一种在异构蜂窝网络中基于效能理论接入移动终端的方法

摘要

本发明公开了一种在异构蜂窝网络中基于效能理论接入移动终端的方法，该方法首先计算移动终端针对异构蜂窝网络中的各层无线网络的基站的接收功率，然后为各层无线网络的接收功率设置偏置因子，接着定义效用函数，将使得异构蜂窝网络整体效用值最大的偏置因子向量选为最佳偏置因子向量，最后为每个接收功率计算经偏置后的值，将经偏置的接收功率最大的无线网络层选择为移动终端接入的无线网络层。本发明所提供的用户接入方法同时考虑了网络整体负载状态状况、服务带宽、耗能、资费以及接入之后整个系统的覆盖率等因素，在均衡异构蜂窝网络整体负载的情况下能够实现最佳网络整体性能及较高的用户满意度。

主权项

一种在异构蜂窝网络中基于效能理论接入移动终端的方法，所述方法包括：A.假设所述异构蜂窝网络具有K层无线网络，计算所述移动终端针对所述异构蜂窝网络中每层无线网络的基站的接收功率P₁',P₂'...P_K'，计算方法如下：所述移动终端针对第k层无线网络中的基站的接收功率P′_k为：$P_k^{\prime }=P_k{g}_k{R}_k^{-{\alpha }_k},(k=1,2...K)$其中，P_k表示第k层无线网络中的基站的发射功率，R_k表示所述移动终端与待连接的第k层无线网络中的基站的距离，g_k表示第k层无线网络中的基站与所述移动终端之间的信道增益，α_k表示第k层无线网络中的基站的发射信号在传输过程中的衰落因子；B.为所述移动终端的每个接收功率P₁',P₂'...P_K'设置偏置因子B₁,B₂...B_K，计算经偏置的接收功率P″_k＝P′_kB_k(k＝1,2...K)，其中，最佳偏置因子的选取方法如下：步骤a，将偏置因子B_k(k＝1,2...K)写成偏置向量B＝{B₁,B₂...B_K}的形式，定义异构蜂窝网络的整体效用函数：$\begin{array}{c}U\left(B\right)={\left[U_u\left(D\left(B\right)\right)\right]}^a\times {\left[U_n\left(N\left(B\right)\right)\right]}^b\times {\left[U_C\left(C\left(B\right)\right)\right]}^c\\ ={\left\{\frac{1}{1+\exp \left\{{\xi }_u\left(x_u-\frac{1}{D\left(B\right)}\right)\right\}}\right\}}^a\times {\left\{\frac{1}{1+\exp \left\{{\xi }_n\left(x_n-\frac{1}{N\left(B\right)}\right)\right\}}\right\}}^b\times {\left\{\frac{1}{1+\exp \left\{{\xi }_C\left(x_C-\frac{1}{C\left(B\right)}\right)\right\}}\right\}}^c\end{array}$(a+b+c＝1,a＞0,b＞0,c＞0)其中，D(B)、N(B)、C(B)分别表示移动终端用户满意度函数、异构蜂窝网络整体负载函数和异构蜂窝网络整体覆盖率函数；U_u(D(B))、U_n(N(B))、U_C(C(B))分别表示移动终端用户满意度、异构蜂窝网络整体负载和异构蜂窝网络整体覆盖率对应的子效用函数；a，b和c分别表示移动终端用户满意度、异构蜂窝网络整体负载和异构蜂窝网络整体覆盖率对应的子效用函数所对应的权重；步骤b，定义移动终端用户满意度函数D(B)、异构蜂窝网络整体负载函数N(B)和异构蜂窝网络整体覆盖率函数C(B)，方法如下：假设在一定区域范围中的移动终端和各层基站均服从齐次泊松点过程(HPPP)，则所述移动终端接入到第k层无线网络中的基站的概率为：$S_k=2{\mathrm{\pi \lambda }}_k{\int }_0^{\infty }\left\{r\exp \left\{-\pi \underset{j=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\lambda }_j{\left(\frac{P_j{B}_j}{P_k{B}_k}\right)}^{\frac{2}{{\alpha }_j}}{r}^{\frac{2{\alpha }_k}{{\alpha }_j}}\right\}\right\}dr$其中，P_k和P_j分别表示第k和j层无线网络的发射功率，B_k和B_j分别表示第k和j层无线网络的偏置因子值，α_k和α_j分别表示第k和j层无线网络的衰减因子，λ_k表示第k层无线网络的基站密度；将连接到第k层无线网络中的基站的移动终端用户满意度函数定义为：$D_k=w_{W}ln\left(\frac{1}{W_k}\right)+w_{J}ln\left(J_k\right)+w_{F}ln\left(F_k\right)$(0＜w_W＜1,0＜w_J＜1,0＜w_F＜1,w_W+w_J+w_F＝1)其中，W_k表示第k层无线网络提供给移动终端的有效带宽，J_k表示移动终端连接到第k层无线网络的基站后在通信过程中每秒消耗的能量，F_k表示的移动终端用户需要向第k层无线网络支付的服务资费；w_W、w_J和w_F分别表示所述有效带宽、所述能耗以及所述服务资费所对应的权重；根据所述移动终端接入到各层基站的概率S_k和所述移动终端用户满意度函数D_k得到移动终端用户整体满意度函数：$D\left(B\right)=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{S}_k{D}_k=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\left\{2{\mathrm{\pi \lambda }}_k{\int }_0^{\infty }\left\{r\exp \left\{-\pi \underset{j=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\lambda }_j{\left(\frac{P_j{B}_j}{P_k{B}_k}\right)}^{\frac{2}{{\alpha }_j}}{r}^{\frac{2{\alpha }_k}{{\alpha }_j}}\right\}\right\}dr\right\}\times \left\{w_W\ln \left(\frac{1}{W_k}\right)+w_J\ln \left(J_k\right)+w_F\ln \left(F_k\right)\right\}$将第k层无线网络中的基站的平均负载量以及平均相对负载量分别定义为：平均负载量：平均相对负载量：其中，λ_u表示一定区域中的移动终端密度，λ_k表示一定区域中的第k层无线网络中的基站分布密度，表示第k层基站最大可接入的移动终端数量；根据所述移动终端接入到各层基站的概率S_k、移动终端密度和各层无线网络的基站的最大负载量得到异构无线网络整体负载函数：$N\left(B\right)=\frac{{\lambda }_{u}2{\mathrm{\pi \lambda }}_k{\int }_0^{\infty }\left\{r\exp \right\{-\pi \underset{j=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\lambda }_j{\left(\frac{P_j{B}_j}{P_k{B}_k}\right)}^{\frac{2}{{\alpha }_j}}{r}^{\frac{2{\alpha }_k}{{\alpha }_j}}\left\}\right\}dr}{{\lambda }_k{N}_k^{max}}$所述移动终端针对第k层无线网络的信干噪比(SINR)值为：${\mathrm{SINR}}_k=\frac{P_k^{\prime \prime }}{{\Sigma }_{j=1,j\ne k}^K{P}_j^{\prime \prime }+{\sigma }^2}$其中，P″_k和P″_j分别表示移动终端针对第k和j层无线网络中的基站的经偏置的接收功率，σ²表示高斯白噪声的方差值；根据所述信干噪比值得到第k层无线网络的覆盖率：$C_k=E\left[P\right[SINR\ge \tau \left]\right]=E\left[P\right[\frac{P_k^{\prime \prime }}{{\Sigma }_{j=1,j\ne k}^K{P}_j^{\prime \prime }+{\sigma }^2}\ge \tau \left]\right]$其中，τ表示所述移动终端可接入到基站的最小信干噪比(SINR)值，P[SINR≥τ]表示SINR≥τ的概率函数，E表示对该概率函数求期望；进而得到所述异构蜂窝网络整体覆盖率为：$C\left(B\right)=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{S}_k{C}_k=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\left\{2{\mathrm{\pi \lambda }}_k{\int }_0^{\infty }\left\{r\exp \left\{-\pi \underset{j=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\lambda }_j{\left(\frac{P_j{B}_j}{P_k{B}_k}\right)}^{\frac{2}{{\alpha }_j}}{r}^{\frac{2{\alpha }_k}{{\alpha }_j}}\right\}\right\}dr\right\}·\left\{E\left[P\left[\frac{P_k^{\prime \prime }}{{\Sigma }_{j=1,j\ne k}^K{P}_j^{\prime \prime }+{\sigma }^2}\ge \tau \right]\right]\right\}$步骤c，将使得整体效用函数值U(B)最大的偏置因子向量B＝{B₁,B₂...B_K}选取为针对各个层无线网络层的接收功率的偏置值；C.将经偏置的移动终端接收功率P″_k(k＝1,2...K)最大的无线网络层选取为用于所述移动终端接入的无线网络层。