CN106102153A - 一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法 - Google Patents

Abstract

一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，包括用户接入以及功率分配；用户接入步骤：1宏基站向小小区和用户发送信令；2小小区向各用户发送相等功率、计算此时链路的SINR，并进行用户反馈；3宏基站建立链路决策和下发信令；4小小区和用户之间建立链路；功率分配包括：A初始化参数值；B小小区向用户收集信息；C小小区更新分配给用户的功率；D宏基站判断功率更新是否收敛；E用户户向宏基站反馈信道和噪声信息以及接收的SINR；F宏基站求解功率分配；G宏基站向小小区下发功率分配值；H小小区功率分配。本发明通过宏基站、小小区和用户之间的信息交互，完成用户接入及各小小区对用户的最佳功率分配，保证了用户质量与公平。

Description

一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法

技术领域

本发明提供了一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，属于异构网络、子载波分配和功率分配技术领域。

背景技术

随着无线终端设备数量增多以及无线通信应用从传统人与人通信扩展到人与机器通信和机器间通信，无线业务将呈现急剧增长的趋势，根据卡西欧的一份报告，在未来5年内无线数据流量将会增长800％，这对无线通信系统的容量提出了更高的需求。为了提升系统容量、网络覆盖率和扩展性，由部署宏基站、微基站、微微基站等构成异构网络正成为无线网络发展的趋势。

在无线数据传输中用户对不同文件的请求频率往往差别较大，即一部分文件被用户请求的频率远远高于其他文件，具有较高的流行度。基于文件流行度分布的不均匀性，在基站侧安装存储设备并对高流行度文件进行缓存可以减小文件到用户的物理距离，从而减少向用户传输文件的时延，同时避免了每次用户请求文件时基站都需要向远端文件服务器获取，减轻了核心网和回程负载。基于上述优势，缓存网络成为了学术界和工业界的研究热点。

对于缓存异构网络而言，由于存储设备容量有限，如何选择文件进行缓存对网络性能起关键作用，而文件缓存的选择必须基于用户和基站的连接信息以及基站对其接入的用户分配的功率。

用户接入和功率分配都是资源分配的具体体现。传统的资源分配方式优化常常以最大化系统容量为目标，通常给信道质量较好的用户分配更多的资源，而给信道质量较差的用户分配较少甚至不分配资源，这虽然有利于系统整体容量的提升，但会造成部分用户的服务质量较差甚至得不到服务，使得用户服务质量的不平衡，这对运营商而言具有重大影响，因此越来越多的资源分配需要权衡系统吞吐量和用户服务公平性。

IEEE Transactions on Vehicular Technology,Issue 99中的文章”Backhaul-Aware User Association and Resource Allocation for Energy-ConstrainedHetNets”和IEEE Transaction on Wireless Communications,Issue 99中的文章”Analysis and Optimization of Caching and Multicastiong in Large-Scale Cache-Enabled Wireless Networks”，都只考虑了用户只允许接入一个小小区的情况，资源自由度降低，用户通过小小区获得的文件的机会相比多链路情况下也大大降低。”OptimalCaching and User Association in Cache-enabled Heterogeous wireless networks”(arXiv:1604.05828[cs.IT])考虑的模型中存在用户未被小小区覆盖，而且以最小化平均时延优化系统的整体性能，会造成某些用户的速率性能很差，没有兼顾到网络中用户的公平性，是其亟待改进的点。

上述已有的用户接入技术和功率分配技术虽然具有增大网络吞吐量，优化网络性能的效果，然而，在这些文章里，用户只能接入一个基站甚至有的还不能接入基站，用户对信道链路和可用资源的选择能力变弱，而且，因为用户链路的单一性，以最小化平均时延或是最大化总速率作为优化目标，会使得某些用户的时延或是速率表现很差，网络中的用户存在不公平现象。事实上，在大多数的异构网络中用户存在多条可以选择的链路，这是上述技术的最大缺陷。如何有效地通过用户接入和功率分配保证公平性的最大化是急需解决的问题。本发明的目的是致力于解决上述已有用户接入策略和功率分配策略的技术缺陷，提出一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法。

