CN110062471A - 超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,包括资源初始分配和资源补偿分配两个阶段。在资源初始分配阶段根据贪婪算法将具有最大接收SINR的时频资源块分配给用户,并根据用户在资源分配后是否满足QoS需求,进行分类标记;对于没有分配到最优时频资源块的用户,则分配次优时频资源块,并将分配次优时频资源块后的用户以是否满足QoS需求同样进行分类标记;若有剩余时频资源块,根据吞吐量最优原则先补偿不满足QoS需求的用户使其全部满足QoS需求;若还有剩余时频资源块则根据吞吐量最优原则再对用户进行补偿。本发明有效解决了超密集网络中资源分配有效性和公平性的平衡问题,能够在保证用户QoS需求的同时最大化系统吞吐量。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域,具体涉及一种超密集网络中兼顾用户QoS(Quality of Service,服务质量)和公平性的下行资源分配方法。
背景技术
随着移动通信技术的飞速发展,十年来,接入到网络中的通信设备呈爆炸式增长,使得原本就庞大的网络结构变得更加复杂,无线网络将面临着巨大的压力与挑战。在超密集网络中,通过将微小区基站密集部署在小区中,可以提高无线网络的系统容量。然而由于大量基站的密集部署,使得网络中干扰问题日趋严重,资源分配不合理的问题也亟待解决。
在频率分配方面,OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)技术可以保证小区内各用户之间的正交性,从而有效地避免用户间的干扰,同时还能实现很高的小区容量。传统的频谱资源分配方法,如基于频谱资源分配的贪婪算法,根据用户在相互正交的子信道上的SINR(Signal-to-Interference-plus-Noise-Ratio,接收信干噪比)为用户分配增益最高的子信道来进行信息传输,从而达到最大化网络吞吐量的目的。
在功率分配方面,基站发射的功率越大,可能产生的干扰就越大,因此功率控制也是解决超密集网络中干扰的重要手段。传统的功率资源分配方法,如基于注水算法的功率控制算法可以有效地利用高质量的信道,提高系统容量。
然而,以上这些资源分配算法在最大化网络吞吐量的同时,没能兼顾用户的公平性,往往不能保障小区边缘位置用户的QoS需求,甚至得不到正常的服务。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在网络资源分配过程中存在不公平性以及不能保障边缘用户的QoS需求导致无法正常服务的问题,提供一种超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,该方法将网络资源分配分为资源初始分配和资源补偿分配两个阶段;具体技术方案如下:
一种超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,所述超密集网络由宏基站、微微小区基站、以及家庭基站构成,所述方法包括:
网络资源初始分配阶段:
S11、由所述微小区基站计算用户在每一时频资源块上的接收SINR大小,同时根据贪婪算法将具有最大所述接收SINR的最优时频资源块分配给用户;
S12、判断分配得到所述最优时频资源块的用户速率是否满足QoS需求,若满足,将所述指定用户标记为Optimal-1类型用户,并将所有所述Optimal-1类型用户构成集合U1;否则,将所述指定用户标记为Optimal-2类型用户,并将所有所述Optimal-2类型用户构成集合U2;
S13、计算分配所述最优时频资源块后的剩余时频资源块,并将所述剩余时频资源块根据贪婪算法分配给步骤S12中没有分配到所述最优时频资源块的用户;
S14、判断分配得到所述次优时频资源块的用户速率是否满足QoS需求,若满足,将所述指定用户标记为Suboptimal-1类型用户,并将所有所述Suboptimal-1类型用户构成集合S1;否则,将所述指定用户标记为Suboptimal-2类型用户,并将所有所述Suboptimal-2类型用户构成集合S2;
S15、将所述集合U1、集合S1中用户统一标记为Class-1类型用户,将所述集合U2、集合S2中用户统一标记为Class-2类型用户;
网络资源补偿分配阶段:
S21、将所述网络资源初始分配阶段后的剩余时频资源块按照吞吐量最优原则给予所述Class-2类型用户进行补偿;
S22、判断所述剩余时频资源块对所述Class-2类型用户进行补偿后是否有剩余的可用时频资源块;若不再剩余,则停止资源分配操作;否则,将所有所述Class-2类型用户进行时频资源块补偿分配后的剩余时频资源块对所述Class-1类型用户进行补偿,直至无剩余所述时频资源块可用或所有用户均补偿完毕。
