CN108377542A - 一种基于信干漏比的功率分割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于信干漏比的功率分割方法,涉及数字通信技术领域,包括:中心控制节点获取每个调度用户的参数信息;所述中心控制节点在满足约束条件的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式和公式pm,k=φm,kpk确定每个调度用户的分配功率;所述中心控制节点将每个所述调度用户的分配功率发送至对应的虚拟小区;每个所述虚拟小区根据接收到的所述调度用户的分配功率与调度用户进行数据信息传输。本发明使得每个调度用户均分配得到最优的功率分割,通信质量好。
Description
技术领域
本发明涉及数字通信技术领域,特别涉及一种基于信干漏比的功率分割方法。
背景技术
新一代无线网络技术主要有三个热点:超密集异构网络技术、软件定义无线网络和D2D通信。在超密集组网中,由于用户面容量受限,将蜂窝小区分裂为极小的小区,单位面积的接入站点数目为宏覆盖的10-100倍,对应的用户管理控制的负荷和复杂度也随之线性提升。另外,由于小区覆盖变小,还带来了诸如终端频繁切换等问题。研究虚拟小区技术,改变传统的小区设计理念,在控制上将多个小覆盖的接入站点联合为一个虚拟大小区,而将多个接入站点当做该虚拟小区的资源来调度,从而避免了大量的控制信令开销以及终端的频繁切换,提升了用户体验和系统效率。现有技术中有三种典型的虚拟小区技术,分别为用户为中心的移动虚拟小区技术、单层静态虚拟小区技术和分层异构覆盖虚拟小区技术。其中,以用户为中心的移动虚拟小区技术将整个网络划分为可重叠的可协作的虚拟小区VSCs(Virtual Small Cells),这样可以确保对所有的用户而言,其边缘区域不存在用户,整个网络无边缘用户。即在一种分区模式下处于边缘的用户在另一种分区模式下变成了中心用户,某一用户在一种分区模式下的干扰基站在另一种分区模式下变成了服务基站,一旦所有的基站和虚拟小区集被确定下来,相应的资源调度、分配技术也需要确定下来,而在资源分配问题中,功率分配方法尤为重要。
现有技术中,通常采用瞬时信道强度的功率分配方法,例如,采用公式来确定每个用户的功率分配,但上述确定功率分配的方法使得每个用户的干扰功率是相同的,而用户在小区的不同位置时,信号的强度也不同,这样,当用户的分配功率较小时,则通信质量较差。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种基于信干漏比的功率分割方法,其使得每个调度用户均分配得到最优的功率分割,通信质量好。
本发明通过以下技术手段解决上述问题:
本发明的一种基于信干漏比的功率分割方法,包括:中心控制节点获取每个调度用户的参数信息;所述中心控制节点在满足约束条件的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式和公式pm,k=φm,kpk确定每个调度用户的分配功率;所述中心控制节点将每个所述调度用户的分配功率发送至对应的虚拟小区;每个所述虚拟小区根据接收到的所述调度用户的分配功率与调度用户进行数据信息传输;其中,p为所有调度用户的虚拟功率矢量,c为所有调度用户的功率系数矢量,pm,k为基站m分配给调度用户k的功率,pk是调度用户k的虚拟功率,φm,k为基站m分配给调度用户k的功率系数,ck为调度用户k的功率系数矢量, 为调度用户的总数,为由基站m形成虚拟小区的移动台集合,为调度用户k的虚拟小区基站集合,为总的基站集合,γk(p,c)为调度用户k的信干噪比,vmk为调度用户k的第m个基站波束形成矢量,且 Nt为基站的发射天线个数,为基站m的总功率。
进一步,所述中心控制节点在满足约束条件 的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式和公式pm,k=φm,kpk确定每个调度用户的分配功率包括:在满足约束条件的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式确定调度用户k的功率系数矢量;其中, 为调度用户k在p=p0时的信干噪比,p0为调度用户k的功率初值。
进一步,所述中心控制节点在满足约束条件 的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式和公式pm,k=φm,kpk确定每个调度用户的分配功率包括:在满足约束条件的情况下,根据公式确定调度用户k的虚拟功率矢量;其中, 为调度用户k在c=c*时的信干噪比,c*为确定的调度用户k的功率系数矢量。
进一步,所述其中,gkk为调度用户k的信道增益,gkj为调度用户j对调度用户k的干扰信道,cj为调度用户j的功率系数矢量,pj为调度用户j的分配功率,为调度用户k的信道噪声。
