[发明专利]基于动态分簇的超密集网络无线资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于动态分簇的超密集网络无线资源分配方法，包括：基站动态分簇过程，对网络中随机分布的基站进行动态分簇，通过改进型K均值聚类方法进行网络中大量基站的分簇，为不同模式用户的簇内资源块分配提供有效分配空间；资源块分配过程，根据步骤一中的分簇结果，对中心用户的单基站资源分配和边缘用户的簇内CoMP资源分配进行联合处理，通过所提出的基于比例公平的资源块分配方法，在用户所在簇内，将基站的信道状态较优的资源块优先进行分配，同时减轻所受到的干扰并保证不同模式用户间的比例公平性，得到最优的资源块分配结果。本发明方法可以有效地提高系统用户的和速率，达到整体网络资源优化的最终目标。

技术领域

本发明涉及一种基于动态分簇的超密集网络无线资源分配方法，属于无线通信系统中基站分簇和资源分配领域。

背景技术

随着用户的数量和带宽需求的指数型增长，移动蜂窝网络面临着巨大的挑战。为了提高整体网络容量并满足爆炸式数据流量需求，一种可行的方法是提高网络接入点的密度，即在宏站覆盖区域内部署密集小站。随着网络节点密度的逐渐增加，最终会形成超密集网络(Ultra Dense Network，UDN)。超密集网络将打破传统蜂窝网络的固有格局，将大量数据流量从宏蜂窝分流到微蜂窝，能更有效实现整体覆盖区域无线资源的优化分配。与此同时，这类网络也会导致微蜂窝小区间强烈的信号干扰，并且严重影响小区边缘用户的性能。为了解决这一系列问题，协作多点发送和接收(Coordinated Multi Point Transmissionand Reception，CoMP)能转化干扰信号为有用信号来缓解小区间干扰(Inter-CellInterference，ICI)。考虑到用户吞吐量的最大化，网络同时采用非重叠分簇方式。但是现有的分簇方法均局限于最大化单个用户的性能，而忽视了由CoMP传输造成的小区内和小区间的无线资源分配的限制条件。

现有的关于动态分簇的接入方案并不能适应超密集网络的环境。例如，一种基于资源感知的接入策略，是通过每个用户的资源效用来选择小区；另一种分布式接入策略，通过全网络效用最大化来达到负载均衡；提出改进接入策略，考虑负载和微基站的特殊约束来辅助接入选择。然而以上研究主要侧重于单小区选择和资源分配的最优化，没有在最初的小区选择阶段考虑到小区间CoMP传输的性能。另一方面，无线资源分配研究领域中，一种动态频谱分配方法(Flexible Frequency Allocation Plan，FFAP)由于子信道的分配是依据互不相同的簇，而仅适用于非重叠分簇情况；通过贪婪搜索迭代算法来优化多小区子信道分配的问题中，算法复杂度会随着节点和用户数目增加而急剧增长。这些方法都不能用来衡量UDN场景中的资源分配性能。本方法通过对小区间干扰的协调，结合接入节点选择和小区内资源分配两个过程，对UDN场景下的无线网络的性能进行联合优化。由于场景中资源调度的条件约束，必须采用分步式联合接入分配方法。对于基站接入过程，需要着重考虑CoMP方式的约束条件，例如同一簇中各小区的差异化负载情况。对于资源分配过程，可以使用无线网络虚拟化概念，将空口链路的物理资源看作时间-频率的二维网格，即形成一块资源池。无线资源被分割成资源块，每个资源块在频域上有12个子载波，在时域上有7个OFDMA符号。每个资源块代表着不同的频点和时隙，在干扰、时延、功率等属性上均不相同。用户接入到无线网络中，用一定的资源块来进行数据传输，获得资源块越多，就可能获得更大的带宽和时隙，传输速率和时长就会越高，服务的质量也会越好。在资源分配过程中，将着重考虑小区间干扰的问题。本发明给出一种适用于密集网络的迭代算法，通过缓解小区间干扰来获得更大的信干噪比和整体系统吞吐量。

近年来超密集网络资源分配成为无线网络研究的重点和难点。有研究表明，超密集无线网络中资源分配需要重点考虑网络中的干扰问题，现有方法大多都是采取网络的资源分区或传输功率控制、移动台的干扰抑制等方式。但是这些方法没有考虑到从资源块角度进行分配，且并没有考虑把无线信道的特征和边缘用户的性能，因此需要结合所有资源分配的约束条件实现高效的资源分配，进一步提升网络的性能。

发明内容