优选的,步骤S11中,若所述最优时频资源块已被用户占用,则将所述次优时频资源块分配给用户。
优选的,每个所述时频资源块至多只能分配给一个用户,每一所述用户可以同时获取多个所述时频资源块。
优选的,所述微小区基站采用OFDM技术。
优选的,所述接收SINR定义为:
其中,m表示任一用户,ΦRB={1,2...,k,...,K}表示所述时频资源块的集合,表示基站j和其他非j基站在所述时频资源块上的发送功率;分别表示在所述时频资源块上,从基站j和非j基站到用户m的信道增益;σ2代表加性高斯白噪声的方差。
优选的,所述最优时频资源块定义为:计算用户m在所述时频资源块ΦRB={1,2...,k,...,K}上的所述SINR,接收SINR最大的时频资源块就是用户m的最优时频资源块:
优选的,当用户在所述时频资源块上获得的用户速率大于用户最低通信需求速率时,即说明所述用户满足所述QoS需求。
本发明的超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,通过将资源分配分为资源初始分配阶段和资源补偿分配阶段,在资源初始分配阶段首先通过微小区基站计算得到每一用户在所有时频资源块上的接收SINR大小,并根据贪婪算法将具有最大接收SINR的最优时频资源块分配给用户,并根据用户在资源分配后是否满足QoS需求,将满足QoS需求的用户记为Optimal-1类型用户,不满足QoS需求的用户标记为Optimal-2类型用户;同时,对于没有分配得到最优时频资源块的用户,分配次优时频资源块,并将分配次优时频资源块后满足QoS需求的用户标记为Suboptimal-1类型用户,不满足QoS需求的用户标记为Suboptimal-2类型用户;随后,对于剩余时频资源块,根据吞吐量最优原则首先为Optimal-2类型用户和Suboptimal-2类型用户进行资源补偿,并且保证得到补偿的用户均可满足QoS需求;若在对Optimal-2类型用户和Suboptimal-2类型用户进行资源补偿操作后仍有时频资源块的剩余,则将剩余的时频资源块按照吞吐量最优原则对Optimal-1类型用户和Suboptimal-1类型用户进行补偿,直至没有剩余时频资源块或者所有用户均完成补偿操作。与现有技术相比,本发明的有益效果为:本发明在为用户进行资源分配时可以有效地保证用户的QoS需求和用户公平性;本发明采用OFDM技术为用户分配相互正交的资源块,可以有效地降低用户之间的干扰;本发明通过两阶段资源分配,可以在保证用户QoS需求的同时有效地提高系统的吞吐量。
附图说明
图1为本发明实施例中所述超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法的实施流程图示意;
图2为本发明实施例中所述资源初始分配阶段的实现流程图示意;
图3为本发明实施例中所述资源补偿分配阶段的实现流程图示意。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参阅图1,在本发明实施例中,提供了一种超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,其中,超密集网络由宏基站、微微小区基站以及家庭基站构成,且微小区基站采用OFDM技术;方法包括网络资源初始分配阶段和网络资源初始分配阶段后的网络资源补偿分配阶段。
在本实施例中,每个资源块的带宽为180KHz,系统载波频率为2GHz。用户QoS速率需求门限是1M bit/s;每个微小区基站可以同时为两个用户提供服务,每个用户与相距最近的基站进行通信;微小区基站与用户之间的信号传输信道模型定为大尺度衰落、穿透损耗和瑞利衰落的联合信道模型;微小区基站的覆盖面积为半径10m的圆形区域,且用户随机出现在此区域的任意位置。
参阅图2,在本发明实施例中,网络资源初始分配阶段的具体过程为:
首先,由微小区基站计算用户在每一时频资源块上的接收SINR大小,同时根据贪婪算法将具有最大接收SINR的最优时频资源块分配给用户;
其中,接收SINR定义为:
其中,m表示任一用户,ΦRB={1,2...,k,...,K}表示微小区基站有K个时频资源块,表示基站j和其他非j基站在所述时频资源块上的发送功率;分别表示在所述时频资源块上,从基站j和非j基站到用户m的信道增益;σ2代表加性高斯白噪声的方差。
在具体实施例中,最优时频资源块定义为:假设存在用户m,计算用户m在时频资源块ΦRB={1,2...,k,...,K}上的接收SINR大小,将接收SINR最大的时频资源块就是最优时频资源块:当用户在时频资源块上获得的用户速率大于用户最低通信需求速率时即说明用户满足QoS需求;具体的,用户速率定义为:
