一種抑制Femtocell對周圍小區(qū)干擾的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種抑制Femtocell對周圍小區(qū)干擾的方法，包括：1)提出一種新準(zhǔn)則：對周圍小區(qū)產(chǎn)生的干擾總和越大的FemtoBS，其發(fā)射功率將受到越嚴(yán)重的約束。2)基于此準(zhǔn)則，設(shè)計了一種正比于干擾泄露的代價函數(shù)。3)在此基礎(chǔ)上基于非合作博弈論提出了一種非合作博弈功率控制模型，且給出了依據(jù)該博弈模型的自適應(yīng)功率控制算法。則當(dāng)Femtocell布局密度增大時，宏小區(qū)用戶的鏈路容量沒有因此而減小，且容量是采用恒功率控制算法時的1.5～2.2倍，該算法能較好的抑制Femtocell對周圍宏小區(qū)的干擾。并且所有的Femtocell基站的發(fā)射功率能很快達到穩(wěn)定值，算法收斂速度快。
【專利說明】
一種抑制Femtoce I I對周圍小區(qū)干擾的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明主要涉及無線通信領(lǐng)域中的功率控制和干擾抑制技術(shù)，尤其涉及一種基于 非合作博弈的Femtocel 1下行鏈路功率控制算法抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，涵 蓋了Femtoce 11網(wǎng)絡(luò)對傳統(tǒng)宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的跨層干擾以及Femtoce 11之間的同道干擾抑制和 兼顧用戶的公平性。
【背景技術(shù)】
[0002] 二十一世紀(jì)之初，無線通信技術(shù)得到了持續(xù)的迅猛發(fā)展，其所支持的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和 多媒體業(yè)務(wù)也日益增加。在不久的將來，這些迅猛增長的業(yè)務(wù)中將有超過三分之二的語音 業(yè)務(wù)和90%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境。當(dāng)前的小區(qū)結(jié)構(gòu)(包括宏小區(qū)和微小區(qū)）基本上能 夠滿足室外環(huán)境的無隙覆蓋，但對室內(nèi)環(huán)境的信號覆蓋則顯得差強人意。針對此問題， Femtocell(毫微微蜂窩）技術(shù)應(yīng)運而生，并日漸成為一種當(dāng)前廣受關(guān)注的擴展移動通信室 內(nèi)覆蓋的解決方案。Femtocell可連接到任何現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)，其家庭接入點即插即用，因此 又被稱之為家庭基站(Home-based Station) 〇
[0003] Femtoce 11存在的重要問題之一是對周圍小區(qū)的干擾。本發(fā)明針對Femtocell與 Macrocell之間的干擾問題進行研究。通常Femtoce 11必須滿足:首先不能對現(xiàn)有Macrocell 造成干擾，然后必須克服Macrocell以及相鄰Femtocell對其帶來的干擾。
[0004] 歷年來，研究者對此提出各種解決方案，比如描述了 Macrocell-Femtocell兩層網(wǎng) 絡(luò)中的上/下行鏈路的各種干擾場景，并對部分場景給出了干擾程度的量化以及消除方法； 還有研究者分別從功率控制的集中和分布處理兩種方式來求解跨層干擾管理問題。集中處 理方式解需要全局信息的集中處理，在實際中很難實現(xiàn)，而分布處理方式解只需局部信息， 但僅能保證宏小區(qū)用戶的服務(wù)質(zhì)量;提出了 Femtocell發(fā)射功率的自我矯正和載頻的自動 選擇方案，能有效保證宏小區(qū)用戶的服務(wù)質(zhì)量，但頻譜利用效率較低;將Femtocell系統(tǒng)視 為多智能系統(tǒng)(fclti-agent)，即FemtoBS作為負責(zé)Radio Resource分配的智能體；利用排 隊論來進行用戶選擇和分布式功率分配來抑制Femtocell對Macrocell的跨層干擾，在滿足 用戶數(shù)據(jù)速率需求的條件下最小化發(fā)射功率總和，這類方法的不足之處在于很難獲得最優(yōu) 的系統(tǒng)容量。
