[发明专利]基于多背包问题的聚合频谱分配方法

权利要求书

1.一种基于多背包问题的聚合频谱分配方法，包括如下步骤：

(1)基站收集用户的服务请求信息，得到当前用户需求的带宽集合Q＝{q₁,q₂,…,q_r,…,q_N}，同时收集当前系统频带中的空闲频段，得到离散的空闲频段集合其中，q_r为第r个用户需求的带宽，r＝1,2,…,N-1，N为不小于1的自然数，表示并集，[f_cL,f_cU]表示第c个空闲频段，f_cL、f_cU分别表示第c个空闲频段的起始频点和终止频点，第c+1个空闲频段的起始频点大于第c个空闲频段的终止频点f_cU＜f_(c+1)L，c＝1,2,…,H-1，H表示系统频带包含的空闲频段数；

(2)根据无线电设备的聚合跨度，基站对上述的空闲频段聚合A，从低频到高频带进行聚合，得到聚合频段集合F：

F＝{B₁,B₂,…,B_j,…,B_M}，

其中，表示第j个聚合频段，j＝1,2,…,M，M为不小于1的自然数，表示并集，表示聚合频段j中的第s个空闲频段，分别表示它的起始频点和终止频点，t_j为不小于1的自然数，它表示第j个聚合频段包含的空闲频段数目，任意两个不同的聚合频段的交集为空符号⌒表示交集，下标i≠j，第j+1个聚合频段的起始频点不小于第j个聚合频段的终止频点

(3)根据最大化频谱的使用效率准则，基站将收集到的N个用户分配到步骤2得到的聚合频段集合中F，用公式表示为：

maxΣj=1MΣi=1Nqixij]]>

s.t.Σj=1MΣi=1Nqixij≤|Bj|,j=1,···,M,---<1>]]>

Σj=1Mxij≤1,i=1,2,···,N,]]>

x_ij∈{0,1},i＝1,2,…,N,j＝1,2,…,M,

其中，目标函数表示将N个用户最优地分配到M个聚合谱段中，使得分配获得的总带宽最大，式中，q_i表示用户i需求的带宽，i＝1,2,…,N，x_ij为二元判决变量，若x_ij＝1，则表示用户i被分配到聚合频段B_j中；若x_ij＝0，则用户i未分配到聚合频段B_j中；

约束条件一表示每个聚合频段所分配的用户总带宽不超过其大小，式中，|B_j|表示聚合频段B_j的带宽，j＝1,2,…,M；

约束条件二表示每个用户只可能被分配到一个聚合频段中，i＝1,2,…,N；

(4)根据多背包问题MKP的求解原理确定<1>式的解，得到分配结果，其解矩阵X和相应的目标函数值v分别为：

X＝[x₁,x₂,…,x_j,…,x_M]，

其中，表示对聚合频段B_j的判决向量，为二元判决值，若二元判决值则表示用户i被分配到聚合频段B_j中；若二元判决值则表示用户i未分配到聚合频段B_j中，[]^T表示向量转置，解矩阵X为频谱分配的结果，目标函数值v为分配得到的总带宽；

(5)基站将步骤4的分配结果发送给用户，完成当前的聚合频谱分配。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)所述的对空闲频段集合A从低频到高频带进行聚合，按如下步骤进行：

2a)将聚合跨度的左边界置于第一个空闲频段的起始频点处；

2b)判断当前聚合跨度的左边界和右边界是否位于同一个空闲频段d中，如果是，则将该空闲频段视为一个聚合频段B_v＝[f_cL,f_dU]，进而得到聚合频段集合F＝{B₁,B₂,…,B_h,…,B_v}，执行步骤2e)，其中，B_h为第h个聚合频段，h＝1,2,…,v，v为不小于1的自然数，f_dL,f_dU分别表示空闲频段d的起始频点和终止频点；如果否，执行步骤2c)；

2c)判断当前聚合跨度内的空闲频段带宽之和是否小于用户所需的最小带宽，如果是，执行步骤2e)；否则，将聚合跨度内的空闲频段聚合为一个频段进而得到聚合频段集F＝{B₁,B₂,…,B_h,…,B_g}，执行步骤2d)，

其中，B_h表示第h个聚合频段，h＝1,2,…,g，表示第g个聚合频段内的第s个空闲频段，分别表示它的起始频点和终止频点，t_g表示第g个聚合频段内包含的空闲频段数；

2d)判断当前聚合跨度的右边界是否位于空闲频段之内，如果是，将聚合跨度的左边界向右移至当前聚合跨度右边界所在的频点处，返回执行步骤2b)；否则，执行步骤2e)；

2e)判断高频带是否还存在空闲频段，如果存在，将聚合跨度的左边界移至下一个空闲频段的起始频点处，返回执行步骤2b)；否则，结束频谱聚合。