发明内容

本发明的目的是在多用户接入的异构网络中，保证服务质量和提高用户公平性的同时，通过优化用户接入方案，使得用户与多个小小区之间建立多条优质链路获取资源，通过功率分配策略增大网络吞吐量，提出了一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法。

一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，简称本方法，所依托的无线缓存异构网络系统，包括：I个用户、J个小小区和1个 宏基站，其中，I个用户和J个小小区的位置随机；宏基站覆盖整个网络中所有用户和小小区，宏基站和每个小小区都具有存储装置；

一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法包括宏基站和小小区对用户进行数据传输前的用户接入小小区(简称用户接入)以及小小区对用户进行功率分配(简称功率分配)；

在用户接入和功率分配时，考虑传播环境中小小区和用户之间无线链路信道上的路径损耗、衰落和噪声的影响，具体来说：宏基站与用户和小小区进行信令交互以及计算，小小区缓存了部分用户请求数据文件，宏基站缓存了用户请求的所有文件；当某个用户发起文件请求时，如果为此用户服务的小小区缓存了请求数据文件，则小小区发送给该用户；如所有对其服务的小小区都没有缓存用户请求的文件，则由宏基站发送给用户；

用户i和小小区j的距离为d_ij时，路径损耗为用户i和小小区j之间的信道h_ij服从某衰落分布；噪声为功率为p_n的加性高斯白噪声；p_max,j为小小区j的最大发射功率；

一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，包含用户接入和功率分配；

其中，用户接入的具体步骤如下：

步骤1、宏基站向小小区和用户发送信令，具体来说：

步骤1.1、宏基站向覆盖范围内的小小区发送小小区个数信息J和用户个数信息I；

步骤1.2、宏基站向各个用户发送SINR门限值和用户接入因子M；

其中，SINR门限值记为δ，其范围根据经验值确定；

其中，M为大于等于1的实数，且M越大，为小小区服务的用户数越少，对每个用户分配的功率越大；

步骤2、小小区向各用户发送相等的功率、计算此时链路的SINR，并进行用户反馈，具体为：

步骤2.1、小小区j收到J,I后，以向各个用户分配功率并发送信号；

步骤2.2、用户i收到步骤2.1输出的所有小小区发送的信号后，基于接收功率计算与小小区j链路的SINR，具体如下公式(1)：

其中，为用户i和小小区j之间链路的信道增益， 为小小区j向用户i分配的功率，G_ijp_ij为用户i接收的来自小小区j的接收功率，G_ikp_ik为用户接收到的来自小小区k的干扰功率，其中k＝1,2,···,J(k≠j)p_n为用户i的噪声功率；

步骤2.3、根据步骤2.2获得的用户i和小小区j之间建立的链路的SINR_ij，用户i根据SINR_ij与SINR门限值δ的关系获得链路状态指示a_i＝[a_i1,…a_iJ]^T∈{0,1}^J×1，具体为：

a_i的a_ij计算为如下公式(2)：

步骤2.3、用户向宏基站反馈信息；

其中，所述的反馈信息为：a_i和G_i·＝[G_i1,…,G_iJ]；

步骤3、宏基站建立链路决策和下发信令；

步骤3.1、宏基站求解链路状态变量；

其中，链路状态变量，记为其计算过程具体为：

宏基站根据步骤2.3输出的各个用户的链路状态指示a_i和反馈信道信息G_i·后，求解以下公式(3)的优化问题：

满足：

如果a_ij＝0.

步骤3.2、宏基站向小小区和用户下发信令；

具体为：根据得到的链路状态变量宏基站向小小区j发送链路指示向用户i发送链路指示

步骤4、小小区和用户之间建立链路，具体为：

用户和小小区根据链路指示，建立的用户i和小小区j之间的传输链路；

至此，从步骤1到步骤4，完成了一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法中的用户接入；

用户接入完成后，此时宏基站已知链路状态变量则开始功率分配，

具体的，功率分配的具体步骤如下：

步骤A、初始化参数值；具体为：

根据经验值设置迭代停止门限δ_th和二分法停止门限Δ，迭代计数初值设为0，即：index＝0；小小区j服务的用户集合为H(j)，接入小小区j的用户数U_j为H(j)的元素个数，即U_j＝|H(j)|

