一种小小区网络干扰的协调方法、宏基站和小小区基站

摘要

本发明公开了一种小小区网络干扰的协调方法、宏基站和小小区基站，该方法包括：S1、宏基站向小小区基站收集所述小小区基站的干扰信息，根据小小区基站发送的干扰信息计算小小区基站的干扰容限；S2、小小区基站接收宏基站发送的干扰容限和自身对其他小小区基站的干扰信息，调整自身的干扰信息，将调整后的干扰信息发送至宏基站；S3、宏基站接收小小区基站发送的调整后的干扰信息，并根据调整后的干扰信息计算所有小小区基站的总的干扰值，当所述干扰值不在预设干扰值的范围内时，重复执行上述步骤S1和S2。该方法限制了网络中的干扰，在有效地提升系统吞吐量的同时，也减少了小小区基站的发射功率，达到节约能量的目的，提升了网络性能。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种小小区网络干扰的 协调方法、宏基站和小小区基站。

背景技术

当前无线数据业务呈现爆炸式增长，蜂窝通信系统面临着数据需 求的巨大挑战。为了提升蜂窝网络性能，在已有蜂窝系统的宏小区覆 盖范围内部署小小区基站，能够有效地提升系统的频谱效率并改善热 点覆盖问题，成为满足无线数据速率需求的有效手段。同时，小小区 基站与用户的距离更近，较好的信道条件也利于提升网络的能效。

小小区基站网络的部署也同时带来了一些问题。小小区基站部署 呈现密集化且部署位置随机的特点，给网络带来了更严重的干扰。特 别是在小小区基站密集部署场景，小小区基站间的同层干扰成为网络 系统性能提升的瓶颈。为了保持蜂窝系统中小小区基站网络部署的优 势，密集小小区基站网络的干扰协调问题受到了越来越多的关注。

目前的小小区基站网络功率控制干扰协调方案，为了提升网络的 吞吐量，小小区基站都贪婪地使用最大的发射功率，增加了网络的干 扰，不仅浪费了能量，也不能充分提升系统吞吐量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种小小区网络干扰的协 调方法、宏基站和小小区基站，该方法实现了对小小区网络干扰的协 调，提升了网络性能。

第一方面，本发明提供一种小小区网络干扰的协调方法，包括：

S1、宏基站向小小区基站收集所述小小区基站的干扰信息，根据 所述小小区基站发送的干扰信息计算所述小小区基站的干扰容限；

S2、所述小小区基站接收所述宏基站发送的干扰容限和自身对其 他小小区基站的干扰信息，并根据所述干扰容限和自身对其他小小区 基站的干扰信息调整自身的干扰信息，并将调整后的干扰信息发送至 所述宏基站；

S3、所述宏基站接收所述小小区基站发送的调整后的干扰信息， 并根据调整后的干扰信息计算所有小小区基站的总的干扰值，当所述 干扰值不在预设干扰值的范围内时，重复执行上述步骤S1和S2。

可选的，所述步骤S1具体包括：

S11、所述宏基站向所述小小区基站收集干扰信息包括所述小小 区基站下用户的信道状态信息和小小区基站的发射功率信息；

S12、所述宏基站根据所述小小区基站发送的信道状态信息和发 射功率信息计算第i个小小区基站的干扰容限

其中，所述小小区基站的集合为系统子信道集合 为

可选的，所述步骤S12中，根据所述小小区基站发送的信道状态 信息和发射功率信息，根据第i个小小区基站潜在生成的最 大干扰将系统中的总干扰 $\hat{I}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_j^l{G}_{\mathrm{ij}}{\left[A\right]}_{\mathrm{li}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_i^l{G}_{\mathrm{ji}}{\left[A\right]}_{\mathrm{lj}},$利用Contested Garment Rule 计算得出第i个小小区基站的干扰容限

