[发明专利]超密集异构网络中基于用户连接与干扰管理联合优化的负载均衡方法

摘要

本发明公开了一种超密集异构网络中基于用户连接和干扰管理联合优化的负载均衡方法，包括最优化模型建立，以最大化超密集异构网络中所有用户对数速率总和为目标建立用户连接和ABS比率联合优化的负载均衡模型，用户连接方法，在固定ABS比率下，用一个离散的对偶分解方法求解最优的用户连接，ABS比率计算方法，在固定用户连接情况下，求解最优ABS比率的计算表达式，获得最终结果，用迭代求解用户连接和ABS比率的方法获得全局的次优解。采用本发明中的方法，能够提高超密集异构网络中负载的均衡性和用户速率的公平性，同时提升超密集异构网络资源的利用率。

主权项

1.一种超密集异构网络中基于用户连接与干扰管理联合优化的负载均衡方法，所述方法对用户连接和几乎空白子帧ABS比例进行联合优化，从而实现负载均衡；具体地，将原联合优化问题分解成用户连接和ABS比率计算两个子问题，用一个离散的对偶分解方法求解固定ABS比率情况下的最优用户连接，给出了给定用户连接情况下最优ABS比率的表达式，然后根据求得的最优ABS比率计算用户连接，根据新获得的用户连接计算ABS比率，对两个子问题进行迭代求解直到收敛获得原问题的次优解，所述方法以最大化超密集异构网络中所有用户的对数速率总和为目标建立用户连接和ABS比例联合优化的负载均衡模型：假设在超密集异构网络中，所有的大站都采用同步的ABS比率0≤α≤1，每个大站占有1‑α的时间资源，小站既可以工作在ABS期间，也可以工作在非ABS期间，所以将每个小站看成两个逻辑基站，一个ABS小站，占有α的时间资源；一个非ABS小站，占有1‑α的时间资源，用户可以选择连接到大站，ABS小站或者非ABS小站；所有的大站用集合M表示，大小为Nm，所有的ABS小站由集合PABS表示，大小为Np，所有的非ABS小站由集合PnABS表示，大小为Np，所有的用户由集合U表示，大小为Nu；用户i从大站或非ABS小站j接收的SINR值：用户i从ABS小站j接收的SINR值：其中，Pj定义为标号为j的基站的发射功率，hij表示的是从基站j到用户i的信道增益，包含路径损耗，阴影衰落和天线增益，σ2表示噪声功率；用户i从基站j得到的信道容量cij由下式计算得到：cij＝W log(1+SINRij)   [3]其中W表示基站的带宽，通常可认为所有的基站使用相同的带宽；所述的联合优化问题如下式所示：约束条件:0≤α≤1   [4f]其中，xij是一个二进制变量，当用户i连接到基站j上的时候，xij＝1，否则为0，kj定义为第j个基站上连接的用户数，X表示所有xij的集合，K表示所有kj的集合，α表示ABS比率；约束条件[4b]用以限制每个用户只连接到一个基站上，约束条件[4d]用以确保所有的用户都得到连接；Rij(α,kj)表示用户i从基站j获得的速率，它由下式计算：将最优化变量分成两块{X,K}和{α}，分别对应于两个子问题，即用户连接和ABS比率计算，迭代求解两个子问题直至收敛；每一次迭代中，固定某块中的变量的取值，对另一块中的变量进行最优化，也就是固定ABS比率最优化用户连接，以及固定用户连接最优化ABS比率，然后通过迭代得到全局次优解。