步骤B、小小区向用户收集信息；

步骤B.1、所有小小区向接入该小小区的用户等功率配送发送功率，具体为：

小小区j向用户i分配功率p_ij＝p_max,j/U_j，其中U_j为小小区j服务的用户数；

步骤B.2、每个用户向为其提供服务的小小区反馈信道信息，具体为：用户i向所有为其提供服务的小小区反馈链路的信道增益G_ij以 及来自其他小小区的干扰和噪声功率和：p_inter,i；

这里步骤B.2中的G_ij和前面在步骤2.2公式(1)那里G_ij是用户i和小小区j之间链路的信道增益；

步骤C、小小区更新分配给用户的功率；

步骤C.1、每个小小区基于用户反馈计算干扰参数：

其中，小小区j和用户i之间链路的干扰参数记为b_ij，其计算公式为：

步骤C.2、小小区j基于步骤B.1采用公式计算干扰参数和：b_j＝∑b_ij，并向宏基站反馈b_j；

步骤C.3、宏基站基于各个小小区反馈的b_j，计算最大干扰，并向各个小小区下发最大干扰；

其中，：最大干扰记为ρ，通过如下公式(5)进行计算：

步骤C.4、小小区j收到ρ后，更新对用户i分配的发送功率，具体为：

由步骤2.2可知，小小区j向用户i分配的功率p_ij＝p_max,jb_ij/ρ；并向宏基站反馈p_·j＝[p_ij]_i∈H(j)；

步骤D、宏基站判断功率更新是否收敛；

具体为：宏基站收到所有小小区反馈的p_·j之后，形成向量p_vec,now＝[p_·1,…,p_·J]，迭代计数初值设为index＝0。

index＝index+1；

如果index＝1，存储p_vec,last＝p_vec,now；

否则，取出p_vec,last与p_vec,now进行比较，如果|p_vec,now-p_vec,last|₂<δ_th则到步骤E，否则返回步骤B.2；

步骤E、所有用户向宏基站反馈信道和噪声信息以及接收的SINR：用户i向宏基站发送反映信道状态信息的链路信道增益[G_i1,…,G_iJ]、噪声功率值p_noise,i和用户i测得的与小小区j之间链路的SINR_ij；

步骤F、宏基站采用二分法求解功率分配；

步骤F.1、宏基站设定二分法迭代停止门限Δ和SINR区间 ε为偏移量，是所有接收SINR_ij的平均值；

其中，所述的t_l是SINR的下限值t_u是SINR的上限制，上限制和下限制根据经验值设定；

步骤F.2、取SINR值为t＝(t_l+t_u)/2，求解公式(6)所示的凸可行问题获得

存在t (6)

满足SINR_ij≥t

对于成立

其中，

步骤F.3、如果t_u-t_l<Δ,到步骤G；否则判断公式(6)可行与否并进行相应操作：

若公式(6)可行，取t_l＝t，

否则，取t_u＝t，返回步骤F.2；

步骤G、宏基站向所有小小区下发功率分配值具体为向小小区j下发

步骤H、小小区功率分配：小小区j收到后，对接入其的用户i分配功率

至此，从步骤A到步骤H，完成了一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法中的功率分配。

有益效果

本发明一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，与其 他用户接入和功率分配方法相比，具有如下有益效果：

1.可以支持用户接入到多个基站，且在接入方法设计过程中考虑减小各个用户接入的基站数目的差异；

2.在功率分配阶段，通过最大化最小SINR保证用户服务质量的公平性，即与随机接入和均匀功率分配方法相比，所提出的方法能够提升缓存异构网络对用户服务的质量；

3.所提出的用户接入和功率分配技术在有效利用缓存异构网络资源的同时保证了用户服务的公平性。

附图说明

图1为本发明一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法的流程图；

图2为本发明一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法具体实现用户接入和功率分配的下行异构无线缓存网络场景图；