其中，${\left|\right|p_i\left|\right|}_1=\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}{p}_i^l,$$p_i=[p_i^1,p_i^2,...,p_i^L]$表示第i个小小区基站 在所有可用信道上面的发送功率，表示第j个小小区基站下占用第l 个子信道的用户与第i个小小区基站之间的信道增益；[A]_lj代表指示矩 阵A中第l行第j列中的元素${\left[A\right]}_{\mathrm{li}}=\left(\begin{array}{cc}1,& p_j^l>0\\ 0,& p_j^l=0\end{array}\right).$

可选的，所述步骤S2具体包括：

S21、所述小小区基站接收所述宏基站发送的干扰容限和自身对 其他小小区基站的干扰信息；

S22、所述小小区基站根据所述干扰容限和自身对其他小小区基 站的干扰信息调整自身在第l个信道上的发射功率

S23、所述小小区基站将所述第l个信道上的发射功率和 信道状态信息发送至所述宏基站；

其中，系统子信道集合

可选的，所述步骤S22具体包括：

所述小小区基站根据所述干扰容限，利用凸优化算法，获取最大 化吞吐量时在第l个信道上的发射功率

其中，对于第i个小小区基站，其最大吞吐量为： 其中是第i个小小区基站的非零功率分 配的信道集合，W表示系统带宽，L表示系统子信道个数，σ²表示单个 子信道上的噪声功率，表示第i个小小区基站在第l个 子信道上受到的干扰功率，表示第i个小小区基站与其服务的占用 第l个子信道的用户之间的信道增益，表示第i个小小区基站在第l个 信道上的发射功率；

其中，对应的最大吞吐量问题的限制条件包括：

其中，表示第j个小小区基站下的占用第l个子信道用户与第i个小小 区基站之间的信道增益，P₀为每个小小区基站的发射功率限制，[A]_lj代 表指示矩阵A中第l行第j列中的元素${\left[A\right]}_{\mathrm{li}}=\left(\begin{array}{cc}1,& p_j^l>0\\ 0,& p_j^l=0\end{array}\right).$

可选的，所述步骤S3具体包括：

S31、所述宏基站接收所述小小区基站在第l个信道上的 发射功率和信道状态信息；

S32、所述宏基站根据所述小小区基站在第l个信道上的 发射功率和信道状态信息计算所有小小区基站的总的干扰值 $\hat{I}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_j^l{G}_{\mathrm{ij}}{\left[A\right]}_{\mathrm{li}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_i^l{G}_{\mathrm{ji}}{\left[A\right]}_{\mathrm{lj}}$和各小小区基站对外最大潜 在干扰$\tilde{I}={\left|\right|p_i\left|\right|\left|\right|}_{1}E\left(i\right){\left|\right|}_1;$

S33、在所述干扰值不在预设干扰值的范围内时，重复执行上述 步骤S1和S2；

其中${\left|\right|p_i\left|\right|}_1=\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}{p}_i^l,$表示系统内所有子信道集合。