进一步,所述根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式确定调度用户k的功率系数矢量包括:构造拉格朗日函数令拉格朗日函数对调度用户k的功率系数矢量的导数为零
得到
加权系数通过瑞利商的最大值求解得到调度用户k的功率系数矢量其中,μk为拉格朗日常数,H为共轭转矩,I为与Ek具有相同维度的单位矩阵,调度用户k接收到的干扰信号功率调度用户i接收到的干扰信号功率 SINRk为调度用户k的信干燥比,SINRi为调度用户i的信干燥比, 为矩阵A和矩阵B的最大广义特征值矢量,矩阵A为Ek,矩阵B为
进一步,在所述通过瑞利商的最大值求解得到调度用户k的功率系数矢量之后,还包括:所述调度用户k将调度用户k的功率系数矢量发送至其他协作虚拟小区,以使得其他协作虚拟小区根据自身调度用户的参数信息、调度用户k的功率系数矢量,通过公式确定其他协作虚拟小区的调度用户的功率系数矢量,其中,k=k+1。
进一步,所述调度用户k的虚拟功率初值的计算通过以下步骤:根据公式确定基站m分配给调度用户k的功率初值;再根据公式确定调度用户k的虚拟功率初值;所述调度用户i的虚拟功率初值的计算通过以下步骤:根据公式确定基站m分配给调度用户i的功率初值;再根据公式确定调度用户i的虚拟功率初值。
进一步,调度用户k的第m个基站波束形成矢量vmk的获取包括以下步骤:获取调度用户k所服务基站m的复合信道求解所述复合信道的自相关矩阵;对所述自相关矩阵进行特征值分解,得到调度用户k的第m个基站波束形成矢量vmk;其中,hm,k是基站m到调度用户k的信道冲击响应,pm,k是基站m对调度用户k的功率分割。
进一步,所述中心控制节点获取每个调度用户的参数信息包括:公平调度器根据基站m服务的调度用户k的平均瞬时速率和历史平均速率确定所有的调度用户;所述公平调度器获取自身的参数信息,并接收其他调度用户广播的RRC消息,并将自身的参数信息和其他所述调度用户的参数信息均发送至中心控制节点,以使得所述中心控制节点获取到每个所述调度用户的参数信息;其中,所述RRC消息中携带调度用户的参数信息。
进一步,所述调度用户的参数信息包括调度用户的信道增益、调度用户的干扰信道、调度用户的信道噪声和调度用户的干扰信号功率。
本发明的基于一种信干漏比的功率分割方法具有以下有益效果:
本发明提供了一种基于信干漏比的功率分割方法,中心控制节点在获取到每个调度用户的参数信息后,根据调度用户的参数信息、公式和公式pm,k=φm,kpk确定每个调度用户的分配功率,使得每个调度用户的分配功率均是根据所属的多个基站的功率分割,最终使得每个调度用户均分配得到最优的功率分割,通信质量好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的一种基于信干漏比的功率分割方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明的一种基于信干漏比的功率分割方法,如图1所示,包括以下步骤:
101、中心控制节点获取每个调度用户的参数信息。
其中,所述调度用户的参数信息包括调度用户的信道增益、调度用户的干扰信道、调度用户的信道噪声和调度用户的干扰信号功率。
具体的,公平调度器根据基站m服务的调度用户k的平均瞬时速率和历史平均速率确定所有的调度用户;公平调度器获取自身的参数信息,并接收其他调度用户广播的RRC消息,并将自身的参数信息和其他所述调度用户的参数信息均发送至中心控制节点,以使得所述中心控制节点获取到每个所述调度用户的参数信息。
其中,所述RRC消息中携带调度用户的参数信息。
需要说明的是,公平调度器是在所有的调度用户中确定的一个调度用户,将确定的此调度用户作为公平调度器,其他调度用户均将自身的参数信息发送至此调度用户,由此调度用户统一发送至中心控制节点。
需要说明的是,中心控制节点获取每个调度用户的参数信息还可以通过其他方法实现,例如,每个调度用户分别将各自的参数信息发送至中心控制节点等,而无需指定公平调度器,本发明对此不做限制。
需要说明的是,本发明的中心控制节点可以集成在调度用户所属的基站上,也可以为独立的服务器,在此不做限制。
102、所述中心控制节点在满足约束条件 的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式和公式pm,k=φm,kpk确定每个调度用户的分配功率。
其中,p为所有调度用户的虚拟功率矢量,c为所有调度用户的功率系数矢量,pm,k为基站m分配给调度用户k的功率,pk是调度用户k的虚拟功率,φm,k为基站m分配给调度用户k的功率系数,ck为调度用户k的功率系数矢量, 为调度用户的总数,为由基站m形成虚拟小区的移动台集合,为调度用户k的虚拟小区基站集合,为总的基站集合,γk(p,c)为调度用户k的信干噪比,vmk为调度用户k的第m个基站波束形成矢量,且 Nt为基站的发射天线个数,为基站m的总功率,gkk为调度用户k的信道增益,gkj为调度用户j对调度用户k的干扰信道,cj为调度用户j的功率系数矢量,pj为调度用户j的分配功率,为调度用户k的信道噪声。
