王黨偉

摘要：在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，伴隨家庭基站的布置密集程度越來越高，家庭基站間發(fā)生的同層干擾以及家庭基站和宏基站間發(fā)生的跨層干擾現(xiàn)象越來越重，這對(duì)于系統(tǒng)的性能提高是不利的，因此需要一種基于用戶公平性的高能效資源管理分配方案來解決以上現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：家庭基站；異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；資源管理分配

前言：室內(nèi)已成為多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的聚集地，長期處于室內(nèi)環(huán)境，則會(huì)因?yàn)檫h(yuǎn)距離的運(yùn)輸以及穿透損耗使得宏基站的覆蓋變差。家庭基站在解決宏基站覆蓋問題同時(shí)，其密布問題又對(duì)不同的基站聯(lián)系間產(chǎn)生干擾。因此，本研究旨在研究基于用戶公平性的高能效資源管理分配方法，實(shí)現(xiàn)家庭基站之間的資源分配。

一、干擾模型建立

干擾模型是建立在雙層網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上的，而雙層網(wǎng)絡(luò)又包括了多個(gè)家庭基站以及一個(gè)宏基站，家庭基站與宏基站均由多個(gè)相對(duì)應(yīng)的用戶構(gòu)成。在家庭基站用戶和宏基站用戶全部僅可以利用位數(shù)一個(gè)的子信道前提下，通過對(duì)3GPP進(jìn)行相應(yīng)的理論定位，一共可以得出六種干擾場景。這六種干擾場景分別是干擾源為家庭基站用戶上行時(shí)，受干擾者為宏基站上行；干擾源為家庭基站下行時(shí)，受干擾者為宏基站用戶下行；干擾源為宏基站用戶上行時(shí)，受干擾者為家庭基站上行；干擾源為宏基站下行時(shí)，受干擾者為家庭基站用戶下行；干擾源為家庭基站用戶上行時(shí)，受干擾者為家庭基站上行；干擾源為家庭基站下行時(shí)，受干擾者為其他家庭基站的家庭用戶下行。通過對(duì)這六種場景的分析，建立干擾模型，進(jìn)一步提出解決同層干擾以及跨層干擾的對(duì)策。

二、博弈模型與算法描述

（一）博弈模型

為了使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中家庭基站與家庭基站之間的同層干擾以及家庭基站與宏基站之間的跨層干擾減少至最低程度，可利用對(duì)博弈模型的構(gòu)建合理配置基站之間的無線資源。博弈模型的建立，其參與者為整體的家庭基站，為了達(dá)到所有家庭基站用戶對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)資源要求的滿意度，每個(gè)家庭基站用戶可以根據(jù)自身所獲得的無線資源效用，對(duì)自身的運(yùn)輸帶寬以及運(yùn)行功率進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。而對(duì)其能否做出最合理的調(diào)整，關(guān)鍵就在于能否獲得博弈的解，也就是每個(gè)家庭基站所配置的運(yùn)行功率和頻率譜的資源。效用函數(shù)在一定程度上基于策略對(duì)效用進(jìn)行描述，而效用則反映出博弈模型的參與者對(duì)其關(guān)于策略的抉擇滿意程度。為了提高家庭基站之間的高能效資源管理分配方法的用戶公平性。本研究主要通過對(duì)半合作博弈的構(gòu)建，也就是一種次優(yōu)化資源管理分配的方式，該種方式由協(xié)作頻譜分配和最優(yōu)化功率分配組成。博弈模型可轉(zhuǎn)化為一類數(shù)學(xué)問題，因其目的在于將吞吐量最大化以及對(duì)宏基站用戶的干擾程度最小化。對(duì)每個(gè)家庭基站的約束條件為保證每個(gè)家庭基站用戶都可以獲得子信道且發(fā)射功率的值不能超過最大發(fā)射功率值，才能提高家庭基站用戶之間的公平性，并達(dá)到節(jié)能控制的目的。