第二方面，本发明还提供了一种宏基站，包括：

收集单元，用于向小小区基站收集所述小小区基站的干扰信息；

第一计算单元，用于根据所述小小区基站发送的干扰信息计算所 述小小区基站的干扰容限；

接收单元，用于接收所述小小区基站根据所述干扰容限调整后的 干扰信息；

第二计算单元，用于根据调整后的干扰信息计算所有小小区基站 的总的干扰值；

判断单元，用于判断所述干扰值是否在预设干扰值的范围内。

可选的，所述收集单元，还用于向所述小小区基站收集干扰信息 包括所述小小区基站下用户的信道状态信息和小小区基站的发射功 率信息；

所述第一计算单元，还用于根据所述小小区基站发送的信道状态 信息和发射功率信息计算第i个小小区基站的干扰容限

其中，所述小小区基站的集合为

第三方面，本发明还提供了一种小小区基站，包括：

接收单元，用于接收宏基站发送的干扰容限和自身对其他小小区 基站的干扰信息；

发送单元，用于根据所述干扰容限和自身对其他小小区基站的干 扰信息调整自身的干扰信息，并将调整后的干扰信息发送至所述宏基 站。

可选的，所述小小区基站还包括：

调整单元，用于根据所述干扰容限调整自身在第l个信 道上的发射功率

所述发送单元，还用于将所述第l个信道上的发射功率和信道状态信息发送至所述宏基站；

其中，系统子信道集合

由上述技术方案可知，本发明提供的一种小小区网络干扰的协调 方法、宏基站和小小区基站，该方法通过宏基站收集小小区基站网络 实时的干扰信息，以及小小区基站在各子信道上的发射功率，构建联 盟博弈，动态地调控各小小区基站的产生干扰容限，限制了网络中的 干扰，在有效地提升系统吞吐量的同时，也减少了小小区基站的发射 功率，达到节约能量的目的，提升了网络性能。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的小小区网络干扰的协调方法的场 景示意图；

图2为本发明一实施例提供的小小区网络干扰的协调方法的流 程示意图；

图3A至图3B为小小区产生干扰容限的算法示意图；

图4为本发明一实施例提供的各小小区基站产生干扰容限的算 法流程图；

图5为本发明一实施例提供的小小区基站基于产生干扰容限最 大化吞吐量算法流程图；

图6为现有的小小区网络干扰协调方案和本发明小小区网络干 扰协调方案在不同小小区部署密度场景下的仿真平均吞吐量对比 图；

图7为现有的小小区网络干扰协调方案和本发明小小区网络干 扰协调方案的仿真系统消耗功率累计概率曲线图；

图8为本发明一实施例提供的宏基站的结构示意图；

图9为本发明一实施例提供的小小区基站的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施 例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发 明的保护范围。

本发明实施例的方法是基于联盟博弈的构思，联盟博弈是一种研 究参与者之间合作问题的有效方法，各参与者通过形成联盟的方式增 强在系统中的地位，联盟内的用户通过合作可以获得比各用户单独行 动时的更大收益，利用联盟博弈建模无线通信网络中的合作问题是一 种合理的选择。

基于上述思想，本发明提供了一种基于联盟博弈的OFDMA小小 区网络干扰协调方案，网络中心节点(宏基站)根据网络当前状态， 用联盟博弈的方式，让各小小区基站合作，并为其设置一个合理的产 生干扰容限；各小小区基站根据合作设置的产生干扰容限，分别执行 优化算法；重复上述集中式-分布式的优化过程，既考虑了网络整体 的情况，增强了密集场景下的优化效果，又分摊了优化算法的复杂度， 节约了计算时间。

图1示出了本发明一实施例提供的一种基于联盟博弈的OFDMA 小小区网络干扰协调方案场景的示意图。

如图1所示，本发明实施例的一种基于联盟博弈的OFDMA小小区 基站网络干扰协调方案的场景主要考虑：小小区基站部署在有宏基站 覆盖范围内，并且小小区基站和宏基站之间有可靠的回传链路；宏基 站和小小区基站异频部署，分别使用频率F1和F2；调度已经执行完毕 时，每个小小区仅服务一个小小区基站的用户。

用N＝{1,2,3,...,N}表示N个小小区基站的集合，用M＝{1,2,3,...,M}表 示M个小小区基站的用户的集合，由于本实施例中考虑调度已经执行 完毕的场景，有N＝M。为了描述方便，让第i个小小区基站服务第i个 小小区基站的用户。小小区基站使用的频带F2被均匀分为了L个子信 道，用L＝{1,2,3,...,L}表示，为所有小小区基站共用。

用矩阵表示当前网络的信道增益，其中，表示在第l 个子信道上第j个小小区基站到第i个小小区基站的用户的信道增益。 用表示包含第i个小小区基站的用户的信道增益矩阵，相应 的，和分别表示包含第j个小小区基站和第l个子信 道上的信道增益矩阵。

