[发明专利]一种多运营商场景下LTE-U和WiFi的共存方法

权利要求书

1.一种多运营商场景下LTE-U和WiFi的共存方法，其特征在于：该方法包括基于用户时延优先级的子信道分配DPSA方法和基于最优功率和价格的资源调度OPPS方法；

所述基于用户时延优先级的子信道分配方法为：根据用户对时延敏感的程度，将用户划分不同优先级，高优先级用户优先选择和接入子信道；引入基于时延最大容忍因子和信道质量估计值的优先级因子，确定用户接入次序，并进行子信道分配；由两步完成：首先实现用户优先级初步排序，其次基于其信道质量和可接入信道数，实现用户最终排序并分配子信道；在最终排序时，满足两个原则：第一，在相同优先级群G_p下，可用信道数量较少的用户优先选择信道；第二，在相同优先级群G_p下，可用信道数量相同的用户，可选信道的信道质量较差的用户优先选择信道；最后得出用户的时延满意度；

所述基于最优功率和价格的资源调度方法为：将问题分成两个子优化问题，子优化问题一是在运营商固定价格r时的最优功率分配问题，是一个凸优化问题，通过拉格朗日对偶方法求解获得局部最优功率分配方案；子优化问题二是基于功率分配方案的最优价格r重置，重复以上过程直至算法收敛则获得全局最优价格与功率分配方案；由三步完成，第一，设置初始价格r，通过拉格朗日对偶功率分配算法求解该价格下的局部最优功率分配第二，根据局部最优功率，得出运营商价格r_m；第三，重复迭代以上两步，直至算法收敛即获得全局最优与

所述基于用户时延优先级的子信道分配方法具体为：

用户n的效用函数表示为：

其中，表示用户n是否使用子信道s；r_m表示基站m的未授权频段标价；为用户n在子信道s上的发射功率；右式第一项，表示用户n在子信道s上的吞吐量，由以下公式得出：

其中，表示LTE-U用户n到LTE-U基站m子信道s的路径损耗，N₀为噪声功率谱密度，B_u为单位带宽；第二项，表示用户n在子信道s干扰代价，由以下公式得出：

其中，表示LTE-U用户n在子信道s上受到的来自基站k(k≠m)的干扰，由以下公式得出：

其中，表示基站k到用户n在子信道s上的路径损耗；第三项D_n(r_m)表示用户n向运营商m付出的时延代价，由以下公式得出：

其中，d_n表示在LTE-U用户的实际时延，由以下公式得出：

其中，size_n表示用户传输的数据包大小，其满足泊松分布；Bp_n表示每个数据包可传输的数据量，其受信道质量影响；Ps_n表示每秒传输数据包的个数；

运营商m的效用是由所有接入该基站的用户效用总和组成，由以下公式得出：

基于以上，LTE-U用户和基站的系统总效用函数由以下公式得出：

首先，实现用户优先级初步排序，其次，基于其信道质量和可接入信道数，实现用户最终排序并分配子信道；

第一步实现用户优先级初步排序的方式是基于用户对时延的敏感程度不同，将时延需求相同的用户放入同一个优先级群组G_p，然后，根据用户时延需求d_n由小到大，升序排列；用户n的最大可接受时延为d_n，将其倒数作为用户n的最大时延容忍因子，即

在LTE-U和WiFi共存的环境中，LTE-U系统采用LBT技术监测信道状态，若信道处于空闲状态，则接入信道，否则继续监测；对于LTE-U用户n，将受到除服务基站m以外的所有同享该信道的基站的干扰；LTE-U用户n在信道s上的信干噪比表示为：

将总干扰及噪声功率之和的倒数作为用户n对于子信道s的信道质量估计值，即：

根据信道质量估计值和可接入信道数，实现用户最终排序并分配子信道；第二步排序，应满足以下两个原则：

(1)在相同优先级群G_p下，可用信道数量较少的用户优先选择信道；

(2)在相同优先级群G_p下，可用信道数量相同的用户，可选信道的信道质量较好的用户优先选择信道；

最后，用户完成接入次序和子信道的分配问题，即求解系统总效用函数U_total中的

得出用户n的时延满意度SD_n，即：

其中，d_n表示用户实际时延，d_D表示用户需求时延；

所述基于最优功率和价格的资源调度方法为：

步骤一：设置初始价格r，通过拉格朗日对偶功率分配算法求解该价格下的局部最优功率分配

步骤二：根据局部最优功率，从初始价格逐步迭代，得出运营商价格r_m；

步骤三：重复迭代以上两步，直至算法收敛即获得全局最优与

用户先基于DPSA方案分配好子信道，然后根据不同运营商的设定价格和子信道情况，运用OPPS算法得出最优传输功率和最优价格；至此，LTE-U运营商和用户的效用实现最大化；

为求得最优功率，采用拉格朗日对偶方法进行求解，引入拉格朗日因子τ得到拉格朗日函数，其对求一阶偏导并等于0，最终得出最优功率，即：

其中，

由于LTE-U用户功率太大，会增大对其他LTE-U用户造成的干扰，因此功率的约束条件为

得出运营商的价格范围：

其中，

最后，实现资源分配并最大化LTE-U运营商和用户的效用。

2.根据权利要求1所述的一种多运营商场景下LTE-U和WiFi的共存方法，其特征在于：所述多运营商场景为异构网络场景，LTEM-eNB为宏基站，LTE-U eNB为LTE-U基站，WiFi AP是WiFi接入点；LTE-UUE为可分别接入授权频段和未授权频段的设备，LTE-WiFi为可分别使用LTE网络和WiFi网络的用户设备，LTE carrier aggregation为只能使用LTE网络的用户设备；该异构网络中，包含M个LTE-U eNB，由集合M＝{1,2,…,m,…M}表示，N个LTE-U用户，由集合N＝{1,2,…,m,…N}表示和W个WiFiAP，系统总带宽为B，包含s个子信道；设用户优先使用授权频段，当授权频段资源紧张，吞吐量达到门限值U^lic后，用户利用载波聚合技术，使用未授权频段传输数据；设在未授权频段上用户可共享信道，若不对用户的传输功率做出限制，则产生同信道干扰。