本发明公开了宏小区和毫微微小区混合网络下的通信资源管理技术领域中的一种异构网络下行链路资源分配方法。包括组建用户集合和可用资源块集合,计算并组成用户优先级列表;计算用户需求的资源块数量;从用户优先级列表中选择优先级最高的用户并从可用资源块集合中选择信道质量最好的资源块分配给该优先级最高的用户,直至分配给该优先级最高的用户的资源块等于该优先级最高的用户需求的资源块数量或者可用资源块集合为空;计算并更新宏小区/毫微微小区的基站使用可用资源块与用户通信时在该可用资源块上的传输功率。本发明降低了小区间的干扰,保证了每个用户每种业务的QoS需求,实现了系统吞吐量的最大化、用户之间以及业务之间的公平。
1.一种异构网络下行链路资源分配方法,将动态跨层资源分配技术应用于IMT-Advanced系统的Macro-Femto异构网络中,其特征是所述方法包括: 步骤1:将异构网络中宏小区或毫微微小区的用户放入集合中组成用户集合,将所有可用资源块放入集合中组成可用资源块集合,计算用户集合中每个用户的优先级,将用户按照优先级由高到低的顺序排序并组成用户优先级列表; 其中,计算用户集合中每个用户的优先级采用公式ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="449"/>,W_i表示用户i的优先级,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="81"/>表示用户i的实时业务的权重,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="100"/>表示用户i的非实时业务的权重,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="82"/>表示用户i的尽力而为业务的权重,i∈M_u或i∈F_u,M_u表示所有宏小区的用户集合,F_u表示所有毫微微小区的用户集合,并且有 ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>β_RT表示实时业务的优先级,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="158"/>表示用户i的实时业务的队列头分组的大小,ε为设定值,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="151"/>表示实时业务所能容忍的最大传输时延,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="60"/>表示用户i的实时业务当前时刻的数据传输速率,β_NRT表示非实时业务的优先级,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="173"/>表示 非实时业务需求的最小数据传输速率,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="87"/>表示用户i的非实时业务当前时刻的数据传输速率,β_BE表示尽力而为业务的优先级,N_RB_remain表示满足服务宏小区或毫微微小区内所有用户实时业务和非实时业务的QoS需求之后剩余的资源块数量; 步骤2:在用户集合中选择优先级最高的用户; 步骤3:计算该优先级最高的用户需求的资源块数量; 步骤4:将该优先级最高的用户从用户集合中删除; 步骤5:判断用户集合是否为空,如果用户集合为空,则执行步骤6;否则,返回步骤2; 步骤6:从用户优先级列表中选择优先级最高的用户; 步骤7:从可用资源块集合中选择信道质量最好的资源块分配给该优先级最高的用户; 步骤8:将已经分配给该优先级最高的用户的信道质量最好的资源块从可用资源块集合中删除; 步骤9:判断可用资源块集合是否为空,如果可用资源块集合为空,则执行步骤13;否则,执行步骤10; 步骤10:判断分配给该优先级最高的用户的资源块的数量是否小于该优先级最高的用户需求的资源块数量,如果分配给该优先级最高的用户的资源块的数量小于该优先级最高的用户需求的资源块数量,则返回步骤7;否则,执行步骤11; 步骤11:将该优先级最高的用户从用户优先级列表中删除; 步骤12:判断用户优先级列表是否为空,如果用户优先级列表为空,则执行步骤13;否则,返回步骤6; 步骤13:计算并更新宏小区或毫微微小区的基站使用可用资源块与用户通信时在该可用资源块上的传输功率。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述计算该优先级最高的用户需求的资源块数量采用公式 ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="94"/>为宏小区用户i需求的资源块数量,M为所有宏小区组成的集合,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="85"/>为第m个宏小区的用户集合,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="107"/>为第m个宏小区的用户集合的势,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="300"/>为第m个宏小区的第1个用户在所有宏小区用户中的编号,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="377"/>为第m个宏小区的最后1个用户在所有宏小区用户中的编号,m"=1,2,...,m-1,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>为所有宏小区用户中的第i个用户请求的数据速率,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="307"/>为第m个宏小区的所有用户请求的数据速率之和,J为系统可用资源块集合,|J|为系统可用资源块集合的势。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征是所述计算宏小区的基站使用可用资源块与用户通信时在该可用资源块上的传输功率采用公式 ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="90"/>为第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信时在所述第j个可用资源块上的传输功率,B为整个系统的可用带宽,N₀为高斯白噪声功率谱密度,J为可用资源块的数量,I为相邻宏小区和毫微微小区基站发射的下行链路信号对宏小区用户产生的同信道干扰,Γ_i为由误码率需求决定的系统参数,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="69"/>为第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信时的信道 增益,λi为拉格朗日乘子并且有ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="81"/>为第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信的指示因子并且ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="158"/>或 ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="362"/>表示第m个宏小区基站不使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="146"/>表示第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="97"/>为宏小区基站的最大允许传输功率,u_i为注水水平,函数(x)⁺等价于max(0,x)。