需要说明的是,约束条件是指一个基站分配给所有调度用户的功率之和不超过基站的总功率。
进一步的,在满足约束条件的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式确定调度用户k的功率系数矢量。
其中, 为调度用户k在p=p0时的信干噪比,p0为调度用户k的功率初值。
也就是说,在假设p已知的情况下,根据公式确定调度用户k的功率系数矢量。
在满足约束条件的情况下,根据公式确定调度用户k的虚拟功率矢量。
其中, 为调度用户k在c=c*时的信干噪比,c*为确定的调度用户k的功率系数矢量。
也就是说,在假设c已知的情况下,根据公式确定调度用户k的虚拟功率矢量,最终将确定的调度用户k的功率系数矢量和调度用户k的虚拟功率矢量代入公式pm,k=φm,kpk中确定每个调度用户的分配功率。
具体的,确定调度用户k的虚拟功率矢量的方法可采用现有技术中的任一实现方法,例如,采用注水算法求解调度用户k的虚拟功率矢量等,本发明对此不做限制。
进一步的,确定调度用户k的功率系数矢量的具体步骤如下:
a0、构造拉格朗日函数
b0、令拉格朗日函数对调度用户k的功率系数矢量的导数为零得到
其中,加权系数
c0、通过瑞利商的最大值求解得到调度用户k的功率系数矢量
其中,μk为拉格朗日常数,H为共轭转矩,I为与Ek具有相同维度的单位矩阵,调度用户k接收到的干扰信号功率调度用户i接收到的干扰信号功率SINRk为调度用户k的信干燥比,SINRi为调度用户i的信干燥比, 为矩阵A和矩阵B的最大广义特征值矢量,矩阵A为Ek,矩阵B为
需要说明的是,在所述通过瑞利商的最大值求解得到调度用户k的功率系数矢量之后,还包括:
所述调度用户k将调度用户k的功率系数矢量发送至其他协作虚拟小区,以使得其他协作虚拟小区根据自身调度用户的参数信息、调度用户k的功率系数矢量,通过公式确定其他协作虚拟小区的调度用户的功率系数矢量,其中,k=k+1。
具体的,在调度用户k计算得到调度用户k的功率系数矢量之后,需要将调度用户k的功率系数矢量发送至其他协作虚拟小区的调度用户,这样,其他协作虚拟小区的调度用户分别根据自身虚拟小区的调度用户的参数信息、调度用户k的功率系数矢量,再通过公式
计算得到自身虚拟小区的调度用户的功率系数矢量,此时,k=k+1,从而实现了每个协作虚拟小区的调度用户的功率系数矢量的更新。
更进一步的,调度用户k的第m个基站波束形成矢量vmk的获取包括以下步骤:
a1、获取调度用户k所服务基站m的复合信道
其中,hm,k是基站m到调度用户k的信道冲击响应,pm,k是基站m对调度用户k的功率分割。
b1、求解所述复合信道的自相关矩阵。
c1、对所述自相关矩阵进行特征值分解,得到调度用户k的第m个基站波束形成矢量vmk。
更进一步的,调度用户k的虚拟功率初值的计算包括以下步骤:
根据公式确定基站m分配给调度用户k的功率初值;再根据公式确定调度用户k的虚拟功率初值。
所述调度用户i的虚拟功率初值的计算通过以下步骤:
根据公式确定基站m分配给调度用户i的功率初值;再根据公式确定调度用户i的虚拟功率初值。
需要说明的是,在确定基站m分配给调度用户k的功率初值时,还可以通过其他计算方法实现,例如通过调和平均方法,即通过公式确定基站m分配给调度用户k的功率初值;或者通过波束形成法,即通过公式确定基站m分配给调度用户k的功率初值,本发明对此不做限制。
103、所述中心控制节点将每个所述调度用户的分配功率发送至对应的虚拟小区。
104、每个所述虚拟小区根据接收到的所述调度用户的分配功率与调度用户进行数据信息传输。
需要说明的是,上述所有采用黑体表示的字母均为矢量。
本发明提供了一种基于信干漏比的功率分割方法,中心控制节点在获取到每个调度用户的参数信息后,根据调度用户的参数信息、公式和公式pm,k=φm,kpk确定每个调度用户的分配功率,每个调度用户的分配功率均是根据所属的多个基站的联合功率分割,最终使得每个调度用户均分配得到最优的功率分割,通信质量好。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于信干漏比的功率分割方法,其特征在于:包括:
中心控制节点获取每个调度用户的参数信息;
所述中心控制节点在满足约束条件的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式和公式pm,k=φm,kpk确定每个调度用户的分配功率;
所述中心控制节点将每个所述调度用户的分配功率发送至对应的虚拟小区;
