专利名称：异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，涉及LTE异构网络的频谱资源分配技术，特别涉及一种基于用户速率需求的改进图论着色频谱资源分配方法，可用于LTE下宏基站和家庭基站下行链路的频谱分配。
背景技术：
近些年来，无线通信技术得到了迅速的发展，随着无线通信技术的发展，无线用户的数量急剧增多，业务需求也急剧增加。同时，有三分之二的话音业务和70%的数据业务发生在室内，因此，为了满足发生在室内的大量业务需求，提高室内用户的服务质量，在宏基站的覆盖范围的建筑物内部署家庭基站成为了非常有效的方法。家庭基站的部署，能够降低宏基站的负载，提高家庭用户的服务质量以及极大地提高网络的吞吐量。但是，由于宏基站和家庭基站的覆盖区域是相互重叠的，密集部署的家庭基站之间也有相互重叠的区域，因此，如何减轻宏基站和家庭基站以及家庭基站之间的干扰成为了一个非常重要的问题。动态频谱分配算法能够有效地减小不同基站之间干扰，提高网络的吞吐量，因此，通常采用动态频谱分配的方法来解决不同基站之间的干扰，提高网络的吞吐量。目前，基于LTE下宏基站和家庭基站的频谱资源分配大多在分配的时候没有考虑到用户的速率需求，如 Uygungelen, S.等在 Vehicular Technology Conference (VTCSpring),2011《Graph-Based Dynamic Frequency Reuse in Femtocell Networks》一文中，提出了一种基于图论着色算法动态分配频谱资源的方法，此方法以频谱资源的利用率达到最大为目的，但此方法的不足是没有考虑到用户的速率需求，从而有可能会造成有些速率需求高的家庭基站因为干扰 情况而分配比较少的频谱资源，而另外一些速率需求小的家庭基站却分配非常多的频谱资源，从而造成频谱资源的浪费；在考虑了用户速率需求的情况下，网络的吞吐量又比较低，如Hatoum, A.等在IEEE InternationalConferenceon Communications(ICC), 2011《FCRA:FemtocelI Cluster-based Resource AllocationScheme for OFDMA Networks》一文中,通过最小最大化算法来分配频谱资源,这样保证了家庭基站之间的公平性，同时，采用将所有的家庭基站分为多组家庭基站来分别复用频谱资源的方法来降低算法的复杂度。这个算法为尽量保证每个家庭基站需求为目的，没有考虑到系统整体性能的问题，吞吐量无法达到最优。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，以提高网络的吞吐量并保证系统的公平性。本发明的核心思想为首先，根据用户的速率需求，确定宏基站以及每个家庭基站所需求的频谱资源块的数目；然后，根据每个家庭基站需求的频谱资源块的数目给家庭基站分配颜色并确定家庭基站总共所需求的频谱资源块的数目；最后，根据宏基站和家庭基站总共所需的频谱资源块的数目动态地分配频谱资源，提高网络的吞吐量和保证系统的公平性。具体的实现步骤如下(I)根据家庭基站以及家庭用户的位置信息确定每个家庭基站的相邻家庭基站；(2)根据宏用户的速率需求确定宏基站所需要的频谱资源块的数目NMa ；(3)初始化循环次数j = 0 ;(4)根据家庭用户的速率需求确定每个家庭基站所需要的频谱资源块的数目，家庭基站k所需求的频谱资源块的数目为Af ;(5)根据每个家庭基站所需求的频谱资源块的数目给家庭基站分配颜色(5a)初始化颜色集合Cl = {1}，用一个非零自然数表示一个颜色，初始化家庭基站k获得的颜色集合Clk为空集，k G {1，2^-，D}，D为家庭基站的总数目，初始化循环次数 y = 0 ;
(5b)判断循环次数y与各个家庭基站需求的频谱资源块数目的最大值,的关系，如果#X (iVf)，则执行步骤(5f)，否则，初始化未被选择的家庭基站集合Fs为所有的家庭基站组成的集合；(5c)判断未被选择的家庭基站集合Fs是否为空集，如果Fs为空集，则令循环次数I = y+1，并返回到步骤(5b)，否则，从Fs中选择饱和度最大的家庭基站为候选家庭基站f ；(5d)判断候选家庭基站f获得的颜色数I Clf I与候选家庭基站f需求的频谱资源
