[发明专利]一种TD-LTE Femtocell网络数据库辅助的频谱聚合方法

权利要求书

1.一种TD-LTE Femtocell(时分双工长期演进系统家庭基站系统)使用TVWS(TV WhiteSpace)的数据库辅助的频谱聚合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，家庭基站FBS(Femto Base Station)询问中心控制实体中的地理数据库功能实体其所在地理位置可以使用的频谱碎片集合及与其相邻的FBSs列表；

S2，FBS通过频谱感知技术确认查询得到的频谱碎片是否确实可用，然后再通过频谱感知技术得到在这些频谱上与其相邻FBSs的共道干扰关系；

S3，FBSs上报干扰关系给中心控制实体；

S4，中心控制实体中的频谱控制器功能实体整合FBSs上报的干扰关系以得到完整的网络干扰关系，将网络建模成一种考虑频谱聚合时的图着色模型；

S5，根据上步得到的图着色模型，中心控制实体中的频谱控制器功能实体以最大化系统接入带宽为优化目标执行DSAA(Database-assisted spectrum aggregation algorithm)算法，得到频谱聚合方案；

S6，中心控制实体中的频谱控制器功能实体发送下行控制信息，传达各FBS聚合的频谱碎片集合；

S7，FBSs在这些频谱碎片上进行通信。

2.根据权利要求1所述的频谱聚合方法，其特征在于，所述步骤S5中DSAA算法包括以下步骤：

标记，根据“标记-着色”规则，计算图中所有端点的标记值和对应的颜色集合；

着色，找到标记值最大的端点，并给它分配颜色集合；

更新图，从其他端点的颜色集合中删除该已着色点被分配的颜色，然后删除该已着色点，接着遍历图的剩余端点，如果有空颜色列表的端点，则删除该端点；

判断，如果图已空，则停止循环，否则返回标记步骤；

输出结果，计算总的系统接入带宽，然后输出它和分配矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述“标记-着色”规则包括：

协作式“标记-着色”规则和非协作式“标记-着色”规则。

4.一种实现TD-LTE Femtocell使用TVWS数据库辅助的频谱聚合方法的中心控制实体，其特征在于，包括：

频谱聚合步骤中使用的中心控制实体与FCC(Federal Communications Commission)建议的数据库结构兼容，且具体化成地理数据库和频谱控制器两个功能实体。

5.根据权利要求4所述的中心控制实体，其特征在于，所述地理数据库具体功能包括：

地理数据库与FCC提供的中心地理数据库相连，从中心地理数据库获得具体地理位置可以使用的TV空白频段；同时地理数据库存储已经注册并且接入Femtocell网络的FBS的地理位置等信息。

6.根据权利要求4所述的中心控制实体，其特征在于，所述频谱控制器具体功能包括：

频谱控制器用来整合FBSs上传的共道干扰关系以得到整个Femtocell网络的共道干扰关系，并把网络建模成考虑频谱聚合时的图着色模型，进而执行DSAA算法，为FBSs聚合分配频谱资源。

7.一种实现TD-LTE Femtocell使用TVWS数据库辅助的频谱聚合方法的图着色模型的建模方法，其特征在于，包括：

Femtocell网络系统模型，包含TVWS频谱图样的模型化和f_m＝[f_mL，f_mU]，家庭基站FBS的最小工作带宽MDB(Minimum Demanded Bandwidth)和最大频谱聚合范围MAS(Maximum Aggregation Span)；

不考虑频谱聚合时的系统模型，包括可用频谱矩阵L、频谱效益矩阵B、干扰限制矩阵C和干扰程度矩阵D；

考虑频谱聚合时的图着色模型及其建模过程，包括：

聚合给FBS_n的频谱碎片集合为F_n，F_n中包含的频谱碎片的标号为<F_n>，F_n的非协作式可用频谱带宽为|F_n|，F_n的协作式可用频谱带宽||F_n||；

考虑频谱聚合限制时，两种情况的讨论：

第一种是MAS范围内包含几个完整的频谱碎片，则相关定义的计算如下式表示：

F_n＝{f_m|1≤l≤m≤h≤M-1，l_n，m＝1}，

<F_n>＝{m|f_m∈F_n}，

|Fn|=Σm=lh(fmU-fmL)·ln,m]]>

||Fn||=Σm=lh(fmU-fmL)·ln,mdn,m+1]]>

if f_hU≤f_lL+MAS＜f_(h+1)L

第二种情况是MAS范围内包含几个完整的频谱碎片和最后一个频谱碎片的一部分，则相关定义如下式表示：

F_n＝{f_m|1≤l≤m≤h≤M-1，l_n，m＝1}U[f_(h+1)L，f_lL+MAS]，

<F_n>＝{m|f_m∈F_n}∪{h+1}，

|Fn|=Σm=lh(fmU-fmL)·ln,m+(flL+MAS-f(h+1)L)]]>

if f_(h+1)L＜f_lL+MAS＜f_(h+1)U，l_n，h+1＝1

由于有多个可能的聚合起始频谱碎片，所以FBS_n会有多个F_n。又因为FBS_n只有在|F_n|≥MDB满足时才可以正常工作，所以为FBS_n的可能聚合频谱碎片集合的集合。

用集合作为带宽效益加权的可用频谱矩阵，这样系统最终可以建模成考虑频谱聚合的图着色模型G＝(V，E，LB)。V是端点的集合，代表FBS；LB是每个端点的可以分配方案的颜色集合的列表，代表每个端点可以聚合的频谱碎片的集合及相对应的可用带宽；E是连接端点的双向边集合，代表干扰关系。E由干扰限制矩阵C决定，如果c_n，k，m＝1，那么端点n和端点k间有一条标有m的边。d_n，m是FBS_n标记为m的边的个数。

则为FBSs聚合分配频谱碎片的问题就等同于为图中的端点分配其颜色列表中的一种可行的颜色集合。