本(ben)發(fa)明涉及(ji)異構(gou)云(yun)無線(xian)接入(ru)網(wang)絡中的(de)回(hui)(hui)程壓(ya)縮(suo)設計和(he)頻(pin)譜資源管理技術領(ling)域，特別是(shi)一種異構(gou)云(yun)無線(xian)接入(ru)網(wang)絡中的(de)回(hui)(hui)程壓(ya)縮(suo)與帶寬(kuan)分配方法。

背景技術：

不同發射功率(lv)的(de)(de)基(ji)站構成異構網(wang)絡(luo)(luo)(luo)(heterogeneousnetworks，hetnet)共同服務用(yong)戶(hu)，雖然提升(sheng)了(le)頻(pin)譜(pu)效(xiao)率(lv)，但是(shi)不同層之間的(de)(de)干(gan)擾(rao)限(xian)制(zhi)了(le)性能進(jin)一(yi)步提升(sheng)。而云(yun)無(wu)線(xian)接(jie)(jie)入(ru)網(wang)絡(luo)(luo)(luo)(cloudradioaccessnetworks,cran)通(tong)過遠程(cheng)(cheng)天(tian)線(xian)單元(remoteradiounit)之間的(de)(de)協作，將數據(ju)集中在云(yun)端(duan)基(ji)帶(dai)單元池(chi)(basebandunitpool)處理，既避免(mian)了(le)基(ji)站的(de)(de)干(gan)擾(rao)，又獲(huo)得了(le)合作增益(yi)。但是(shi)受限(xian)于回(hui)程(cheng)(cheng)容量，rru無(wu)法將大量數據(ju)同時上傳至(zhi)基(ji)帶(dai)單元池(chi)。異構云(yun)無(wu)線(xian)接(jie)(jie)入(ru)網(wang)絡(luo)(luo)(luo)(heterogeneouscloudradioaccessnetworks)可以有(you)效(xiao)解決這(zhe)一(yi)問題。在異構云(yun)無(wu)線(xian)接(jie)(jie)入(ru)網(wang)絡(luo)(luo)(luo)中，基(ji)站負(fu)責控(kong)(kong)制(zhi)信息以及服務部(bu)分低速率(lv)用(yong)戶(hu)，rru負(fu)責高速率(lv)用(yong)戶(hu)，控(kong)(kong)制(zhi)平面與(yu)數據(ju)平面解耦，有(you)效(xiao)提升(sheng)了(le)性能。遠程(cheng)(cheng)天(tian)線(xian)單元先將接(jie)(jie)收信號進(jin)行壓縮再轉發，減少了(le)對(dui)回(hui)程(cheng)(cheng)容量的(de)(de)需求。此(ci)外，考慮到頻(pin)譜(pu)資源稀缺，無(wu)線(xian)接(jie)(jie)入(ru)網(wang)絡(luo)(luo)(luo)與(yu)無(wu)線(xian)回(hui)程(cheng)(cheng)網(wang)絡(luo)(luo)(luo)共享接(jie)(jie)入(ru)頻(pin)譜(pu)資源成為了(le)有(you)效(xiao)的(de)(de)解決方法。

技術實現要素：

本發明目的(de)是提供一種異(yi)構云(yun)無線接入(ru)網絡中的(de)回(hui)程(cheng)壓(ya)縮與帶寬分配方法，通過回(hui)程(cheng)壓(ya)縮技術降低回(hui)程(cheng)容(rong)量需求，同(tong)時將頻譜資源(yuan)分配給無線接入(ru)網絡與無線回(hui)程(cheng)鏈路(lu)，最大(da)化系統統容(rong)量，從而(er)提高頻譜效率。