第i个小小区基站的功率分配结果表示为 其中，表示第i个小小区基站在第l个子 信道上的功率分配。小小区基站网络总的功率分配结果可以用矩阵 表示。

根据网络的功率分配结果和总的信道增益矩阵，第i个小小区基 站用户在第l个子信道上受到的干扰计算式为：

因此，第i个小小区基站的用户在第l个子信道上的信干噪比计 算如下：

${\gamma }_i^l=\frac{p_i^l{G}_{\mathrm{ii}}^l}{{\sigma }^2+I_i^l}.$

图2示出了本发明实施例提供的一种小小区网络干扰的协调方法， 如图2所示，该方法包括如下步骤：

S1、宏基站向小小区基站收集所述小小区基站的干扰信息，根据 所述小小区基站发送的干扰信息计算所述小小区基站的干扰容限；

S2、所述小小区基站接收所述宏基站发送的干扰容限和自身对其 他小小区基站的干扰信息，并根据所述干扰容限和自身对其他小小区 基站的干扰信息调整自身的干扰信息，并将调整后的干扰信息发送至 所述宏基站；

S3、所述宏基站接收所述小小区基站发送的调整后的干扰信息， 并根据调整后的干扰信息计算所有小小区基站的总的干扰值，当所述 干扰值不在预设干扰值的范围内时，重复执行上述步骤S1和S2，直至 干扰值在预设干扰值的范围内即网络达到稳定状态。

需要注意，本发明的干扰协调方案的初始状态是各个小小区基站 在所有子信道上均分功率，方便测量到整个网络的干扰状况，从而迭 代获得最佳功率分配方案。

上述方法主要是中心节点(如宏基站)通过回传链路统计当前网 络信息，实时地联盟博弈决定各小小区基站的产生干扰容限；各小小 区基站依照干扰容限，分别最大化自身吞吐量。如本方案这样，宏基 站通过统计网络信息，各小小区基站合作决定产生干扰容限，为下一 步各小小区基站操作提供参考的流程，正属于本发明权利要求的限定 范围。

上述干扰协调方案的系统整体性能优于非合作和传统的合作干 扰协调方案，而且随着小小区基站网络干扰的增加，本发明的性能优 势更为明显。另外，本发明相比其他功率控制算法还有效地节约了能 量。

在具体应用中，上述步骤S1具体包括：

S11、所述宏基站向所述小小区基站收集干扰信息包括所述小小 区基站下用户的信道状态信息和小小区基站的发射功率信息；

S12、所述宏基站根据所述小小区基站发送的信道状态信息和发 射功率信息计算第i个小小区基站的干扰容限

其中，所述小小区基站的集合为系统子信道集合 为

上述步骤S11和S12中，本发明构建了一个联盟博弈问题，从而计 算得出各个小小区基站都能接受的产生干扰容限。

具体的联盟博弈问题构建为G＝(N,v)。其中，N表示联盟博弈 的参与者，在本发明中是所有的小小区基站；v表示当前联盟博弈的 效用函数，具体效用函数定义如下：

$v\left(S\right)=\max \{0,\hat{I}-\underset{j\in N\backslash S}{\Sigma }{\tilde{I}}_j\}$

其中，代表网络中当前的总干扰值，计算方式如下：

$\hat{I}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_j^l{G}_{\mathrm{ij}}{\left[A\right]}_{\mathrm{li}}$

其中，[A]_li用来表明第l个子信道是否被第i个小小区基站使用。如 果被占用即则[A]_li＝1，否则[A]_li＝0。

本发明定义了两个新的干扰值和I_i， 从而得到一种网络当前总 干扰的计算方式。其中，表示第i个小小区基站在 各个子信道上受到的干扰总和；表示第i个小小区 基站在各子信道上对外产生的总干扰。

其中，表示第i个小小区基站对外最大潜在干扰，定义为：

${\tilde{I}}_i={\left|\right|p_i\left|\right|}_1{\left|\right|E\left(i\right)\left|\right|}_1$

