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5G超密异构网络中联合虚拟波束形成的小区选择算法

更新时间：2019-12-08 06:49:04 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：5g 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

随着移动通信技术的发展,移动用户设备呈爆炸性增长趋势,使异构网中小区密集,造成小区间严重干扰,严重影响系统吞吐量.基于5G超密异构网络结构,研究了以用户为中心,基于动态小区选择与联合优化,提出了联合虚拟波束形成的小区选择算法.仿真结果表明:该算法协调了小区间干扰和频谱效率的矛盾,提高了边缘用户的性能和小区的平均吞吐量.

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and

2016年第35卷第1期

传感器与微系统(Transducer

Mierosystem

139

Technologies)

DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)01-0139-03

5G超密异构网络中联合虚拟波束形成的小区选择算法术

张

洋，孙长印，刘毓，汤仕艳，文芳艳

(西安邮电大学。陕西西安710061)

摘要：随着移动通信技术的发展，移动用户设备呈爆炸性增长趋势，使异构网中小区密集，造成小区间

严重干扰，严重影响系统吞吐量。基于5G超密异构网络结构，研究了以用户为中心，基于动态小区选择

与联合优化，提出了联合虚拟波束形成的小区选择算法。仿真结果表明：该算法协调了小区间干扰和频谱

效率的矛盾，提高了边缘用户的性能和小区的平均吞吐量。

关键词：5G超密异构网络；虚拟波束形成；干扰协调；动态虚拟小区选择；联合优化

中图分类号：TN929．5

文献标识码：A

文章编号：1000-9787(2016)01-0139-03

Cell

selection

algorithm

superdense heterogeneous

network with

virtual

joint

beamforming术

Yu，TANG

Shi—yan，WEN Fang-yan

ZHANG_Yang，SUN

Chang—yin，LIU

of P惦ts and

(Xi’an University

Telecommunications，Xi’an 710061，China)

the

of mobile communication

Abstract：With

user

show

equipment explosive

development

technology，mobile

causes serious interference between

growth

trend，village populated

heterogeneous network，which

zones，and

affect

on 5G_superdense

system throughput．Therefore，based

network

user—

seriously

heterogeneous

structure，study

based on

virtual

communities

centric

forward

distributed

selection

selection and

dynamic

joint optimization

community，put

coordinates

area

joint

virtual

beamforming．Simulation

results show that the

algorithm

conflict between interference between

and

users and

spectrum efficiency，improve performance

edge

of cell．

throughput

average

words：5G

Key

superdense heterogeneous network；virtual beamforming；interference

coordination；dynamic

virtual cell

selection；joint

optimization

com．

0引言

的。异构网情形家庭基站载波自主选择(autonomous

carrier

目前，由于通信移动设备的猛增，造成了异构网中小区

密集和小区间的严重干扰，因此，研究逐步认可小区选择对

干扰管理的作用十分重要。目前研究的小区选择技术主要

有：1)距离扩展(range expansion)技术¨ o，该技术是在用户

selection，ACCS)算法。瓦“，算法基于背景干扰

ponent

矩阵(background ^interferencematrices，BIM)，对边缘用户设

置不同的载波选择优先级∞J，提高边缘用户吞吐量。但上

述研究基于低功率节点密度不高的假设，在5G超密度低

功率节点场景的有效性未知。

接入时，通过参考信号接收功率(reference

receiving

signal

本文将协作式动态虚拟小区选择与小区分群思想相结

合，提出一种新的基于联合虚拟波束形成的小区选择方法。

基本思想是采用退耦合的方法将小区选择与其他资源分配

问题分离，考虑用户自己的可达速率、对其他用户的干扰，

以及小区负载。可达速率计算中采用利他策略的虚拟波束

形成，协调了小区间的干扰消除和频谱效率的矛盾，进而提

高了小区的平均吞吐量和边缘用户的性能，实现系统容量

最大化。

power)判断参数设置不同的偏移值，使更多用户接入到小

功率基站。2)协作静默(cooperative silencing)技术‘2。，它是

通过在某些频率资源上宏小区(MacroCell)降低发射功率

或者完全静默，以减小对小小区(PicoCell)用户的干扰，提

高系统吞吐量。3)采用载波选择(CC selection)方案_，思

MHz

想是将LTE—Advanced系统100 MHz带宽分为5个20

的成员载波(component carrier)，不同的层根据不同准则选

择不同的成员载波，达到小区间干扰避免、负载均衡等目

收稿日期：2015—11-09

t基金项目：国家“863”计划资助项目(2014AA01A703)；陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2014JM8317)；国家自然科学基金资助项目

