑了每个RRH的功率约束以及每个用户的速率约束，最大限度地提高系统可达和速率，将非凸组合优化问题分解成可解子问题：功率分配子问题，从而可以利用简单的低复杂度算法得到原非凸问题的最优解。

附图说明

图1是本实施例的网络结构示意图。

具体实施方式

本实施例的网络图如图1所示，接入节点选用射频拉远单元(RRH)，系统中具有M个RRH，K个移动用户和一个中央处理器单元。所有RRH通过高速链路(光纤等)连接至中央处理器，移动用户与RRH之间进行无线通信。RRH只负责传输数据，不进行数据处理。技术方法中所需要数据处理，都在中央处理器进行。步骤S1中的需要的信道信息可以由每个用户反馈给RRH，进而传送至中央处理器，然后中央处理器根据具体步骤进行处理，最终为每个用户确定RRH服务集合，将该信息通过光纤等高速链路传送至每个RRH，再通过无线信道发送给每个用户。

其中，每个RRH配备单根发射天线，还有K个单天线移动用户和N个子信道。用表示所有RRH的编号集合，所有子信道编号构成的集合为所有用户编号构成的集合为为用户k提供服务的所有RRH的编号集合记为假设每个用户的RRH服务集合给定且记 因此为用户k服务的天线数是RRH m与用户k在子信道n上的信道响应记为h_m,n,k，且表示为

其中，是小尺度衰落，是大尺度衰落(其中d_m,k是RRH^m与用户k之间的距离，α是路损因子，s_m,k是对数正态阴影衰落)。RRHm给用户k在子信道n上分配的功率记为p_m,n,k。

用户k的接收信号为

其中，x_k为用户k的传输符号并且n_k为零均值方差σ²的高斯白噪声。假设不同用户的传输符号和接收端加性噪声相互独立。则用户k在资源块n上的信噪比为

γ_k＝p_m,n,kg_m,n,k,

其中，g_m,n,k＝|h_m,n,k|²/σ²，从而得到用户k的可达数据速率为

其中，δ_m,n,k是子信道指示变量。当子信道n被分配在RRHm与用户k的下行链路上时，其值为1；否则值为0。

考虑功率约束和用户速率约束下的可达和速率最大化问题可以表述为

其中，指RRH^m的最大允许发射功率， 是已知集合，用于表示用户速率的比例。显然最大化问题是非凸的组合优化问题。

因此，为了解决此问题，采用本实施例的功率分配方法进行分配，具体包括以下步骤：

S1、初始化迭代次数i＝0，p_m,n,k＝0，拉格朗日乘子其中，表示第i次迭代时第s个拉格朗日乘子，λ＝{λ₁,…,λ_K}，p_m,n,k表示用户k与接入节点m之间的子信道n的分配功率，

S2、根据当前次迭代的拉格朗日乘子计算分配功率p_m,n,k；其中，

式中，φ_s为已知参量，用于表示不同用户速率的比例，

S3、将迭代次数i＝i+1，根据以下公式更新拉格朗日乘子。

式中，分别是拉格朗日乘子迭代的步长因子。

S4、判断拉格朗日乘子是否收敛，若是，则当前计算得到的分配功率矩阵为最终分配功率，若否，则返回执行步骤S2。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种5G高密度网络中虚拟小区的功率分配方法，其特征在于该方法包括：

S1、初始化迭代次数i＝0，p_m,n,k＝0，拉格朗日乘子其中，表示第i次迭代时第s个拉格朗日乘子，p_m,n,k表示用户k与接入节点m之间的子信道n的分配功率，K表示网络中用户的总数，M表示网络中接入节点的总数，N表示网络中子信道的总数；

S2、根据当前次迭代的拉格朗日乘子计算分配功率p_m,n,k；其中，

式中，φ_s为已知参量，用于表示用户速率的比例，表示接入节点m的最大允许发射功率，g_m,n,k＝|h_m,n,k|²/σ²，h_m,n,k表示用户k与接入节点m之间的子信道n的信道响应，σ²表示高斯白噪声的方差，

S3、将迭代次数i＝i+1，根据以下公式更新拉格朗日乘子；

式中，Ω_k为用户k分配到的子信道集合，表示服务用户k的接入节点集合，分别是拉格朗日乘子迭代的步长因子；

S4、判断拉格朗日乘子是否收敛，若是，则当前计算得到的分配功率矩阵为最终分配功率，若否，则返回执行步骤S2。

2.根据权利要求1所述的5G高密度网络中虚拟小区的功率分配方法，其特征在于：h_m,n,k的计算公式为：

式中，表示小尺度衰落，表示均值为0，方差为1的复高斯分布,ρ_mk是大尺度衰落。

3.根据权利要求1所述的5G高密度网络中虚拟小区的功率分配方法，其特征在于：所述接入节点为射频拉远单元。