其中，表示当前第i个小小区基站的总发射功率； 表示当前第i个小小区基站在最强干扰信道上对外 的总信道增益；[E(i)]_il＝[G：_i]_jl[A]_lj，表示第i个小小区基站在第l个子信道 上的潜在信道干扰。的计算公式表示，将第i个小小区基站的全部发 射功率集中在对外干扰最强的子信道时的对外干扰，即对外最大的潜 在干扰，可见

对上述效用函数v(S)，有v(S₁)+v(S₂)≤v(S₁∪S₂)。所以在合适的 联盟内收益分配方式下，最终所有的参与者们都会乐于形成一个大的 联盟，即S＝N，从而获得最大的收益

对于本发明提出的联盟博弈G＝(N,v)，是一个凸博弈问题，有一 个非空的核。

图3A和图3B示出了本发明的联盟博弈计算各小小区产生干扰容 限的算法示意图，其中图3A是总干扰小于最大潜在干扰总和一半时 的示意图，图3B是总干扰大于最大潜在干扰总和一半时的示意图；

如图3A和图3B所示，首先按照递增顺序，将系统内N个基站的最 大潜在干扰进行排列，形成最大干扰的干扰需求 {x₁，x₂，...，x_N}。根据所述小小区基站发送的信道状态信息和发射功率信 息，根据第i个小小区基站潜在生成的最大干扰将系统中的总干扰$\hat{I}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_j^l{G}_{\mathrm{ij}}{\left[A\right]}_{\mathrm{li}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_i^l{G}_{\mathrm{ji}}{\left[A\right]}_{\mathrm{lj}},$利用 Contested Garment Rule计算得出第i个小小区基站的干扰容 限其中，${\left|\right|p_i\left|\right|}_1=\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}{p}_i^l,$$p_i=[p_i^1,p_i^2,...,p_i^L]$表示第i个小小区基站 在所有可用信道上面的发送功率，表示占用第l个子信道的第j个小 小区基站下的用户与第i个小小区基站之间的信道增益；[A]_lj代表指示 矩阵A中第l行第j列中的元素${\left[A\right]}_{\mathrm{li}}=\left(\begin{array}{cc}1,& p_j^l>0\\ 0,& p_j^l=0\end{array}\right).$

上述计算该联盟博弈的收益分配方式，算法类似于一个注水的过 程。首先，每个小小区的对外最大潜在干扰抽象为一个玻璃容器， 容器的上下两个部分的容积相等，容器中间有一个体积可以忽略的长 管连接，且各个容器底部相连。然后，将网络的总干扰抽象为水， 倒入整个容器里面。稳定时，各个容器内的水平面在同一水平线上， 此时各个容器里面的水的体积(干扰量)，就是各个小区的产生干扰 容限。

图4示出了本发明的联盟博弈计算各小小区产生干扰容限的算法 流程图。

如图4所示，是本发明设计的实现上述Contested Garment Rule过 程的算法，根据图3A和图3B的两种情况，将算法分为两个不同的计 算方式。在当前网络干扰较小(小于最大潜在干扰的一半)时，采取 正向注水算法，即按照容器体积从小到大依次考虑水能否注满下半部 分，直到水全部分配完毕；否则，就采取逆向注水算法。

