[发明专利]一种基于双效用的家庭基站和宏基站异构双层网络功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，特别的，本发明是用于提供一种在家庭基站和宏基站异构双层网络部署场景下，家庭基站和宏基站分别以不同的目标进行功率分配的功率控制机制，可用于下一代长期演进（LTE）移动通信系统中。 

背景技术

下一代移动通信系统网络将工作在2GHz频段，其无线信号穿墙损耗加剧，室内产生更多的盲区，同时，由于发生在室内的数据流量不断增加，室内覆盖问题成为下一代移动通信网络部署中不可忽视的问题。 

家庭基站是一种用户部署的、即插即用的小功率微型基站设备，主要用来为室内用户和热点区域的用户提供更优质的信号覆盖以及更大网络容量，是解决室内覆盖问题以及为热点区域移动通信网络分流的重要手段，具有非常广阔的应用前景，可以预见家庭基站和宏基站异构双层网络将成为下一代移动通信网络典型的部署场景。 

随着全球变暖趋势的不断加剧，节能减排日益引起社会的高度重视，ICT产业每年排放的CO₂占到了全球2%，并且消耗了全球0.5%的电能，其中相当一部分能量消耗在基站侧，为了节能减排以及减少运营商运营开支，提升基站的能量效率已成为整个移动通信领域关注的热点问题之一。 

在LTE-Advanced第四代移动通信网络中，家庭基站和宏基站异构双层网络的家庭基站和宏基站的功能不同、设备的能力差异巨大，因此二者所承担的责任也不同，这是无线资源管理机制的设计上必须要考虑的问题。对于家庭基站来说，由于移动互联网的迅猛发展，移动数据流量呈现爆发式增长，同时，由于70%以上的数据业务发生在室内，因此，家庭基站的主要功能是为室内环境提 供高速无线接入、为移动通信网络的热点区域分流。而由于家庭基站本身低功耗以及由用户部署和管理的特征，其节能的需要并不迫切。对于宏基站来说，为用户提供有QoS保障的广域覆盖仍将是其主要的职责，同时由于其巨大能耗给环境以及运营商带来的巨大负担，因此，提高宏基站的能效要比家庭基站更为重要。 

目前研究家庭基站和宏基站异构双层网络的文献有很多，但是大多针对最大化网络容量或者优化网络的能量效率单一目标进行研究，针对异构网络中两种基站不同的特点，进行双效用优化的研究相对缺乏。本发明专利将宏基站的优化目标设为最大化能效，而将家庭基站的优化目标设为最大化小区容量，通过实时功率分配的方式来优化家庭基站和宏基站二者的效用，提高网络整体的性能。 

发明内容

本发明旨在针对家庭基站和宏基站异构部署的双层网络情景下，如何有效提高家庭基站网络的容量，以及保证宏基站用户QoS的同时提升宏基站的能量效率问题，采用stackelberg博弈模型建模，提出了一种较为有效的家庭基站和宏基站下行链路功率分配机制。 

本发明主要采用以下技术方法解决上述技术问题。 

在基于双效用的家庭基站和宏基站异构双层网络功率分配方法中，所述家庭基站系统包括多个家庭基站，部署在某一个宏基站覆盖的宏小区内，每个家庭基站通过ADSL、有线电缆、光缆等有线宽带方式接入运营商的网络，并可以与宏基站进行信息交互，家庭基站可采集本基站网络中的信息，并实时传递给宏基站。 

如图1所示，考虑在一个宏小区内，随机分布有K个家庭基站，宏基站和 家庭基站共用频谱资源，因此，在每个子信道上，家庭基站和宏基站会相互产生干扰。 

本发明分别考虑家庭基站和宏基站二者的性能，相应的设定了不同的效用函数。同时建立了stackelberg博弈模型，宏基站作为博弈的领导者，而各基站作为博弈的跟随者，宏基站可以对跟随者即家庭基站的策略选择作出预测，并基于预测首先作出最佳的功率分配，而家庭基站没有预测能力，只能在宏基站作出决策后再进行策略选择。宏基站和家庭基站不断进行策略更新，在一定次数的迭代之后，家庭基站和宏基站可以达到平衡状态，即stackelberg均衡。 

对于家庭基站k来说，其优化目标函数可以表示为