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述计算该优先级最高的用户需求的资源块数量采用公式 ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="90"/>为毫微微小区用户i"需求的资源块数量,M为所有宏小区组成的集合,f^m为第m个宏小区中的毫微微小区且f^m∈F^m,F^m为第m个宏小区的毫微微小区集合,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="90"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的用户集合,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="111"/>为集合ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="86"/>的势, ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="299"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的第1个用户在所有毫微微小区用户中的编号,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="381"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的最后1个用户在所有毫微微小区用户中的编号,f"=1,2,...,f^m-1,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="72"/>为所有毫微微小区用户中的第i"个用户请求的数据速率,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="313"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的所有用户请求的数据速率之和,J为系统可用资源块集合,|J|为系统可用资源块集合的势。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征是所述计算毫微微小区的基站使用可用资源块与用户通信时在该可用资源块上的传输功率采用公式 ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="89"/>为第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信时在所述第j个可用资源块上的传输功率,B为整个系统的可用带宽,N₀为高斯白噪声功率谱密度,J为可用资源块的数量,I"为相邻宏小区和毫微微小区基站发射的下行链路信号对毫微微小区用户产生的同信道干扰,Γ_i"为由误码率需求决定的系统参数,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="84"/>为第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信时的信道增益;λ_i"为拉格朗日乘子并且有 ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="80"/>是第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信的指示因子并且ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="156"/>或ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="383"/>表示第f个毫微微小区基站不使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="152"/>表示第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="103"/>为毫微微小区基站的最大允许传输功率,u_i"为注水水平,函数(x)⁺等价于max(0,x)。 技术领域
本发明属于宏小区和毫微微小区混合网络下的通信资源管理技术领域,尤其涉及一种异构网络下行链路资源分配方法。
背景技术
移动用户对传输带宽和数据速率的需求呈指数增长趋势,IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications-Advanced,高级国际移动通信)传统蜂窝网络架构已不能满足室内、中小企业等热点区域的无缝覆盖,因此,IMT-Advanced异构网络架构应运而生。图1是异构网络系统构架图,如图1所示,在IMT-Advanced系统的Macro-Femto(Macrocell-Femtocell,宏小区-毫微微小区)异构网络中,毫微微小区通过在宏小区中插入大量的家庭基站拉近天线与用户之间的距离,实现小区分裂,大大降低发射功率,延长终端电池使用时间,并获得高的信噪比,从而提高了系统吞吐量,降低了中断概率。家庭基站的密集部署、重叠覆盖会造成复杂的干扰结构,并且由于家庭基站根据用户的需求安装甚至移动,因此运营商无法进行家庭基站的网络规划与优化,这更加剧了干扰管理的难度。图2是异构网络下行链路干扰情境示意图,如图2所示,IMT-Advanced系统Macro-Femto异构网络架构面临的一个主要挑战就是:下行链路同信道同层干扰和跨层干扰。因此,更加有效的干扰管理技术就成为家庭基站标准化过程中首要解决的问题之一。在异构网络中,由于各子层之间(即应用层、传输层、网络层、媒体接入控制层和物理层之间)为维护自身的独立性与完整性而存在的大量信息冗余,不仅过多消耗了带宽与功率等紧缺资源,而且直接制约了系统性能充分发挥。于是,高效跨层的、跨模块的干扰协调方法逐步成为业界关注的热点。现有的Macro-Femto异构网络小区间干扰协调技术主要包含以下几类:1智能功率控制,只考虑了物理层技术;2Macro与Femto实行正交资源分配,频谱利用率低;3多点协作传输与接收,MeNodeB(Mecro Node base,宏基站)与HeNodeB(Home Node base,家庭基站)以及HeNodeB与HeNodeB之间需要交换信息,信令开销大,实现复杂度高,对标准的改动较大,不具有很好的后向兼容性。现有的跨层动态资源分配技术的缺点包括:1大部分技术只考虑MAC层与物理层的信息交互,少部分技术考虑了网络层、MAC层、物理层之间的联合优化,这些技术都没有将TCP/IP五层联合设计,没有最大化系统性能提升;2考虑的业务类型不全,用户发起的业务类型单一,而在实际通信系统中,用户可以同时发起多种不同QoS需求的业务;3公平性指标只注重用户间吞吐量的平衡,大部分技术没有考虑时延、时延抖动、分组丢失率等QoS指标在用户之间的平衡。
发明内容
本发明的目的在于,提出一种异构网络下行链路资源分配方法,将动态跨层资源分配技术应用于Macro-Femto异构网络,达到降低小区间干扰、最大化系统吞吐量、保证每个用户每种业务的QoS需求、实现用户之间的公平以及业务之间的公平。为实现上述目的,本发明提供的技术方案是,一种异构网络下行链路资源分配方法,将动态跨层资源分配技术应用于IMT-Advanced系统的Macro-Femto异构网络中,其特征是所述方法包括:步骤1:将异构网络中宏小区/毫微微小区的用户放入集合中组成用户集合,将所有可用资源块放入集合中组成可用资源块集合,计算用户集合中每个用户的优先级,将用户按照优先级由高到低的顺序排序并组成用户优先级列表;步骤2:在用户集合中选择优先级最高的用户;步骤3:计算该优先级最高的用户需求的资源块数量;步骤4:将该优先级最高的用户从用户集合中删除;步骤5:判断用户集合是否为空,如果用户集合为空,则执行步骤6;否则,返回步骤2;步骤6:从用户优先级列表中选择优先级最高的用户;步骤7:从可用资源块集合中选择信道质量最好的资源块分配给该优先级最高的用户;步骤8:将已经分配给该优先级最高的用户的信道质量最好的资源块从可用资源块集合中删除;步骤9:判断可用资源块集合是否为空,如果可用资源块集合为空,则执行步骤13;否则,执行步骤10;步骤10:判断分配给该优先级最高的用户的资源块的数量是否小于该优先级最高的用户需求的资源块数量,如果分配给该优先级最高的用户的资源块的数量小于该优先级最高的用户需求的资源块数量,则返回步骤7;否则,执行步骤11;步骤11:将该优先级最高的用户从用户优先级列表中删除;步骤12:判断用户优先级列表是否为空,如果用户优先级列表为空,则执行步骤13;否则,返回步骤6;步骤13:计算并更新宏小区/毫微微小区的基站使用可用资源块与用户通信时在该可用资源块上的传输功率。