图3为本发明及实施例中的用户接入和功率分配方案与其他方案的网络平均时延曲线对比图；

图4为本发明及实施例中的用户接入和功率分配方案与其他方案的用户平均时延方差曲线对比图。

具体实施方式

为使本发明的目标、技术方案及优点更加清楚明确，下面将结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。本实施例以本发明的技术方案为指导进行实际的实践核验，同时给出了详细的实施方式和具体的操作流程，但本发明的保护范围并不只限于如下的实施例。

传统的无缓存网络中，用户通常接入到一个基站获取服务，而对于缓存网络而言，用户接入到多个基站可以增大请求文件被缓存的机会，获得更优服务质量；在传统的无线资源管理和分配方法中，对系统性能的优化主要考虑最大化系统容量，这往往会造成用户的服务质量差异较大，影响了服务的公平性。为此为本发明基于用户服务质量公平性考虑提出了一种异构缓存网络中的资源分配方法，具体包括用户接入和功率分配两个阶段；

其中，用户接入阶段支持用户同时接入到1个以上的小小区，此阶段优化目标在于减小用户接入基站数的差异性；

功率分配阶段确定各个小小区对接入的用户分配的功率，优化目标为最大化用户的SINR，最终达到提升系统内各个用户SINR的同时保证用户之间的SINR差异不至于过大。

实施例1

本实施方式通过搭建符合瑞利衰落的无线信道环境并建立基站和用户拓扑，其包括位于拓扑中心的单个宏基站，多个位置随机分布的小小区和用户。在用户接入阶段，用户基于链路信道条件向宏基站反馈链路状态指示和信道增益信息，宏基站基于收到的信息最大化各个用户服务基站数的乘积，通过整数规划可以得到问题的最优解，即最优的用户接入指示，并将用户接入指示下发到用户和小小区，用户和小小区根据接入指示建立链路。在功率分配阶段，各个小小区向按初始功率向接入其中的用户发送信号，用户收到信号后向服务小小区反馈干扰参数，小小区根据对干扰参数求和并反馈给宏基站，宏基站基于反馈更新对各个用户分配的功率，同时宏基站会对前后两次更新的功率比较计算差值，当差值大于预设的停止门限时向小小区发送更新的功率值，并重复上述过程；否则停止迭代。停止迭代后用户向宏基站反馈接收的SINR信息，宏基站对收到的SINR作平均后加上偏移量即获得最优SINR的上下限。宏基站基于SINR上下和各个链路的信道增益信息采用二分法求解功率分配问题，问题的解即为最优的功率分配。宏基站将功率分配信息下发到小小区，小小区根据接收信息对所服务的用户分配功率。

在用户接入阶段，通过最小化向用户提供服务的基站数的差异减小接入差异；在功率分配阶段，通过最大化最小的用户速率连减小用户的速率差异。经过上述阶段，可以在保证较高服务速率的情况下对提升对用户服务的公平性，通过将所提接入优化方案与随机接入方案、所提功率分配方案与均匀功率分配方案进行对比，可以验证所提出的方案实现了服务质量和用户服务公平性的提升。

假设网络拓扑为600m*600m的矩形区域，位于区域中心的宏基站覆盖整个网络区域，网络区域内同时随机分布着4个小小区和6个 用户。所用户和小小区以及宏基站使用单天线。小小区与用户信道的路径损耗因子α＝4，信道系数h_ij服从功率为1的瑞利分布，信道噪声为功率为p_n＝10^-10W的加性高斯白噪声。参考3GPP标准中对小小区功率的规定，所有小小区的最大发射功率设为p₀＝2W。实施例不明确考虑宏基站与小小区、宏基站与用户的信道链路状况，即认为此类链路能满足宏基站与小小区和用户的信令交互通信需求，且宏基站与小小区采用不同通信频段。对于接入小小区的用户，假定小小区向每个接入用户分配的带宽W。本发明提出的无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法的流程如下：

步骤(1)，宏基站信令下发；

步骤(1).1，宏基站向4个小小区发送小小区个数信息J＝4和用户个数信息I＝6；步骤(1).2，宏基站向6个用户下发SINR门限值δ＝0.01和用户接入因子M＝2；

