[发明专利]家庭基站系统中的联合信道分配与功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种家庭基站系统中家庭基站分配信道和控制功率的实现方案，属于通信技术领域。

 

背景技术

作为提高移动用户室内通话速率的一项新技术，家庭基站系统正越来越受到人们的关注。用户在家中或是办公室中放置家庭基站（HBS），家庭基站通过DSL或电缆与网络服务提供商联系。从用户的角度，提高了室内的服务质量和通话速率。从网络服务提供商的角度，缓解了宏基站（MBS）的压力，提高了网络整体的覆盖面积和容量。因而，家庭基站（femtocells）正日渐成为一种满足高速率无线应用的有效技术。

 为提高频谱的利用率，满足用户的速率要求，在由家庭基站和宏基站组成的双层网络中，家庭用户和宏用户可共享频谱。因此，家庭基站网络与宏基站网络之间的跨层干扰以及家庭基站网络层内的干扰会极大的限制网络的性能。如何减小此双层网络中的干扰已成为一大研究热点。概括而言，功率控制和信道分配是减小网络干扰，提高容量的主要方法。如何实现两者的协调统一，从而最高效的减小干扰、提高容量，是本发明的研究问题之一。本发明的另一研究问题是协调宏用户和家庭用户间信道分配的关系。

  实现功率控制和信道分配主要有中央控制和分布控制两种方法，对于中央控制方式，由中心点管理各小区的资源，分布控制中，各小区自主管理资源。尽管分布式控制更为简单，但是中央控制可更有效的调配资源，提高系统性能。同时，随着3GPP一些新标准的提出，如CoMP（Coordinated Multipoint），中央控制的可操作性正日益增强。因此，越来越多的研究开始关注中央控制，本发明即是以中央控制的方式实现资源分配。

 

发明内容

技术问题： 本发明的目的是在于提供一种家庭基站系统中的联合信道分配与功率控制方法，通过优化目标将家庭网络的信道分配和功率控制结合，采用凸优化和次梯度方法，求解出功率的闭合式，保证了家庭基站网络容量的最大化。另外，算法将家庭基站网络容量的优化与宏基站容量的优化相联系，为宏用户合理分配信道，使宏基站的容量在同条件下达到了最大。

技术方案：本方法的设计紧密结合国内外最新的研究动态与成果，通过优化问题的建立，将家庭系统中的信道选择和功率控制问题，家庭系统的信道选择和宏系统的信道选择问题结合在一起。采用了理论分析、可行性论证和计算机仿真相结合的方法，从理论和仿真两个方面验证了所提出的方案。

本发明所针对的家庭基站系统结构如图1所示，考虑一个宏蜂窝小区内有多个家庭小区和多个宏用户，每个家庭小区内有多个家庭用户，宏小区和家庭小区共用频谱，宏用户之间和家庭用户之间使用不同的频段。

如图1所示，上行信道中，宏基站接收宏用户发送的信号（信号1）时，会受到来自使用相同信道的家庭用户对宏基站的干扰（干扰1）；家庭基站接收家庭用户的信号（信号2）会受到来自使用相同信道的其它家庭用户对本家庭基站的干扰（干扰2）。宏用户                                               与宏基站之间的信道增益为，家庭用户与邻家庭基站之间的信道增益为，家庭用户与本家庭基站之间的信道增益为，家庭用户与宏基站之间的信道增益为，家庭用户在信道上的发射功率为，其中（N指家庭小区的个数，指每个家庭小区内的家庭信道数，指信道总数）。引入的信道选择因子为，取值为0和1，为1表明家庭用户占用了信道，为0表明家庭用户未占用信道。宏用户在信道上的发射功率为，引入信道选择因子，为1，表明宏用户占用了信道，为0，表明宏用户未占用信道，表示信道上的噪声功率。对于宏用户，其信噪比(表示噪声)需满足质量要求，即，家庭用户的发射功率需满足约束条件，令，则，且家庭用户发射功率有最大限制：。由于每个家庭用户仅使用一条信道，则，且。家庭用户在信道上的信噪比可表示为。

联合信道与功率分配算法通过优化目标将家庭网络的信道分配和功率控制结合，家庭系统的信道分配和宏系统的信道分配结合。主要分为四个部分：

a. 建立家庭基站系统容量优化模型

由于家庭用户在信道上的容量为，且对于家庭用户，仅有一条信道的为1，故家庭用户的容量为，家庭用户的上行总容量为（个家庭小区，每个小区内个家庭用户，共个家庭用户）。

此优化问题可表述为：