上述算法包括以下步骤：

(1)初始化，将干扰非降序排序；

(2)判断总干扰是否小于最大估计干扰总和的一半；

(3)如果总干扰是小于最大估计干扰总和的一半，则正向分配 注水，并逐个开始尝试注水直到干扰分配完毕，输出产生的干扰容限；

(4)如果总干扰是不小于最大估计干扰总和的一半，则逆向分 配注水，并逐个开始尝试注水直到干扰分配完毕，输出产生的干扰容 限。

在宏基站进行联盟博弈过程之后，各小小区基站都设置了产生干 扰容限

在具体应用中，上述步骤S2具体包括：

S21、所述小小区基站接收所述宏基站发送的干扰容限和自身对 其他小小区基站的干扰信息；

S22、所述小小区基站根据所述干扰容限和自身对其他小小区基 站的干扰信息调整自身在第l个信道上的发射功率

S23、所述小小区基站将所述第l个信道上的发射功率和 信道状态信息发送至所述宏基站；

其中，系统子信道集合

所述小小区基站根据所述干扰容限，利用凸优化算法，获取最大 化吞吐量时在第l个信道上的发射功率

其中，对第i个小小区基站而言，其最大吞吐量为：

其中，是第i个小小区基站的非零功率分配的信道集合，W表 示系统带宽，L表示系统子信道个数，σ²表示单个子信道上的噪声功 率，表示第i个小小区基站在第l个子信道上受到的干 扰功率，表示第i个小小区基站与其服务的占用第l个子信道的用户 之间的信道增益，表示第i个小小区基站在第l个信道上的发射功率。

其中，对应的最大吞吐量问题的限制条件包括： 其中，表示第j个小小区 基站下的用户与第i个小小区基站之间的信道增益，P₀为每个小小区 基站的发射功率限制，[A]_lj代表指示矩阵A中第l行第j列中的元素 ${\left[A\right]}_{\mathrm{li}}=\left(\begin{array}{cc}1,& p_j^l>0\\ 0,& p_j^l=0\end{array}\right).$

具体的，三个约束条件分别表示：小小区基站对外干扰不能超过 对外干扰容限小小区基站发射总功率不能超过最大发射功率限制； 小小区基站在任一子信道上的发射功率非负。

其中，对应的最大吞吐量问题的限制条件包括：

其中，表示占用第l个子信道的第j个小小区基站下的用户与第i 个小小区基站之间的信道增益，P₀为每个小小区基站的发射功率限制。

可以证明上述问题是凸优化问题，利用拉格朗日对偶法求解，相 应的拉格朗日函数为：

$\left(\begin{array}{c}L(p_i,\lambda ,\mu ,\theta )=\underset{i\in L_i}{\Sigma }\frac{W}{L}{\log }_2(1+\frac{p_i^l{G}_{i,i}^l}{{\sigma }^2+{\bar{I}}_i^l})+\lambda (I_i^{*}-\underset{i\in L_i}{\Sigma }{p}_i^l\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{G}_{j,i}^l{A}_{l,j})\\ +\mu (P_0-\underset{l\in L_i}{\Sigma }{p}_i^l)-\theta p_i\\ =\underset{i\in L_i}{\Sigma }\{a{\log }_2(1+b_i^l{p}_i^l)-(\lambda c_i^l+\mu +{\theta }_l)p_i^l\}+\lambda I_i^{*}+\mu P_0\end{array}\right)$

其中，λ、μ、θ是拉格朗日乘数，$a=\frac{W}{L},b_i^l=\frac{G_{i,i}^l}{{\sigma }^2+{\bar{I}}_i^l},c_i^l=\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{G}_{j,i}^l{A}_{l,j}.$将拉格朗日函数对求一阶偏导：

$\frac{\mathrm{\delta L}}{\delta p_i^l}=\frac{1}{\ln 2}\frac{a{b}_i^l}{1+b_i^l{p}_i^l}-\lambda c_i^l-\mu +{\theta }_l$

通过上式，可以在已知λ和μ的情况下计算出最佳的功率分配。 原问题对应的对偶问题为：

$\left(\begin{array}{c}\underset{\lambda ,\mu }{\min }g(\lambda ,\mu )=\underset{\lambda ,\mu }{\min }\underset{p_i}{\max }L(p_i,\lambda ,\mu )\\ =\underset{\lambda ,\mu }{\min }\underset{i\in L_i}{\Sigma }\{-a{\log }_2(\lambda c_i^l+\mu )+\frac{\lambda c_i^l+\mu }{b_i^l}\}+\lambda I_i^{*}\mu P_0+\underset{i\in L_i}{\Sigma }\{a{\log }_2\left(\frac{a{b}_i^l}{\ln 2}\right)-\frac{a}{\ln 2}\}\\ s.t.\lambda \ge 0,\mu \ge 0\end{array}\right)$