所述计算用户集合中每个用户的优先级采用公式ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="464"/>W_i表示用户i的优先级,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="73"/>表示用户i的实时业务的权重,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="93"/>表示用户i的非实时业务的权重,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="72"/>表示用户i的尽力而为业务的权重,i∈M_u或i∈F_u,M_u表示所有宏小区的用户集合,F_u表示所有毫微微小区的用户集合,并且有 W RT i = β RT ( 1 + 1 T RT _ max i - L RT _ HOL i r RT i + ϵ ) , T RT _ max i ≥ L RT _ HOL i r RT i , ϵ = 10 - 6 0 , T RT _ max i < L RT _ HOL i r RT i , ]]> W NRT i = β NRT ( 1 + R NRT _ min i r NRT i - R NRT _ min i + ϵ ) , r NRT i ≥ R NRT _ min i , ϵ = 10 - 6 0 , r NRT i < R NRT _ min i , ]]> W BE i = β BE N _ RB _ remain > 0 0 N _ RB _ remain = 0 , ]]>β_RT表示实时业务的优先级,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="147"/>表示用户i的实时业务的队列头分组的大小,ε为设定值,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="134"/>表示实时业务所能容忍的最大传输时延,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="53"/>表示用户i的实时业务当前时刻的数据传输速率,β_NRT表示非实时业务的优先级,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="158"/>表示非实时业务需求的最小数据传输速率,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="72"/>表示用户i的非实时业务当前时刻的数据传输速率,β_BE表示尽力而为业务的优先级,N_RB_remain表示满足服务宏小区或毫微微小区内所有用户实时业务和非实时业务的QoS需求之后剩余的资源块数量。所述计算该优先级最高的用户需求的资源块数量采用公式 N req i = r req i Σ i = Σ m ′ < m | M u m ′ | + 1 Σ m ′ < m | M u m ′ | + | M u m | r req i × | J | , i ∈ M u m , ∀ m ∈ M , ]]>其中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="76"/>为宏小区用户i需求的资源块数量,M为所有宏小区组成的集合,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="71"/>为第m个宏小区的用户集合,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="92"/>为第m个宏小区的用户集合的势,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="284"/>为第m个宏小区的第1个用户在所有宏小区用户中的编号,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="358"/>为第m个宏小区的最后1个用户在所有宏小区用户中的编号,m′=1,2,...,m-1,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="53"/>为所有宏小区用户中的第i个用户请求的数据速率,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="287"/>为第m个宏小区的所有用户请求的数据速率之和,J为系统可用资源块集合,|J|为系统可用资源块集合的势。所述计算该优先级最高的用户需求的资源块数量采用公式 N req i ′ = r req i ′ Σ i ′ = Σ f ′ < f m | F u f ′ | + 1 Σ f ′ < f m | F u f ′ | + | F u f m | r req i ′ × | J | , i ′ ∈ F u f m , ∀ m ∈ M , ]]>其中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="76"/>为毫微微小区用户i"需求的资源块数量,M为所有宏小区组成的集合,f^m为第m个宏小区中的毫微微小区且f^m∈F^m,F^m为第m个宏小区的毫微微小区集合,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="69"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的用户集合,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="91"/>为集合ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="69"/>的势,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="286"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的第1个用户在所有毫微微小区用户中的编号,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="361"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的最后1个用户在所有毫微微小区用户中的编号,f′=1,2,...,f^m-1,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="53"/>为所有毫微微小区用户中的第i"个用户请求的数据速率,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="293"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的所有用户请求的数据速率之和,J为系统可用资源块集合,|J|为系统可用资源块集合的势。