1.一种用于Femtocell双层网络基于分簇的资源分配方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤101:利用三轮子信道分配算法对宏用户MUEs执行子信道分配;
步骤102:根据宏用户功率分配的规划目标和约束条件,采用经典注水算法为MUEs分配功率;
步骤103:采用改进的遗传模拟退火算法GASA为毫微微小区分簇;
步骤104:根据毫微微用户FUEs的速率需求,采用启发式算法为FUEs分配子信道;
步骤105:利用卡罗需-库恩-塔克KKT条件对毫微微用户FUEs进行功率分配。
2.根据权利要求1所述的基于分簇的资源分配方法,其特征在于,所述步骤101利用三轮子信道分配算法对宏用户MUEs执行子信道分配包括:引用香农公式建模宏用户m数据速率的更新公式为 其中,M为宏用户总数,K为子信道总数,为宏用户m在子信道k上的信干噪比,Δf为信道带宽;进而考虑宏用户的数据速率请求,在满足宏用户速率区间的前提下为宏用户分配子信道。
3.根据权利要求2所述的基于分簇的资源分配方法,其特征在于,所述在满足宏用户速率区间的前提下为宏用户分配子信道,包括:步骤101A:遍历所有子信道,找出使宏用户m能获得最大信道增益的子信道k,并将子信道k分配给宏用户m,若得到的宏用户m的速率满足其最低速率需求,则宏用户m不再参加信道分配,进而如果所有计算得到的宏用户数据速率均满足最低速率需求,则退出循环;
步骤101B:如果子信道有剩余,则重复进行步骤101A,宏用户速率判断条 件变为判断计算得到的相应宏用户的速率是否满足其最高速率需求;
步骤101C:如果子信道仍有剩余,重复进行步骤101A,不再进行宏用户数据速率判断。
4.根据权利要求1所述的基于分簇的资源分配方法,其特征在,所述步骤102根据宏用户功率分配的规划目标和约束条件,采用经典注水算法为MUEs分配功率包括:以最大化系统容量为优化目标,最大总功率为约束条件,构建MUEs的功率分配目标函数: 且满足约束条件:
采用注水算法为宏用户分配功率,得到
其中, η=Δf/ζln2为注水线; 是
子信道k上的增益干扰比, 表示宏基站到宏用户m在子信道k上的的信道增益, 表示毫微微基站FBSj到宏用户m在子信道k上的的信道增益; 表示毫微微基站FBSj在子信道k上的发射功率;σ2为噪声功率;ζ是拉格朗日乘子,为常数; 为宏基站在子信道k上的发射功率, 为总的发射功率,Δf为信道带宽,M为宏用户总数,K为子信道总数。
5.根据权利要求1所述的基于分簇的资源分配方法,其特征在于,所述步骤103采用改进的遗传模拟退火算法GASA为毫微微小区分簇包括:以同簇中的毫微微基站FBSs间的干扰总和最小作为目标函数,建模优化方程:且满足约束条件:
Cg∩Cn=Φ(g,n∈χ,g≠n)以及xin∈{0,1};其中,χ={1,…,NA}表示簇的集合,F和NA分别表示毫微微基站FBSs的数量和簇的数量;wij是FBSi和FBSj间的干 扰权值;xin是FBSs的分簇指示矩阵,当xin=1时,表示将FBSi分到第n个簇,当xin=0时,即表示FBSi不分到第n个簇;
Cn表示第n个簇中FBSs的集合,Cg表示第g个簇中FBSs的集合, 为系统中总的FBSs的集合,进而采用遗传模拟退火算法解决此分簇问题。
6.根据权利要求5所述的基于分簇的资源分配方法,其特征在于,所述步骤104根据毫微微用户FUEs的速率需求,采用启发式算法为FUEs分配子信道包括:以最大化FUEs的数据速率为优化目标: 且满足约束条件 其中,Dj为FBSj服务的FUEs集合;Δf为信道带宽; 为FBSj服务的毫微微用户u在子信道k上的信干噪比; 为FBSj服务的毫微微用户u的速率需求;若ak,n=1,表示子信道k分配给簇Cn,否则,ak,n=0;K为子信道总数。
7.根据权利要求6所述基于分簇的资源分配方法,其特征在于,所述步骤105利用KKT条件对毫微微用户FUEs进行功率分配包括:以最大化吞吐量为优化目标建立函数模型:且
其中, 表示FBSj在子信道k上对用户u的发射功率, 表示MUEs的集合, 是子信道k上的增益干扰比,
其在毫微微用户u在子信道分配时已确定, 为FBSj在子信道k上的信道增益, 和分别为FBSi和宏基站到毫微微用户u的信道增益, 和 分别为FBSi和宏基站在信道k上的发射功率,σ2为噪声功率;
在约束条件C1中, 为FBSj总发射功率,则C1表示FBSj在所有子信道上的发射功率之和不大于FBSj总发射功率;在约束条件C2中,Rj为FBSj的最小速率需求,则C2表示FBSj在所有子信道上传输速率和不小于其最小速率需求;在约束条件C3中,ξk,e表示簇内毫微微用户u受其他毫微微用户的干扰门限, 分别表示毫微微基站FBSj到宏用户e在子信道k上的的信道增益,则C3表示FBSj所服务的毫微微用户u受FBSj所服务的其他用户的干扰总和不大于毫微微用户u的干扰门限;在约束条件C4中,ξk,m为毫微微用户u受宏用户的干扰门限,分别表示毫微微基站FBSj到宏用户m在子信道k上的的信道增益,则C4表示FBSj所服务的毫微微用户u受宏用户的干扰总和不大于毫微微用户u的干扰门限。
8.根据权利要求7所述的基于分簇的资源分配方法,其特征在于,所述采用KKT条件对FUEs进行功率分配进一步包括:根据FUEs功率分配的优化目标函数和约束条件,引用KKT条件得到:
其中, 为注水线,α、β、θ和ε是拉格朗日乘子,为
常数;