كنترل توان و تخصيص زيركانال در شبكه هاي دوسطحي ماكروسل و فمتوسل مبتني بر OFDMA

Power Control and Subchannel Allocation in OFDMA Macrocell-Femtocells Networks

شبكه هاي چندسطحي كه شامل ماكروسل و فمتوسل هستند، منجر به افزايش ظرفيت شبكه و بهبود كيفيت سرويس هاي ارائه شده به كاربران در شبكه هاي سلولار مي شوند. تخصيص زيركانال مشترك بين كاربران سطوح مختلف، باعث ايجاد تداخل بين سطحي بين كاربران مي گردد كه به دليل اولويت بالاتر كاربران ماكروسل، حضور كاربران فمتوسل نبايد مانع دستيابي اين كاربران به حداقل كيفيت سرويس خود شوند. در اين مقاله يك روش كنترل توان و تخصيص زيركانال در حالت فروسو و در دو سطح ماكروسل و فمتوسل مبتني بر با هدف بيشينه كردن مجموع نرخ كاربران فمتوسل ها، به نحوي كه OFDMA حداقل كيفيت سرويس براي همه كاربران ماكروسل و كاربران حساس به تأخير فمتوسل ها رعايت گردد ارائه مي دهيم. در سطح ماكروسل دو مسئله متفاوت را به صورت جداگانه در نظر مي گيريم. مسئله اول با هدف بيشينه نمودن مجموع آستانه تداخل بين سطحي قابل تحمل براي كاربران ماكروسل و مسئله دوم با هدف كمينه كردن مجموع توان ارسالي ماكروسل بيان مي شود. مسئله در سطح فمتوسل، با هدف بيشينه نمودن مجموع نرخ داده كاربران فمتوسل ها بيان مي گردد. براي حل مسئله اول در سطح ماكروسل از الگوريتم مجارستاني كه يك روش بهينه انتساب است استفاده مي نماييم. همچنين براي حل مسئله دوم از يك روش مكاشفه اي براي تخصيص زيركانال و از روش دوگان لاگرانژ براي كنترل توان استفاده مي گردد. براي حل مسئله در سطح فمتوسل نيز ابتدا با استفاده از يك روش مكاشفه اي، تخصيص زيركانال صورت مي گيرد و سپس با استفاده از روش دوگان لاگرانژ كه يكي از رو ش هاي حل مسايل بهينه سازي محدب است، كنترل توان صورت مي پذيرد. در انتها عملكرد اين روش با تحليل نتايج حاصل از شبيه سازي بررسي مي گردد.

Heterogeneous networks, including macrocell and femtocell, cause to increase network capacity. Also, they improve quality of offers services to users in cellular networks. Common subchannel allocation among different tier users, make cross-tier interference among users. Since macrocell users have priority to femtocell ones, presence of femtocell users should not prevent macrocell users to access minimum quality-of-service. In this paper, a power control and subchannel allocation scheme in downlink transmission an orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) based two tier of macrocell and femtocell is proposed, aiming the maximization of femtocell users total data rate, in which the minimum QOS for all macrocell users and femtocell delay-sensitive users is observed. In macrocell tier, two different problems are considered. The first problem aim to maximizing the total threshold of tolerable cross-tier interference for macrocell users and the second problem’s goal is minimizing the macrocell’s total transmission power. For the femtocell tier, maximizing the users total data rate is the objective. Hungrian method, an assignment optimization method, is used for solving the first problem in macrocell tier. Moreover, in order to solve the second problem a heuristic method for subchannel allocation is proposed and dual Lagrange method is used for power control. In addition, in order to solve the problem for femtocell tier, a heuristic method is used for subchannel allocation. Subsequently, a dual Lagrange method which is one of the convex optimization problem solver is used, so that we can control the power. Finally, an extend simulations are performed to validate the performance of the proposed method.