所述计算分配给每个用户的每个资源块上的传输功率采用公式 p m , i j = ( B Jλ i - N 0 B / J + I Γ i | h m , i j | 2 ) + = ( u i - N 0 B / J + I Γ i | h m , i j | 2 ) + , ]]>其中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="70"/>为第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信时在所述第j个可用资源块上的传输功率,B为整个系统的可用带宽,N₀为高斯白噪声功率谱密度,J为可用资源块的数量,I为相邻宏小区和毫微微小区基站发射的下行链路信号对宏小区用户产生的同信道干扰,Γ_i为由误码率需求决定的系统参数,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="61"/>为第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信时的信道增益,λ_i为拉格朗日乘子并且有ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="700"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="61"/>为第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信的指示因子并且ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="139"/>或ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="158"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="139"/>表示第m个宏小区基站不使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="130"/>表示第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="85"/>为宏小区基站的最大允许传输功率,u_i为注水水平,函数(x)⁺等价于max(0,x)。所述计算分配给每个用户的每个资源块上的传输功率采用公式 p f , i ′ j = ( B Jλ i ′ - N 0 B / J + I ′ Γ i ′ | h f , i ′ j | 2 ) + = ( u i ′ - N 0 B / J + I ′ Γ i ′ | h f , i ′ j | 2 ) + , ]]>其中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="74"/>为第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i′通信时在所述第j个可用资源块上的传输功率,B为整个系统的可用带宽,N₀为高斯白噪声功率谱密度,J为可用资源块的数量,I′为相邻宏小区和毫微微小区基站发射的下行链路信号对毫微微小区用户产生的同信道干扰,Γ_i′为由误码率需求决定的系统参数,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="65"/>为第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信时的信道增益;λ_i′为拉格朗日乘子并且有ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="700"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="65"/>是第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信的指示因子并且ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="147"/>或ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="166"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="147"/>表示第f个毫微微小区基站不使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i′通信,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="138"/>表示第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i′通信,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="85"/>为毫微微小区基站的最大允许传输功率,u_i"为注水水平,函数(x)⁺等价于max(0,x)。本发明降低了小区间的干扰,保证了每个用户每种业务的QoS需求,实现了系统吞吐量的最大化、用户之间的公平以及业务之间的公平。
附图说明
图1是异构网络系统构架图;图2是异构网络下行链路干扰情境示意图;图3是动态跨层资源分配示意图;图4是异构网络下行链路资源分配方法流程图;图5是主要参数传递示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对优选实施例作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。本发明针对IMT-Advanced系统Macro-Femto异构融合网络多小区、多业务、多用户下行链路情境,设计一种动态跨层资源分配方法,旨在实现三个保证:保证每个用户不同业务QoS需求;保证不同用户之间的公平性;保证同一用户不同业务之间的公平性,同时最大化整体网络吞吐量。图3是动态跨层资源分配示意图,如图3所示,跨层设计的基本思想在于:通过层与层之间信息的交互,实现整体系统性能优化。图3中,设计TCP/IP模型五层之间的信息交互以及采取的相应措施。1应用层:应用层向其他层传递其QoS需求,例如:时延范围、时延抖动、吞吐量及分组丢失率。应用层根据从底层获得的信道状态信息调整其工作方式,降低对带宽的需求。2传输层:传输层利用从网络层、媒体接入控制层以及物理层传递过来的信息降低拥塞误判概率,提高传输层吞吐量。例如:传输层利用媒体接入控制层的重传机制调整重传定时器的取值。传输层利用从应用层获得的QoS信息调整其滑动窗口的大小。传输层将数据分组丢失率及吞吐量信息提供给应用层,辅助应用层调整发送速率。3网络层:网络层根据应用层对QoS的不同需求,将数据分组路由到不同的物理网络接口上。网络层向传输层提供移动IP的切换信息来控制其定时器。网络层根据媒体接入控制层的无线信道信号强度减少移动IP切换带来的时延。4媒体接入控制层:媒体接入控制层根据应用层的QoS信息对数据帧进行不同的处理,赋予低时延需求的数据帧更高的优先级,赋予可靠性需求高的数据帧更强的纠错编码及更多的重传次数。利用传输层提供的往返时间(RTT)及重传定时器(RTO)来控制媒体接入控制层的重传机制。5物理层:物理层向网络层提供信道状态信息辅助网络层进行路由选择。物理层根据媒体接入控制层提供的控制指令调整相应的参数。物理层向应用层提供信道状态信息辅助应用层调整业务编码方式及传输速率。首先,针对IMT-Advanced系统Macro-Femto异构网络,建立动态跨层资源分配模型。在IMT-Advanced系统中,将宏小区集合用Μ={1,..,M}表示,第m(m∈Μ)个宏小区内的毫微微小区集合用F^m={1,..,F^m}表示。所有宏小区的所有毫微微小区的集合用ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="207"/>来表示。第m个宏小区内的毫微微小区f^m(f^m∈F^m)的用户集合用ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="409"/>来表示。其中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="58"/>表示毫微微小区f^m的第l个用户,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="93"/>表示集合ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="69"/>的势(一个集合的势等于这个集合的元素个数)。第m个宏小区内的所有毫微微小区用户用ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="700"/>方法进行编号:第m个宏小区内毫微微小区1的用户编号集合用ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="402"/>来表示,第m个宏小区内的毫微微小区2的用户编号集合用 F u f m = 2 = { | F u f m = 1 | + 1 , . . . , | F u f m = 1 | + | F u f m = 2 | } ]]>来表示,以此类推。ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="277"/>表示第m个宏小区内所有毫微微小区用户编号构成的集合。所有宏小区的所有毫微微小区内的用户编号构成的集合用ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="222"/>来表示。宏小区m(m∈M)的用户集合用ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="380"/>来表示,其中,m_l表示宏小区m的第l个用户,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="91"/>表示集合ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="71"/>的势。所有宏小区的用户用ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="684"/>方法进行编号:宏小区1的用户编号集合用ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="331"/>来表示,宏小区2的用户编号集合用ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="593"/>来表示,以此类推。ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="262"/>表示所有宏小区用户编号构成的集合。J={1,...,J}表示基站可用资源块构成的集合。ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="42"/>表示宏小区第i个用户在第j个可用资源块上的SINR(Signal to interference and noise ratio,信干噪比),相应的向量表示为ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="344"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="193"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="42"/>表示毫微微小区第i"个用户在第j个可用资源块上的SINR,相应的向量表示为 γ i ′ = [ γ i ′ 1 , . . . , γ i ′ J ] T , ]]> ∀ i ′ ∈ F u . ]]>最优化问题建模为: ( max ( Σ i = 1 | M u | W i U i + Σ m = 1 M Σ i ′ = 1 | F u m | W i ′ U i ′ ) ) - - - ( 1 ) ]]>上式的物理意义是最大化网络中所有用户加权效用之和。其中,U_i=ln R_i (2)U_i"=ln R_i" (3) R i = Σ j = 1 J b m , i j B J log 2 ( 1 + Γ i γ i j ) = Σ j = 1 J b m , i i B J log 2 ( 1 + Γ i p m , i j | h m , i j | 2 N 0 B / J + I ) - - - ( 4 ) ]]>Γ_i=-1.5/ln(5BER) (5) I = Σ k ∈ M , k ≠ m b k j p k j | h k , i j | 2 + Σ k ′ ∈ F b k ′ j p k ′ j | h k ′ , i j | 2 - - - ( 6 ) ]]> R i ′ = Σ j = 1 J b f , i ′ j B J log 2 ( 1 + Γ i ′ γ i ′ j ) = Σ j = 1 J b f , i ′ i B J log 2 ( 1 + Γ i ′ p f , i ′ j | h f , i ′ j | 2 N 0 B / J + I ′ ) - - - ( 7 ) ]]> I ′ = Σ k ∈ M b k j p k j | h k , i ′ j | 2 + Σ k ′ ∈ F k ′ ≠ f b k ′ j p k ′ j | h k ′ , i ′ j | 2 - - - ( 8 ) ]]>物理层约束条件为: p m j ≥ 0 , j ∈ J , ∀ m ∈ M - - - ( 9 ) ]]> p f j ≥ 0 , j ∈ J , ∀ f ∈ F - - - ( 10 ) ]]> Σ j ∈ J p m j ≤ P m max , ∀ m ∈ M - - - ( 11 ) ]]> Σ j ∈ J p f j ≤ P f max , ∀ f ∈ F - - - ( 12 ) ]]> b m j ∈ { 0,1 } , j = 1,2 , . . . , J , m ∈ M - - - ( 13 ) ]]> b m , i j ∈ { 0,1 } , j = 1,2 , . . . , J , m ∈ M , i ∈ M u m - - - ( 14 ) ]]> Σ i = Σ m ′ < m | M u m ′ | + 1 Σ m ′ < m | M u m ′ | + | M u m | b m , i j ≤ 1 , j ∈ J , m ∈ M - - - ( 15 ) ]]> b f j ∈ { 0,1 } , j = 1,2 , . . . , J , ∀ f ∈ F - - - ( 16 ) ]]> b f , i ′ j ∈ { 0,1 } , j ∈ J , ∀ f ∈ F - - - ( 17 ) ]]> Σ i ′ = Σ f ′ < f m | F u f ′ | + 1 Σ f ′ < f m | F u f ′ | + | F u f m | b f , i ′ j ≤ 1 , j ∈ J , ∀ f m ∈ F m - - - ( 18 ) ]]>MAC层约束条件为:ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="346"/>i∈M_u或i∈F_u (19)ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="300"/>i∈M_u或i∈F_u (20)网络层约束条件:ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="388"/>i∈M_u或i∈F_u (21)传输层约束条件:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="418"/>Pr_pd≤PER (23)应用层约束条件为:用户发起的各种业务的QoS需求。上述公式中,W_i表示宏小区用户i的权重;U_i表示宏小区用户i的效用;W_i′表示毫微微小区用户i"的权重;U_i"表示毫微微小区用户i′的效用;R_i表示宏小区用户i的吞吐量;R_i"表示毫微微小区用户i′的吞吐量;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="61"/>是第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信的指示因子,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="140"/>表示第m个宏小区基站不使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="132"/>表示第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信;B表示整个系统的可用带宽;Γ_i和Γ_i"是由误码率需求决定的系统参数;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="71"/>是第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信时在第j个可用资源块上的传输功率;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="62"/>表示第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