步骤(2)，小小区等功率发送和用户反馈；

步骤(2).1，小小区j以向各个用户分配功率并发送信号；

步骤(2).2，用户计算：所有用户来自各个小小区的信号后，基于接收功率计算与各个小小区链路的虚拟SINR，以用户i和小小区j之间链路为例，链路之间的SINR值的计算如下：

其中为链路的信道增益，p_n＝10^-10W为用户i的噪声功率；获得SINR_ij后,用户i根据SINR_ij与门限值δ的关系获得链路状态指示a_i＝[a_i1,…a_i4]^T,其中a_ij计算如下：

步骤(2).3，用户反馈：用户向宏基站反馈a_i和G_i·＝[G_i1,…,G_i4]；

步骤(3)，链路建立决策和信令下发；

步骤(3).1，求解链路状态变量宏基站根据来自各个用户的链路状态指示a_i和信道增益G_i·后，求解以下问题：

满足：

步骤(3).2信令下发：宏基站向小小区j发送向用户i发送

步骤(4)，小小区和用户建立链路；

用户和小小区根据和对的用户i和小小区j之间建立传输链路；

功率分配阶段：宏基站已知链路状态变量迭代停止门限δ_th＝0.1和二分法停止门限Δ＝0.01，迭代计数初值设为index＝0。小小区j服务的用户集合为H(j)，接入小小区j中的用户数U_j为H(j)的元素个数，即U_j＝|H(j)|；

步骤(5)，信息收集；

步骤(5).1,所有小小区向接入其中的用户等功率发送信号：小小区j向用户i分配功率p_ij＝p₀/U_j；

步骤(5).2,每个用户向其服务小小区反馈信道信息：用户i向所有服务小小区反馈链路信道增益G_ij、来自其他小小区的干扰和噪声功率和：p_inter,i；

步骤(6)：更新功率；

步骤(6).1,每个小小区基于用户反馈计算干扰参数b_ij：小小区j和用户i之间链路的干扰参数b_ij计算方式为：

步骤(6).2,小小区j基于b_ij计算干扰参数和：b_j＝∑b_ij，并向宏基站反馈b_j；

步骤(6).3,宏基站基于各个小小区反馈的b_j，求最大干扰： 并向各个小小区下发ρ；

步骤(6).4,小小区j收到ρ后，更新对用户i的功率：p_ij＝p_max,jb_ij/ρ；并向宏基站反馈p_·j＝[p_ij]_i∈H(j)；

步骤(7)：宏基站收到所有小小区反馈的p_·j之后，形成向量p_vec,now＝[p_·1,…,p_·J],index＝index+1；如果index＝1，存储p_vec,last＝p_vec,now；否则取出p_vec,last与p_vec,now进行比较，如果|p_vec,now-p_vec,last|₂<δ_th则到步骤(8),，否则返回步骤(5).2；

步骤(8)：所有用户向宏基站反馈信道和噪声信息和接收的SINR：用户i反馈信道增益[G_i1,…,G_i4]、噪声功率值p_noise,i和用户i测得的与小小区j的链路SINR_ij；

步骤(9)，二分法求解功率分配；

步骤(9).1宏基站设定二分法迭代停止门限Δ和SINR区间为偏移量，是所有接收SINR_ij的最小值；

步骤(9).2取SINR值为t＝(t_l+t_u)/2，求解以下凸可行问题P获得

存在t

满足：SINR_ij≥t

对于成立

其中

步骤(9).3如果t_u-t_l<Δ，到步骤(10)；否则判断：如果P可行，取t_l＝t,否则取t_u＝t，返回步骤(9).2；

步骤(10)，宏基站向所有小小区下发功率分配值具体为向小小区j下发

步骤(11)，小小区功率分配:小小区j收到后，对用户i分配功率

通过上述步骤，确定了用户和小小区之间的链路连接变量 以及小小区对其用户的功率分配进一步可得到各个小小区和其用户之间链路的SINR和服务速率，以小小区j用户i为例，其链路的SINR为：

