[发明专利]一种跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法

说明书

本发明公开了一种跨运营商超密集无线网络频谱效率优化方法。针对无线网络中运营商内部和运营商之间所存在不同程度的下行干扰问题，本发明提出以下方法：运营商之间采用Bargaining合作博弈模型，以及凸优化的方法分布式控制各自的功率,抑制运营商间网络的干扰上限，从而提高运营商的吞吐率，增加其频谱效率。本发明中，不同运营商分别通过功率控制抑制相应的干扰，使得网络频谱效率得到提高。另外，Bargaining定理公平性原则可确保运营商间频谱效率的公平性。

技术领域

本发明涉及无线通信网络领域，尤其涉及一种运营商间的频谱效率优化方法。

背景技术

随着无线通信的不断发展，现有的智能终端数量不断增加，数据业务类型由以前的语音为主(2G，3G通信)，转为数据流量为主(4G通信)，未来的物联网应用(5G)必然会产生更多的数据流量需求。思科公司在2015年2月3日发布的白皮书中给出了移动数据流量的预测：2014年每月的全球流量为2.5EB，2015年为4.2EB，2016年为6.8EB，2017年为10.7EB,2018年为16.2EB，2019年为24.3EB，数据流量增加近6倍。

为了满足快速的数据增长需求，早在2012年7月ITU的IMT愿景项目组提出了5G的概念，现已给出5G标准化和商业化的计划。相应的5G网络的技术需求标准：网络容量增长1000倍、用户峰值数据率：10-100倍、移动链接密度增长10-100倍，可靠性：给定电池的可持续使用率增长10倍。在现有的实现技术中，主要有超密集无线网络、大规模MIMO、HetNet(LTE+WiFi)、LAA(非授权频谱使用)等。而超密集无线网络(UDN:Ultra Denser Network)在扩大网络室内覆盖率、提高网络容量、对热点区域的业务量分流都有很强的技术优势。在未来众多的5G技术中，频谱资源在低频、中频、高频都不同程度地被使用。

随着无线网络的业务需求量不断增加，频谱带宽的需求随之增加。但频谱资源的供给是有限的，而目前的频谱都是被频谱监管机构授权给某个运营商运行独自使用自己的授权频谱。这样就可能出现在相同区域中业务量高的运营商频谱资源不够用，而业务量小的运营商频谱资源剩余的现象。如何高效使用目前的现有频谱效率已成为无线网络的一个重要的问题。

同时，在传统的频谱资源管理中，频谱资源管理机构通常根据一定的规则，拍卖或者授权给某个运营商单独使用。随着无线业务的种类越来越丰富，对频谱的需求量也随着增大，但频谱是不可再生资源，其供给量是有限的，这使得频谱资源的稀缺性越来越严重。与此同时，由于无线通信业务在时间、空间、频率上的波动很大，比如有些频段在一段时间负载较重，而有些频段则显得较空闲，导致整体网络的频谱利用率不高。

针对上述频谱利用率不高的问题，1999年瑞典皇家理工学院的Joseph Mitola和GeraldQ.Maguire教授提出认知无线网络(CRN：Cognitive Radio Network)。它将频谱共享分为频谱填充和频谱重叠两种方式。认知无线网络可以有限地提高频谱的利用效率，但次用户必须保证主用户的服务质量不受影响的前提下使用频谱，容易使得次用户接入的频谱不够稳定，自己的服务质量不能得到有效保障。另早在2004年,T.A.Weiss学者就提出不同运营商相互合作来共同利用彼此的频谱，提高整个网络频谱使用率。跨运营商的同优先级频谱共享的基本思想如下：不同的运营商拥有相同的频谱使用等级基础上，共享部分频谱。不同的运营商根据各自的业务需求申请不同的共享频谱，它们之间可以适当进行少量的非敏感信息交互，最终通过频谱共享的方式使得整个频谱的使用效率得到提高。二者都可以提升频谱使用效率，增大网络容量和提高终端用户的数据率。与主从频谱共享方案相比，同优先级频谱共享方案的频谱分配显得更加灵活、高效。近来，Co-primary主要从频谱分配的角度来研究超密集无线网络的频谱效率问题，而从功率优化的角度对局部区域的同优先级谱共享的研究相对较少。

发明内容