CN110753357A - 一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法 - Google Patents

一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法，具体包括以下步骤：S1、在对不同的用户进行分类时，采用两个用户之间的信道相关性来表征用户的相对位置关系，由于系统基站天线为4，用户为单天线，其为一维向量，那么用户i和用户j之间的信道相关性Pi，j，为了得到确切的用户相对位置关系与所获得信道信息关系，选取3D‑SCM信道模型，本发明涉及异构网络技术领域。该异构网络中的干扰管理和资源分配方法，能够有效的抑制网络干扰，避免了网络干扰对整体网络信号造成的影响，保证了网络通信的质量，且能够合理的分配网络资源，达到网络资源的最大利用效果，避免了网络用户网络质量差且故障多的问题，整体安全可靠。

Description

一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法
技术领域
本发明涉及异构网络技术领域，具体为一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法。
背景技术
异构网络是一种类型的网络，其是由不同制造商生产的计算机，网络设备和系统组成的，大部分情况下运行在不同的协议上支持不同的功能或应用，不同类型的网络，通过网关连接到核心网，最后连接到Internet网络上，最终融合成为一个整体。异构网路融合的一个重要问题是这些网络以何种方式来进行互连，为异构无线网络资源提供统一的管理平台。为了说明异构网络的融合结构，这里给出一种特定的异构网络场景，它是由无线广域网和WLAN组成的异构网络系统，但是现有的异构网络，不能够有效的抑制干扰，导致异构网络整体质量不是很好，且不能合理的分配资源，导致用户网络问题多的问题。
传统的异构网络中的干扰管理和资源分配方法，不能够有效的抑制网络干扰，网络干扰容易对整体网络信号造成影响，难以保证网络通信的质量，且不能够合理的分配网络资源，难以达到网络资源的最大利用效果，网络用户网络质量差且故障多，整体不够安全可靠。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法，解决了异构网络中的干扰管理和资源分配方法抗干扰性不强且资源分配不好的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法，具体包括以下步骤：
S1、在对不同的用户进行分类时，采用两个用户之间的信道相关性来表征用户的相对位置关系，假定用户i的信道矩阵为
Figure BSA0000189710560000021
用户j的信道矩阵为
Figure BSA0000189710560000022
由于系统基站天线为4，用户为单天线，其为一维向量，那么用户i和用户j之间的信道相关性Pi，j可以表示为归一化一维向量内积的形式：
Figure BSA0000189710560000023
为了得到确切的用户相对位置关系与所获得信道信息关系，选取3D-SCM信道模型，直接运用3D信道模型来进行相关性计算不能够很好地体现两个用户之间相关性变化的情况，因此对信道相关性的公式进行进一步的推导化简，使之成为更简单的关于相关性的函数；
S2、合理的利用频域资源和空域技术，将用户分为CB用户集和JP用户集。定义集合Am，其内元素为用户之间信道相关性小于分类判决门限的用户，
Figure BSA0000189710560000024
其中每个正交用户集Am的大小由宏基站和小站的天线数目所决定，例如宏基站和小站的天线数目为4，则正交用户集A的集合大小为：2≤A≤8，表示集合A内至少包含两个用户，否则不存在与之正交的用户，同时集合内用户不可超过天线数目的限制，最多可有8个用户；
S3、通过相关性的公式推导，可以看出用户之间的信道相关性可以很好地表征用户的相对位置关系，故我们设定信道相关性判决门限η来对用户进行分类，由以上可以看出，归一化后的相关性的取值范围为0-1，当用户之间的相关性趋近于0时说明用户信道正交性好，不会影响用户的频谱和技术选择，当用户之间的相关性趋近于1时说明用户之间信道的正交性差，其频谱和技术选择会受到影响；
S4、对用户采取频谱隔离来解决干扰问题的同时也要进一步提高系统的频谱效率，非正交用户集内的用户引入CoMP-JP技术，这样非正交用户集内的用户可以同时接入两个基站，避免的同频干扰问题的同时，减小了频谱的浪费和进一步提高了用户的吞吐量，通过CB用户集内用户的资源分配问题和JP用户集内的用户资源分配问题的合理安排和解决，能够实现资源的合理利用和干扰的有效消除，从而提高系统的频谱效率；
S5、门限的改变会影响用户的分类，用户隶属于不同的用户类型采用的通信技术不同，从而其优化问题发生改变，因此门限改变对于系统的目标函数存在影响，反之，吞吐量的变化也会限制用户类型判决门限，合理的确定用户分类的门限是获得系统最优化的关键，用户分类的判决门限应与系统用户数、系统所能提供的资源数、系统吞吐量的变化有关，无法通过求解系统目标函数来获得理想的用户分类和资源划分。