对于

服务速率为：

R_ij＝Wlog(1+SINR′_ij)，

其中W＝1MHz为小小区对其用户分配的带宽；获得R_ij后，通过蒙特卡洛方法模拟小小区向用户发送数据来对所提用户接入和功率分配方法进行性能测试。具体测试方式为：假设用户请求的文件总数为N＝100(单位：文件)，各个文件大小为F＝10⁷(单位：比特)，文件的流行度(即文件被用户请求的频率)分布列为Q_N＝{q₁,q₂,…,q₁₀₀}，其服从Zipf分布，即其中s∈[0,1]为分布参数，s越小则各个文件的流行度越接近。各个小小区的缓存容量为S＝25(单位：文件)，将所有文件分为个文 件组，第m(m＝1,2,..,M-1)个文件组存储的文件下标为(m-1)×S+1到m×S,第M文件组的文件下标为(M-1)×S+1到N。则文件组的流行度分布为G_f＝{g₁,g₂,…,g_M}，对于m＝1,2,..,M-1， 对于最后一个文件组小小区对文件组的缓存变量表示为矩阵C＝[c_jm]_4×4，c_jm＝1表示SBS j缓存了文件组m。则用户对i请求文件m的时延为：

其中R_M为宏基站对用户的服务速率，由于宏基站覆盖范围广，主要负责与小小区和用户的信令交互，只能向用户提供低速率的文件传输服务，因此不失一般性设R_M＝minR_ij。则用户i的平均时延为 网络平均时延为

测试中穷举缓存变量矩阵C可能的值，获得使网络平均时延τ最小的C^*＝argmaxτ作为缓存文件选择决策。测试输出结果为包括用户平均时延方差var(τ_i)和网络平均时延τ。

测试中分别对下表中四种方案进行比较，测试性能为1000组拓扑下的性能平均。

方案	用户接入和功率分配方案
		方案1	用户随机接入，均匀功率分配
方案2	提出的用户接入方法，均匀功率分配
		方案3	用户随机接入，提出的均匀分配方法
方案4	提出的用户随机接入和功率分配方法

图3给出了随着文件流行度参数增大用户平均时延方差的变化情况。可以看到，采用本发明的用户接入和功率分配方案后能大大降 低用户平均时延方差，从而有效减小了对各个用户的服务质量差异，对比采用随机用户接入和均匀功率分配的方案可以看出，时延方差的降低是所提出的用户接入和功率分配方案共同作用的结果；同时用户平均时延方差随文件流行度的变化始终能保持在较低水平。图4给出了随着文件流行度参数增大网络平均时延的变化情况，采用所提用户接入和功率分配方案时，平均时延相对随机接入和均匀功率分配方案降低了40％左右；随着流行度参数的增大，一部分文件被请求的频率远高于其余文件，将这些高流行度文件缓存在小小区能更大程度地提升系统性能，网络平均时延随着流行度参数增大而减小也验证了这一点。

综上所述，本发明提出的无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方式能够减小用户服务质量的差异、降低网络平均时延，从而提升系统性能的优势，具有实际的应用意义。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和优点益处都进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，其特征在于：

一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，简称本方法；

本方法所依托的无线缓存异构网络系统，包括：I个用户、J个小小区和1个宏基站，其中，I个用户和J个小小区的位置随机；宏基站覆盖整个网络中所有用户和小小区，宏基站和每个小小区都具有存储装置；

本方法包括宏基站和小小区对用户进行数据传输前的用户接入小小区(简称用户接入)以及小小区对用户进行功率分配(简称功率分配)；

在用户接入和功率分配时，考虑传播环境中小小区和用户之间无线链路信道上的路径损耗、衰落和噪声的影响，具体来说：宏基站与用户和小小区进行信令交互以及计算，小小区缓存了部分用户请求数据文件，宏基站缓存了用户请求的所有文件；当某个用户发起文件请求时，如果为此用户服务的小小区缓存了请求数据文件，则小小区发送给该用户；如所有对其服务的小小区都没有缓存用户请求的文件，则由宏基站发送给用户；

用户i和小小区j的距离为d_ij时，路径损耗为用户i和小小区j之间的信道h_ij服从某衰落分布；噪声为功率为p_n的加性高斯白噪声；p_max,j为小小区j的最大发射功率。

