[發明專利]基于圖論的OFDMA兩層網絡的頻譜分配方法

在審

• 申請號: 201611139343.1
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106851658A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 季萍萍;朱琦
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04W16/14
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務所32241
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本發明公開了基于圖論的OFDMA兩層網絡的頻譜分配方法，屬于無線通信的技術領域。

背景技術

近年來，室內用戶對網絡的覆蓋范圍和高速率的要求越來越高，同時，這也就促進了家庭基站成為新一門研究熱點。家庭基站以其“即插即用”、小功率和經濟實用的特點，迅速被廣大運營商所追捧。家庭基站主要使用在家庭和辦公場所，以彌補宏基站的衰弱和不足，在網絡上通過DSL(cable/Ethernet/WiMAX)將數據傳輸到運營商網絡中。

但是正因為家庭基站“即插即用”的優點，也給家庭基站網絡拓撲帶來了動態性和不可預測性，因此動態的分配頻譜在家庭基站網絡拓撲上有其必要性。本發明利用圖論對家庭基站的物理模型進行簡化，將家庭基站簡化為模型中的點，將家庭基站間的相互干擾簡化成模型中點與點之間的邊，將子帶分配問題簡化為著色問題，圖論的應用在實際生活中有其實用操作性。

本發明結合圖論中的團和傳統著色方法，大大提高了點著色的效率和公平性。團內的點兩兩之間有邊，而極大團就是增加任何一項點都會使團不再符合團的定義，也就是說，極大團不能被任何一個更大的團所包含。因此，極大團在資源競爭上是極大沖突區域。本發明對極大的資源沖突區域進行資源分配，每一個極大團都是一個獨立的資源沖突區域，因此每個極大團都可以共享所有資源，大大簡化了復雜度并且提高了資源分配的效率。

本發明是在OFDMA的下行鏈路的場景下運行。OFDMA把可用頻帶分成一系列正交的子信道，每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各個子載波并行傳輸。OFDMA系統有著優越的性能，其優點主要在于頻譜利用率較高。OFDMA系統中，子載波是相互正交的，之間沒有保護間隔且頻譜重疊，因此可以節省頻譜資源，提高頻帶的利用率，也就是提高系統的吞吐量。

在兩層網絡模型中，頻譜資源的分配模式分為宏基站和家庭基站不共用頻譜、部分共用和共用頻譜三類。在頻譜資源越來越稀缺的今天，完全不共用頻譜是不現實和不經濟的。在本發明中，宏基站和家庭基站是共享頻譜資源的，因此宏基站用戶和家 庭基站用戶同時需要面臨兩個干擾：跨層干擾和同層干擾。在宏基站和家庭基站共享頻譜資源的同時，如何提高家庭基站的平均吞吐量和系統的吞吐量，與此同時還需降低方法的復雜度。因此，本發明優先保證宏用戶的服務質量，在此基礎上，考慮宏基站和其他家庭基站對家庭用戶的干擾，基于圖論來分配所有頻譜，并在保證用戶公平性的基礎上，大大提高系統吞吐量。

發明內容

技術問題：本發明針對傳統圖論中根據度來分配資源精確度和效率低下、資源利用不充分的不足，提供一種性能優越、復雜度低的基于圖論的兩層OFDMA網絡的頻譜分配方法。

技術方案：1.基于圖論的OFDMA兩層網絡的頻譜分配方法，該方法包括以下步驟：

1)建模：獲取瞬時信道信息，基于圖論建模G＝(V,E)。基于圖論建立家庭基站的模型G＝(V,E)，V為圖論中的點，代表家庭基站用戶節點；E為圖論中的邊，代表用戶之間的干擾。家庭基站的用戶FUE_i收集本家庭基站的信道瞬時信息，包括家庭基站F_i到FUE_i的發射功率P_f以及瞬時信道增益g_i,i，其他所有家庭基站F的信道瞬時信息，其中包括其他家庭基站F到家庭基站用戶節點FUE_i的信道的發射功率P_f以及瞬時信道增益g_j,i，其中j∈F，系統中的加性高斯白噪聲N₀，求得目的節點FUE_i的瞬時的信干燥比為使家庭基站用戶FUE_i滿足SINR_i＞SIN_tR_h，(SINR_th為信干燥比的下限，通常為一個給定的常數。)將對FUE_i造成最大干擾的家庭基站加入集合I_i，并使得I_i中的家庭基站與FUE_i之間的邊的值為1，即直至滿足條件。

2)初始化：子帶總數為R，所有用戶的已被分配子帶的集合為M。