CN103906218B - 异构网络融合系统中的业务资源控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种异构网络融合系统中业务资源的控制方法，该方法的具体步骤包括：FBS首先根据用户业务类型进行固定QoS约束业务用户和可变QoS约束业务用户的划分，并记录每个用户自身QoS需求；FBS然后根据不同类型用户集的划分和不同业务用户QoS约束值进行功率分配，在分别保证Femtocell固定业务用户和可变业务用户QoS的基础上，以最大化Femtocell可变业务用户的纳什讨价还价解为目标对FBS进行资源公平分配优化，最后采用最优化理论对所述的优化问题进行求解，得到FBS的功率分配优化向量。

Description

异构网络融合系统中的业务资源控制方法

技术领域

本发明涉及无线通信的技术领域，尤其涉及一种异构网络融合系统中业务资源公平控制方法。

背景技术

在异构网络融合场景下的关键技术研究中，如何低成本、高效率地实现大吞吐量的无线通信是其重点之一，而利用无线资源共享与分配技术能够对有限的网络资源进行合理优化。

在异构网络场景中，大量毫微微蜂窝（Femtocell）部署宏蜂窝（Macrocell）小区内，因此它们同宏蜂窝构成了异构的网络架构。由于无线频谱资源的相对匮乏，Femtocell与宏蜂窝同频段的频谱资源架构越来越得到人们的认可。但是，随之而来的Macrocell与Femtocell间的跨层同频干扰问题也成为研究的热门方向。

当FBS安置在靠近宏蜂窝基站（MBS,Macrocell Base Station）时，在上行链路中Femtocell用户（FUE,Femtocell User）对MBS以及下行链路中MBS对FUE的跨层同频干扰将会变得异常大，从而会导致接收信号的信噪比大幅度降低，影响了用户的服务质量（QoS，Quality of Service）；同理，当FBS（FBS,Femtocell Base Station）安置在远离MBS（靠近宏蜂窝小区边缘）时，在上行链路中宏蜂窝用户（MUE,Macrocell User）对FBS以及下行链路中FBS对MUE的跨层同频干扰也会造成用户QoS的降低，从而导致用户体验变的非常的差。

随着用户对多类业务的不同需求，针对不同业务场景下的资源分配方案越来越被人重视。Femtocell网络处于异构网络融合场景中，且多类业务可同时出现在该网络中。对不同业务采用相同的资源分配方案不能够根据业务的特点以及用户需求进行动态自适应的资源分配，从而造成了Femtocell网络的资源浪费。

现有的异构网络功率控制方法大部分是基于异构网络基站集中式或者分布式功率控制方法，对Femtocell网络基站进行功率分配优化，以期解决由于不同网络架构下最大化网络资源利用率的问题。而随着技术的发展，研究的重点逐渐转向如何利用有限的频谱资源，尽可能地保证各类业务用户的QoS。因此需要提出一类新的异构网络融合下行基站资源公平控制方法，在跨层干扰受限和总功率受限的条件下动态分配功率资源，满足Femtocell固定业务用户QoS和可变业务用户QoS前提下，以最大化可变业务用户的纳什讨价还价解进行资源公平分配。

所述方法综合考虑各类业务用户的当前信道状态，以及固定业务用户和可变业务用户的QoS需求，在FBS的控制下对多类业务场景下的不同用户进行资源分配，采用纳什讨价还价解对可变业务用户的资源进行公平地分配，在保证Femtocell固定业务用户QoS和可变业务用户QoS的基础上，最大化可变业务用户的纳什讨价还价解。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提出一种异构网络融合下行基站资源公平控制方法，在跨层干扰受限和总功率受限的条件下动态分配功率资源，满足Femtocell固定业务用户QoS和可变业务用户QoS前提下，以最大化可变业务用户的纳什讨价还价解进行资源公平分配。

为达上述或其它目的，本发明提供了一种异构网络融合系统中业务资源的控制方法，包括如下步骤：

FBS搜集网络所有业务Qos，并将所述所有业务Qos划分为固定业务用户和可变业务用户，所述固定业务用户为所述FBS根据用户业务类型进行固定QoS约束的业务用户，所述可变业务用户为所述FBS根据可变QoS约束的业务用户，其中，功率分配方法为根据每个用户的QoS需求将所述固定业务用户的约束值和所述可变业务用户的最小需求约束值保存在功率分配模块；

所述FBS根据所述划分和所述固定业务用户的约束值和所述可变业务用户的最小需求约束值进行功率分配，在分别保证所述固定业务用户和所述可变业务用户的QoS的基础上，以最大化所述可变业务用户的纳什讨价还价解为目标对所述FBS进行资源公平分配优化。

优选地，所述的功率分配方法为将所述划分的业务按所述QoS需求进行划分，将所述固定业务用户的QoS值作为常量储存在所述功率分配模块中，将所述可变业务用户的QoS值作为变量储存在所述功率分配模块中，所述每个用户的QoS设一最小约束值，所述FBS对所述用户分配的功率所得的QoS应大于等于所述最小QoS约束值。

