[发明专利]一种认知Femtocell网络混合频谱接入方法

摘要

本发明公开了一种认知Femtocell网络混合频谱接入方法，建立了基于不完美频谱感知的认知Femtocell网络联合子信道与功率分配算法，所述算法在满足认知家庭用户的服务质量QoS、保证宏用户的通信质量不受影响的前提下，联合子信道与功率分配，最大化认知Femtocell系统容量；提出一种认知Femtocell系统混合频谱接入资源分配方法，给出了认知Femtocell系统下行链路认知Femtocell基站划分为内部Femtocell基站与外部Femtocell基站的划分策略，内部Femtocell基站采用Overlay模式，外部Femtocell基站选择Underlay模式，可以使得认知Femtocell系统中认知FUs获得较高系统容量；本发明中混合频谱接入方案较Overlay模式、Underlay模式可以获得更好系统容量，改善系统频谱利用。

主权项

一种认知Femtocell网络混合频谱接入方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立基于不完美频谱感知的联合子信道与功率分配算法，具体为：步骤1.1：构建认知Femtocell网络系统模型所述认知Femtocell网络系统模型为：一个主Macrocell给M个MUs传输信号，F个认知Femtocell基站，每个认知Femtocell基站给H个认知FUs提供服务；其中认知Femtocell基站随机部署在主Macrocell基站覆盖范围内，认知Femtocell基站接入方式为封闭式接入，认知FUs使用Overlay模式接入主MUs的空闲频段；OFDMA系统总带宽为B，分成Ntotal个正交子信道，每个子信道带宽为Δf＝B/Ntotal，每个子信道衰落模型为瑞利平坦衰落；步骤1.2：分析认知Femtocell网络系统干扰上行链路中认知Femtocell基站系统因为不完美频谱感知造成的共信道干扰以及带外发射对主Macrocell基站造成的跨层干扰表示为：Ii,v,sFM=pi,v,s(Σn∈N0p1,sIi,v,sn+Σn∈N1p2,sIi,v,sn)=pi,v,sG~i,v,sFM]]>其中表示认知Femtocell基站i中的认知FUs v在子信道s中的链路增益，N0和N1分别表示认知FAP判定的空闲子信道集和非空闲子信道集；步骤1.3：建立资源分配优化问题数学模型资源分配的目标是在满足认知FUs的QoS，保护MUs的正常工作前提下，联合子信道与功率分配，最大化上行链路认知FUs的总容量，即：max{ϵi,v,s,pi,v,s}Σi=1FΣv=1HΣs=1NCi,v,sF=max{ϵi,v,s,pi,v,s}Σi=1FΣv=1HΣs=1Nϵi,v,sRi,v,s]]>s.t.C1:Σs=1Nϵi,v,sRi,v,s≥ri,v,∀i,v]]>C2:Σs=1Nϵi,v,spi,v,s≤pmax,∀i,v]]>C3:pi,v,s≥0,∀i,v,s]]>C4:ϵi,v,s∈{0,1},∀i,v,s]]>C5:Σv=1Hϵi,v,s≤1,∀i,s]]>C6:Σi=1FΣv=1Hpi,v,sG~i,v,sFM≤Ith,sFM,∀s]]>其中，约束条件C1的作用是保证认知Femtocell基站i中的认知FUs v的QoS需求，即满足最小传输速率ri,v；C2的作用是限制每一个认知家庭用户的发射功率不高于pmax；约束条件C4和C5的作用是保证每一个子信道最多被认知Femtocell网络中的一个认知家庭用户占用；约束条件C6给出主Macrocell基站网络中每个子信道跨层干扰温度限制保护MUs的通信质量；步骤1.4：建立联合子信道与功率分配算法，具体为：S1：认知家庭基站集：F＝{1,2,...,F}，每个家庭基站中的认知用户集：v＝1,2,...,H；S2：初始化基站网络中每个子信道跨层干扰温度限制和拉格朗日乘子α,β和δ，设置更新标识l＝0；S3：给每一条子信道分配相同功率，设置子信道分配系数εi,v,s＝0；S4：针对每一个更新标示l，进行如下计算：S5：首先针对认知家庭基站i，计算Ii,v,s，S6：针对每一个家庭基站F，F初始值等于1，计算：S7：子信道集：S＝{1,2,...,N}；S8：子信道分配数量；S9：根据式计算并找出v*＝argmaxΔi,v,s，s∈S；S10：功率分配数值；S11：针对子信道集中的每一个s，s初始值等于1，计算：S12：a、FUs根据式更新S13：b、认知家庭基站i基于子梯度法更新α和β；S14：c、认知家庭基站i更新Δi,v,s；S15：更新s，即s增加1，回到第S11重新计算，直到s大于N，结束第S11的循环；S16：更新家庭基站F，即F增加1，回到S6重新计算，直到F大于F，结束S6的循环；S17：主宏基站基于子梯度法更新δ，并将更新后的值回传给认知家庭基站，迭代更新标识l＝l+1；回到S4重新计算；S18：当更新迭代标识l＝lmax或者算法得到了收敛，则结束S4的循环，退出程序；步骤2：认知Femtocell网络混合频谱接入方案，具体为：步骤2.1：混合频谱接入认知Femtocell网络系统模型所述认知Femtocell网络系统模型中，所有的MUs和认知FUs都使用同一运营商提供的频谱资源，FAP基于IP通过Femtocell网关FGW连接核心网，一个主Macrocell基站给M个MUs传输信号，F个认知Femtocell基站，每个认知Femtocell基站给H个认知FUs提供服务；其中认知Femtocell基站随机部署在主Macrocell基站覆盖范围内，认知Femtocell基站接入方式为封闭式接入，OFDMA系统总带宽为B，分成Ntotal个正交子信道，每个子信道带宽为Δf＝B/Ntotal，每个子信道衰落模型为瑞利平坦衰落；步骤2.2：混合频谱接入模式的选择标准在混合频谱分配中，系统授权频谱资源为BωHz，外部认知Femtocell基站使用BωHz的频谱资源，而内部认知Femtocell基站与Macrocell基站分别使用BFHz、BMHz的频谱资源，BF+BM＝Bω；步骤2.3：认知Femtocell网络下行链路混合频谱分配当时，认知Femtocell基站选择Overlay分配模式获得更好地系统容量；当时，认知Femtocell基站选择Underlay频谱分配模式获得更好地系统容量，d是认知Femtocell基站与Macrocell基站之间的距离，是将认知Femtocell基站划分成内部认知Femtocell基站和外部认知Femtocell基站的距离阈值。