[0005] 近年來，博弈論被廣泛的應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域中的功率控制和干擾抑制研究。一 些研究者著重分析Femtocell上行鏈路的跨層干擾，通過定義邊緣用戶的SINR(信干噪比）， 引入了Nash Equilibrium(納什均衡)理論，力圖降低帶來最大干擾的Femtocell上行鏈路 的SINR，同時保證其鏈路質(zhì)量。還有利用博弈論進行Femtocell下行鏈路的功率控制，注重 各Femtocell用戶之間的公平性，該類方法的不足在于不能實現(xiàn)對周圍小區(qū)的干擾總和最 小，并且它的納什均衡解是通過搜索得到的，收斂速度慢。各個FemtoBS都希望通過提高發(fā) 射功率來加強其鏈路容量，當(dāng)然也會給周圍小區(qū)帶來干擾而影響它們的鏈路容量，因此它 們之間相互競爭又相互耦合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于非合作博弈功率控制(NPCG，Non-cooperative Power Control Game)的毫微微蜂窩小區(qū)（Femtocell)下行鏈路功率控制算 法抑制Femt 〇 c e 11對周圍小區(qū)干擾的方法。
[0007 ]為了有效地降低FemtoBS對周圍小區(qū)的干擾，本發(fā)明提出一種新的準(zhǔn)則:對周圍小 區(qū)產(chǎn)生干擾總和越大的FemtoBS，其發(fā)射功率將受到越嚴(yán)重的約束。在此準(zhǔn)則上設(shè)計了正比 于干擾泄露（IL，Interference Leakage)的代價函數(shù)，進而提出基于NPCG(Non_ cooperative Power Control Game)的自適應(yīng)功率控制算法，來抑制Femtocell網(wǎng)絡(luò)對傳統(tǒng) 宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的跨層干擾以及Femtocell之間的同道干擾，同時兼顧用戶的公平性。
[0008]在本發(fā)明的博弈模型中，每個FemtoBS都能根據(jù)其對周圍小區(qū)的干擾程度以及接 收到的干擾總和來自適應(yīng)地調(diào)整自身的發(fā)射功率水平，并能迅速達到穩(wěn)定的發(fā)射功率，即 納什均衡解。一旦獲得納什均衡解，任何用戶都不能在不影響其它用戶的條件下單方面的 改變自身的發(fā)射功率，即系統(tǒng)算法達到收斂。本發(fā)明還從理論上推導(dǎo)和論證了該模型納什 均衡解的存在性和唯一性。
[0009] 通常Femtocell必須滿足：首先不能對現(xiàn)有Macrocell造成干擾，然后必須克服 Macrocell以及相鄰Femtocell對其帶來的干擾。
[0010] Femt 〇 c e 11存在的重要問題之一是對周圍小區(qū)的干擾。而本發(fā)明旨在解決 Femtocell與Macrocell之間的干擾問題。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:基于基于非合作博弈功率控制 (NPCG)的毫微微小區(qū)（Femt 〇 c e 11)下行鏈路功率控制算法抑制Femt 〇 c e 11對周圍小區(qū)的干 擾的方法，包括以下步驟：
[0012] S1:在基于對周圍小區(qū)產(chǎn)生的干擾總和越大的FemtoBS(Femtocell Base Station)，其發(fā)射功率將受到越嚴(yán)重的約束的準(zhǔn)則之下，設(shè)計了一種正比于干擾泄露（IL， Interference Leakage)的代價函數(shù)。并在此基礎(chǔ)上基于非合作博弈論提出了一種非合作 博弈功率控制（NPCG，Non_cooperative Power Control Game)模型；
[0013] S2:選取鏈路容量作為支付函數(shù)，并定義FemtoBS的凈效用函數(shù)為它的支付函數(shù)和 代價函數(shù)的差值；
[0014] S3:基于非合作博弈功率控制模型的自適應(yīng)功率水平求解FemtoBS發(fā)射功率。
[0015] 作為本發(fā)明方法的進一步改進，所述，所述系統(tǒng)模型為非合作博弈功率控制模型， 且在Macrocell-Femtocell兩層網(wǎng)絡(luò)中采用同頻組網(wǎng)。
[0016] 進一步的，所述步驟S1中非合作博弈功率控制模型為：
[0017] 6二伊，'{耳；},批(匕)}