优选的，所述S1中采用分离频谱与共享频谱共存的混合频谱分配机制包括，考虑一个OFDMA双层异构网络，其中，F个SCBS分布在宏小区的覆盖范围内，F＝{1，L，f，L，F}表示SCBS的集合，相邻的几个SCBS组成一个簇，在实际场景中，位于同一建筑中的SCBS视为同一簇，对于某个簇中SCBSi所服务的小小区用户SCUEu，如果其接收到的来自SCBSi的信号强度与来自宏基站MBS的信号强度的比值小于一个设定的阈值I。
优选的，所述S2中初始化基站连接，用户选取最大接收信号强度(RSSI)对应的基站接入，即初始化Ymx，Vm∈M，k∈K。
优选的，所述S3中在给定用户连接基站的情况下，每个基站为用户进行基于干扰协调的子信道分配。本步骤是为了确定xmn，Vm∈M，n∈N。
优选的，所述S4中若基站k为家庭基站，与S1中计算方法一致。
优选的，所述S5中若基站k为宏基站，用户m在子信道n的效用采用公式
Figure BSA0000189710560000041
计算，步骤2.3，计算基站k中每个用户分得的子信道数，考虑到用户的公平性。
(三)有益效果
本发明提供了一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法。具备以下有益效果：通过具体以下步骤：S1、在对不同的用户进行分类时，采用两个用户之间的信道相关性来表征用户的相对位置关系，假定用户i的信道矩阵为
Figure BSA0000189710560000042
用户j的信道矩阵为由于系统基站天线为4，用户为单天线，其为一维向量，那么用户i和用户j之间的信道相关性Pi，j可以表示为归一化一维向量内积的形式：为了得到确切的用户相对位置关系与所获得信道信息关系，选取3D-SCM信道模型，直接运用3D信道模型来进行相关性计算不能够很好地体现两个用户之间相关性变化的情况，因此对信道相关性的公式进行进一步的推导化简，使之成为更简单的关于相关性的函数；能够有效的抑制网络干扰，避免了网络干扰对整体网络信号造成的影响，保证了网络通信的质量，且能够合理的分配网络资源，达到网络资源的最大利用效果，避免了网络用户网络质量差且故障多的问题，整体安全可靠。
附图说明
图1为本发明系统的流程图；
图2为本发明跨层干扰优化问题的算法。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明实施例提供一种技术方案：一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法，具体包括以下步骤：
S1、在对不同的用户进行分类时，采用两个用户之间的信道相关性来表征用户的相对位置关系，假定用户i的信道矩阵为
Figure BSA0000189710560000051
用户j的信道矩阵为
Figure BSA0000189710560000052
由于系统基站天线为4，用户为单天线，其为一维向量，那么用户i和用户j之间的信道相关性Pi，j可以表示为归一化一维向量内积的形式：
Figure BSA0000189710560000053
为了得到确切的用户相对位置关系与所获得信道信息关系，选取3D-SCM信道模型，直接运用3D信道模型来进行相关性计算不能够很好地体现两个用户之间相关性变化的情况，因此对信道相关性的公式进行进一步的推导化简，使之成为更简单的关于相关性的函数；
S2、合理的利用频域资源和空域技术，将用户分为CB用户集和JP用户集。定义集合Am，其内元素为用户之间信道相关性小于分类判决门限的用户，
Figure BSA0000189710560000054
其中每个正交用户集Am的大小由宏基站和小站的天线数目所决定，例如宏基站和小站的天线数目为4，则正交用户集A的集合大小为：2≤A≤8，表示集合A内至少包含两个用户，否则不存在与之正交的用户，同时集合内用户不可超过天线数目的限制，最多可有8个用户；
S3、通过相关性的公式推导，可以看出用户之间的信道相关性可以很好地表征用户的相对位置关系，故我们设定信道相关性判决门限η来对用户进行分类，由以上可以看出，归一化后的相关性的取值范围为0-1，当用户之间的相关性趋近于0时说明用户信道正交性好，不会影响用户的频谱和技术选择，当用户之间的相关性趋近于1时说明用户之间信道的正交性差，其频谱和技术选择会受到影响；
S4、对用户采取频谱隔离来解决干扰问题的同时也要进一步提高系统的频谱效率，非正交用户集内的用户引入CoMP-JP技术，这样非正交用户集内的用户可以同时接入两个基站，避免的同频干扰问题的同时，减小了频谱的浪费和进一步提高了用户的吞吐量，通过CB用户集内用户的资源分配问题和JP用户集内的用户资源分配问题的合理安排和解决，能够实现资源的合理利用和干扰的有效消除，从而提高系统的频谱效率；
S5、门限的改变会影响用户的分类，用户隶属于不同的用户类型采用的通信技术不同，从而其优化问题发生改变，因此门限改变对于系统的目标函数存在影响，反之，吞吐量的变化也会限制用户类型判决门限，合理的确定用户分类的门限是获得系统最优化的关键，用户分类的判决门限应与系统用户数、系统所能提供的资源数、系统吞吐量的变化有关，无法通过求解系统目标函数来获得理想的用户分类和资源划分。
本发明中，S1中采用分离频谱与共享频谱共存的混合频谱分配机制包括，考虑一个OFDMA双层异构网络，其中，F个SCBS分布在宏小区的覆盖范围内，F＝{1，L，f，L，F}表示SCBS的集合，相邻的几个SCBS组成一个簇，在实际场景中，位于同一建筑中的SCBS视为同一簇，对于某个簇中SCBSi所服务的小小区用户SCUEu，如果其接收到的来自SCBSi的信号强度与来自宏基站MBS的信号强度的比值小于一个设定的阈值I。
