[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

摘要

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，涉及无线通信技术中的信道分配和功率控制领域。针对femtocell共信道密集部署情况下下行链路之间干扰严重的问题，本发明采用降低发射功率换取可用频谱的思路，结合精细的功率控制，通过一种新的信道分配方式实现了在保证用户信干噪比保持在一定水平之上的前提下，提高系统整体吞吐量的目标。本发明提高了随机网络拓扑中的频谱利用率，仅对轻干扰区域的用户产生较小的影响，确保了干扰严重区域的用户的正常通信需求。

主权项

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，其特征在于，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；所述的步骤1具体包括以下步骤：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；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的单位带宽速率网络内所有FAP在所有信道上采用相同的发射功率，在(t1,t2)时段内采用时分复用策略工作；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；得到无干扰情况下单位带宽速率其中：j＝1,2,..,Q，Q为任一毫微微蜂窝内用户FUE的数量；1.3各FUE j计算干扰指数αji=cjfreeicjinterferencei;]]>并将其与接收到各干扰源即邻近FAP的编号以及信号强度信息上报给FAP i；1.4FAP i将FUE j的干扰指数与预设的网络干扰指数阈值αth比较，将FUE j划分到以下两类其中之一：isouserαji≥αthreuseuserαji<αth;]]>当时，此FUE j为隔离用户isolation user；当时，此FUE j为FUE为复用用户reuse user；1.5若FUE j被划分为隔离用户，则FAP i根据其上报的干扰源信息，找出主要干扰源FAP l，l∈{1,2,...,N},l≠i，向网络中心上报干扰关系(i,l)；1.6网络中心根据所有FAP上报的干扰关系得到干扰关系图G＝(V,E)，其中V是图中的顶点，代表各个FAP，E是图中的边，代表FAP之间存在干扰关系；所述的步骤1.5中找出主要干扰源FAP l的方法是：对femtocell i内的每个隔离用户FUEj，将其干扰源按照信号强度从大到小排序，依次考察，当去掉最大的q个干扰源时由大于阈值变为小于阈值，那么干扰源就确定为前q个；所述的步骤3具体包括以下步骤：3.1干扰价格初始化：每个隔离用户将其干扰价格设置为任意满足λ(0)≥0的常数，所述的表示干扰价格，用于表征每个femtocell对不同FUE造成单位强度干扰所需要付出的效用代价，此处的效用就是每个femtocell的吞吐量，表示femtocell i中FUE j在信道k上的干扰价格，对于隔离用户而复用用户λ(0)表示初始干扰价格；3.2如果所有隔离用户所受到累积干扰都低于干扰指数阈值αth，即则迭代结束，否则继续；其中：k表示信道，表示从FAP l到FUE j在信道k上的信道增益；表示FAPl在信道k上的发射功率；表示femtocell i内的FUE j在信道k上受到的干扰之和；3.3在给定的λ(n)下，按照以下步骤采用迭代功率注水算法计算最优功率响应P*(λ(n))所述的λ(n)表示第n轮更新后的价格，n＝1、2、…+∞，所述的P＝[p1,p2,...,pN]为网络功率矩阵，表示FAP i的发射功率，其中表示FAP i在信道k上的发射功率：3.3.1功率初始化：所有FAP将其发射功率平均分配到其获得的信道上；3.3.2如果功率P(λ(n))满足下述公式，那么就是最优功率响应P*(λ(n))，则停止迭代注水，转入步骤3.4，否则继续；3.3.3其中表示向量x在集合上的欧几里得投影；表示效用函数U对pk的偏导，B表示单个信道带宽；表示从FAP i到FUE j在信道k上的信道增益；表示从FAP l到FUE j在信道k上的信道增益；表示FAP l在信道k上的发射功率；表示的是FAPi在信道k上对其他femtocell中隔离用户造成干扰的效用惩罚之和，λmk表示FUE m在信道k上的效用干扰惩罚价格，M表示所有FUE的集合，Mi表示femtocell i内的FUE，表示的就是femtocell i之外的FUE的集合；表示从FAP i到FUE m在信道k上的信道增益；表示femtocell i中FUE j在信道k上受到的噪声功率；3.3.4在时间T内，每个FAP根据给定的价格λ(n)以及所受到的实际干扰和噪声进行迭代注水其中η是拉格朗日乘子；pi*(λ(n))=[p1i*(λ(n)),...,pKi*(λ(n))]TP*(λ(n))=[p1*(λ(n)),p2*(λ(n)),...,pN*(λ(n))],]]>返回步骤3.3.2；3.4每个隔离用户根据干扰阈值与实际干扰之间的差值对价格进行负反馈调整：λjki(n+1)=[λjki(n)-λjki(n)(Ijki-Σl∈N,l≠ihjklpkl*(λ(n))Ijki)]+]]>其中表示femtocell i中FUE j在信道k上需要达到的干扰阈值，按照计算；返回步骤3.2。