[0018] 其中，沒=丨1，2,.省}表示博弈的參與者，即FemtoBS= 是第i個FemtoBS的策 略空間；此中的Pmax為每個FemtoBS的最大發(fā)射功率;而策略空間的集合= 6 x g x…x P~N 是由每個FemtoBS策略空間fH〇, 所構(gòu)成的笛卡爾積空間；Ud(Pf,i)為第i個FemtoBS 受到懲罰后的凈效用函數(shù)。
[0019] 進一步的，所述步驟S2中，基于信干噪比的鏈路容量公式可得到第i個Femtocell 基站的支付函數(shù)：
[0020] U(Pf，i) = log2(l+SINRi) (1)
[0021]其中，SINRi是指第i個Femtocell用戶所接收到的信干噪比。
[0022]進一步的，宏小區(qū)用戶0的信干噪比為
[0024]式中的IV 〇是指中心宏小區(qū)基站的發(fā)射功率;hm, qq是中心宏小區(qū)基站到其服務(wù)的 目標(biāo)宏小區(qū)用戶的路徑增益;Pm>1(i = l，2,…，6)是指第i個干擾宏小區(qū)基站的發(fā)射功率； hm,0l(i = l，2,…，6)表示第i個干擾宏小區(qū)基站到目標(biāo)宏小區(qū)用戶0的路徑增益;而Pf,謙示 第j個FemtoBS的發(fā)射功率;hmf,?！故侵傅趈個FemtoBS到目標(biāo)宏小區(qū)用戶0的路徑增益;n代表 背景噪聲功率；
[0025]并且第i個Femtocell用戶所接收到的信干噪比為
[0027] 式中的Pf,i表示第i個FemtoBS的發(fā)射功率；hff,ij是指第j個FemtoBS到第i個 Femtoce 11用戶的路徑增益;Pm, k表示第k個宏小區(qū)基站的發(fā)射功率;而hfm, ik表示第k個宏小 區(qū)基站到第i個Femtocell用戶的路徑增益;n是噪聲功率。
[0028]進一步的，所述步驟S1中代價函數(shù)正比于干擾泄露；其中，干擾泄露是第i個 Femtocell基站所產(chǎn)生的干擾泄露為它對周圍用戶產(chǎn)生干擾的總和，具體表達式為 N:
[0029] Hi = Yj Pfj ? hff.ji + Pfj Kffii (4.)
[0030] 其中的Pf,i是指第i個FemtoBS的發(fā)射功率，hff,ji表示第i個FemtoBS到第j個 Femtocel 1用戶的路徑增益，而hmf, 〇i表示第i個FemtoBS到參考宏小區(qū)用戶的路徑增益；
[0031] 并且提出代價函數(shù)是正比于該IL的，但考慮到要盡可能的減小跨層干擾，所以對 宏小區(qū)用戶產(chǎn)生干擾的Femtocell基站應(yīng)受到更嚴(yán)重的約束。為了體現(xiàn)對不同種用戶產(chǎn)生 干擾所受到的懲罰程度不一樣，將上面的干擾泄露IL作一下調(diào)整，引入兩個懲罰因子，于是 第i個Femtocell基站的代價函數(shù)為 (M \
[0032] C =義;1 ' 工 Pf j * h(f ji + Ai2 ? Pj j ? hm{ 〇f (g)： j
[0033] 式中的Au，Al2均為懲罰因子，它們是代價函數(shù)有效性的量度，通過調(diào)節(jié)Au，Al2的相 對大小決定Femtocell基站對哪層網(wǎng)絡(luò)干擾更敏感，絕對大小由Femtocell基站根據(jù)其周圍 的干擾環(huán)境來確定。
[0034]進一步的，所述步驟S2中FemtoBS的凈效用函數(shù)為它的支付函數(shù)和代價函數(shù)的差 值，可以給出第i個FemtoBS的凈效用函數(shù)，它的具體表達式為 U"(P丨.丨) =
[0035] ( 、 （6) = log,(l + .S/A^)-4- \J.^ )
[0036] 其中'▽73,.,6[0，/^\],妁=1，2，一,漢，結(jié)合上面的凈效用函數(shù)以及策略空間可以 得該非合作博弈的數(shù)學(xué)模型為 Objective: max (Ud (Pf, i) = U(P, ) - C (P,.). / = 1,2, ? - , n)
[0037] { V J j C7) .v./, Q<P,：<Pmax
[0038] 進一步的，所述步驟S3包括：
[0039] S31:初始化FemtoBS的發(fā)射功率Pf,i，i = [l，2,…，N]。其中，N是Femtocell塊中處 于激活狀態(tài)的Femtocell數(shù)量；
[0040] S32:FemtoBS計算其到宏小區(qū)用戶的信道增益hmf,〇i和到其它相鄰Femtocell用戶 的信道增益hff, ji，j G [ 1，N]，j乒i，i ;
[0041 ] S33: FemtoBS計算來自周圍小區(qū)的干擾總和A;
