文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2016.05.025
中文引用格式： 李倩，李屹. 分層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中子載波分配技術(shù)研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42(5)：90-92，96.
英文引用格式： Li Qian，Li Yi. Study of sub-carrier allocation scheme for heterogeneous networks[J].Application of Electronic Technique，2016，42(5)：90-92，96.
0 引言
未來80%的數(shù)據(jù)將在室內(nèi)和熱點區(qū)域產(chǎn)生，覆蓋、頻段和制式分層的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous Network，HetNet)是應(yīng)對流量需求的必然選擇。HetNet架構(gòu)呈低功率、多天線的特征，一般用同頻部署提高頻譜效率，但同時也導(dǎo)致同層和跨層干擾以及低功率基站的不規(guī)則部署和密集分布，使子載波最優(yōu)配置變得困難。鑒于此，本文對HetNet中已有的典型子載波配置算法進(jìn)行了分析比較，進(jìn)而提出用預(yù)測機制實現(xiàn)子載波自組織配置的改進(jìn)算法。
1 子載波分配機制的現(xiàn)狀分析
HetNet中有較嚴(yán)重干擾，有效的子載波配置可減小同層和跨層干擾[1]。子載波分配方式有集中式和分布式。集中式分配隨低功率基站的增加，宏基站的計算開銷顯著增大。分布式分配可應(yīng)對低功率基站大量部署和分布不均的問題，但不保證子載波分配的合理性。德州大學(xué)研究人員用泊松點過程描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瑴?zhǔn)確描述了低功率基站部署的隨機性和密集性[2]。韓國研究人員提出的低復(fù)雜度子載波分配算法提高了數(shù)據(jù)速率[3]。文獻(xiàn)[4]的子載波分配機制有較好的QoS性能和頻譜效率。低功率基站與宏基站也可工作于不同頻段[5]，但這會使頻譜利用率較低，故可考慮部分頻率復(fù)用[6]。
2 子載波分配機制的改進(jìn)方法
HetNet中子載波自組織分配的改進(jìn)算法先預(yù)測分層小區(qū)的子載波狀態(tài)，根據(jù)預(yù)測結(jié)果對低功率基站分簇，進(jìn)而協(xié)作完成子載波最優(yōu)分配。
偏差b可用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)條件計算。
將最小二乘引入支持向量機，優(yōu)化指標(biāo)用ξ的平方函數(shù)表示，用等式約束代替標(biāo)準(zhǔn)支持向量機的不等式約束[8]，于是有：
如此簡化了計算復(fù)雜度，求解速度相對加快。
進(jìn)一步引入Largrange函數(shù)求解優(yōu)化問題：
其中an是Largrange乘子。根據(jù)KKT條件得到[3]：
對于n=1，2，…，N，消去w和ξ得線性方程：
求解得到參數(shù)aN(n=1，2，…，N)和b，則最優(yōu)回歸估計函數(shù)為：
低功率基站通過子載波預(yù)測獲得可用子載波集，預(yù)測結(jié)果重疊會造成同層干擾，可利用因子圖對低功率基站進(jìn)行自組織分簇。預(yù)測結(jié)果相似度高的在同一簇，由簇頭進(jìn)行子載波分配以降低干擾。設(shè)Ai為第i個低功率基站預(yù)測的可用子載波集，定義第i個和第j個低功率基站間相似度為：
其中|·|為兩個低功率基站預(yù)測結(jié)果中相同的子載波個數(shù)；Pij為兩個低功率基站間路徑損耗和陰影衰落的影響；sij是自相似度，表征低功率基站作為簇頭的能力。Pij為大尺度衰落影響，故sij對瞬時信道變化不敏感，這使簇的拓?fù)湎鄬Ψ€(wěn)定。
其中n(x)為連接到x的功能節(jié)點集合，n(f)為連接到f的變量節(jié)點集合，x為1×|n(f)|向量。
利用分支定界法可以求得最優(yōu)問題的解。
3 仿真結(jié)果
本節(jié)給出HetNet中兩種子載波分配機制的仿真結(jié)果，一是傳統(tǒng)的分布式子載波分配機制，二是本文提出的改進(jìn)的子載波分配機制。仿真場景設(shè)置如下：宏基站1個，發(fā)射功率為40 W；家庭基站2個，發(fā)射功率均為0.1 W；宏基站帶寬5 MHz，2個家庭基站的總帶寬也是5 MHz。背景噪聲功率譜密度-174 dBm/Hz，噪聲系數(shù)9 dB。假設(shè)宏基站、家庭基站和終端均按獨立泊松點過程隨機分布，其密度分別為λ1=(π5002)-1/m2、λ2=2λ1和λu=5~45λ2。
圖1給出了改進(jìn)機制與傳統(tǒng)機制用戶遍歷速率對比圖，圖2給出了改進(jìn)機制與傳統(tǒng)機制網(wǎng)絡(luò)吞吐量的對比圖。易見，本文提出的機制由于改進(jìn)了資源利用率和頻譜效率，有效抑制了干擾，其用戶速率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能比傳統(tǒng)機制有較明顯提升。
4 結(jié)束語
本文考慮子載波占用狀態(tài)的連續(xù)波動性，引入最小二乘支持向量機模型構(gòu)建區(qū)域子載波占用預(yù)測態(tài)勢圖，再根據(jù)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行低功率基站的動態(tài)分簇和協(xié)同資源調(diào)配，設(shè)計了HetNet中一種改進(jìn)的子載波自組織分配算法。分析與仿真結(jié)果表明：相對已有的HetNet分布式子載波分配機制，本文提出的算法有效減小了干擾，提高了頻譜效率。
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