基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法
【专利摘要】本发明提出一种基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法，本发明针对密集部署的毫微微蜂窝网络的特点，提出扩散式网络结构并对传统的LMS算法进行改进，通过控制用户发射功率来实现用户上行链路的公平性，同时在一定的功率约束条件下，提出功率上限的保护机制，进而优化以公平性为目的的上行功率控制方法。
【专利说明】基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，涉及一种用于密集部署的毫微微蜂窝网络的功率控制方法，该功率控制方法是基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法。
【背景技术】
[0002]随着无线通信技术的飞速发展，无线用户的数量急剧增多，业务需求也急剧增加。经研究表明超过50 %的语音通话和超过70 %的数据通信都是发生在室内的，因此，为了解决室内覆盖问题以提高室内用户的服务质量，毫微微蜂窝(femt0Cell，FC)应运而生。毫微微蜂窝是一种低功率、低造价的蜂窝网络接入点，一般部署在小型办公室内和热点地区作为宏基站网络覆盖的补充，通过DSL(Data Subscriber Line)、宽带电缆、光纤等，将标准用户无线设备连接到移动通信运营商的核心网或者因特网，从而为移动用户提供高速的数据通信或高质量的语音通信服务。毫微微蜂窝的部署不仅使室内用户享受到高质量的无线服务，极大地提高了整体网络的吞吐量，而且能够降低宏基站的负载，使宏基站中的用户得到更好的服务。
[0003]虽然毫微微蜂窝的部署能够为用户带来许多的好处，但同时也面临诸多的难题，毫微微蜂窝的上行干扰控制就是其中最重要的一环。上行干扰产生的主要原因有:1)femtocell由用户随机部署，会对其他用户产生干扰，并且这些干扰是不可提前预知的。2)在密集部署的毫微微蜂窝网络中，各个femtocell接入点离得比较近，并且两个相邻femtocell用户工作在相同的上行频带，彼此之间也会产生上行干扰。在密集部署的毫微微蜂窝网络中，上行干扰会带来不同用户性能的不公平，造成整体网络的不公平。经研究通过上行功率控制能够有效抑制毫微微蜂窝小区间干扰，可以明显改善系统的性能，提高整体网络的公平性。因此，通常采用上行功率控制方法来解决密集部署的毫微微蜂窝网络中毫微微蜂窝之间的上行干扰问题，以提高系统的整体性能。
[0004]LTE系统中，上行功率控制分为小区内功率控制和小区间功率控制。由于LTE上行链路米用 SC-FCMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access,单载波频分多址)技术，各子信道间理论上是严格正交的，不存在小区内干扰的问题。因此LTE小区内上行链路功率控制是在保证本小区用户性能的基本前提下降低对邻近小区的干扰以实现公平性的目的。在信道质量好的链路中降低用户的发射功率，而在信道质量差的链路中增大用户的发射功率是上行功率控制的基本原理。上行功率控制在无线通信系统的资源管理中有重要地位，一个优化的功率控制算法可以极大提高系统容量，满足用户的性能需求。在频谱共享的毫微微蜂窝网络中，通过上行功率控制方法来解决小区间干扰问题以达到公平性的目的。
[0005]由于femtocell的自发性，设计高效的功率控制方案是非常具有挑战性的。因此，femtocell中的功率控制最近一直是国内外很多文章的焦点。国内外的一些文章使用了博弈论来设计功率控制方案，提出了不同的效用函数在最大化整体网络的效用和最小化功率的消耗之间取得一个平衡，其中的一些博弈是基于Foschin1-Miljanic(FM)提出的著名的分布式功率的更新公式。iQ D.Ngo, L.Le, T.Le-Ngoc, E.Hossain, and D.Kim在IEEE Transactions on Wireless Communications, 2012 ((Distributed interferencemanagement in two-tier cdma femtocell networks))一文中提出了一种联合的功率和接纳控制算法来保证宏基站用户服务质量QoS (Quality of service)的需求，同时,只让毫微微蜂窝用户来利用剩余的网络容量。其他的一些文章把功率控制作为一个优化问题，使用不同的解决方法。Chandrasekhar eta 等在 IEEE Global TelecommunicationsConference (GLOBECOM), 2009 ((Distributed power control in femtocell-under I aycellular networks)) 一文中提出了一种在femtocells中的分布式的基于效用的SINR自适应功率控制，每个femtocell中用户单独最大化效用函数，联合宏基站用户和毫微微蜂窝用户，以提高系统的容量，虽然作者使用的方案是分布式的，但其假设是在毫微微蜂窝与其所在的宏基站之间存在着合作与通信的可能性。N.Chakchouk and B.Hamdaoui在 IEEE Global Communications Conference(GLOBECOM),2011 《Estimation-basednon-cooperative power allocation in two-tier femtocell networks》一文中提出了一种分布式非合作预测性的功率控制方案，它的目的是通过传输功率与周围干扰的适应来最大化毫微微蜂窝用户的吞吐量，同时考虑到了公平性。国内外的文章一般致力于解决小区之间的干扰问题，很少考虑到密集部署的毫微微蜂窝网络中毫微微蜂窝之间上行链路的公平性问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法，可以优化用户上行链路的公平性。
