專利名稱：異構無線網絡中基于用戶速率需求的頻譜資源分配方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，涉及LTE異構網絡的頻譜資源分配技術，特別涉及一種基于用戶速率需求的改進圖論著色頻譜資源分配方法，可用于LTE下宏基站和家庭基站下行鏈路的頻譜分配。
背景技術：
近些年來，無線通信技術得到了迅速的發(fā)展，隨著無線通信技術的發(fā)展，無線用戶的數量急劇增多，業(yè)務需求也急劇增加。同時，有三分之二的話音業(yè)務和70%的數據業(yè)務發(fā)生在室內，因此，為了滿足發(fā)生在室內的大量業(yè)務需求，提高室內用戶的服務質量，在宏基站的覆蓋范圍的建筑物內部署家庭基站成為了非常有效的方法。家庭基站的部署，能夠降低宏基站的負載，提高家庭用戶的服務質量以及極大地提高網絡的吞吐量。但是，由于宏基站和家庭基站的覆蓋區(qū)域是相互重疊的，密集部署的家庭基站之間也有相互重疊的區(qū)域，因此，如何減輕宏基站和家庭基站以及家庭基站之間的干擾成為了一個非常重要的問題。動態(tài)頻譜分配算法能夠有效地減小不同基站之間干擾，提高網絡的吞吐量，因此，通常采用動態(tài)頻譜分配的方法來解決不同基站之間的干擾，提高網絡的吞吐量。目前，基于LTE下宏基站和家庭基站的頻譜資源分配大多在分配的時候沒有考慮到用戶的速率需求，如 Uygungelen, S.等在 Vehicular Technology Conference (VTCSpring),2011《Graph-Based Dynamic Frequency Reuse in Femtocell Networks》一文中，提出了一種基于圖論著色算法動態(tài)分配頻譜資源的方法，此方法以頻譜資源的利用率達到最大為目的，但此方法的不足是沒有考慮到用戶的速率需求，從而有可能會造成有些速率需求高的家庭基站因為干擾 情況而分配比較少的頻譜資源，而另外一些速率需求小的家庭基站卻分配非常多的頻譜資源，從而造成頻譜資源的浪費；在考慮了用戶速率需求的情況下，網絡的吞吐量又比較低，如Hatoum, A.等在IEEE InternationalConferenceon Communications(ICC), 2011《FCRA:FemtocelI Cluster-based Resource AllocationScheme for OFDMA Networks》一文中,通過最小最大化算法來分配頻譜資源,這樣保證了家庭基站之間的公平性，同時，采用將所有的家庭基站分為多組家庭基站來分別復用頻譜資源的方法來降低算法的復雜度。這個算法為盡量保證每個家庭基站需求為目的，沒有考慮到系統整體性能的問題，吞吐量無法達到最優(yōu)。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術的不足，提出一種異構無線網絡中基于用戶速率需求的頻譜資源分配方法，以提高網絡的吞吐量并保證系統的公平性。本發(fā)明的核心思想為首先，根據用戶的速率需求，確定宏基站以及每個家庭基站所需求的頻譜資源塊的數目；然后，根據每個家庭基站需求的頻譜資源塊的數目給家庭基站分配顏色并確定家庭基站總共所需求的頻譜資源塊的數目；最后，根據宏基站和家庭基站總共所需的頻譜資源塊的數目動態(tài)地分配頻譜資源，提高網絡的吞吐量和保證系統的公平性。具體的實現步驟如下(I)根據家庭基站以及家庭用戶的位置信息確定每個家庭基站的相鄰家庭基站；(2)根據宏用戶的速率需求確定宏基站所需要的頻譜資源塊的數目NMa ；(3)初始化循環(huán)次數j = 0 ;(4)根據家庭用戶的速率需求確定每個家庭基站所需要的頻譜資源塊的數目，家庭基站k所需求的頻譜資源塊的數目為Af ;(5)根據每個家庭基站所需求的頻譜資源塊的數目給家庭基站分配顏色(5a)初始化顏色集合Cl = {1}，用一個非零自然數表示一個顏色，初始化家庭基站k獲得的顏色集合Clk為空集，k G {1，2^-，D}，D為家庭基站的總數目，初始化循環(huán)次數 y = 0 ;
(5b)判斷循環(huán)次數y與各個家庭基站需求的頻譜資源塊數目的最大值,的關系，如果#X (iVf)，則執(zhí)行步驟(5f)，否則，初始化未被選擇的家庭基站集合Fs為所有的家庭基站組成的集合；(5c)判斷未被選擇的家庭基站集合Fs是否為空集，如果Fs為空集，則令循環(huán)次數I = y+1，并返回到步驟(5b)，否則，從Fs中選擇飽和度最大的家庭基站為候選家庭基站f ；(5d)判斷候選家庭基站f獲得的顏色數I Clf I與候選家庭基站f需求的頻譜資源