[0042] S34:FemtoBS根據(jù)其周圍的干擾環(huán)境來自適應(yīng)的調(diào)整相對懲罰因子C和FemtoBS的 綜合因子D;
[0043] S35:結(jié)合FemtoBS的策略空間，自適應(yīng)地調(diào)整發(fā)射功率，直至FemtoBS停止無線連 接。
[0044] 所述基于NPCG的自適應(yīng)功率水平求解FemtoBS發(fā)射功率。
[0045]首先求式(6)關(guān)于Pf>1的一階偏導(dǎo)得 Q _
[0047] 其中，3 = 2^4 + ，它是第i個Femtocell用戶所接收到 k~0 的干擾總和，包含宏小區(qū)基站對它的跨層干擾，鄰FemtoBS對它的同道干擾，以及背景噪聲 對它的干擾。
[0048] 令-
可以解得關(guān)于Ud(Pf>1)的駐點： (9)
( \
[0050] 式中的5 = +為24?.，為了便于后面的仿真參數(shù)設(shè)定，我們將此式 V ) 改寫為：
[0051] 為.+(??//_ C10) \ m J
[0052] 其中的hzAu為絕對懲罰因子，相對懲罰因子，調(diào)節(jié)相對懲罰因子C 可以有效的調(diào)整保護宏小區(qū)用戶不受干擾影響的程度，C越大，F(xiàn)emtoBS對宏小區(qū)用戶產(chǎn)生 干擾時受到懲罰越嚴(yán)重;C越小，F(xiàn)emtoBS對宏小區(qū)用戶產(chǎn)生干擾時受到懲罰越小。于是調(diào)整 后的駐點為
[0054] 式中的
，這里將其稱為第i個FemtoBS的綜合因子。FemtoBS需要一些局 部信息來自適應(yīng)的調(diào)整自身的發(fā)射功率水平，從（11)式可知，它需要知道Femtocell用戶所 接收到的干擾信號功率總和A。因為Femtocell半徑相對很小，所以近似將其看作一點，則有 Femt oB S接收到的干擾總和可以近似的等于Femt 〇 c e 11用戶接收的干擾總和，于是A可以由 FemtoBS接收的干擾總和來確定，不需要用戶反饋。而對于FemtoBS到其它用戶的路徑增益 可以這樣得到:Femt 〇BS通過接收其周圍宏小區(qū)用戶的特殊訓(xùn)練序列信號來計算反向鏈路 的信道增益，由此信道增益可以計算出宏小區(qū)用戶到該FemtoBS的距離，再由該距離計算出 前向鏈路的信道增益hmf,〇i，或者是通過用戶的反饋得到；而對于Femtocell與Femtocell之 間的前向鏈路增益與反向鏈路增益是對稱的，所以通過接收周圍Femtocell用戶的導(dǎo)頻信 號強度就能計算出前向鏈路的信道增益h ff』，j G [ 1，N]，j辛i。
[0055]將（11)式結(jié)合FemtoBS的策略空間，可以得到第i個Femtocell基站的發(fā)射功率為
6
[0057]式中的J E+ 1^/,+ "是第i個Femt〇BS接收的干擾總和，由于 k.-〇 j-M Femtocell半徑相對于宏小區(qū)半徑很小，所以把Femtocell假設(shè)成一個點，則Femtocell基站 接收到的干擾和Femtocel 1用戶接收到的干擾相等。
[0058]進一步的，所述步驟S3中求解的FemtoBS發(fā)射功率依據(jù)的基本準(zhǔn)則是：在確保 Femtocell盡可能小的干擾周圍小區(qū)的同時，盡量的提高自身的發(fā)射功率來最優(yōu)化自身鏈 路容量，進而最優(yōu)化系統(tǒng)凈效用函數(shù)。
[0059]進一步的，所述非合作博弈功率控制模型存在納什均衡解且可以保證唯一。
[0060]博弈模型的納什均衡解是各競爭個體博弈后的一種理性結(jié)局。在這種理性的結(jié)局 中，任何一個競爭個體均不能通過單方面的改變自身的策略空間而獲得收益上的改善，即 如果功率向量p/=(pflw，…，pf/)是非合作博弈的納什均衡 解，則對于V，:eiV，Ud(Pf>1*，Pf,-:泣叫沾山匕-0恒成立，其中,，，,Pf,-凍示除了 第i個FemtoBS外的其它FemtoBS的發(fā)射功率向量。
[00611下面將以定理的形式證明此算法納什均衡解的存在性和唯一性。
[0062] 納什均衡解存在定理:功率控制博弈模型存在納什均衡解的充要條件是：（1)第i 個FemtoBS的策略空間寫:是歐式空間的非空、凸閉子集；（2)FemtoBS的凈效用函數(shù)滿足在上 述可行域中連續(xù)性且為擬凸（凹）函數(shù)。
[0063] 證明：由前面可知，第i個FemtoBS的策略空間為K〇, $_；]，顯然滿足納什均衡 解存在定理的條件（1);另外，由（6)式易知第i個FemtoBS的凈效用函數(shù)Ud(Pf,i)為其策略空 間上的連續(xù)函數(shù)，于是下面只需證明Ud(P f>1)的擬凸性。