上述问题在忽略约束条件的情况下，可以用牛顿方法求解，在牛 顿方法结果不满足约束条件的情况下，λ^*和μ^*的计算式为：

如果λ<0，那么λ^*＝0，

如果μ<0，那么μ^*＝0，

图5示出了本发明的小小区基站基于产生干扰容限最大化吞吐量 算法流程图。其中各小小区基站分别最大化吞吐量的凸优化问题求解 的步骤如上所述，具体包括以下步骤：

(1)初始化，λ＝1，μ＝1，计算初始小小区基站的发射功率p_i；

(2)判断p_i是否有负元素；

(3)如果p_i有负元素，则迭代调整λ和μ的值；

(4)重新计算功率分配p_i，继续返回步骤(2)进行判断；

(5)如果p_i无负元素，执行功率分配。

本发明实施例中，仿真选取边长为d＝60米的正方形作为仿真区域， 小小区基站在仿真区域内均匀分布，小小区基站用户均匀分布在以小 小区基站为中心的圆环内，圆环内外半径分别为r和R。

为了仿真评估本发明一种基于联盟博弈的OFDMA小小区网络干 扰协调方案对网络性能的提升作用，下面仿真结果中，对每个场景进 行了一千次随机撒点，用其平均性能来衡量本发明方案(IAPC)的 效果。

为了与本发明方案进行对比，本发明以均分功率作为衡量方案性 能的基准，还考虑了功率控制干扰协调方案中常见的迭代注水(IWF) 方案以及其他的基于联盟博弈的合作干扰协调方案，如重叠联盟博弈 方案(OCF)。在重叠联盟博弈中，按照不同的调度策略可以分为： 比例公平重叠联盟博弈(OCF-PF)和最大载干比重叠联盟博弈 (OCF-MCI)。

图6示出了现有的小小区网络干扰协调方案和本发明基于联盟博 弈的OFDMA小小区网络干扰协调方案在不同小小区基站部署密度场 景下的仿真平均吞吐量对比图。具体表示不同用户分布下的系统平均 吞吐量。用户分布在以服务基站为中心的圆环内。R表示用户分布在 以小基站为中心半径为R的圆内，r表示用户与基站之间的最小距离。 该图中的1代表均分功率(Equal Power Allocation，简称EPA)，2代表 迭代注水(Iterative Water-Filling，简称IWF)，3代表重叠联盟-比例公 平调度(Overlapping Coalition Formation-Proportional Fairness，简称 OCF-PF)，4代表重叠联盟-最大载干比调度(Overlapping Coalition  Formation-Maximum Carrier to Interference，简称OCF-MCI)，5代表 基于干扰分配的功率控制(Interference allocation based power control， 简称IAPC)，具体的在(R,r)＝(10，5)时，IWF、OCF-PF、OCF-MCI、 IAPC相对于EPA的增量分别为30％、7％、11％和38％；在(R,r)＝(15， 10)时，IWF、OCF-PF、OCF-MCI、IAPC相对于EPA的增量分别为 72％、11％、54％和94％；在(R,r)＝(20，15)时，IWF、OCF-PF、 OCF-MCI、IAPC相对于EPA的增量分别为119％、16％、142％和153％。

图6所示是在N＝10时的仿真结果，可以发现，本发明的IAPC方案， 在各个仿真场景下平均吞吐量提升都最为明显。随着仿真场景中用户 位置圆环(R,r)的逐渐远离小小区基站，网络中的干扰也随之增大， 此时，本发明的IAPC方案相比均分功率(EPA)提升幅度也逐渐增加， 从38％增加到了153％。同时，在干扰最严重的仿真场景中，本发明的 IAPC方案和OCF-MCI方案相比迭代注水(IWF)的提升也更为明显， 说明在网络干扰严重的情况下，基于联盟博弈的干扰协调方案能更有 效的限制网络中的干扰，从而提升网络吞吐量。