[0007]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
[0008]在密集部署的多个毫微微蜂窝形成的扩散式的网络结构中，第i个毫微微蜂窝获取当前时刻第i个毫微微蜂窝中正在通信的用户的性能以及对第i个毫微微蜂窝产生直接干扰的相邻毫微微蜂窝中正在通信的用户的平均性能，然后通过更新所述扩散式的网络结构中各个毫微微蜂窝中正在通信的用户的发射功率，使得下一时刻所述第i个毫微微蜂窝中正在通信的用户的性能与所述对第i个毫微微蜂窝产生直接干扰的相邻毫微微蜂窝中正在通信的用户的平均性能更接近，从而在所述扩散式的网络结构中实现用户上行链路的公平性。
[0009]所述扩散式的网络结构包括多个毫微微蜂窝，相邻的毫微微蜂窝部分交叉覆盖，每个毫微微蜂窝只与相邻毫微微蜂窝交互信息，并各自独立控制用户的发射功率，每个毫微微蜂窝包括一个中心的接入点和多个用户，每个毫微微蜂窝中多个用户通信安排在相互正交的子频带中。
[0010]所述上行功率控制方法具体包括以下步骤:
[0011]步骤Al:确定对第i个毫微微蜂窝产生直接干扰的相邻毫微微蜂窝集合Nicf ; I=1，2，3，…，N, N为毫微微蜂窝的个数；
[0012]步骤A2:确定代价函数，代价函数为第i个毫微微蜂窝中正在通信的用户的性能与集合中所有毫微微蜂窝中正在通信的用户的平均性能的差值的平方；[0013]步骤A3:通过代价函数的步长自适应更新第i个毫微微蜂窝中正在通信的用户的发射功率。
[0014]所述步骤Al具体包括以下步骤:将第i个毫微微蜂窝的相邻毫微微蜂窝对第i个毫微微蜂窝的干扰强度与给定阈值比较，将干扰强度大于给定阈值的所述相邻毫微微蜂窝视为对第i个毫微微蜂窝产生直接干扰的相邻毫微微蜂窝。
[0015]所述代价函数表示为:
【权利要求】
1.一种基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法，其特征在于:包括以下步骤: 在密集部署的多个毫微微蜂窝形成的扩散式的网络结构中，第i个毫微微蜂窝获取当前时刻正在通信的用户的性能以及对第i个毫微微蜂窝产生直接干扰的相邻毫微微蜂窝中正在通信的用户的平均性能，然后通过更新所述扩散式的网络结构中各个毫微微蜂窝中正在通信的用户的发射功率，使得下一时刻所述第i个毫微微蜂窝中正在通信的用户的性能与所述对第i个毫微微蜂窝产生直接干扰的相邻毫微微蜂窝中正在通信的用户的平均性能更接近，从而在所述扩散式的网络结构中实现用户上行链路的公平性。
2.根据权利要求1所述一种基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法，其特征在于:所述扩散式的网络结构包括多个晕微微蜂窝，相邻的晕微微蜂窝部分交叉覆盖，每个晕微微蜂窝只与相邻毫微微蜂窝交互信息，并各自独立控制用户的发射功率，每个毫微微蜂窝包括一个中心的接入点和多个用户，每个毫微微蜂窝中多个用户通信安排在相互正交的子频带中。
3.根据权利要求1所述一种基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法，其特征在于:所述上行功率控制方法具体包括以下步骤: 步骤Al:确定对第i个毫微微蜂窝产生直接干扰的相邻毫微微蜂窝集合; i =1，2，3，…，N, N为毫微微蜂窝的个数； 步骤A2:确定代价函数，代价函数为第i个毫微微蜂窝中正在通信的用户的性能与集 中所有毫微微蜂窝中正在通信的用户的平均性能的差值的平方； 步骤A3:通过代价函数的步长自适应更新第i个毫微微蜂窝中正在通信的用户的发射功率。
4.根据权利要求3所述一种基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法，其特征在于:所述步骤Al具体包括以下步骤:将第i个毫微微蜂窝的相邻毫微微蜂窝对第i个毫微微蜂窝的干扰强度与给定阈值比较，将干扰强度大于给定阈值的所述相邻毫微微蜂窝视为对第i个毫微微蜂窝产生直接干扰的相邻毫微微蜂窝。
5.根据权利要求3所述一种基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法，其特征在于:所述代价函数表示为:
6.根据权利要求5所述一种基于公平性的扩散式自适应上行功率控制方法，其特征在于:用户的发射功率按以下公式进行更新:
【文档编号】H04W52/14GK103945514SQ201410164276
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】曲桦, 赵季红, 张丽芳, 栾智荣 申请人:西安交通大学