[0064] 對
關(guān)于Pf,i求一階偏導(dǎo)，貝1J有
：13 )
[0066]由式（12)易知
恒成立，于是可知Ud(Pf,i)是其策略空間上的凸 函數(shù)。因為凸函數(shù)肯定也是擬凸函數(shù)，所以Ud(Pf>1)也是其策略空間上的擬凸函數(shù)。則 滿足條件(2)，于是納什均衡解的存在性得證。
[0067] 唯一性定理證明：
[0068]對(7)式求關(guān)于Pf>1(j辛i)的一階偏導(dǎo)得
(14)
[0070]由式（14)小于零恒成立可知該博弈模型是s-modular，再結(jié)合s-modular具有的特 殊性質(zhì)一一存在唯一納什均衡解，所以本發(fā)明提出的非合作博弈模型存在納什均衡解且可 以保證唯一。
[0071] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0072] 本發(fā)明基于非合作博弈功率控制（NPCG，Non_cooperative Power Control Game) 的毫微微小區(qū)（Femtocel 1)下行鏈路功率控制算法抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)的干擾的方 法。在該NPCG模型中，通過為每個FemtoBS設(shè)計合理的效用函數(shù)和代價函數(shù)，讓它獲得一定 鏈路容量的同時約束其發(fā)射功率，其模型依賴于文中提出的新準(zhǔn)則:對周圍小區(qū)產(chǎn)生的干 擾總和越大的FemtoBS，其發(fā)射功率將受到越嚴(yán)重的約束。正比于干擾泄露的代價函數(shù)消除 了 FemtoBS的利己性，而效用函數(shù)的設(shè)計保證納什均衡解的存在性和唯一性，同時使得該 NPCG模型能快速收斂至納什均衡解。當(dāng)Femtocell布局密度增大時，宏小區(qū)用戶的鏈路容量 沒有因此而減小，且容量是采用恒功率控制算法時的1.5~2.2倍，該算法能較好的抑制 Femtocell對周圍宏小區(qū)的干擾。并且所有的Femtocell基站的發(fā)射功率能很快達到穩(wěn)定 值，算法收斂速度快。
【附圖說明】
[0073]圖1為本發(fā)明整體流程示意圖；
[0074]圖2為本發(fā)明求解FemtoBS發(fā)射功率流程示意圖；
[0075] 圖3為Macrocell-Femtocell兩層網(wǎng)絡(luò)模型不意圖；
[0076]圖4為第1種仿真場景下FemtoBS的發(fā)射功率示意圖；
[0077]圖5為第5種仿真場景下FemtoBS的發(fā)射功率示意圖；
[0078]圖6為第8種仿真場景下FemtoBS的發(fā)射功率示意圖；
[0079] 圖7為不同仿真場景下的系統(tǒng)容量示意圖；
[0080] 圖8為不同仿真場景不同功率控制算法下的宏小區(qū)用戶容量比較示意圖；
[0081] 圖9為不同距離不同功率控制算法下的宏小區(qū)用戶容量比較示意圖。
【具體實施方式】
[0082] 以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而 限制本發(fā)明的保護范圍。
[0083] 如圖3所示是Macrocell-Femtocell兩層網(wǎng)絡(luò)模型，是由7個正六邊形宏小區(qū)組成 Macrocell網(wǎng)絡(luò)，以及被嵌入其中的Femtocell塊。為了分析方便，假設(shè)只在中心宏小區(qū)中布 局一定數(shù)量的Femtocell，且Femtocell是以群的形式出現(xiàn)，即Femtocell塊（Femtocell Block)，并且假定在某一特定時刻每個處于通信狀態(tài)的Femtocell小區(qū)中只有一個處于通 信狀態(tài)的用戶。
[0084] 本發(fā)明針對特定時刻的場景模式進行靜態(tài)仿真。仿真的小區(qū)結(jié)構(gòu)模型如圖3所示， 其中的Femtocell塊(Femtocell Block)最多包含40個FemtocelIs，參考宏小區(qū)用戶處于 Femtocell 3附近。為了能更清晰地分析問題，先隨機的選取5個Femtocell，并記錄這5個 Femtocel 1的序號，它們的序號依次是：3、19、25、30、39，將此作為第一種仿真場景。在第一 種仿真場景的基礎(chǔ)上，分別隨機的加入5、10、15、20、25、30、35個不同的Femtocell構(gòu)成第2、 3、4、5、6、7、8種仿真場景。