其中,表示用户m在时频资源块RBk上获得的速率,Δω代表时频资源块的带宽。
然后,判断分配得到最优时频资源块的用户速率是否满足QoS需求,若满足,将指定用户标记为Optimal-1类型用户,并将所有Optimal-1类型用户构成集合U1;否则,将指定用户标记为Optimal-2类型用户,并将所有Optimal-2类型用户构成集合U2;在实施例中,若最优时频资源块已被用户占用,则将次优时频资源块分配给用户;其中,对次优时频资源块的具体定义为:
由于同一个资源块最多只能分配给一个用户,假设当有两个用户a,b均期望得到的最优时频资源块相同时,比较a,b两个用户在此上的接收SINR,若用户a的SINR更大,则将分配给用户a,而另一个用户b则在剩余可用时频资源块中找到接收SINR最大的时频资源块RBk',k∈Φ'RB;此时,对于用户b来说,所以称资源块RBk'为用户b的次优时频资源块;即在实际运用中,若用户最优时频资源块被占用,则在剩余可用时频资源块中分配次优时频资源块给用户。
最后,判断分配得到次优时频资源块的用户速率是否满足QoS需求,若满足,将指定用户标记为Suboptimal-1类型用户,并将所有Suboptimal-1类型用户构成集合S1;否则,将指定用户标记为Suboptimal-2类型用户,并将所有Suboptimal-2类型用户构成集合S2;同时,将集合U1、集合S1中用户统一标记为Class-1类型用户,将集合U2、集合S2中用户统一标记为Class-2类型用户。
进一步的,本发明方法满足规则:时频资源块至多只能分配给一个用户,每一用户可以同时获取多个时频资源块;具体的,规则可定
义为:
由此可知,若存在用户m,则用户m的实际速率为:
在本发明实施例中,对用户最低通信需求速率的具体定义为:能够支持用户基本的通信、视频、上网等业务的最低速率定义为用户最低通信需求速率,用表示用户m的最低通信需求速率;由于分到最优时频资源块和次优时频资源块的用户有可能会出现用户速率达不到用户QoS需求的情况,所以为了保障用户QoS需求,需要对这一部分用户做出一定的补偿;参阅图3,网络资源补偿分配阶段具体包括步骤如下:
首先,将网络资源初始分配阶段后的剩余时频资源块按照吞吐量最优原则给予Class-2类型用户进行补偿;具体的,假设对于用户m,根据网络资源补偿阶段可得到用户m补偿后的速率为:
然后,判断剩余时频资源块对Class-2类型用户进行补偿后是否有剩余的可用时频资源块;若没有剩余可用时频资源块,则停止资源分配;否则,将所有Class-2类型用户进行时频资源块补偿分配后的剩余时频资源块对Class-1类型用户进行补偿,直至无剩余时频资源块可用或所有Class-1类型用户均补偿完毕;具体的,基站在剩余资源块集合Φ'RB中分配使用户接收SINR最大的时频资源块RBk'给用户,即将时频资源块:分配给用户,然后将时频资源块RBk'从Φ'RB中移除。接着继续下一个Class-1类型用户的网络资源补偿分配,直到所有Class-1类型用户的资源补偿分配过程完毕或者所有剩余可用时频资源块分配完毕。
本发明的超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,通过将资源分配分为资源初始分配阶段和资源补偿分配阶段,在资源初始分配阶段首先通过微小区基站计算得到每一用户在所有时频资源块上的接收SINR大小,并根据贪婪算法将具有最大接收SINR的最优时频资源块分配给用户,并根据用户在资源分配后是否满足QoS需求,将满足QoS需求的用户记为Optimal-1类型用户,不满足QoS需求的用户标记为Optimal-2类型用户;同时,对于没有分配得到最优时频资源块的用户,分配次优时频资源块,并将分配次优时频资源块后满足QoS需求的用户标记为Suboptimal-1类型用户,不满足QoS需求的用户标记为Suboptimal-2类型用户;随后,对于剩余时频资源块,根据吞吐量最优原则首先为Optimal-2类型用户和Suboptimal-2类型用户进行资源补偿,并且保证得到补偿的用户均可满足QoS需求;若在对Optimal-2类型用户和Suboptimal-2类型用户进行资源补偿操作后仍有时频资源块的剩余,则将剩余的时频资源块按照吞吐量最优原则对Optimal-1类型用户和Suboptimal-1类型用户进行补偿,直至没有剩余时频资源块或者所有用户均完成补偿操作。与现有技术相比,本发明的有益效果为:本发明在为用户进行资源分配时可以有效地保证用户的QoS需求和用户公平性;本发明采用OFDM技术为用户分配相互正交的资源块,可以有效地降低用户之间的干扰;本发明通过两阶段资源分配,可以在保证用户QoS需求的同时有效地提高系统的吞吐量。