塊的數目 < 的關系，如果IczfI =<，將候選家庭基站f 從Fs中移除，返回到步驟(5c);否貝U，找出候選家庭基站f的可用顏色集合Clav ；(5e)判斷候選家庭基站f的可用顏色集合Clav是否為空集，如果Clav不為空，則從Ciav中找出最小的一個顏色分配給候選家庭基站f的顏色集合Clf，并將候選家庭基站f從未被選擇的家庭基站集合Fs中移除，返回到步驟(5c)，否則，給顏色集合Cl增加一個新的顏色，并將新的顏色分配給候選家庭基站f的顏色集合Clf，并將候選家庭基站f從未被選擇的家庭基站集合Fs中移除，返回到步驟(5c)；(5f)在分配完成后，統計每個顏色的使用次數；(6)根據宏基站和家庭基站需求的頻譜資源塊的數目，以及各個家庭基站分配顏色的情況，動態(tài)分配頻譜資源(6a)將頻譜資源塊數目NMa跟家庭基站總共需求的頻譜資源塊數目Nf求和NMa+NF并與頻譜資源塊的數目N比較，Nf為家庭基站總共需求的頻譜資源塊的數目，如果N ^ NMa+NF，表明頻譜資源充足，執(zhí)行步驟(6b);如果N < NMa+NF，表明頻譜資源不足，執(zhí)行步驟(6e)；(6b)從N個系統總共的頻譜資源塊中取出NMa個頻譜資源塊分配給宏基站；(6c)將步驟(5f)中統計的顏色使用次數進行降冪排列，依次給每個顏色分配一個未被分配的頻譜資源塊，直到所有的頻譜資源塊分配完畢；(6d)根據上述每個顏色分配的頻譜資源塊，按照每個家庭基站獲得的顏色給家庭基站分配相應的頻譜資源塊，分配結束；
(6e)從N個系統總共的頻譜資源塊中取出an個頻譜資源塊分配給宏基站，取
出
權利要求
1.一種異構無線網絡中基于用戶速率需求的頻譜資源分配方法，包括如下步驟(1)根據家庭基站以及家庭用戶的位置信息確定每個家庭基站的相鄰家庭基站；(2)根據宏用戶的速率需求確定宏基站所需要的頻譜資源塊的數目NMa；(3)初始化循環(huán)次數j= O ;(4)根據家庭用戶的速率需求確定每個家庭基站所需要的頻譜資源塊的數目，家庭基站k所需求的頻譜資源塊的數目為Nf1 ;(5)根據每個家庭基站所需求的頻譜資源塊的數目給家庭基站分配顏色(5a)初始化顏色集合Cl = {1}，用一個非零自然數表示一個顏色，初始化家庭基站k獲得的顏色集合Clk為空集，k e {1，·2，…，D}，D為家庭基站的總數目，初始化循環(huán)次數y = O ；(5b)判斷循環(huán)次數I與各個家庭基站需求的頻譜資源塊數目的最大值
2.根據權利要求1所述的異構無線網絡中基于用戶速率需求的頻譜資源分配方法，其中步驟(I)所述的確定每個家庭基站的相鄰家庭基站，按如下步驟進行(1.1)計算每個家庭用戶的虛擬信干噪比，家庭基站k中的第i個家庭用戶的虛擬信干噪比O:
3.根據權利要求1所述的異構無線網絡中基于用戶速率需求的頻譜資源分配方法，其中步驟(2)中所述的根據宏用戶的速率需求確定宏基站所需要的頻譜資源塊的數目NMa，按如下步驟進行(2.1)利用3GPP TR36. 942中的公式，計算宏用戶i使用一個頻譜資源塊所能支持的速
4.根據權利要求1所述的異構無線網絡中基于用戶速率需求的頻譜資源分配方法，其中步驟(4)所述的根據家庭用戶的速率需求確定每個家庭基站所需要的頻譜資源塊的數目，按如下步驟進行(4.1)利用3GPP TR36. 942中的公式，計算家庭基站k中的第i個家庭用戶使用一個頻譜資源塊所能支持的速率
全文摘要
本發(fā)明公開了一種異構無線網絡中基于用戶速率需求的頻譜資源分配方法，主要解決現有算法在LTE異構網絡的頻譜資源分配的時候，網絡的吞吐量和公平性較低的問題。其實現方法是在確定每個家庭基站的相鄰家庭基站后，確定宏基站和每個家庭基站需求頻譜資源塊的數目；然后，根據家庭基站需求頻譜資源塊的數目給家庭基站分配顏色并確定家庭基站總共需求的頻譜資源塊的數目；接著，給宏基站和家庭基站動態(tài)分配頻譜資源塊；更新家庭用戶的信干噪比，重新計算家庭基站需求的頻譜資源塊的數目并重新分配，經過多次循環(huán)，使系統性能達到最優(yōu)。本發(fā)明提高了網絡的吞吐量并保證了系統的公平性，可用于LTE下宏基站和家庭基站下行鏈路的頻譜分配。
文檔編號H04W16/10GK103052073SQ20131003069
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月27日 優(yōu)先權日2013年1月27日
發(fā)明者趙林靖, 霍光瑞, 王璽鈞, 侯蓉暉, 李釗, 劉勤 申請人:西安電子科技大學