[0085] 小區(qū)結(jié)構(gòu)模型中的7個宏小區(qū)的半徑均為500m，而由40個Femtocell排列而成的 Femtocell塊是由分布在市區(qū)街道的兩旁的各含20個Femtocell的子Femtocell塊構(gòu)成，在 每個子Femtocell塊中有一個寬度為1.5m的走廊。另外，寬度為7m的街道兩旁各有一條寬度 為1.5m的人行通道。每個Femtocell的具體標(biāo)號如圖3所示。這里的每個Femtocell區(qū)域形狀 假設(shè)為一個邊長為l〇m的正方形。基站安置在小區(qū)的中心，用戶天線和小區(qū)基站天線均采用 全向天線。
[0086]系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)定:每個FemtoBS的最大發(fā)射功率Pmax=100mW，背景噪聲功率n = 5X 10_13W。假設(shè)每個FemtoBS均有相同的綜合因子D=0.15 X l(Tn，相對懲罰因子C=是由參考
宏小區(qū)用戶周圍Femtocell的數(shù)量決定。用到的歸一化鏈路容量公式為 其中的adB是操作數(shù)，數(shù)值大小為3dB。
[0087] 圖4，5，6分別給出了FemtoBS 3，19，25，30，39在第一種、第五種、第八種仿真場景 下的發(fā)射功率大小?？梢钥闯?，隨著Femtocell布局密度的增大，F(xiàn)emtoBS的發(fā)射功率都在下 降，這主要是因為隨著Femtocel 1密度的增大，每個FemtoBS對周圍小區(qū)的同道干擾總和會 變大，為了降低該干擾總和，F(xiàn)emtoBS自適應(yīng)的降低自身的發(fā)射功率。圖4，5,6還顯示 FemtoBS 3的發(fā)射功率最低，這是因為如圖3所示，在Femtocell 3附近存在一個宏小區(qū)用 戶，并且該宏小區(qū)用戶離Femtocell 3最近，因此該宏小區(qū)用戶更易受到FemtoBS 3的干擾 影響。為了保證Macrocell-Femtocell兩層網(wǎng)絡(luò)中宏小區(qū)用戶的服務(wù)質(zhì)量所受的影響盡可 能的小，對它產(chǎn)生干擾的FemtoBS的發(fā)射功率應(yīng)該受到一定的懲罰而下降，并且對宏小區(qū)用 戶產(chǎn)生的干擾越大應(yīng)該受到的懲罰也越大，因此FemtoBS 3受到的懲罰最大，所以導(dǎo)致它的 發(fā)射功率最小。另外，每個FemtoBS的發(fā)射功率很快就達到一個穩(wěn)定值，再次驗證了該算法 納什均衡解的存在性和快收斂性。
[0088]圖7給出了不同仿真場景下參考宏小區(qū)用戶的鏈路容量、所有Femtoce 11鏈路容量 之和以及整個系統(tǒng)容量。圖中顯示，隨著Femtocell數(shù)量的增加，整個系統(tǒng)的容量幾乎呈直 線上升趨勢，且遠遠大于現(xiàn)有的宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)容量。另外，參考宏小區(qū)用戶的鏈路 容量在本發(fā)明提出的功率控制算法的作用下幾乎沒有受到Femtocell網(wǎng)絡(luò)層對它的跨層干 擾影響，用戶容量大概一直保持在1.55bits/s/Hz。由此可以說明，在采用先進的跨層干擾 管理技術(shù)的前提條件下，實現(xiàn)傳統(tǒng)的宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)和新介入的Femtocell網(wǎng)絡(luò)的和諧融合是 可能的，并且Femtocell網(wǎng)絡(luò)的引入，不僅可以提高整個系統(tǒng)的系統(tǒng)容量，并且?guī)缀醪挥绊?原有宏小區(qū)用戶容量。
[0089] 圖8給出了在不同功率控制算法條件下，參考宏小區(qū)用戶的鏈路容量隨著 Femtocell數(shù)量的變化情況。從圖中可以看出，F(xiàn)emtocell網(wǎng)絡(luò)采用本發(fā)明提出的功率控制 方案后，宏小區(qū)用戶的鏈路容量并沒有隨著Femtoc e 11布局密度的增大而減小，而采用等功 率發(fā)射方案時，且假設(shè)Psj = 〇dB，j G [ 1，N]，宏小區(qū)用戶的鏈路容量會隨著Femtocel 1布局密 度的增大有下降趨勢，且前者的容量是后者的1.5~2.2倍。綜上可以得出：該功率控制算法 可以很好抑制Femtocell網(wǎng)絡(luò)對傳統(tǒng)宏小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的跨層干擾，有效地保護了宏小區(qū)用戶的 服務(wù)質(zhì)量不受Femtocell網(wǎng)絡(luò)的影響。