以上仅为本发明的较佳实施例,但并不限制本发明的专利范围,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员而言,其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构,直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理在本发明专利保护范围之内。
Claims (7)
1.超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,其特征在于,所述超密集网络由宏基站、微微小区基站、以及家庭基站构成,所述方法包括:
网络资源初始分配阶段:
S11、由所述微小区基站计算用户在每一时频资源块上的接收SINR大小,同时根据贪婪算法将具有最大所述接收SINR的最优时频资源块分配给用户;
S12、判断分配得到所述最优时频资源块的用户速率是否满足QoS需求,若满足,将所述指定用户标记为Optimal-1类型用户,并将所有所述Optimal-1类型用户构成集合U1;否则,将所述指定用户标记为Optimal-2类型用户,并将所有所述Optimal-2类型用户构成集合U2;
S13、计算分配所述最优时频资源块后的剩余时频资源块,并将所述剩余时频资源块根据贪婪算法分配给步骤S12中没有分配到所述最优时频资源块的用户;
S14、判断分配得到所述次优时频资源块的用户速率是否满足QoS需求,若满足,将所述指定用户标记为Suboptimal-1类型用户,并将所有所述Suboptimal-1类型用户构成集合S1;否则,将所述指定用户标记为Suboptimal-2类型用户,并将所有所述Suboptimal-2类型用户构成集合S2;
S15、将所述集合U1、集合S1中用户统一标记为Class-1类型用户,将所述集合U2、集合S2中用户统一标记为Class-2类型用户;
网络资源补偿分配阶段:
S21、将所述网络资源初始分配阶段后的剩余时频资源块按照吞吐量最优原则给予所述Class-2类型用户进行补偿;
S22、判断所述剩余时频资源块对所述Class-2类型用户进行补偿后是否有剩余的可用时频资源块;若不再剩余,则停止资源分配操作;否则,将所有所述Class-2类型用户进行时频资源块补偿分配后的剩余时频资源块对所述Class-1类型用户进行补偿,直至无剩余所述时频资源块可用或所有用户均补偿完毕。
2.如权利要求1所述的超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,其特征在于,步骤S11中,若所述最优时频资源块已被用户占用,则将所述次优时频资源块分配给用户。
3.如权利要求1所述的超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,其特征在于,每个所述时频资源块至多只能分配给一个用户,每一所述用户可以同时获取多个所述时频资源块。
4.如权利要求1~3任一项所述的超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,其特征在于,所述微小区基站采用OFDM技术。
5.如权利要求4所述的超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,其特征在于,所述接收SINR定义为:
其中,m表示任一用户,ΦRB={1,2...,k,...,K}表示所述时频资源块的集合,表示基站j和其他非j基站在所述时频资源块上的发送功率;分别表示在所述时频资源块上,从基站j和非j基站到用户m的信道增益;σ2代表加性高斯白噪声的方差。
6.如权利要求5所述的超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,其特征在于,所述最优时频资源块定义为:计算用户m在所述时频资源块ΦRB={1,2...,k,...,K}上的所述SINR,接收SINR最大的时频资源块就是用户m的最优时频资源块:
7.如权利要求1所述的超密集网络中兼顾用户QoS和公平性的下行资源分配方法,其特征在于,当用户在所述时频资源块上获得的用户速率大于用户最低通信需求速率时,即说明所述用户满足所述QoS需求。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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