[發明專利]一種認知Femtocell網絡混合頻譜接入方法

在審

• 申請號: 201611075457.4
• 申請日: 2016-11-29
• 公開（公告）號: CN107046690A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 梁宏斌;彭代淵;孫艷
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司51200
• 代理人: 張輝,崔建中

1.一種認知Femtocell網絡混合頻譜接入方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：建立基于不完美頻譜感知的聯合子信道與功率分配算法，具體為：

步驟1.1：構建認知Femtocell網絡系統模型

所述認知Femtocell網絡系統模型為：一個主Macrocell給M個MUs傳輸信號，F個認知Femtocell基站，每個認知Femtocell基站給H個認知FUs提供服務；其中認知Femtocell基站隨機部署在主Macrocell基站覆蓋范圍內，認知Femtocell基站接入方式為封閉式接入，認知FUs使用Overlay模式接入主MUs的空閑頻段；OFDMA系統總帶寬為B，分成N_total個正交子信道，每個子信道帶寬為Δf＝B/N_total，每個子信道衰落模型為瑞利平坦衰落；

步驟1.2：分析認知Femtocell網絡系統干擾

上行鏈路中認知Femtocell基站系統因為不完美頻譜感知造成的共信道干擾以及帶外發射對主Macrocell基站造成的跨層干擾表示為：

其中表示認知Femtocell基站i中的認知FUs v在子信道s中的鏈路增益，N₀和N₁分別表示認知FAP判定的空閑子信道集和非空閑子信道集；

步驟1.3：建立資源分配優化問題數學模型

資源分配的目標是在滿足認知FUs的QoS，保護MUs的正常工作前提下，聯合子信道與功率分配，最大化上行鏈路認知FUs的總容量，即：

其中，約束條件C1的作用是保證認知Femtocell基站i中的認知FUs v的QoS需求，即滿足最小傳輸速率r_i,v；C2的作用是限制每一個認知家庭用戶的發射功率不高于p_max；約束條件C4和C5的作用是保證每一個子信道最多被認知Femtocell網絡中的一個認知家庭用戶占用；約束條件C6給出主Macrocell基站網絡中每個子信道跨層干擾溫度限制保護MUs的通信質量；

步驟1.4：建立聯合子信道與功率分配算法，具體為：

S1：認知家庭基站集：F＝{1,2,...,F}，每個家庭基站中的認知用戶集：v＝1,2,...,H；

S2：初始化基站網絡中每個子信道跨層干擾溫度限制和拉格朗日乘子α,β和δ，設置更新標識l＝0；

S3：給每一條子信道分配相同功率，設置子信道分配系數ε_i,v,s＝0；

S4：針對每一個更新標示l，進行如下計算：

S5：首先針對認知家庭基站i，計算I_i,v,s，

S6：針對每一個家庭基站F，F初始值等于1，計算：

S7：子信道集：S＝{1,2,...,N}；

S8：子信道分配數量；

S9：根據式計算并找出v^*＝argmaxΔ_i,v,s，s∈S；

S10：功率分配數值；

S11：針對子信道集中的每一個s，s初始值等于1，計算：

S12：a、FUs根據式更新

S13：b、認知家庭基站i基于子梯度法更新α和β；

S14：c、認知家庭基站i更新Δ_i,v,s；

S15：更新s，即s增加1，回到第S11重新計算，直到s大于N，結束第S11的循環；

S16：更新家庭基站F，即F增加1，回到S6重新計算，直到F大于F，結束S6的循環；

S17：主宏基站基于子梯度法更新δ，并將更新后的值回傳給認知家庭基站，迭代更新標識l＝l+1；回到S4重新計算；

S18：當更新迭代標識l＝l_max或者算法得到了收斂，則結束S4的循環，退出程序；

步驟2：認知Femtocell網絡混合頻譜接入方案，具體為：

步驟2.1：混合頻譜接入認知Femtocell網絡系統模型

所述認知Femtocell網絡系統模型中，所有的MUs和認知FUs都使用同一運營商提供的頻譜資源，FAP基于IP通過Femtocell網關FGW連接核心網，一個主Macrocell基站給M個MUs傳輸信號，F個認知Femtocell基站，每個認知Femtocell基站給H個認知FUs提供服務；其中認知Femtocell基站隨機部署在主Macrocell基站覆蓋范圍內，認知Femtocell基站接入方式為封閉式接入，OFDMA系統總帶寬為B，分成N_total個正交子信道，每個子信道帶寬為Δf＝B/N_total，每個子信道衰落模型為瑞利平坦衰落；

步驟2.2：混合頻譜接入模式的選擇標準

在混合頻譜分配中，系統授權頻譜資源為B_ωHz，外部認知Femtocell基站使用B_ωHz的頻譜資源，而內部認知Femtocell基站與Macrocell基站分別使用B_FHz、B_MHz的頻譜資源，B_F+B_M＝B_ω；

步驟2.3：認知Femtocell網絡下行鏈路混合頻譜分配

當時，認知Femtocell基站選擇Overlay分配模式獲得更好地系統容量；當時，認知Femtocell基站選擇Underlay頻譜分配模式獲得更好地系統容量，d是認知Femtocell基站與Macrocell基站之間的距離，是將認知Femtocell基站劃分成內部認知Femtocell基站和外部認知Femtocell基站的距離閾值。