（二）協(xié)作資源分配

相對(duì)于比較傳統(tǒng)的非合作博弈模型其獨(dú)立進(jìn)行頻譜分配的方法而言，家庭基站之間利用了一種全新的協(xié)作資源分配方法，進(jìn)而提高家庭基站之間的頻譜資源分配的公平性。其主要機(jī)制包括獨(dú)立性頻譜分配和協(xié)作性頻譜分配。[1]獨(dú)立性頻譜分配主要指家庭基站獨(dú)立進(jìn)行子信道的初始資源分配，再假設(shè)已知功率的前提下，完成各自家庭基站之間的獨(dú)立性頻譜分配，進(jìn)而完成其可用子信道集合的更新。協(xié)作性頻譜分配主要是按照家庭基站用戶之間的相互干擾關(guān)系，根據(jù)他們相關(guān)信息之間的相互作用來做出高能效的協(xié)作性頻譜分配。其主要內(nèi)容包括產(chǎn)生相鄰干擾列表，對(duì)競爭子信道進(jìn)行排除和對(duì)子信道的重新分配管理。產(chǎn)生相鄰干擾列表，主要通過在家庭基站用戶已接收到的RSRP信息基礎(chǔ)上建立相互干擾的關(guān)系，在出現(xiàn)多用戶的情況下，相應(yīng)家庭基站應(yīng)對(duì)其每一用戶所受到干擾的干擾源做出判斷確認(rèn)以及儲(chǔ)存，并且對(duì)每一家庭基站用戶的干擾程度進(jìn)行記錄。這樣就會(huì)產(chǎn)生相鄰干擾列表 ，相鄰干擾列表包括每一家庭基站用戶的干擾源數(shù)目和其ID信息以及個(gè)體干擾權(quán)重和總干擾權(quán)重。競爭子信道的排除主要是為了減少子信道的信令支出，而家庭基站之間的信息獨(dú)立性分配，只是將每一家庭基站用戶所具有的獨(dú)立性頻譜分配管理信息運(yùn)送至每一家庭基站用戶的潛在干擾源。不同家庭基站之間的信息相互交流之后，每一家庭基站用戶可以知道自身家庭基站影響到的其他家庭基站用戶的子信道分配管理情況。知道交互情況之后，當(dāng)某一干擾用戶使用的子信道與家庭基站相同，則這一子信道屬于競爭子信道，其存在則會(huì)導(dǎo)致不同家庭基站與家庭基站之間的同層干擾現(xiàn)象。但是在另一程度上分析，競爭子信道的排除就必然導(dǎo)致家庭基站之中的一方需要對(duì)這一子信道采取放棄措施，因此對(duì)于哪方需要對(duì)這一子信道進(jìn)行放棄得根據(jù)其所占的優(yōu)先權(quán)值來做出合理判定，優(yōu)先權(quán)值比較低的家庭基站用戶相對(duì)于優(yōu)先權(quán)值高的家庭基站用戶需要對(duì)子信道進(jìn)行放棄。對(duì)子信道的重新分配，在排除競爭子信道的同時(shí)，必然會(huì)使得家庭基站用戶之間對(duì)競爭子信道采取放棄，因此會(huì)產(chǎn)生對(duì)競爭子信道放棄家庭的重新分配。對(duì)子信道的重新分配，在防止再次導(dǎo)致不同家庭基站用戶之間的同層干擾與宏基站和家庭基站之間的跨層干擾的同時(shí)，必須對(duì)可用的子信道進(jìn)行更新。

三、仿真與性能分析

（一）仿真參數(shù)設(shè)置

仿真參數(shù)的設(shè)置在模型的建立中居于重要地位。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，家庭基站之間的同層干擾現(xiàn)象與宏基站和家庭基站之間的跨層干擾現(xiàn)象普遍存在，在這樣一種環(huán)境下，仿真平臺(tái)的搭建關(guān)鍵在于解決家庭基站布局密集帶來的路徑耗損過大的問題。因此，[2]綜合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的載波頻率、帶寬、子載波數(shù)、子載玻帶寬以及家庭基站與宏基站的最大發(fā)射功率等因素多方面考慮，仿真參數(shù)的設(shè)置遵循5x5網(wǎng)絡(luò)模型。

（二）仿真結(jié)果

通過對(duì)FCRAG方案與FNRAG方案二者進(jìn)行比較，F(xiàn)NRAG方案屬于對(duì)家庭基站中的非合作資源分配管理博弈，每一家庭基站均傾向于干擾度低的子信道，對(duì)干擾進(jìn)行相應(yīng)的分配判定，進(jìn)行運(yùn)行功率與運(yùn)行頻譜的分配管理。FCRAG方案相對(duì)于FNRAG方案其算法上升將近2%-13%的家庭基站比例所占的吞吐量，并且發(fā)現(xiàn)在家庭基站大于3的情況下，F(xiàn)CRAG方案可以非常明顯地提高整個(gè)家庭基站的吞吐量。分析家庭基站用戶之間的公平性，可以得出FCRAG方案的家庭基站中Raj Jain系數(shù)均在0.7～1的范圍之中，且該方案中家庭基站中所具有的公平性系數(shù)的分布相對(duì)來說比較不集中，并且只有58%的家庭基站用戶的Raj Jain分布系數(shù)在前者0.7～1的范圍之中。因此本研究可以得出FCRAG方案在整體效果上提高了家庭基站用戶之間的公平性程度。

四、結(jié)語

本研究在探討解決家庭基站之間的同層干擾與家庭基站和宏基站之間的跨層干擾方案層次上，在基于用戶公平性的家庭基站之間提出了高能效資源分配管理方法。通過對(duì)家庭基站之間的協(xié)作子信道分配和最優(yōu)化功率分配進(jìn)行仔細(xì)地闡述，同時(shí)借助平臺(tái)技術(shù)加以仿真操作并進(jìn)行相應(yīng)驗(yàn)證。結(jié)果表明此優(yōu)化策略可以在提高家庭基站和宏基站的吞吐量的程度上，同時(shí)提高用戶公平性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉世超，唐倫，陳前斌.高密集場景中家庭基站基于用戶公平性的高能效資源管理分配方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15（12）：1-5.

[2]豆蕾萌.基于用戶公平性的家庭基站高能效資源管理分配方法研究[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2014，11（1）：2-3.