一種異構云無線接入網絡中的回程壓縮與帶寬分配方法，所述異構云無線接入網絡由一個基帶單元池、多個遠程天線單元和一個宏小區基站構成，宏小區基站與基帶單元池通過光纖相連，遠程天線單元與基帶單元池通過無線回程鏈路相連，宏小區基站和遠程天線單元同時服務多個用戶終端，包括以下步驟，步驟一、對用戶終端進行分組，一組由基站服務，稱為u1類用戶，另一組由多個遠程天線單元同時服務，稱為u2類用戶；步驟二、基站分別計算u1類用戶到基站以及u2類用戶到多個遠程天線單元的統計信道狀態信息；步驟三、基站利用統計信道狀態信息，同時計算最優回程壓縮噪聲協方差矩陣ψ^*和最優帶寬分配系數η^*；步驟四、基站根據η^*值分配帶寬，其中，無線接入網絡包括：u1類用戶與基站之間接入網絡和u2類用戶與遠程天線單元之間接入網絡，無線接入網絡的帶寬占用比例為η^*，剩余的帶寬用于基帶單元池與遠程天線單元之間的無線回程鏈路；步驟五、遠程天線單元根據回程壓縮噪聲協方差矩陣ψ^*確定壓縮等級。

與現有(you)技(ji)術(shu)(shu)相比，本(ben)發明具有(you)以(yi)下(xia)技(ji)術(shu)(shu)效果(guo)：

(1)本發(fa)明同時優化(hua)回(hui)程壓(ya)縮量(liang)化(hua)噪聲方差(cha)以及(ji)無線接(jie)入網絡與無線回(hui)程網絡之間(jian)的帶寬分配，既節約(yue)了(le)頻譜資源，同時又降低了(le)回(hui)程容(rong)量(liang)需求，最(zui)大化(hua)系統容(rong)量(liang)；

(2)本(ben)發明(ming)基于統計信(xin)道狀態信(xin)息，避免了對信(xin)道進行蒙(meng)特卡(ka)洛平均而帶來的繁瑣計算(suan)；

(3)本發(fa)明簡(jian)單易行，所涉及的優化問(wen)題均是(shi)凸優化問(wen)題，總(zong)是(shi)收斂于局部最(zui)優點。

附圖說明

圖(tu)1為(wei)一種異構云無線接入網絡架構圖(tu)；

圖(tu)2為異構云無(wu)線接入(ru)網絡中的(de)回程壓縮與帶(dai)寬分(fen)配方(fang)法一實施例的(de)流程圖(tu)。

具體實施方式

為(wei)了使本(ben)發明(ming)(ming)的目的、技術方案(an)及(ji)優點更加清楚(chu)明(ming)(ming)白，以(yi)下結合(he)附圖及(ji)實施例，對本(ben)發明(ming)(ming)進行(xing)進一步(bu)詳細說(shuo)明(ming)(ming)。應當理(li)解(jie)，此處所描述的具體實施例僅(jin)僅(jin)用以(yi)解(jie)釋本(ben)發明(ming)(ming)，并不用于限(xian)定本(ben)發明(ming)(ming)。

本發明實施(shi)例提供的(de)一種異構云無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)接入網(wang)絡中的(de)回(hui)程(cheng)(cheng)壓縮與(yu)(yu)帶寬分(fen)配方法，在頻(pin)(pin)(pin)譜資(zi)源(yuan)受(shou)限的(de)情況下，可(ke)以優(you)化資(zi)源(yuan)分(fen)配，提高系統(tong)總速率，達到(dao)高頻(pin)(pin)(pin)譜利用率的(de)要(yao)求。本實施(shi)例的(de)異構云無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)接入網(wang)絡架構如圖(tu)1所示(shi)，假設(she)異構云無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)網(wang)絡由1個宏小區(qu)基(ji)站和l個遠程(cheng)(cheng)天線(xian)(xian)(xian)單元以及1個基(ji)帶單元池構成，基(ji)站與(yu)(yu)基(ji)帶單元池通過光纖相連，遠端射頻(pin)(pin)(pin)點與(yu)(yu)通過無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)回(hui)程(cheng)(cheng)鏈路(lu)連接，無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)回(hui)程(cheng)(cheng)鏈路(lu)與(yu)(yu)無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)接入網(wang)絡共享(xiang)頻(pin)(pin)(pin)譜資(zi)源(yuan)。