2.如权利要求1所述的一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，其特征还在于：

所述的用户接入，具体步骤如下：

步骤1、宏基站向小小区和用户发送信令；

步骤2、小小区向各用户发送相等的功率、计算此时链路的SINR，并进行用户反馈；

步骤3、宏基站建立链路决策和下发信令；

步骤4、小小区和用户之间建立链路；

至此，从步骤1到步骤4，完成了一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法中的用户接入；

其中，用户接入完成后，此时宏基站已知链路状态变量

3.如权利要求2所述的一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，其特征还在于：

用户接入的步骤1，具体包括：

步骤1.1、宏基站向覆盖范围内的小小区发送小小区个数信息J和用户个数信息I；

步骤1.2、宏基站向各个用户发送SINR门限值和用户接入因子M；

其中，SINR门限值记为δ，其范围根据经验值确定；

其中，M为大于等于1的实数，且M越大，为小小区服务的用户数越少，对每个用户分配的功率越大。

4.如权利要求2所述的一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，其特征还在于：

用户接入的步骤2，具体为：

步骤2.1、小小区j收到J,I后，以向各个用户分配功率并发送信号；

步骤2.2、用户i收到步骤2.1输出的所有小小区发送的信号后，基于接收功率计算与小小区j链路的SINR，具体如下公式(1)：

${\mathrm{SINR}}_{ij}=\frac{{\mathrm{MG}}_{ij}{p}_{ij}}{{\mathrm{M\&Sigma;}}_{\underset{k\&Element;I}{k\&NotEqual;i}}{G}_{ik}{p}_{ik}+p_n}---\left(1\right)$

其中，为用户i和小小区j之间链路的信道增益，为小小区j向用户i分配的功率，G_ijp_ij为用户i接收的来自小小区j的接收功率，G_ikp_ik为用户接收到的来自小小区k的干扰功率，其中k＝1,2,·,J(k≠j)p_n为用户i的噪声功率；

步骤2.3、根据步骤2.2获得的用户i和小小区j之间建立的链路的SINR_ij，用户i根据SINR_ij与SINR门限值δ的关系获得链路状态指示a_i＝[a_i1,…a_iJ]^T∈{0,1}^J×1，具体为：

a_i的a_ij计算为如下公式(2)：

步骤2.3、用户向宏基站反馈信息；

其中，所述的反馈信息为：a_i和G_i·＝[G_i1,…,G_iJ]。

5.如权利要求2所述的一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，其特征还在于：

用户接入的步骤3，具体为：

步骤3.1、宏基站求解链路状态变量；

其中，链路状态变量，记为其计算过程具体为：

宏基站根据步骤2.3输出的各个用户的链路状态指示a_i和反馈信道信息G_i·后，求解以下公式(3)的优化问题：

${\max }_{p_{ij}\&GreaterEqual;0,{\tilde{a}}_{ij}=\{0,1\}}{\mathrm{\&Pi;}}_{i=1}^I{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^J{\tilde{a}}_{ij}---\left(3\right)$

满足：

$\frac{G_{ik}M\frac{p_0}{I}{\tilde{a}}_{ij}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{\underset{k\&Element;I}{k\&NotEqual;i}}{G}_{ik}\underset{l\&NotEqual;i}{\underset{l\&Element;I}{max}}\left(M\frac{p_0}{I}{\tilde{a}}_{lk}\right)+{\mathrm{\&sigma;}}^2}\&GreaterEqual;\mathrm{\&delta;}{\widetilde{\mathrm{\&alpha;}}}_{ij},\&ForAll;i\&Element;I,j\&Element;J$

${\mathrm{\&Sigma;}}_{i}M\frac{p_0}{I}{\widetilde{\mathrm{\&alpha;}}}_{ij}\&le;p_0,\&ForAll;j$

如果a_ij＝0.