[0090] 圖9給出了Femtoce 11布局密度最大，即Femtoce 11塊中含有40個Femtoce 11情況 下，不同功率控制算法下的參考宏小區(qū)用戶的鏈路容量隨著它到中心宏小區(qū)基站距離的不 同的變化情況。圖中顯示，隨著參考宏小區(qū)用戶自如圖1所示的街道最左邊往最右邊運動， 兩種算法下的參考宏小區(qū)用戶鏈路容量都在下降，這是由于參考宏小區(qū)用戶距離中心宏小 區(qū)基站越來越遠，故接收到來自中心宏小區(qū)基站的信號功率也越來越小，而接收到的來自 Femtocell網(wǎng)絡(luò)和鄰宏小區(qū)的干擾變化很小，所以導(dǎo)致接收信號的信干噪比下降，從而導(dǎo)致 了該宏小區(qū)用戶容量的降低。雖說兩種功率控制方案下的宏小區(qū)用戶容量都在降低，但采 用基于非合作博弈功率控制算法的宏小區(qū)鏈路容量始終是恒功率發(fā)射時的宏小區(qū)鏈路容 量的兩倍左右，這再一次論證了此算法抑制跨層干擾的有效性。
[0091]仿真結(jié)果顯示，該算法合理調(diào)配了 FemtoBS的發(fā)射功率大小，有效地保證了宏小區(qū) 用戶的服務(wù)質(zhì)量，并且各FemtoBS的發(fā)射功率很快就能達到穩(wěn)定。因此干擾抑制算法的有效 性和快收斂性得到了充分驗證。
[0092]上述只是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明 已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫 離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許 多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案 的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落 在本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，其特征在于，包括以下步驟： S1:在基于對周圍小區(qū)產(chǎn)生的干擾總和越大的FemtoBS，其發(fā)射功率將受到越嚴(yán)重的約 束的準(zhǔn)則之下，設(shè)定正比于干擾泄露的代價函數(shù)，建立非合作博弈功率控制模型； S2:選取鏈路容量作為支付函數(shù)，并定義FemtoBS的凈效用函數(shù)為它的支付函數(shù)和代價 函數(shù)的差值； S3:基于非合作博弈功率控制模型的自適應(yīng)功率水平求解FemtoBS發(fā)射功率。2. 要求1所述的一種抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)模 型為非合作博弈功率控制模型，且在Macrocell-Femtocell兩層網(wǎng)絡(luò)中采用同頻組網(wǎng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，其特征在于，所 述步驟S1中非合作博弈功率控制模型為：其中，及=丨1,2,…ivj表示博弈的參與者，即FemtoBS;& = [；0, 是第i個FemtoBS的策略 空間；此中的Pmax為每個FemtoBS的最大發(fā)射功率;而策略空間的集合? χζ X·· xfN是 由每個FemtoBS策略空間$ = f〇, 所構(gòu)成的笛卡爾積空間；Ud(Pf,i)為第i個FemtoBS受 到懲罰后的凈效用函數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，其特征在于，所 述步驟S2中，基于信干噪比的鏈路容量公式可得到第i個Femtocell基站的支付函數(shù) U(Pf，i) = log2(l+SINRi) (1) 其中，SINRi是指第i個Femtocel 1用戶所接收到的信干噪比。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，其特征在于，宏 小區(qū)用戶0的信干噪比為式中的Pm,o是指中心宏小區(qū)基站的發(fā)射功率;hm,Q()是中心宏小區(qū)基站到其服務(wù)的目標(biāo)宏 小區(qū)用戶的路徑增益;Pm>1(i = l，2,…，6)是指第i個干擾宏小區(qū)基站的發(fā)射功率； hm,0l(i = l，2,…，6)表示第i個干擾宏小區(qū)基站到目標(biāo)宏小區(qū)用戶0的路徑增益;而Pf>J 表示第j個FemtoBS的發(fā)射功率;hmf,?！