本发明中，S2中初始化基站连接，用户选取最大接收信号强度(RSSI)对应的基站接入，即初始化Ymx，Vm∈M，k∈K。
本发明中，S3中在给定用户连接基站的情况下，每个基站为用户进行基于干扰协调的子信道分配。本步骤是为了确定xmn，Vm∈M，n∈N。
本发明中，S4中若基站k为家庭基站，与S1中计算方法一致。
本发明中，S5中若基站k为宏基站，用户m在子信道n的效用采用公式
Figure BSA0000189710560000071
计算，步骤2.3，计算基站k中每个用户分得的子信道数，考虑到用户的公平性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、在对不同的用户进行分类时：采用两个用户之间的信道相关性来表征用户的相对位置关系，假定用户i的信道矩阵为
Figure FSA0000189710550000011
用户j的信道矩阵为
Figure FSA0000189710550000012
由于系统基站天线为4，用户为单天线，其为一维向量，那么用户i和用户j之间的信道相关性Pi，j可以表示为归一化一维向量内积的形式：
Figure FSA0000189710550000013
为了得到确切的用户相对位置关系与所获得信道信息关系，选取3D-SCM信道模型，直接运用3D信道模型来进行相关性计算不能够很好地体现两个用户之间相关性变化的情况，因此对信道相关性的公式进行进一步的推导化简，使之成为更简单的关于相关性的函数；
S2、合理的利用频域资源和空域技术：将用户分为CB用户集和JP用户集，定义集合Am，其内元素为用户之间信道相关性小于分类判决门限的用户，
Figure FSA0000189710550000014
其中每个正交用户集Am的大小由宏基站和小站的天线数目所决定，例如宏基站和小站的天线数目为4，则正交用户集A的集合大小为：2≤A≤8，表示集合A内至少包含两个用户，否则不存在与之正交的用户，同时集合内用户不可超过天线数目的限制：最多可有8个用户；
S3、通过相关性的公式推导：可以看出用户之间的信道相关性可以很好地表征用户的相对位置关系，故我们设定信道相关性判决门限η来对用户进行分类，由以上可以看出，归一化后的相关性的取值范围为0-1，当用户之间的相关性趋近于0时说明用户信道正交性好，不会影响用户的频谱和技术选择，当用户之间的相关性趋近于1时说明用户之间信道的正交性差，其频谱和技术选择会受到影响：
S4、对用户采取频谱隔离来解决干扰问题的同时也要进一步提高系统的频谱效率：非正交用户集内的用户引入CoMP-JP技术，这样非正交用户集内的用户可以同时接入两个基站，避免的同频干扰问题的同时，减小了频谱的浪费和进一步提高了用户的吞吐量，通过CB用户集内用户的资源分配问题和JP用户集内的用户资源分配问题的合理安排和解决，能够实现资源的合理利用和干扰的有效消除，从而提高系统的频谱效率；
S5、门限的改变会影响用户的分类：用户隶属于不同的用户类型采用的通信技术不同，从而其优化问题发生改变，因此门限改变对于系统的目标函数存在影响，反之，吞吐量的变化也会限制用户类型判决门限，合理的确定用户分类的门限是获得系统最优化的关键，用户分类的判决门限应与系统用户数、系统所能提供的资源数、系统吞吐量的变化有关，无法通过求解系统目标函数来获得理想的用户分类和资源划分。
2.根据权利要求1所述的一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法，其特征在于：所述S1中采用分离频谱与共享频谱共存的混合频谱分配机制包括，考虑一个OFDMA双层异构网络，其中，F个SCBS分布在宏小区的覆盖范围内，F＝{1，L，f，L，F}表示SCBS的集合，相邻的几个SCBS组成一个簇，在实际场景中，位于同一建筑中的SCBS视为同一簇，对于某个簇中SCBSi所服务的小小区用户SCUEu，如果其接收到的来自SCBSi的信号强度与来自宏基站MBS的信号强度的比值小于一个设定的阈值I。
3.根据权利要求1所述的一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法，其特征在于：所述S2中初始化基站连接，用户选取最大接收信号强度(RSSI)对应的基站接入，即初始化Ymx，Vm∈M，k∈K。
4.根据权利要求1所述的一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法，其特征在于：所述S3中在给定用户连接基站的情况下，每个基站为用户进行基于干扰协调的子信道分配，本步骤是为了确定xmn，Vm∈M，n∈N。
5.根据权利要求1所述的一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法，其特征在于：所述S4中若基站k为家庭基站，与S1中计算方法一致。
6.根据权利要求1所述的一种异构网络中的干扰管理和资源分配方法，其特征在于：所述S5中若基站k为宏基站，用户m在子信道n的效用采用公式
Figure FSA0000189710550000031
计算，步骤2.3，计算基站k中每个用户分得的子信道数，考虑到用户的公平性。
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