信时的信道增益;N₀表示高斯白噪声功率谱密度;I表示相邻宏小区和毫微微小区基站发射的下行链路信号对宏小区用户产生的同信道干扰;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="43"/>是第m个宏小区基站使用第j个可用资源块的指示因子,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="123"/>表示第m个宏小区基站不使用第j个可用资源块,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="114"/>表示第m个宏小区基站使用第j个可用资源块;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="52"/>表示第m个宏小区基站在第j个可用资源块上的传输功率;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="43"/>是第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块的指示因子,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="122"/>表示第f个毫微微小区基站不使用第j个可用资源块,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="113"/>表示第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="52"/>表示第f个毫微微小区基站在第j个可用资源块上的传输功率;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="65"/>表示第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i′通信时的信道增益;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="65"/>是第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i′通信的指示因子,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="146"/>表示第f个毫微微小区基站不使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="138"/>表示第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="74"/>是第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信时在第j个可用资源块上的传输功率;I′表示相邻宏小区和毫微微小区基站发射的下行链路信号对毫微微小区用户产生的同信道干扰。上述公式(9)指明第m个宏小区基站分配给第j个可用资源块的功率应该为一个正实数。上述公式(10)指明第f个毫微微小区基站分配给第j个可用资源块的功率应该为一个正实数。上述公式(11)指明第m个宏小区基站在所有资源块上的传输功率之和不应超过基站所能够传输的最大功率,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="301"/>表示宏小区基站的最大允许传输功率。上述公式(12)指明第f个毫微微小区基站在所有资源块上的传输功率之和不应超过基站所能够传输的最大功率,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="274"/>表示毫微微小区基站的最大允许传输功率。上述公式(13)指明第m个宏小区基站使用第j个可用资源块的指示因子ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="42"/>只能取0或1。上述公式(14)指明第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信的指示因子ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="61"/>只能取0或1。上述公式(15)指明第m个宏小区基站只能将第j个可用资源块至多分配给本小区内的一个宏小区用户。上述公式(16)指明第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块的指示因子ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="42"/>只能取0或1。上述公式(17)指明第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信的指示因子ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="65"/>只能取0或1。上述公式(18)指明第f^m个毫微微小区基站只能将第j个可用资源块至多分配给本小区内的一个毫微微小区用户。上述公式(19)指明用户i实时业务的HOL(head of line,队列的头分组)的传输时延ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="142"/>不应超过实时业务分组所能容忍的最大传输时延ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="165"/>上述公式(20)指明用户i非实时业务的数据传输速率ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="72"/>不应小于非实时业务的数据传输速率最小需求ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="190"/>上述公式(21)指明用户i实时业务、非实时业务和尽力而为业务的数据传输速率之和不应超过网络分配给用户i的可用资源块所能够承载的吞吐量,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="204"/>和ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="52"/>分别表示用户i实时业务、非实时业务和尽力而为业务当前时刻的数据传输速率。尽力而为业务是指没有服务质量要求的业务,这类业务的优先级低于实时业务和非实时业务,系统优先将资源分配给实时业务和非实时业务。如果有资源剩余,尽力而为业务才会得到服务,比如ftp(file transmission protocol,文件传送协议)业务。上述公式(22)指明传输层的重传时间T_重传不应超过TCP协议定时器所规定的时间ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="107"/>上述公式(23)指明分组丢失概率Pr_pd不应超过误包率要求PER。实时业务(RT,real time)、非实时业务(NRT,non real time)和尽力而为业务(BE,best effort)的优先级分别为β_RT、β_NRT和β_BE(β_RT>β_NRT>β_BE)。