块的数目 < 的关系，如果IczfI =<，将候选家庭基站f 从Fs中移除，返回到步骤(5c);否贝U，找出候选家庭基站f的可用颜色集合Clav ；(5e)判断候选家庭基站f的可用颜色集合Clav是否为空集，如果Clav不为空，则从Ciav中找出最小的一个颜色分配给候选家庭基站f的颜色集合Clf，并将候选家庭基站f从未被选择的家庭基站集合Fs中移除，返回到步骤(5c)，否则，给颜色集合Cl增加一个新的颜色，并将新的颜色分配给候选家庭基站f的颜色集合Clf，并将候选家庭基站f从未被选择的家庭基站集合Fs中移除，返回到步骤(5c)；(5f)在分配完成后，统计每个颜色的使用次数；(6)根据宏基站和家庭基站需求的频谱资源块的数目，以及各个家庭基站分配颜色的情况，动态分配频谱资源(6a)将频谱资源块数目NMa跟家庭基站总共需求的频谱资源块数目Nf求和NMa+NF并与频谱资源块的数目N比较，Nf为家庭基站总共需求的频谱资源块的数目，如果N ^ NMa+NF，表明频谱资源充足，执行步骤(6b);如果N < NMa+NF，表明频谱资源不足，执行步骤(6e)；(6b)从N个系统总共的频谱资源块中取出NMa个频谱资源块分配给宏基站；(6c)将步骤(5f)中统计的颜色使用次数进行降幂排列，依次给每个颜色分配一个未被分配的频谱资源块，直到所有的频谱资源块分配完毕；(6d)根据上述每个颜色分配的频谱资源块，按照每个家庭基站获得的颜色给家庭基站分配相应的频谱资源块，分配结束；
(6e)从N个系统总共的频谱资源块中取出an个频谱资源块分配给宏基站，取
出
权利要求
1.一种异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，包括如下步骤(1)根据家庭基站以及家庭用户的位置信息确定每个家庭基站的相邻家庭基站；(2)根据宏用户的速率需求确定宏基站所需要的频谱资源块的数目NMa；(3)初始化循环次数j= O ;(4)根据家庭用户的速率需求确定每个家庭基站所需要的频谱资源块的数目，家庭基站k所需求的频谱资源块的数目为Nf1 ;(5)根据每个家庭基站所需求的频谱资源块的数目给家庭基站分配颜色(5a)初始化颜色集合Cl = {1}，用一个非零自然数表示一个颜色，初始化家庭基站k获得的颜色集合Clk为空集，k e {1，·2，…，D}，D为家庭基站的总数目，初始化循环次数y = O ；(5b)判断循环次数I与各个家庭基站需求的频谱资源块数目的最大值
2.根据权利要求1所述的异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，其中步骤(I)所述的确定每个家庭基站的相邻家庭基站，按如下步骤进行(1.1)计算每个家庭用户的虚拟信干噪比，家庭基站k中的第i个家庭用户的虚拟信干噪比O:
3.根据权利要求1所述的异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，其中步骤(2)中所述的根据宏用户的速率需求确定宏基站所需要的频谱资源块的数目NMa，按如下步骤进行(2.1)利用3GPP TR36. 942中的公式，计算宏用户i使用一个频谱资源块所能支持的速
4.根据权利要求1所述的异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，其中步骤(4)所述的根据家庭用户的速率需求确定每个家庭基站所需要的频谱资源块的数目，按如下步骤进行(4.1)利用3GPP TR36. 942中的公式，计算家庭基站k中的第i个家庭用户使用一个频谱资源块所能支持的速率
全文摘要
本发明公开了一种异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，主要解决现有算法在LTE异构网络的频谱资源分配的时候，网络的吞吐量和公平性较低的问题。其实现方法是在确定每个家庭基站的相邻家庭基站后，确定宏基站和每个家庭基站需求频谱资源块的数目；然后，根据家庭基站需求频谱资源块的数目给家庭基站分配颜色并确定家庭基站总共需求的频谱资源块的数目；接着，给宏基站和家庭基站动态分配频谱资源块；更新家庭用户的信干噪比，重新计算家庭基站需求的频谱资源块的数目并重新分配，经过多次循环，使系统性能达到最优。本发明提高了网络的吞吐量并保证了系统的公平性，可用于LTE下宏基站和家庭基站下行链路的频谱分配。
文档编号H04W16/10GK103052073SQ20131003069
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月27日 优先权日2013年1月27日
发明者赵林靖, 霍光瑞, 王玺钧, 侯蓉晖, 李钊, 刘勤 申请人:西安电子科技大学