故侵傅趈個FemtoBS到目標(biāo)宏小區(qū)用戶0的路徑增益;η 代表背景噪聲功率； 并且第i個Femtocell用戶所接收到的信干噪比為式中的Pf,i表示第i個FemtoBS的發(fā)射功率;hff,ij是指第j個FemtoBS到第i個Femtocell 用戶的路徑增益;Pm,k表示第k個宏小區(qū)基站的發(fā)射功率;而hfm,lk表示第k個宏小區(qū)基站到第 i個Femtocell用戶的路徑增益;η是噪聲功率。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，其特征在于，所 述步驟S1中代價函數(shù)正比于干擾泄露；其中，干擾泄露是第i個Femtocell基站所產(chǎn)生的干 擾泄露為它對周圍用戶產(chǎn)生干擾的總和，具體表達式為其中的Pf,i是指第i個FemtoBS的發(fā)射功率，hff,ji表示第i個FemtoBS到第j個Femtocell 用戶的路徑增益，而hmf,Ql表示第i個FemtoBS到參考宏小區(qū)用戶的路徑增益； 并且提出代價函數(shù)是正比于該IL的，但考慮到要盡可能的減小跨層干擾，所以對宏小 區(qū)用戶產(chǎn)生干擾的Femtocell基站應(yīng)受到更嚴(yán)重的約束，為了體現(xiàn)對不同種用戶產(chǎn)生干擾 所受到的懲罰程度不一樣，將上面的干擾泄露IL作一下調(diào)整，引入兩個懲罰因子，于是第i 個Femtocell基站的代價函數(shù)為式中的均為懲罰因子，它們是代價函數(shù)有效性的量度，通過調(diào)節(jié)的相對大 小決定Femtocell基站對哪層網(wǎng)絡(luò)干擾更敏感，絕對大小由Femtocell基站根據(jù)其周圍的干 擾環(huán)境來確定。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，其特征在于，所 述步驟S2中FemtoBS的凈效用函數(shù)為它的支付函數(shù)和代價函數(shù)的差值，可以給出第i個 FemtoBS的凈效用函數(shù)，它的具體表達式為 VJ 上式中'▽'巧^|；0.^1;,\；|,\77 = 1.2，一,";結(jié)合上面的凈效用函數(shù)以及策略空間可以得 該非合作博弈的數(shù)學(xué)模型為8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，其特征在于，所 述步驟S3包括： S31:初始化FemtoBS的發(fā)射功率Pf,i，i = [ 1，2，…，N]。其中，N是Femtocell塊中處于激 活狀態(tài)的Femtocell數(shù)量； S32: FemtoBS計算其到宏小區(qū)用戶的信道增益hmf, ^和到其它相鄰Femtocel 1用戶的信 道增iihff,ji，jG [1，N]，j^i，i; S33: FemtoBS計算來自周圍小區(qū)的干擾總和A; S34:Femt〇BS根據(jù)其周圍的干擾環(huán)境來自適應(yīng)的調(diào)整相對懲罰因子C和FemtoBS的綜合 因子D; S35:結(jié)合FemtoBS的策略空間，自適應(yīng)地調(diào)整發(fā)射功率，直至FemtoBS停止無線連接。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，其特征在于，所 述步驟S3中求解的FemtoBS發(fā)射功率依據(jù)的基本準(zhǔn)則是:在確保Femtocell盡可能小的干擾 周圍小區(qū)的同時，盡量的提高自身的發(fā)射功率來最優(yōu)化自身鏈路容量，進而最優(yōu)化系統(tǒng)凈 效用函數(shù)。10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種抑制Femtocel 1對周圍小區(qū)干擾的方法，其特征在于，所 述非合作博弈功率控制模型存在納什均衡解且可以保證唯一。
【文檔編號】H04W52/24GK105960008SQ201610503952
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】陳文婕, 肖竹
【申請人】中南林業(yè)科技大學(xué)