如圖2所示，一種無線回程(cheng)鏈(lian)路異構物聯網中(zhong)的頻譜資源分配方法(fa)，包括以(yi)下步(bu)驟：

步驟201：依據用(yong)戶(hu)終端(duan)的(de)速(su)率需(xu)求(qiu)對用(yong)戶(hu)分組，當(dang)用(yong)戶(hu)速(su)率需(xu)求(qiu)大于等于設定(ding)的(de)臨界值時，則(ze)(ze)由(you)直接(jie)接(jie)入基站進(jin)行服務，稱(cheng)(cheng)為(wei)u1類用(yong)戶(hu),當(dang)用(yong)戶(hu)速(su)率小于設定(ding)的(de)臨界值時，則(ze)(ze)由(you)多(duo)個遠程天線(xian)單元同時服務，稱(cheng)(cheng)為(wei)u2類用(yong)戶(hu)。

步(bu)驟202：根據位置(zhi)信(xin)(xin)息，分別(bie)計(ji)算(suan)u1類用戶到(dao)基(ji)站以及(ji)u2類用戶到(dao)多個遠程天(tian)線單元的統計(ji)信(xin)(xin)道(dao)(dao)狀(zhuang)態信(xin)(xin)息,該統計(ji)信(xin)(xin)道(dao)(dao)狀(zhuang)態信(xin)(xin)息是指信(xin)(xin)道(dao)(dao)的大尺度衰(shuai)落信(xin)(xin)息，包(bao)括路徑損(sun)耗，以及(ji)陰(yin)影衰(shuai)落效應。

步驟203：基站利用統計信道狀態信息，根據和速率最大化原則，同時計算最優回程壓縮噪聲協方差矩陣ψ^*和最優頻譜資源分配系數η^*，即

(η^*，ψ^*)＝argmax{ηr^(b)(ψ)+ηr^(p)(ψ)}

且滿足

c1：ηr^(bh)(ψ)≤(1-η)c0，

c2：η∈[0，1]，

c3：ψll≥0，l＝1，2，...l，

c4：ψl′l＝0，l′≠l，

其中，c0代表(biao)(biao)(biao)(biao)回(hui)程(cheng)容量(liang)限制，單(dan)位為比(bi)特(te)每秒每赫茲，ψl′l代表(biao)(biao)(biao)(biao)壓縮噪(zao)聲協方差矩(ju)陣(zhen)ψ的第l′行第l列元(yuan)素(su)，條件(jian)c1表(biao)(biao)(biao)(biao)明回(hui)程(cheng)容量(liang)約束，條件(jian)c2表(biao)(biao)(biao)(biao)明頻(pin)率分配因子取(qu)值(zhi)范(fan)圍(wei)，條件(jian)c3和c4表(biao)(biao)(biao)(biao)明壓縮協方差矩(ju)陣(zhen)是一個(ge)對(dui)角(jiao)矩(ju)陣(zhen)，且對(dui)角(jiao)元(yuan)素(su)大(da)于(yu)0，argmax{f}表(biao)(biao)(biao)(biao)示(shi)函(han)數f取(qu)最大(da)值(zhi)時自變量(liang)的取(qu)值(zhi)；

r^(b)表(biao)示利用統計信道信息(xi)得出的所有u1類(lei)用戶在基(ji)站上(shang)的和(he)速率近(jin)似表(biao)達(da)式：

其中，k為u1類用戶的數目，σ²是噪聲功率，第(di)k∈{1，2，...，k}個u1類(lei)用戶的發(fa)射功率(lv)，vk代表第(di)k個u1類(lei)用戶的統計信道狀態(tai)信息(xi)，n是(shi)bs天(tian)線數目，in是(shi)維度為n的單位矩陣；

r^(p)表示利用(yong)統計信達信息(xi)得出的(de)所(suo)有u2類(lei)用(yong)戶在遠程天線單元上的(de)和(he)速率(lv)近似表達式：