用户的权重如下: W i = W RT i + W NRT i + W BE i , ]]>i∈M_u或i∈F_u(24) W RT i = β RT ( 1 + 1 T RT _ max i - L RT _ HOL i r RT i + ϵ ) , T RT _ max i ≥ L RT _ HOL i r RT i , ϵ = 10 - 6 0 , T RT _ max i < L RT _ HOL i r RT i , ]]>i∈M_u或i∈F_u(25) W NRT i = β NRT ( 1 + R NRT _ min i r NRT i - R NRT _ min i + ϵ ) , r NRT i ≥ R NRT _ min i , ϵ = 10 - 6 0 , r NRT i < R NRT _ min i , ]]>i∈M_u或i∈F_u(26) W BE i = β BE N _ RB _ remain > 0 0 N _ RB _ remain = 0 , ]]>i∈M_u或i∈F_u(27)其中,W_i表示用户i的权重,等于用户i的所有业务的权重之和;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="73"/>表示用户i的实时业务的权重;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="92"/>表示用户i的非实时业务的权重;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="73"/>表示用户i的尽力而为业务的权重;ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="147"/>表示用户i实时业务HOL(head of line,队列的头分组)的大小;ε是一个极小正数,用来防止分母为0的情况出现;N_RB_remain表示满足服务小区内所有用户实时业务和非实时业务的QoS需求之后剩余的资源块数目。传统的公平性观点:保证系统中的每个用户的可获速率不低于门限值。IMT-Advanced系统业务种类多样化,每种业务的QoS要求不同。因此,传统的公平性观点不再适用。新型公平性观点:保证每个用户每种业务的QoS满足用户的需求。传统的资源分配算法可以实现系统效率与用户速率公平性之间的折中。但是这些算法在设计时忽略了一个事实,那就是对于不同的应用,即使获得的数据速率是相同的,但是用户的效用值(也就是用户的满意度)是不同的。此时,为不同的用户分配相同的速率并不能保证用户之间的真正公平。例如,如果所有用户都为“尽力而为”(Best Effort,BE)业务,保证速率公平就是保证了用户之间的公平性,如果其中一些用户为视频业务,当网络负载较重时,为视频业务用户和BE业务用户分配相同的数据速率,对视频业务用户是非常不公平的。由此可得,当用户采用不同应用时,效用公平才是系统优化时应该考虑的优化目标。在传统宏蜂窝网络中,使用Jain’s公平指数衡量算法公平性,其数学定义为: x = ( Σ i = 1 K r i ) 2 K Σ i = 1 K r i 2 ]]>其中,r_i为用户i分配到的资源,如速率。对于一个包含K个类型相同的用户的网络,Jain’s公平指数的取值范围为[1/K,1],其值越大说明越公平。Jain’s公平指数不再适应于多业务的异构融合网络,应当对Jain’s公平指数进行修正。修正后的Jain’s公平指数如下:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>修正后的Jain’s公平指数则能够更精确地反映未来多业务网络环境中各种资源分配算法的公平性。基于上述动态跨层资源分配模型,本发明提供的一种异构网络下行链路资源分配方法如图4所示,包括:步骤1:将异构网络中宏小区或者毫微微小区的用户放入集合中组成用户集合,将所有可用资源块放入集合中组成可用资源块集合,计算用户集合中每个用户的优先级,将用户按照优先级由高到低的顺序排序并组成用户优先级列表。用户集合中每个用户的优先级通过用户权重体现,用户权重越高,其优先级越高。因此,计算用户集合中每个用户的优先级可以采用上述公式(24)-(27),通过计算用户权重获得用户的优先级。其中,β_RT,β_NRT,β_BE由基站应用层传递给基站MAC层,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="314"/>由移动台应用层传递给基站MAC层,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="148"/>由基站传输层传递给基站MAC层,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="149"/>由基站网络层传递给基站MAC层,N_RB_remain由基站物理层传递给基站MAC层。步骤2:在用户集合中选择优先级最高的用户。步骤3:计算该优先级最高的用户需求的资源块数量。对于宏小区用户,优先级最高的用户需求的资源块数量采用公式 N req i = r req i Σ i = Σ m ′ < m | M u m ′ | + 1 Σ m ′ < m | M u m ′ | + | M u m | r req i × | J | , i ∈ M u m , ∀ m ∈ M - - - ( 28 ) ]]>进行计算。其中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="76"/>为宏小区用户i需求的资源块数量,M为所有宏小区组成的集合,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="71"/>为第m个宏小区的用户集合,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="91"/>为第m个宏小区的用户集合的势,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="284"/>为第m个宏小区的第1个用户在所有宏小区用户中的编号,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="358"/>为第m个宏小区的最后1个用户在所有宏小区用户中的编号,m′=1,2,...,m-1,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="52"/>为宏小区用户i请求的数据速率,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="286"/>为第m个宏小区的所有用户请求的数据速率之和,J为系统可用资源块集合,|J|为系统可用资源块集合的势。对于毫微微小区用户,优先级最高的用户需求的资源块数量采用公式 N req i ′ = r req i ′ Σ i ′ = Σ f ′ < f m | F u f ′ | + 1 Σ f ′ < f m | F u f ′ | + | F u f m | r req i ′ × | J | , i ′ ∈ F u f m , ∀ m ∈ M - - - ( 29 ) ]]>进行计算。其中,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="76"/>为毫微微小区用户i"需求的资源块数量,M为所有宏小区组成的集合,f^m为第m个宏小区中的毫微微小区且f^m∈F^m,F^m为第m个宏小区的毫微微小区集合,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="69"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的用户集合,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="91"/>为集合ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="70"/>的势,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="285"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的第1个用户在所有毫微微小区用户中的编号,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="361"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的最后1个用户在所有毫微微小区用户中的编号,f′=1,2,...,f^m-1,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="53"/>为毫微微小区用户i′请求的数据速率,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="293"/>为第m个宏小区的第f^m个毫微微小区的所有用户请求的数据速率之和,J为系统可用资源块集合,|J|为系统可用资源块集合的势。