(61102047)；中兴产学研项目

万方数据

140

传感器与微系统

第35卷

系统模型

本文讨论网络中下行链路的多基站协作传输，假设系

石b {0，1}，

(4)

Pt。>0，VmEMk，k gm．

统中包括M个基站和K个用户，基站m(m M)有Ⅳ根天

线，用户k(k K)是单天线。

2基于联合虚拟波束形成的小区选择算法

式(4)的联合求解是非线性约束问题，最优解的获得十

分复杂，本文给出一种启发式方法来获得最优化算法，思想

是将小区选择问题的联合预编码和功率问题去耦合，利用

小区选择与功率问题处理时间尺度不同的特点，用平均容

量代替瞬时可达容量

多个基站组成的一个虚拟小区为用户k服务，用户k

的虚拟基站群为Q={帆，M。 M}。系统如图1所示，为k。

用户服务的虚拟小区q。={m。，m。，m。}，为k。用户服务的

虚拟小区g。={ms，m。，m5}，为k。用户服务的既可以是g。

也可以是g。，这时就需要进行进一步选择。

(5)

Pb=lg(1+饥)．

假设系统以比例公平的调度器来选择最佳的用户，则

随着时隙t一+*，调度用户的平均速率见可以表示成

(6)

，

砧kE K,qE

口

K。掣q，

式中豇· ]为求数学期望，尺b为用户k在虚拟小区q中

的可达速率，Y。为连接到虚拟小区q的用户数量，它代表了

对同一资源竞争的用户数。

7卜lt

，卜l蔓2

图1 多基站协作式网络系统

Multi-basestation collaborative network

Fig

system

令埘向：壑拿也，联合式(4)可以表示如下

在虚拟小区q中，用户k接收信号表示如下

儿= gkmK。∥o*+

mE村．RE^

max

石幻‰ ，

(1)

SJ压+‰ ，

gh‰ r

J≠tJE^m

s．t

z幻=1，

q=I

式中Ph为用户k到基站m相应传输功率，g。。为基站m

到用户k的信道信息，用户k下行链路的信道矢量为h。=

[g帆，g帆，，g。。]。‰ 为基站m对用户k的预编码矩

(7)

％c{0，1}．

为求解E(Rb)，需求解联合预编码矢量。

多虚拟小区虚拟波束形成使容量最大化

2．1

阵，u=[瓜K。7，瓜‰ 耙7，，压屹，7]7为用

式(7)主要求解波束形成矢量的方向，通过构造拉格朗

户k在所在小区的联合预编码矢量，‰ 为高斯白噪声，服从

日函数和KKT条件获得。由主特征向量问题可知，用户k

cN(o，盯：)分布。

采用下式的发射波束形成矢量b。将使得系统容量达到最

由式(1)可得用户k的信干噪比(SINR)

大

gt。‰ 压o

mE肼．tEK

(8)

(E。+ A一，)肛。=肛。b。．

(2)

J=1 J≠口

饥2忑可iii万而

m’E^，

』一‘JEK

其中，E。=^?_Il。，A目=h7hj，A，为其他虚拟小区对用户

k的干扰系数。

可见信干噪比与联合预编码矩阵K有关，则容量最大

化基于下述预编码矩阵和功率控制

厶是用户k接收到的干扰信号功率

max 埘幻lg(1+y^)

(9)

Ik= ll”J|2．

J=I．‘≠q

(3)

s．t． lI‰ I|2Ph<-Po，VmE肘，

kEKm

式(8)中的容量最大是利己利他波束形成的一个平衡，

式中P0为最大传输功率，‰ 为可调系数，调整该系数，可

实现小区容量最大化，0· Il为欧几里得范数。

为了解决K中功率和预编码的耦合性这个问题，用

茹k {0，1}，表示小区选择系数，若用户k选择小区口则

戈b=1；否则，为0。式(3)转化为

它是利用一个简单的利己利他平衡矩阵的线性组合实现

的。

2．2联合小区分群的虚拟波束形成的动态小区选择

因为用户k的E(Rb)与其他用户的虚拟小区波束形成

矢量有关，以致用户k的虚拟小区选择与其它用户的小区

选择结果相关。这时，考虑联合虚拟波束形成，即为每个用

户选择动态的虚拟小区作为服务小区，传统网络系统中的

边缘用户在这里变成了某个虚拟小区q的中心用户。

max

x如叫如lg(1+yt)

口EV女E^

EM，

P。。 Po，Vm

s．t II‰ Il

万方数据

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