[发明专利]LTE-A中继系统中基于博弈论的无线资源优化方法

说明书

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及LTE-A系统中继场景下基于吞吐量和公平性博弈的无线资源优化方法。

背景技术

LTE（Long Term Evolution）基于3G技术演进而来，是介于3G和4G之间的准4G移动通信技术。而LTE-Advanced（简称LTE-A）在3GPP LTE Rel.10中被正式提出，是以LTE的技术基础为核心，进行扩充、增强和完善。LTE-Advanced后向兼容LTE系统各项技术，是LTE的平滑演进，致力于进一步提升系统性能，使系统获得更高的频谱带宽，以及更高的峰值传输速率，并进一步改善小区边缘用户的性能，提高小区容量，降低系统延时。LTE-A系统指标：下行峰值速率为1Gbps，频谱效率提高到30bps/Hz；上行峰值速率为500Mbps，频谱效率提高到15bps/Hz。

通常情况下，LTE-Advanced系统中对于系统容量的较高要求可能只能由在较高频段获得的大带宽频谱来提供，而这些高频段的穿透损耗和路径损耗可能都较大，难以实现良好的覆盖。中继技术的出现能够在一定程度上解决这一问题。通过在小区中部署Relay Node（中继节点），可以增加系统的覆盖或提高系统的吞吐量。根据执行功能的不同，可将中继技术分为三类：（1）层一中继，又称repeater，即放大器，仅仅起到放大信号，继续向前传输数据的作用；（2）层二中继，包含了MAC（Media Access Control，介质访问控制）层、RLC（Radio Link Control，无线链路控制）层的功能，可执行无线资源分配和调度过程；（3）层三中继，包含层二中继的所有功能，还可以执行部分或全部的RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）功能，可降低RRC连接设置时延，对数据进行快速路由，并完成移动性管理功能。其中，层一中继对系统的SINR（信干噪比）性能无改善作用，而层二和层三中继可以很好地改善系统的SINR性能。

吞吐量最大化是系统设计最直观的目标之一，也是LTE-A中继网络资源管理最早开始研究的问题。但这只是从系统角度出发，并没有考虑用户需求以及用户间的公平性因素。而这样会造成信道条件相对较差的用户难以获得资源，在实际系统设计中，用户公平性是另一个需要考虑的重要方面。概括说来，在进行资源分配与调度时，用户公平性主要体现在两个方面：一是各用户有最小需求速率，网络进行资源分配时需要尽量满足这些用户的需求；二是网络在设计分配调度方案时就以某种公平性准则作为设计目标。二者的区别主要是，将问题抽象成数学优化问题后，前者用户速率要求一般体现在约束条件上，后者设计目标体现在目标函数上。

随着交叉学科的迅速发展，博弈论在移动通信系统的无线资源管理中得到了越来越多的应用。研究表明，使用博弈论进行网络资源优化，能增强网络资源利用效率，提高各用户的公平性。现关于用博弈论解决无线资源管理的研究大多都是以无线资源为主，研究对象包括无线网络中的带宽、功率、频谱、无线信道和小区用户。由于无线网络中的无线资源非常有限，单一的考虑无线资源的优化必然受到有限资源的制约，进而无法实现不同QoS(服务质量)的要求，也无法保证用户的公平性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LTE-A中继系统中基于博弈论的无线资源优化方法，解决了当蜂窝小区中引入中继时在最大化系统吞吐量和保证用户绝对公平之间找到折衷与平衡的问题。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

1）初始化无线蜂窝小区内所有用户和中继站的表征以及所有用户和中继站的QoS需求的表征；

2）经过步骤1）以后，计算所述无线蜂窝小区内所有用户的SINR值，根据用户的SINR最大值确定系统中用于用户接入的节点，节点为所述无线蜂窝小区内的基站或中继站，然后计算用户的可达数据速率；

3）经过步骤2）以后，计算每个微小区的SINR分散度D_j，微小区为所述无线蜂窝小区内中继站所覆盖的范围；

4）经过步骤3）以后，通过博弈确定系统效用函数F(r_i,c_j,η)，并根据系统效用函数计算得出满足无线蜂窝小区吞吐量最大化和用户公平性最优的小区平衡指数η，r_i表示无线蜂窝小区内第i个用户的归一化可达数据速率，c_j表示信道公平指数，c_j等于微小区的SINR分散度D_j的倒数。

所述步骤2）的具体步骤为：