其中，m為u2類用戶的數目，σ²是噪聲功率，第(di)m∈{1，2，...，m}個u2類用戶的(de)發(fa)射功率，l是(shi)rru的(de)數目，il是(shi)維度(du)為l的(de)單(dan)位矩(ju)陣，um是(shi)一個l×l對角(jiao)矩(ju)陣并且它的(de)第(di)l∈{1，2，...，l}個對角(jiao)元素為ulm，ulm代表(biao)第(di)l∈{1，2，...，l}rru到第(di)m∈{1，2，...，m}個u2類用戶的(de)大尺度(du)衰(shuai)落信息；

r^(bh)是利用統計信道信息得(de)出的回程速率近似表達式，表示為

其中，m為u2類用戶的數目，σ²是噪聲功率，第(di)m∈{1，2，...，m}個(ge)u2類(lei)用戶(hu)的(de)發(fa)射功率(lv)，l是(shi)rru的(de)數(shu)目，il是(shi)維度(du)為(wei)l的(de)單(dan)位矩(ju)陣,um是(shi)一個(ge)l×l對(dui)角矩(ju)陣并且它(ta)的(de)第(di)l∈{1，2，...，l}個(ge)對(dui)角元素為(wei)ulm，ulm代表第(di)l∈{1，2，...，l}rru到第(di)m∈{1，2，...，m}個(ge)u2類(lei)用戶(hu)的(de)大尺度(du)衰落信息；

計(ji)算過程(cheng)可分為(wei)如下(xia)步(bu)驟(zou)：

步驟a：初始化ψ；

步驟b：計算并判定r^(b)(ψ)+r^(p)(ψ)-ω[r^(bh)(ψ)+c0]＞∈1是(shi)否(fou)成立(li)，若成立(li)，則執行步驟c,否(fou)則執行步驟e，其中∈1是(shi)一(yi)個給定的(de)常數(shu)；

步驟c：更新ψ＝argmax{r^(b)(ψ)+r^(p)(ψ)-ω[r^(bh)(ψ)+c0]}，其中argmax{f}表示(shi)函數f取最(zui)大(da)值(zhi)時(shi)自(zi)變量的取值(zhi)；

步驟d：代入ψ并更新執行步驟b；

步驟e：輸出ψ^*＝ψ和

在(zai)執(zhi)行步驟c時，又可以進一步細(xi)化(hua)為(wei)：

步驟c-1：初始化相關參數ψ⁽⁰⁾，ω⁽⁰⁾＝ψ⁽⁰⁾+σ²il，i＝0；

步驟c-2：更新i＝i+1和ψ⁽ⁱ⁾為

這里

其中，m為u2類用戶的數目，σ²是噪聲功率，tr(·)代表矩陣的跡，第m∈{1，2，...，m}個(ge)u2類用戶(hu)的(de)發射功率，l是遠(yuan)程天線(xian)單(dan)元(yuan)的(de)數(shu)目，il是維度為l的(de)單(dan)位矩陣,um是一個(ge)l×l對角矩陣并且它的(de)第l∈{1，2，...，l}個(ge)對角元(yuan)素為ulm，ulm代表第l∈{1，2，...，l}遠(yuan)程天線(xian)單(dan)元(yuan)到第m∈{1，2，...，m}個(ge)u2類用戶(hu)的(de)大尺度衰(shuai)落信息(xi)，ω是輔助變(bian)量(liang)；

步驟c-3：判定|ψ⁽ⁱ⁾-ψ^(i-1)|＞∈2是否成立，其中∈2是一個常量，若成立則輸出ψ⁽ⁱ⁾作(zuo)為ψ的值，否則(ze)，執行步驟c-4；

步驟c-4：更新ω⁽ⁱ⁾＝ψ⁽ⁱ⁾+σ²il，轉至步驟(zou)c-2執行；

步驟204：基站根據η^*值分配頻譜資源，其中，無線接入網絡，包括u1類用戶與基站之間接入網絡和u2類用戶與遠程天線單元之間接入網絡，占用比例為η^*，剩余的頻譜用于基(ji)帶單(dan)元(yuan)池與遠(yuan)程(cheng)天(tian)線(xian)單(dan)元(yuan)之(zhi)間的無線(xian)回程(cheng)網絡(luo)；

步驟205：遠程天線單元根據回程壓縮噪聲協方差矩陣ψ^*確定壓縮等級。ψ^*是個對(dui)角矩陣(zhen)，其第l∈{1，2，...，l}個對(dui)角元素ψll代表第l個遠程(cheng)天線單元的壓縮噪(zao)聲(sheng)(sheng)方差，壓縮噪(zao)聲(sheng)(sheng)方差越大，壓縮等級越高，壓縮后輸出的比特數(shu)越少(shao)。