在具体应用中，上述步骤S3具体包括：

S31、所述宏基站接收所述小小区基站在第l个信道上的 发射功率和信道状态信息；

S32、所述宏基站根据所述小小区基站在第l个信道上的 发射功率和信道状态信息计算所有小小区基站的总的干扰值 $\hat{I}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_j^l{G}_{\mathrm{ij}}{\left[A\right]}_{\mathrm{li}}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}\underset{j=1,j\ne i}{\overset{N}{\Sigma }}{p}_i^l{G}_{\mathrm{ji}}{\left[A\right]}_{\mathrm{lj}}$和各小小区基站对外最大潜 在干扰$\tilde{I}={\left|\right|p_i\left|\right|\left|\right|}_{1}E\left(i\right){\left|\right|}_1;$

S33、在所述干扰值不在预设干扰值的范围内时，重复执行上述 步骤S1和S2；

其中，[A]_lj表示指示矩阵A中第l行第j列中的元素${\left[A\right]}_{\mathrm{lj}}=\left(\begin{array}{cc}1,& p_j^l>0,\\ 0,& p_j^l=0,\end{array}\right),$${\left|\right|p_i\left|\right|}_1=\underset{l=1}{\overset{L}{\Sigma }}{p}_i^l,$

图7示出了现有的小小区网络干扰协调方案和本发明基于联盟博 弈的OFDMA小小区网络干扰协调方案的仿真系统消耗功率累计概率 CDF曲线图，N表示系统中小小区的个数。

图7所示是在(R,r)＝(20,10)场景下的仿真结果，可以发现，其他对 比方案中所有小小区基站都以满功率状态工作，而本发明的IAPC方 案有效的节约了功率，N＝10的场景下，85％的情况IAPC方案节约了 25％的功率，N＝20的场景下，85％的情况IAPC方案节约了44％的能量。

通过上面本发明实施例的仿真结果可以看出，本发明一种基于联 盟博弈的OFDMA小小区网络干扰协调方案在能够有效提升网络吞吐 量。

图8示出了本发明实施例提供的一种宏基站，如图8所示，该宏基 站包括：

收集单元81，用于向小小区基站收集所述小小区基站的干扰信息；

第一计算单元82，用于根据所述小小区基站发送的干扰信息计算 所述小小区基站的干扰容限；

接收单元83，用于接收所述小小区基站根据所述干扰容限调整后 的干扰信息；

第二计算单元84，用于根据调整后的干扰信息计算所有小小区基 站的总的干扰值；

判断单元85，用于判断所述干扰值是否在预设干扰值的范围内。

在具体应用中，所述收集单元，还用于向所述小小区基站收集干 扰信息包括所述小小区基站下用户的信道状态信息和小小区基站的 发射功率信息；

所述第一计算单元，还用于根据所述小小区基站发送的信道状态 信息和发射功率信息计算第i个小小区基站的干扰容限

其中，所述小小区基站的集合为

图9示出了本发明实施例提供的一种小小区基站，如图9所示，该 小小区基站包括：

接收单元91，用于接收宏基站发送的干扰容限和自身对其他小小 区基站的干扰信息；

发送单元92，用于根据所述干扰容限和自身对其他小小区基站的 干扰信息调整自身的干扰信息，并将调整后的干扰信息发送至所述宏 基站。

在具体应用中，所述小小区基站还包括图9中未示出的：

调整单元93，用于根据所述干扰容限和自身对其他小小区基站的 干扰信息调整自身在第l个信道上的发射功率

所述发送单元92，还用于将所述第l个信道上的发射功 率和信道状态信息发送至所述宏基站；

其中，系统子信道集合

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本 发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中， 并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理 解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载 的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各 实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的 范围当中。