优选地，最大化所述可变业务用户的纳什讨价还价解为目标为根据所述可变业务用户当前信道状态信息公平分配所述FBS功率，且以所述固定业务用户QoS、所述可变业务用户QoS、所述FBS对Macrocell用户的下行跨层干扰以及所述FBS的功率限制为约束条件进行最优化功率的计算。

优选地，还包括初始化参数步骤，判断检测用户集和信道状态是否变化，如果是，则FBS搜集网络所有业务Qos，如果否，则继续重复所述初始化参数步骤。

优选地，在所述最大化所述可变业务用户的纳什讨价还价解后还包括列出原始优化问题，将优化问题等价转换成最优化问题，将所述最优化问题迭代求解，判断所述解是否满足收敛条件，如果是，则继续所述最优化问题迭代求解，如果否，则结束运行。

所述功率控制一方面可以动态地满足Femtocell固定业务用户和可变业务用户的QoS需求，另一方面可以最大限度公平地对可变业务用户分配FBS功率资源。

本发明利用网络中各类业务用户在FBS的实时调度机制，根据不同业务和不同用户自身信道状态信息进行功率分配。并且利用有限的功率资源，以最大化Femtocell可变业务用户的纳什讨价还价解为目标，并保证Femtocell固定业务用户和可变业务用户的QoS约束和对Macrocell用户的跨层干扰不超过设定的门限值，进行FBS功率公平分配。

附图说明

图1是本发明优选实施例的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的控制方法流程图。

具体实施方式

图1是本发明优选实施例结构示意图。如图1所示，异构网络融合系统是Femtocell和Macrocell网络融合，异构网络融合系统中下行毫微微蜂窝（Femtocell）网络具有多类业务资源，在FBS1附近的可变业务用户5和固定业务用户4共存于Femtocell网络中，FBS1安置在远离MBS2（靠近宏蜂窝小区边缘），在下行链路中MBS对Femtocell用户和FBS1对宏蜂窝用户3均存在跨层同频干扰。

图2是本发明优选实施例的控制方法流程图，如图2所示，异构网络融合下行Femtocell网络多类业务资源公平控制方法，该方法包括如下步骤：

初始化参数步骤，判断检测用户集和信道状态是否变化，如果是，则FBS搜集网络所有业务Qos，如果否，则继续重复所述初始化参数步骤；

FBS首先根据用户业务类型进行固定业务用户和可变业务用户的划分，并根据每个用户自身QoS需求将固定业务用户的约束值和可变业务用户的最小需求约束值保存在功率分配模块中，以便为后续的功率分配做准备；

FBS随后根据不同类型用户集的划分和不同业务用户QoS约束值进行资源分配，在分别保证Femtocell固定业务用户和可变业务用户QoS的基础上，以最大化Femtocell可变业务用户的纳什讨价还价值为目标对FBS进行资源公平分配优化；

所述的功率分配方法将不同类型业务按各自QoS要求进行划分。将固定业务用户的QoS值作为常量进行储存在功率分配模块中，FBS对该类用户分配的功率当且仅当能满足其QoS值即可。将可变业务用户的QoS值作为变量进行储存在功率分配模块中，每个用户的QoS拥有一个最小约束值，FBS对该类用户分配的功率所得QoS应大于等于该最小QoS约束值；

所述的功率控制方法，以可变业务用户QoS的纳什讨价还价解为目标函数，最大化该目标函数，即根据可变业务用户当前信道状态信息分配FBS功率，从而得到公平的QoS分配值。分别以固定业务用户QoS、可变业务用户QoS、FBS对宏蜂窝用户的下行跨层干扰以及FBS的功率限制为约束条件进行最优化功率的计算；

在所述最大化所述可变业务用户的纳什讨价还价解后还包括列出原始优化问题，将优化问题等价转换成最优化问题，将所述最优化问题迭代求解，判断所述解是否满足收敛条件，如果是，则继续所述最优化问题迭代求解，如果否，则结束运行。

在本发明中，所述功率控制一方面可以动态地满足Femtocell固定业务用户和可变业务用户的QoS需求，另一方面可以最大限度公平地对可变业务用户分配FBS资源，从而得到可变业务用户公平的QoS分配值。

在具体的实行中，需要综合考虑不同类型业务用户的当前信道状态，以及不同类型业务用户的QoS需求，在FBS1控制下对多类型业务用户进行功率分配。该方法对可变业务用户采用纳什讨价还价解进行公平功率分配，同时保证Femtocell固定业务户的QoS、可变业务用户的QoS、FBS对宏蜂窝用户的下行跨层干扰不超过门限值以及FBS的功率限制。

