[发明专利]毫微微蜂窝网络下行链路中基于博弈论的动态干扰管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蜂窝网络中的动态干扰管理实现方法，主要涉及对未来4G蜂窝网络中femtocell(毫微微蜂窝)之间的信道资源分配和发射功率控制。

背景技术

移动互联网已经成为未来网络发展的一大趋势，现有移动设备的无线接入大多是通过蜂窝网络。爆炸式增长的数据流量使得传统的蜂窝网络面临巨大的挑战，尤其是室内用户的服务体验始终难以改善。为改善室内用户的服务体验，同时降低宏蜂窝的负载，femtocell的概念于近几年提出并受到广泛关注。Femtocell Access Point(FAP)是一种家庭式基站，由用户购置并自主安装，使用用户家庭内的有线网络作为回程连接到运营商的核心网。由于其发射功率较低，因此可以较多的复用频谱，从而为大幅提高室内移动用户的服务体验提供了可能。然而由于femtocell网络拓扑的随机性，传统的基于频谱规划的信道分配方案无法适用，因此高密度部署情况下femtocell之间将会产生严重干扰而使得网络吞吐量大幅下降。

目前蜂窝网下行链路中避免干扰的方法主要包括以下两类：

(1)静态频谱规划：静态频谱规划方案广泛应用于现有的蜂窝网络之中，通常以相邻的3个蜂窝为一个单位复用整段频谱，此时的频谱复用因子为3。此方法需要事先规划基站的位置、发射功率、小区容量等等，在femtocell网络中这些静态的规划无法实现。与此同时，静态规划的方案未能利用潜在的频谱复用机会，浪费了提高频谱利用率和系统吞吐量的机会。

(2)动态频谱分配：此方法根据小区间的干扰情况进行动态的频谱分配，即有相互干扰的小区之间使用互不相同的频谱，无干扰的小区之间复用频谱。此方案相比于静态频谱规划频谱利用率有所提高，但是未考虑功率控制可能带来的频谱复用机会，未能有效利用频谱。

作为经济学中的重要理论分支，博弈论近年来在无线通信领域获得了广泛的关注和应用，同时也是解决femtocell网络中严重干扰问题的有力工具之一，其基本思想是：网络中每个FAP都是自私的，都希望占用更多的频谱以最大化自身的吞吐量，每个FAP通过观察环境自主的做出频谱占用和发射功率的决策以优化自身的吞吐量，经过多轮的迭代使得网络整体吞吐量得到优化。

发明内容

本发明旨在考虑femtocell下行链路中移动设备(femtocel user equipment,FUE)所受干扰的差异性，通过对FAP进行合理的功率控制为FUE创造更多的频谱复用机会，以SINR(信干噪比)降低为代价换取可用频谱的大幅增加，从而提高了系统的频谱利用率以及系统吞吐量。

本发明的技术方案是：

一种毫微微蜂窝网络下行链路中基于博弈论的动态干扰管理方法，网络由若干个毫微微蜂窝构成，所述的动态干扰管理方法包括以下步骤：

步骤1：各毫微微蜂窝网络femtocell内所有用户Femtocell User Equipment即FUE计算其干扰指数，并向对应的基站Femtocell Access Point即FAP上报干扰指数以及干扰来源；各FAP根据前述信息，将所有FUE分类成隔离用户和复用用户，并将隔离用户数目及干扰来源上报网络中心，网络中心生成干扰关系图G；

步骤2：对干扰关系图G进行三角化得到弦图G’，首先在相互干扰的毫微微蜂窝网络femtocell之间进行隔离信道分配，然后在femtocell内部进行复用信道分配：

步骤3：分布式功率控制，每个femtocell以其吞吐量减去干扰代价为目标函数，对每个femtocell的发射功率进行控制，所述的干扰代价为干扰价格λ乘以对隔离用户造成的干扰。

本发明的步骤1具体包括步骤以下步骤：

1.1计算有干扰情况下FUE j的单位带宽速率

网络内所有FAP在所有信道上采用相同的发射功率，在(0,t₁)时段内采用全复用频谱策略工作；其中：i＝1,2,..,N，N为网络内基站FAP的数量即毫微微蜂窝的数量，i为网络内基站FAP的编号即毫微微蜂窝的编号；此时任一毫微微蜂窝网络内的用户FUE j会受到附近其他毫微微蜂窝下行链路的干扰，就是附近基站对用户即手机、笔记本、pad等的干扰，得到有干扰情况下的单位带宽速率各FUE j通过控制信道获得相应的各干扰源即FAP的编号以及信号强度信息；其中：j＝1,2,..,Q，Q为任一毫微微蜂窝内用户FUE的数量；

1.2计算无干扰情况下FUE j的单位带宽速率