计算得到的ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="53"/>或ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="53"/>由移动台应用层传递给移动台物理层,之后,通过空中接口反馈给基站,基站物理层成功译码此信息后,将参数传递给基站MAC层。步骤4:将该优先级最高的用户从用户集合中删除。步骤5:判断用户集合是否为空,如果用户集合为空,则执行步骤6;否则,返回步骤2。步骤6:从用户优先级列表中选择优先级最高的用户。步骤7:从可用资源块集合中选择信道质量最好的资源块分配给该优先级最高的用户。在资源块分配算法中,假设功率分配算法为等功率分配,即ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="254"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="261"/>信道质量最好的资源块由基站测量用户发送的导频信息,从而估计出信道质量最好的资源块。步骤8:将已经分配给该优先级最高的用户的信道质量最好的资源块从可用资源块集合中删除。步骤9:判断可用资源块集合是否为空,如果可用资源块集合为空,则执行步骤13;否则,执行步骤10。步骤10:判断分配给该优先级最高的用户的资源块的数量是否小于该优先级最高的用户需求的资源块数量,如果分配给该优先级最高的用户的资源块的数量小于该优先级最高的用户需求的资源块数量,则返回步骤7;否则,执行步骤11。步骤11:将该优先级最高的用户从用户优先级列表中删除。步骤12:判断用户优先级列表是否为空,如果用户优先级列表为空,则执行步骤13;否则,返回步骤6。步骤13:计算并更新宏小区或毫微微小区基站使用可用资源块与小区用户通信时在该可用资源块上的传输功率。本发明的目的是在基站下行链路传输功率限制条件下,获得最大的吞吐量。当用户的资源块分配确定后,此最优化问题用公式(30)-(31)或(32)-(33)表示,公式(30)-(31)针对宏小区,公式(32)-(33)针对毫微微小区。 max p m , i R i - - - ( 30 ) ]]>其中, p m , i = ( b m , i 1 p m , i 1 , . . . , b m , i j p m , i j , . . . , b m , i J p m , i J ) , j ∈ J . ]]>约束条件: Σ j = 1 J b m , i j p m , i j ≤ Σ j = 1 J b m , i j | J | P m max , m ∈ M , i ∈ M u - - - ( 31 ) ]]> max p f , i ′ R i ′ - - - ( 32 ) ]]>其中, p f , i ′ = ( b f , i ′ 1 p f , i ′ 1 , . . . , b f , i ′ j p f , i ′ j , . . . , b f , i ′ J p f , i ′ J ) , j ∈ J . ]]>约束条件: Σ j = 1 J b f , i ′ j p f , i ′ j ≤ Σ j = 1 J b f , i ′ j | J | P f max , i ′ ∈ F u , f ∈ F - - - ( 33 ) ]]>上述公式(30)中的目标函数是凹函数,此最优化问题可以通过拉格朗日方法求解。通过求解KKT条件,可得ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="71"/>和λ_i如下所示: p m , i j = ( B J λ i - N 0 B / J + I Γ i | h m , i j | 2 ) + = ( u i - N 0 B / J + I Γ i | h m , i j | 2 ) + - - - ( 34 ) ]]> λ i = B Σ j = 1 J b m , i j Σ j = 1 J b m , i j P m max + J × Σ j = 1 J N 0 B / J + I Γ i | h m , i j | 2 - - - ( 35 ) ]]>其中,u_i表示注水水平,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="369"/>同理可得ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="74"/>和λ_i′如下所示: p f , i ′ j = ( B J λ i ′ - N 0 B / J + I ′ Γ i ′ | h f , i ′ j | 2 ) + = ( u i ′ - N 0 B / J + I ′ Γ i ′ | h f , i ′ j | 2 ) + - - - ( 36 ) ]]> λ i ′ = B Σ j = 1 J b f , i ′ j Σ j = 1 J b f , i ′ j P f max + J × Σ j = 1 J N 0 B / J + I ′ Γ i ′ | h f , i ′ j | 2 - - - ( 37 ) ]]>其中,u_i′0为注水水平,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="370"/>公式(30)-(37)中各个变量的含义在建立模型时已经说明,这里不再赘述。对于宏小区,通过计算ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="71"/>可以得到第m个宏小区基站使用第j个可用资源块与宏小区用户i通信时在第j个可用资源块上的传输功率,通过宏小区基站更新ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="70"/>值,即可使系统获得最大的吞吐量。对于毫微微小区,通过计算ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="74"/>可以得到第f个毫微微小区基站使用第j个可用资源块与毫微微小区用户i"通信时在第j个可用资源块上的传输功率,通过毫微微小区基站(即家庭基站)更新ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="73"/>值,即可使系统获得最大的吞吐量。动态跨层资源分配模型中,各主要参数的传递过程如图5所示。本发明的技术效果在于:(1)联合优化TCP/IP五层参数与相应机制。现有的最好技术考虑了网络层、MAC层、物理层之间的联合优化,没有将TCP/IP五层联合设计,没有最大化系统性能,并且网络层、MAC层的约束并不全面。本发明的最优化数学模型的目的是最大化整个网络加权吞吐量,同时保证用户间的公平和业务间的公平。本发明的MAC层约束条件不仅考虑了实时业务的时延约束,而且考虑了非实时业务最小传输速率需求。本发明的传输层约束条件指明数据包的的重传时间不应超过定时器规定的时间,并且分组丢失概率不能大于业务的误包率要求。(2)所设计的实现算法,分三步执行,易于工程实现,解决了最优化模型在多项式时间内不可解的问题。(3)本发明建立的网络环境为多个macro小区,多个femto小区,每个用户可以同时执行多种类型的业务,物理层传输技术采用MIMO-OFDM。这种网络环境更符合实际网络情况,因此,所建立的模型和算法能更好地解决实际问题。(4)在所建立的模型中,用户可以同时发起QoS不同的业务。而在现有最好技术中,每个用户只能发起一种类型的业务。因此,本发明采用的用户流量模型更符合真实通信情景。(5)公平性指标更加全面,综合考虑了各种不同业务的QoS要求,包括了吞吐量公平、延时公平、丢包率公平等。而现有最好技术只局限于吞吐量公平和延时公平。修正后的Jain’s公平指数与传统的Jain’s公平指数相比,更适合于评估多媒体通信的公平性。在本修正公式提出之前,尚未发现本领域技术人员提出新的公平性评价指标。(6)本发明更好地阐述了新型公平性观点:以业务为粒度,保障每种业务的QoS要求,实现业务之间的公平。改进了传统的以用户速率为粒度的公平性观点,更符合未来多业务的网络通信环境。现有最好的技术虽然意识到用户执行不同QoS需求的业务,但是对公平性阐述模糊,仍然采用传统的公平性评价指标。以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。