[发明专利]LTE系统中基于非合作博弈的资源分配和干扰抑制方法

说明书

本发明提供一种LTE系统中基于非合作博弈的资源分配和干扰抑制方法，先采用软频率复用建立多小区的LTE网络干扰模型，然后基于非合作博弈理论，考虑用户服务质量需求和能量消耗建立了基于价格机制的效用函数，并给出了使效用函数最大化的功率迭代算法，迭代求解即可实现资源分配和干扰抑制。本发明能够实现多用户多小区多载波的LTE系统联合干扰管理和资源分配，通过ICI抑制和小区间的信干噪比平衡，在节能的同时降低了小区间干扰，能够在没有增加额外功率消耗的情况下有效提高系统中小区边缘用户的吞吐量和网络覆盖率，并且小区间仅需要交换定价信息，这在实际系统中易于分布式实施，因此本发明具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及无线通信系统的系统级网络仿真，具体涉及一种LTE系统中基于非合作博弈的资源分配和干扰抑制方法。

背景技术

为适应移动用户日益增长的数据速率的需要，3GPP LTE(Long term evolution)通过全频率复用提高蜂窝容量，在一个多小区的蜂窝通信系统中，这将不可避免的导致严重的小区间干扰(ICI,inter-cell interference)。特别是处于小区边缘的用户，不仅接受到的信号强度最弱，还受到相邻小区最大程度的同频干扰。因此有效的干扰协调机制十分重要。另一方面，当前电池技术的发展无法满足人们日益增长的多媒体应用需求，能量效率也是无线通信系统设计中的一个重要环节，节能通信也成为当前的热点话题。

软频率复用(SFR,Soft Frequency Reuse)是解决LTE系统中ICI问题的一个有效手段。其思想为：将全部的频谱划分为主载波和次载波两部分，小区中所有的用户都可以使用主载波，相邻小区的次载波之间是相互正交的。次载波的发射功率比主载波的小，并且只能被小区中心的用户使用。次载波和主载波的发射功率比称为功率比(power ratio)。在传统的SFR方案中，每个小区中主次载波的分配或者功率比是固定的，这样就无法充分利用无线信道的时变特性以最大化网络的性能。

另外，由于不同小区间的独立性，每个用户很难获得其他小区的信道状态信息(CSI,Channel state information)，因此在一个多小区的LTE网络中，他们很难进行有效的协作。即使CSI可以获得，这也会消耗额外的能量并且其计算复杂度也必然很高，特别是网络负载很大的时候。然而，对于某一个用户，它往往只关注自己性能的最大化，而不关注其他用户是否能满足自己的QoS(Quality of Service)需求。

博弈论作为经济学领域的一个重要分支在解决资源调度问题方面具有独特的优势，近年来在无线通信领域得到了日益广泛应用，在处理两个相互矛盾的目标上有着其独特的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LTE系统中基于非合作博弈的资源分配和干扰抑制方法，能够实现多用户不同QoS需求和能耗之间的有效折中，节能的同时降低了小区间干扰，有效提高了小区边缘用户吞吐量和网络覆盖率。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

LTE系统中基于非合作博弈的资源分配和干扰抑制方法，包括以下步骤：

1)对于有M个子载波的LTE网络，其资源分配以物理资源块PRB的方式进行，采用TDD帧结构，建立基于SFR的多小区LTE系统干扰模型；

2)在基于SFR的多小区LTE系统干扰模型中，设计效用函数u_i(p_i)解决服务质量和能耗之间的冲突，

u_i(p_i)＝u_i(p_i,p_-i)＝a_i(γ_i(p_i)-γ_i^th)²-b_ip_i (5)