每个所述虚拟小区根据接收到的所述调度用户的分配功率与调度用户进行数据信息传输;
其中,p为所有调度用户的虚拟功率矢量,c为所有调度用户的功率系数矢量,pm,k为基站m分配给调度用户k的功率,pk是调度用户k的虚拟功率,φm,k为基站m分配给调度用户k的功率系数,ck为调度用户k的功率系数矢量,为调度用户的总数,为由基站m形成虚拟小区的移动台集合,为调度用户k的虚拟小区基站集合,为总的基站集合,γk(p,c)为调度用户k的信干噪比,vmk为调度用户k的第m个基站波束形成矢量,且Nt为基站的发射天线个数,为基站m的总功率。
2.根据权利要求1所述的一种基于信干漏比的功率分割方法,其特征在于:所述中心控制节点在满足约束条件的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式和公式pm,k=φm,kpk确定每个调度用户的分配功率包括:
在满足约束条件的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式确定调度用户k的功率系数矢量;
其中,为调度用户k在p=p0时的信干噪比,p0为调度用户k的功率初值。
3.根据权利要求1所述的一种基于信干漏比的功率分割方法,其特征在于:所述中心控制节点在满足约束条件的情况下,根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式和公式pm,k=φm,kpk确定每个调度用户的分配功率包括:
在满足约束条件的情况下,
根据公式确定调度用户k的虚拟功率矢量;
其中,为调度用户k在c=c*时的信干噪比,c*为确定的调度用户k的功率系数矢量。
4.根据权利要求2所述的一种基于信干漏比的功率分割方法,其特征在于:所述
其中,gkk为调度用户k的信道增益,gkj为调度用户j对调度用户k的干扰信道,cj为调度用户j的功率系数矢量,pj为调度用户j的分配功率,为调度用户k的信道噪声。
5.根据权利要求4所述的一种基于信干漏比的功率分割方法,其特征在于:所述根据获取到的每个所述调度用户的参数信息、公式确定调度用户k的功率系数矢量包括:
构造拉格朗日函数
令拉格朗日函数对调度用户k的功率系数矢量的导数为零得到
加权系数
通过瑞利商的最大值求解得到调度用户k的功率系数矢量
其中,μk为拉格朗日常数,H为共轭转矩,I为与Ek具有相同维度的单位矩阵,调度用户k接收到的干扰信号功率调度用户i接收到的干扰信号功率 SINRk为调度用户k的信干燥比,SINRi为调度用户i的信干燥比,为矩阵A和矩阵B的最大广义特征值矢量,矩阵A为Ek,矩阵B为
6.根据权利要求5所述的一种基于信干漏比的功率分割方法,其特征在于:在所述通过瑞利商的最大值求解得到调度用户k的功率系数矢量之后,还包括:
所述调度用户k将调度用户k的功率系数矢量发送至其他协作虚拟小区,以使得其他协作虚拟小区根据自身调度用户的参数信息、调度用户k的功率系数矢量,
通过公式确定其他协作虚拟小区的调度用户的功率系数矢量,其中,k=k+1。
7.根据权利要求6所述的一种基于信干漏比的功率分割方法,其特征在于:所述调度用户k的虚拟功率初值的计算通过以下步骤:
根据公式确定基站m分配给调度用户k的功率初值;
再根据公式确定调度用户k的虚拟功率初值;
所述调度用户i的虚拟功率初值的计算通过以下步骤:
根据公式确定基站m分配给调度用户i的功率初值;
再根据公式确定调度用户i的虚拟功率初值。
8.根据权利要求1所述的一种基于信干漏比的功率分割方法,其特征在于:调度用户k的第m个基站波束形成矢量vmk的获取包括以下步骤:
获取调度用户k所服务基站m的复合信道
求解所述复合信道的自相关矩阵;
对所述自相关矩阵进行特征值分解,得到调度用户k的第m个基站波束形成矢量vmk;
其中,hm,k是基站m到调度用户k的信道冲击响应,pm,k是基站m对调度用户k的功率分割。
9.根据权利要求1所述的一种基于信干漏比的功率分割方法,其特征在于:所述中心控制节点获取每个调度用户的参数信息包括:
公平调度器根据基站m服务的调度用户k的平均瞬时速率和历史平均速率确定所有的调度用户;
所述公平调度器获取自身的参数信息,并接收其他调度用户广播的RRC消息,并将自身的参数信息和其他所述调度用户的参数信息均发送至中心控制节点,以使得所述中心控制节点获取到每个所述调度用户的参数信息;其中,所述RRC消息中携带调度用户的参数信息。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于信干漏比的功率分割方法,其特征在于:所述调度用户的参数信息包括调度用户的信道增益、调度用户的干扰信道、调度用户的信道噪声和调度用户的干扰信号功率。
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