[发明专利]一种超密集异构网络中基于匹配博弈的分离多接入方法

权利要求书

1.一种超密集异构网络中基于匹配博弈的分离多接入方法，其特征在于：包括步骤：

步骤1：每个用户上行根据路径损耗选择距离最近的M个基站生成M_小区作为其上行连接范围，下行选择信号强度最大的N个基站生成N_小区作为其下行连接范围；

步骤2：定义一个上行集合，包含M_小区中所有基站的任意组合；定义一个下行集合，包含N_小区中所有基站的任意组合；将上行集合和下行集合中所有的组合进行组合形成一个基站代理的集合；

步骤3：每个用户在其M_小区中选择距离最近的基站接入，在其N_小区中选择信号强度最大的基站接入；

步骤4：根据网络中用户和基站的接入情况计算出用户和基站代理匹配的效用函数值，所述用户和基站代理匹配的效用函数值为用户和基站代理中所有基站的效用函数值之和；所述用户和基站的效用函数值根据步骤3的初始接入的网络中用户和基站的接入情况和用户的设备信息计算得到；

其中，所述计算用户和基站代理匹配的效用函数值具体步骤如下：

1)计算信道增益：所述信道增益是根据路径损耗、瑞利衰减和正态阴影定义；节点a和b之间的信道增益公式如下：

G_a,b＝|h_a,b|²d_a,b^-ξ；

其中，|h_a,b|²代表节点a和b之间由于瑞利衰减和正态阴影造成的复合信道功率增益系数，d_a,b表示节点a和b之间的距离，ξ是路径损耗指数；

2)计算干扰：根据网络中用户和基站的接入情况计算相互之间的干扰；

当一个用户k和一个基站l在进行下行传输时，用户接收到的来自其他基站的干扰为：

其中，P_l'代表基站l'的传输功率，G_k,l'表示用户k与基站l'之间的信道增益，表示用户k与基站l'在下行是否有连接，有则否则即表示当基站l'与用户k在下行有连接时，基站l'不产生干扰；如果基站l'在下行有接入用户，那么W_k',l'＝1，否则W_k',l'＝0；

用户接收到的来自其他用户的干扰为：

其中，P_k'代表用户k'的传输功率，G_k',k表示用户k与k'之间的信道增益；如果用户k'在上行有接入用户，那么X_k',l'＝1，否则X_k',l'＝0；

基站接收到的来自其他基站的干扰为：

其中，P_l'代表基站l'的传输功率，G_l,l'表示基站l与l'之间的信道增益；

基站接收到的来自其他用户的干扰为：

其中，G_k',l表示用户k'与基站l之间的信道增益，表示用户k′与基站l在下行是否有连接，有则否则即表示当用户k'与基站l在上行有连接时，用户k'不产生干扰；

3)计算数据速率：根据香农公式计算用户k和基站l接入的数据速率，公式如下：

其中，B表示信道带宽，信号干扰噪声比计算如下：

其中，表示用户k与基站l在上行的信号干扰噪声比，表示用户k与基站l在下行的信号干扰噪声比，代表自干扰取消能力，σ²是噪声功率；

4)计算包错误率：包错误率是用户k和基站l连接时，数据传输过程中的信号干扰噪声比低于目标等级的可能性,计算如下：

其中，a_l和g_l是依赖于包大小的常量，代表上行或者下行保证正确解调制的最小SINR的阈值；

5)计算延迟：将数据流量模拟为一个M/D/1队列系统,到达数据服从泊松分布；根据不同用户应用程序的优先级不同对数据流量进行调制，优先级高的流量先传输优先级低的后传输；计算由此产生的平均延迟：

其中，A_k代表应用程序的集合，λ_k,a代表用户k中应用程序a的到达速率，平均到达速率设为λ_k,l，代表服务时间，平均延迟包括第x个优先流在队列中的等待时间和传输服务时间；

6)计算用户k和基站l的效用值：

7)计算用户k和基站代理t中所有基站的效用值之和得到用户连接基站代理的效用值:

其中，t代表基站代理，t^u代表基站代理中的进行上行接入的所有基站，t^d代表基站代理中的进行下行接入的所有基站；和代表用户k和基站l分别在上行和下行接入的数据速率；和代表用户k和基站l分别在上行和下行接入的包错误率；和代表用户k和基站l分别在上行和下行接入时第x优先级流的平均延迟；

步骤5：每个用户根据步骤4计算的用户和基站代理匹配的效用函数值对基站代理进行排序，建立对其基站代理的偏好列表；

步骤6：判断当前是否存在一个可交换的匹配，所述可交换的匹配为用户相对于当前匹配的基站代理更偏好的基站代理，且用户连接该基站代理满足用户的服务质量需求，提高效用值并且没有被拒绝过；若存在，则用户连接该可交换的匹配；

步骤7：判断用户新接入的基站代理中是否有基站超过可接入的最大用户数；若未超过，则转到步骤9；若超过，则进行超载处理；超载基站根据它对用户的偏好列表找出最差的用户，断开与该用户的连接；然后被断开的用户从自己的偏好列表中删除该代理并将其加入拒绝列表，寻找其偏好列表中最偏好的基站代理连接；

步骤8：重复步骤7，直到最终被断开的用户的基站代理的偏好列表为空；

步骤9：根据交换匹配后网络中用户和基站的接入情况和用户的设备信息计算用户和基站代理匹配的效用函数值，并建立用户对其基站代理的偏好列表；重复步骤6至步骤8，直到网络中不存在可交换的匹配达到稳定状态。