[發明專利]一種超密集異構網絡中基于匹配博弈的分離多接入方法

有效

• 申請號: 201711319079.4
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN107911856B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 李珍珍;朱琨;王然;吳成慶
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W48/16
• 分類號: H04W48/16;H04W48/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 唐紹焜

1.一種超密集異構網絡中基于匹配博弈的分離多接入方法，其特征在于：包括步驟：

步驟1：每個用戶上行根據路徑損耗選擇距離最近的M個基站生成M_小區作為其上行連接范圍，下行選擇信號強度最大的N個基站生成N_小區作為其下行連接范圍；

步驟2：定義一個上行集合，包含M_小區中所有基站的任意組合；定義一個下行集合，包含N_小區中所有基站的任意組合；將上行集合和下行集合中所有的組合進行組合形成一個基站代理的集合；

步驟3：每個用戶在其M_小區中選擇距離最近的基站接入，在其N_小區中選擇信號強度最大的基站接入；

步驟4：根據網絡中用戶和基站的接入情況計算出用戶和基站代理匹配的效用函數值，所述用戶和基站代理匹配的效用函數值為用戶和基站代理中所有基站的效用函數值之和；所述用戶和基站的效用函數值根據步驟3的初始接入的網絡中用戶和基站的接入情況和用戶的設備信息計算得到；

其中，所述計算用戶和基站代理匹配的效用函數值具體步驟如下：

1)計算信道增益：所述信道增益是根據路徑損耗、瑞利衰減和正態陰影定義；節點a和b之間的信道增益公式如下：

G_a,b＝|h_a,b|²d_a,b^-ξ；

其中，|h_a,b|²代表節點a和b之間由于瑞利衰減和正態陰影造成的復合信道功率增益系數，d_a,b表示節點a和b之間的距離，ξ是路徑損耗指數；

2)計算干擾：根據網絡中用戶和基站的接入情況計算相互之間的干擾；

當一個用戶k和一個基站l在進行下行傳輸時，用戶接收到的來自其他基站的干擾為：

其中，P_l'代表基站l'的傳輸功率，G_k,l'表示用戶k與基站l'之間的信道增益，表示用戶k與基站l'在下行是否有連接，有則否則即表示當基站l'與用戶k在下行有連接時，基站l'不產生干擾；如果基站l'在下行有接入用戶，那么W_k',l'＝1，否則W_k',l'＝0；

用戶接收到的來自其他用戶的干擾為：

其中，P_k'代表用戶k'的傳輸功率，G_k',k表示用戶k與k'之間的信道增益；如果用戶k'在上行有接入用戶，那么X_k',l'＝1，否則X_k',l'＝0；

基站接收到的來自其他基站的干擾為：

其中，P_l'代表基站l'的傳輸功率，G_l,l'表示基站l與l'之間的信道增益；

基站接收到的來自其他用戶的干擾為：

其中，G_k',l表示用戶k'與基站l之間的信道增益，表示用戶k′與基站l在下行是否有連接，有則否則即表示當用戶k'與基站l在上行有連接時，用戶k'不產生干擾；

3)計算數據速率：根據香農公式計算用戶k和基站l接入的數據速率，公式如下：

其中，B表示信道帶寬，信號干擾噪聲比計算如下：

其中，表示用戶k與基站l在上行的信號干擾噪聲比，表示用戶k與基站l在下行的信號干擾噪聲比，代表自干擾取消能力，σ²是噪聲功率；

4)計算包錯誤率：包錯誤率是用戶k和基站l連接時，數據傳輸過程中的信號干擾噪聲比低于目標等級的可能性,計算如下：

其中，a_l和g_l是依賴于包大小的常量，代表上行或者下行保證正確解調制的最小SINR的閾值；

5)計算延遲：將數據流量模擬為一個M/D/1隊列系統,到達數據服從泊松分布；根據不同用戶應用程序的優先級不同對數據流量進行調制，優先級高的流量先傳輸優先級低的后傳輸；計算由此產生的平均延遲：

其中，A_k代表應用程序的集合，λ_k,a代表用戶k中應用程序a的到達速率，平均到達速率設為λ_k,l，代表服務時間，平均延遲包括第x個優先流在隊列中的等待時間和傳輸服務時間；

6)計算用戶k和基站l的效用值：

7)計算用戶k和基站代理t中所有基站的效用值之和得到用戶連接基站代理的效用值:

其中，t代表基站代理，t^u代表基站代理中的進行上行接入的所有基站，t^d代表基站代理中的進行下行接入的所有基站；和代表用戶k和基站l分別在上行和下行接入的數據速率；和代表用戶k和基站l分別在上行和下行接入的包錯誤率；和代表用戶k和基站l分別在上行和下行接入時第x優先級流的平均延遲；

步驟5：每個用戶根據步驟4計算的用戶和基站代理匹配的效用函數值對基站代理進行排序，建立對其基站代理的偏好列表；

步驟6：判斷當前是否存在一個可交換的匹配，所述可交換的匹配為用戶相對于當前匹配的基站代理更偏好的基站代理，且用戶連接該基站代理滿足用戶的服務質量需求，提高效用值并且沒有被拒絕過；若存在，則用戶連接該可交換的匹配；

步驟7：判斷用戶新接入的基站代理中是否有基站超過可接入的最大用戶數；若未超過，則轉到步驟9；若超過，則進行超載處理；超載基站根據它對用戶的偏好列表找出最差的用戶，斷開與該用戶的連接；然后被斷開的用戶從自己的偏好列表中刪除該代理并將其加入拒絕列表，尋找其偏好列表中最偏好的基站代理連接；

步驟8：重復步驟7，直到最終被斷開的用戶的基站代理的偏好列表為空；

步驟9：根據交換匹配后網絡中用戶和基站的接入情況和用戶的設備信息計算用戶和基站代理匹配的效用函數值，并建立用戶對其基站代理的偏好列表；重復步驟6至步驟8，直到網絡中不存在可交換的匹配達到穩定狀態。