本发明用于基于异构网络中多类业务用户的FBS资源控制方法。所述的下行功率控制方法综合考虑不同类型业务用户的当前信道状态，以及不同类型业务用户的QoS需求，在FBS控制下对多类型业务用户进行资源分配。该方法对可变业务用户采用纳什讨价还价解进行公平资源分配，同时保证Femtocell固定业务户的QoS、可变业务用户的QoS、FBS对宏蜂窝用户的下行跨层干扰不超过门限值以及FBS的功率限制。

下面结合图1和图2对本发明技术方案作进一步的具体分析和描述。

在所述异构网络融合下行Femtocell网络多类业务资源公平控制方法中，FBS检测用户当前信道状态信息以及固定业务和可变业务用户集，若有变化则启动功率公平分配方法。

如图2所示，将Femtocell用户根据业务类型的不同划分为固定业务用户和可变业务用户两个集合，并搜集每个用户的QoS需求。然后将可变业务用户的纳什讨价还价解作为目标函数，以固定和可变用户的QoS、Femtocell对宏蜂窝用户的跨层干扰和FBS功率限制等为约束条件进行功率公平分配。

假设每个用户在单位时间内仅可使用一类业务，若用户所需分配的功率只需满足其QoS需求即可，则该用户的业务类型属于固定QoS业务，即被分为固定业务用户集中；若用户所需分配的QoS大于等于一个最小QoS需求值，则该用户的业务类型属于可变QoS业务，即被分为可变业务用户集中。

若Femtocell网络中的固定或可变用户集发生变化时，FBS启动资源分配优化方法。

记γ_k，min为Femtocell用户k（k为自然数）的最小QoS需求，在本发明中，若该用户为Femtocell固定业务用户，即k∈F，因此FBS分配给该用户的功率所得的接受信噪比γ_k应等于该用户最小QoS值，即γ_k＝δ_k，min；若该用户为Femtocell可变业务用户，即k∈V，因此FBS分配给该用户的功率所得的接受信噪比γ_k应大于等于该用户最小QoS值，即γ_k≥γ_k，min。记p_k为FBS分配给用户k的功率值，由于基站功率资源有限，因此FBS所分配的功率之和应小于等于其总功率，即Σ_k∈Up_k≤p_total。记为Femtocell对宏蜂窝用户的干扰门限值，本发明所涉及的异构融合网络中Femtocell对宏蜂窝用户的跨层干扰应小于等于门限值，即本发明采用纳什讨价还价理论对可变业务用户进行功率公平分配，即本发明优化目标函数为

图2所示为异构网络融合下行基站资源公平控制步骤，根据Femtocell用户集和信道状态的变化触发资源公平分配方法，在以所有固定业务用户QoS需求、所有可变业务用户QoS需求、基站总功率和跨层干扰等为约束条件的基础上，最大化Femtocell可变业务用户QoS的纳什讨价还价解，通过最优化算法得到基站的公平资源优化分配解。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (6)

1.一种异构网络融合系统中业务资源的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

FBS搜集网络所有业务Qos用户，并将所述所有业务Qos用户划分为固定业务用户和可变业务用户，所述固定业务用户为所述FBS根据用户业务类型进行固定QoS约束的业务用户，所述可变业务用户为所述FBS根据可变QoS约束的业务用户，其中，功率分配方法为根据每个用户的QoS需求将所述固定业务用户的约束值和所述可变业务用户的最小需求约束值保存在功率分配模块；

所述FBS根据所述划分和所述固定业务用户的约束值和所述可变业务用户的最小需求约束值进行功率分配，在分别保证所述固定业务用户和所述可变业务用户的QoS的基础上，以最大化所述可变业务用户的纳什讨价还价解为目标对所述FBS进行资源公平分配优化。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的功率分配方法为将所述划分的业务按所述QoS需求进行划分，将所述固定业务用户的QoS值作为常量储存在所述功率分配模块中，将所述可变业务用户的QoS值作为变量储存在所述功率分配模块中，所述每个用户的QoS设一最小约束值，所述FBS对所述用户分配的功率所得的QoS应大于等于所述最小QoS约束值。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：最大化所述可变业务用户的纳什讨价还价解为目标为根据所述可变业务用户当前信道状态信息公平分配所述FBS功率，且以所述固定业务用户QoS、所述可变业务用户QoS、所述FBS对Macrocell用户的下行跨层干扰以及所述FBS的功率限制为约束条件进行最优化功率的计算。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：还包括初始化参数步骤，判断检测用户集和信道状态是否变化，如果是，则FBS搜集网络所有业务Qos，如果否，则继续重复所述初始化参数步骤。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：在所述最大化所述可变业务用户的纳什讨价还价解后还包括列出原始优化问题，将优化问题等价转换成最优化问题，将所述最优化问题迭代求解，判断所述解是否满足收敛条件，如果是，则继续所述最优化问题迭代求解，如果否，则结束运行。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述纳什讨价还价解为目标的优化目标函数为Π_k∈V(γ_k-γ_k，min)，其中，γ_k为可变业务用户根据功率分配获得的QoS值，γ_k，min为可变业务用户k(k为自然数)的最小QoS需求。