[發(fā)明專利]一種5G小蜂窩網絡中基于用戶移動性的資源分配方法

有效

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• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110012509B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 黃曉舸;曹春燕;許可;陳前斌
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W28/16
• 分類號: H04W28/16;H04W28/02;H04W24/10;H04B17/382
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種5G小蜂窩網絡中基于用戶移動性的資源分配方法，屬于移動通信技術領域。首先，針對小蜂窩網絡中嚴重的干擾問題，當非激活用戶通過尋呼成功接入網絡后，本發(fā)明通過建立以用戶為中心的虛擬小區(qū)，有效減少用戶通信干擾問題。用戶在虛擬小區(qū)中移動的過程中沒有發(fā)生切換，保證業(yè)務的連續(xù)性。其次，為了提高資源利用率，基于Lyapunov優(yōu)化方法，實現(xiàn)網絡平均能量效率最大化。本發(fā)明充分考慮用戶數(shù)據包隊列長度和信道質量，將最大化網絡的平均能量效率問題分解為用戶最優(yōu)傳輸資源分配和最優(yōu)功率分配兩個子問題求解。通過對網絡資源的優(yōu)化分配，提升傳輸質量，并且實現(xiàn)了在最大化系統(tǒng)平均能量效率的同時保證系統(tǒng)隊列的穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于移動通信技術領域，涉及一種5G小蜂窩網絡中基于用戶移動性的資源分配方法。

背景技術

隨著物聯(lián)網和大規(guī)模機器類的發(fā)展，網絡中智能終端和各種用戶設備激增，使得5G通信系統(tǒng)面臨前所未有的巨大數(shù)據流量需求挑戰(zhàn)。為了應對日益巨增的數(shù)據業(yè)務和有效提升系統(tǒng)容量需求，超密集小蜂窩網絡應運而生。5G小蜂窩網絡具有低成本、低功耗、可自組織和自優(yōu)化的特點，同時其密集覆蓋能解決高校和商業(yè)區(qū)等用戶密集區(qū)域指數(shù)式增長的數(shù)據流量需求，提高網絡容量，擴大無線網絡的覆蓋范圍。此外，由于用戶數(shù)激增，為節(jié)省功率消耗，當沒有數(shù)據收發(fā)時，將用戶轉換為輕度休眠的非激活(Inactive)狀態(tài)。為了提高尋呼效率，Inactive狀態(tài)的用戶將配置一個位置跟蹤區(qū)域稱為無線接入網通知區(qū)域(RANNotification Area，RNA)，當網絡中有數(shù)據傳輸需求時，會通過RNA尋呼用戶。然而，在密集部署小蜂窩時，也面臨許多問題：

(1)小蜂窩通信覆蓋范圍小，當用戶移動時很容易離開服務小區(qū)的覆蓋范圍并頻繁切換為其服務的基站，從而產生大量切換信令開銷。

(2)小蜂窩基站的超密集部署使得小區(qū)重疊覆蓋，大量用戶都將處于多個小區(qū)重疊的邊緣，受到嚴重小區(qū)間干擾，并且極其容易發(fā)生乒乓效應。

針對問題(1)，現(xiàn)有研究中通過將小蜂窩基站分簇，簇中用戶的數(shù)據平面層和控制平面層分離，控制平面由簇頭連接，用戶在簇中移動不會發(fā)生切換，從而減少用戶因頻繁切換產生的信令開銷。

針對問題(2)，現(xiàn)有研究中解決小蜂窩同頻干擾問題的代表性技術主要有小區(qū)間干擾協(xié)調技術(Inter-Cell Interference Coordination，ICIC)和多點協(xié)作傳輸技術(Coordinated Multiple Point，CoMP)。ICIC技術通過對頻率資源進行劃分，相鄰小區(qū)使用不同的頻率來實現(xiàn)對干擾的控制，而CoMP技術則將小蜂窩分為不同的CoMP組，在一個CoMP組內通過多個小區(qū)協(xié)作來消除小區(qū)間干擾。

針對5G小蜂窩網絡中面臨的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的以基站為中心的網絡架構已經不能滿足5G用戶通信需求。為了積極應對這些挑戰(zhàn)，減少小區(qū)間干擾并提升用戶體驗，5G提出了以用戶為中心的小區(qū)虛擬化技術，即圍繞用戶周圍的多個實體小區(qū)組成一個虛擬小區(qū)，虛擬小區(qū)內傳輸節(jié)點間通過協(xié)作的方式為用戶提供通信服務。以用戶為中心的虛擬小區(qū)可消除邊緣用戶，緩解超密集部署小蜂窩網絡中的干擾，同時減少用戶移動切換信令開銷，改善通信質量，提升網絡用戶體驗。

綜上所述，本發(fā)明為解決5G小蜂窩網絡中移動用戶的業(yè)務連續(xù)性和干擾問題，提出了一種5G小蜂窩網絡中基于用戶移動性的資源分配方案。為緩解密集小蜂窩網絡中的干擾問題，保證移動用戶業(yè)務連續(xù)性，建立以用戶為中心的虛擬小區(qū)，虛擬小區(qū)內傳輸節(jié)點間協(xié)作為用戶提供通信服務。此外，為了優(yōu)化網絡資源，提高資源利用率，本發(fā)明基于Lyapunov優(yōu)化理論，考慮用戶數(shù)據隊列穩(wěn)定性，將整體網絡平均能量效率優(yōu)化問題，轉換為用戶最優(yōu)傳輸資源分配和最優(yōu)功率分配兩個子問題，在最大化系統(tǒng)平均能量效率的同時保證系統(tǒng)隊列的穩(wěn)定。

發(fā)明內容