步骤3.2、宏基站向小小区和用户下发信令；

具体为：根据得到的链路状态变量宏基站向小小区j发送链路指示向用户i发送链路指示

6.如权利要求2所述的一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，其特征还在于：

用户接入的步骤4，即在小小区和用户之间建立链路，具体为：

用户和小小区根据链路指示，建立的用户i和小小区j之间的传输链路。

7.如权利要求1所述的一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，其特征还在于：

功率分配的具体步骤如下：

步骤A、初始化参数值；

步骤B、小小区向用户收集信息；

步骤C、小小区更新分配给用户的功率；

步骤D、宏基站判断功率更新是否收敛；

步骤E、所有用户向宏基站反馈信道和噪声信息以及接收的SINR；

步骤F、宏基站采用二分法求解功率分配；

步骤G、宏基站向所有小小区下发功率分配值；

步骤H、小小区功率分配；

至此，从步骤A到步骤H，完成了一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法中的功率分配。

8.如权利要求7所述的一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，其特征还在于：

功率分配中，步骤A具体为：

根据经验值设置迭代停止门限δ_th和二分法停止门限Δ，迭代计数初值设为0，即：index＝0；小小区j服务的用户集合为H(j)，接入小小区j的用户数U_j为H(j)的元素个数，即U_j＝|H(j)|；

步骤具体为：步骤B.1、所有小小区向接入该小小区的用户等功率配送发送功率，具体为：

小小区j向用户i分配功率p_ij＝p_max,j/U_j，其中U_j为小小区j服务的用户数；

步骤B.2、每个用户向为其提供服务的小小区反馈信道信息，具体为：用户i向所有为其提供服务的小小区反馈链路的信道增益G_ij以及来自其他小小区的干扰和噪声功率和：p_inter,i；

这里步骤B.2中的G_ij和前面在步骤2.2公式(1)那里G_ij是用户i和小小区j之间链路的信道增益。

9.如权利要求7所述的一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，其特征还在于：

功率分配中的步骤C，具体为：

步骤C.1、每个小小区基于用户反馈计算干扰参数：

其中，小小区j和用户i之间链路的干扰参数记为b_ij，其计算公式为：

$b_{ij}=\frac{p_{\mathrm{int}er,i}}{G_{ij}}.---\left(4\right)$

步骤C.2、小小区j基于步骤B.1采用公式计算干扰参数和：b_j＝∑b_ij，并向宏基站反馈b_j；

步骤C.3、宏基站基于各个小小区反馈的b_j，计算最大干扰，并向各个小小区下发最大干扰；

其中，：最大干扰记为ρ，通过如下公式(5)进行计算：

ρ＝max_j b_j (5)

步骤C.4、小小区j收到ρ后，更新对用户i分配的发送功率，具体为：

由步骤2.2可知，小小区j向用户i分配的功率p_ij＝p_max,jb_ij/ρ；并向宏基站反馈p_·j＝[p_ij]_i∈H(j)；

步骤D，具体为：宏基站收到所有小小区反馈的p_·j之后，形成向量p_vec,now＝[p_·1,…,p_·J]，迭代计数初值设为index＝0。

index＝index+1；

如果index＝1，存储p_vec,last＝p_vec,now；

否则，取出p_vec,last与p_vec,now进行比较，如果|p_vec,now-p_vec,last|₂<δ_th则到步骤E，否则返回步骤B.2；

步骤E具体为：用户i向宏基站发送反映信道状态信息的链路信道增益[G_i1,…,G_iJ]、噪声功率值p_noise,i和用户i测得的与小小区j之间链路的SINR_ij。

10.如权利要求7所述的一种无线缓存异构网络的用户接入和功率分配方法，其特征还在于：

功率分配中的步骤F，具体为：

步骤F.1、宏基站设定二分法迭代停止门限Δ和SINR区间ε为偏移量，是所有接收SINR_ij的平均值；

其中，所述的t_l是SINR的下限值t_u是SINR的上限制，上限制和下限制根据经验值设定。

步骤F.2、取SINR值为t＝(t_l+t_u)/2，求解公式(6)所示的凸可行问题获得

存在t (6)

满足 SINR_ij≥t

${\mathrm{\&Sigma;}}_i{\hat{p}}_{ij}\&le;p_{max,j},\&ForAll;j$

对于成立

其中，

步骤F.3、如果t_u-t_l<Δ,到步骤G；否则判断公式(6)可行与否并进行相应操作：

若公式(6)可行，取t_l＝t；

否则，取t_u＝t，返回步骤F.2；

具体为向小小区j下发

步骤H的小小区功率分配，具体为：小小区j收到后，对接入其的用户i分配功率