[发明专利]基于图论的OFDMA两层网络的频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明公开了基于图论的OFDMA两层网络的频谱分配方法，属于无线通信的技术领域。

背景技术

近年来，室内用户对网络的覆盖范围和高速率的要求越来越高，同时，这也就促进了家庭基站成为新一门研究热点。家庭基站以其“即插即用”、小功率和经济实用的特点，迅速被广大运营商所追捧。家庭基站主要使用在家庭和办公场所，以弥补宏基站的衰弱和不足，在网络上通过DSL(cable/Ethernet/WiMAX)将数据传输到运营商网络中。

但是正因为家庭基站“即插即用”的优点，也给家庭基站网络拓扑带来了动态性和不可预测性，因此动态的分配频谱在家庭基站网络拓扑上有其必要性。本发明利用图论对家庭基站的物理模型进行简化，将家庭基站简化为模型中的点，将家庭基站间的相互干扰简化成模型中点与点之间的边，将子带分配问题简化为着色问题，图论的应用在实际生活中有其实用操作性。

本发明结合图论中的团和传统着色方法，大大提高了点着色的效率和公平性。团内的点两两之间有边，而极大团就是增加任何一项点都会使团不再符合团的定义，也就是说，极大团不能被任何一个更大的团所包含。因此，极大团在资源竞争上是极大冲突区域。本发明对极大的资源冲突区域进行资源分配，每一个极大团都是一个独立的资源冲突区域，因此每个极大团都可以共享所有资源，大大简化了复杂度并且提高了资源分配的效率。

本发明是在OFDMA的下行链路的场景下运行。OFDMA把可用频带分成一系列正交的子信道，每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输。OFDMA系统有着优越的性能，其优点主要在于频谱利用率较高。OFDMA系统中，子载波是相互正交的，之间没有保护间隔且频谱重叠，因此可以节省频谱资源，提高频带的利用率，也就是提高系统的吞吐量。

在两层网络模型中，频谱资源的分配模式分为宏基站和家庭基站不共用频谱、部分共用和共用频谱三类。在频谱资源越来越稀缺的今天，完全不共用频谱是不现实和不经济的。在本发明中，宏基站和家庭基站是共享频谱资源的，因此宏基站用户和家 庭基站用户同时需要面临两个干扰：跨层干扰和同层干扰。在宏基站和家庭基站共享频谱资源的同时，如何提高家庭基站的平均吞吐量和系统的吞吐量，与此同时还需降低方法的复杂度。因此，本发明优先保证宏用户的服务质量，在此基础上，考虑宏基站和其他家庭基站对家庭用户的干扰，基于图论来分配所有频谱，并在保证用户公平性的基础上，大大提高系统吞吐量。

发明内容

技术问题：本发明针对传统图论中根据度来分配资源精确度和效率低下、资源利用不充分的不足，提供一种性能优越、复杂度低的基于图论的两层OFDMA网络的频谱分配方法。

技术方案：1.基于图论的OFDMA两层网络的频谱分配方法，该方法包括以下步骤：

1)建模：获取瞬时信道信息，基于图论建模G＝(V,E)。基于图论建立家庭基站的模型G＝(V,E)，V为图论中的点，代表家庭基站用户节点；E为图论中的边，代表用户之间的干扰。家庭基站的用户FUE_i收集本家庭基站的信道瞬时信息，包括家庭基站F_i到FUE_i的发射功率P_f以及瞬时信道增益g_i,i，其他所有家庭基站F的信道瞬时信息，其中包括其他家庭基站F到家庭基站用户节点FUE_i的信道的发射功率P_f以及瞬时信道增益g_j,i，其中j∈F，系统中的加性高斯白噪声N₀，求得目的节点FUE_i的瞬时的信干燥比为使家庭基站用户FUE_i满足SINR_i＞SIN_tR_h，(SINR_th为信干燥比的下限，通常为一个给定的常数。)将对FUE_i造成最大干扰的家庭基站加入集合I_i，并使得I_i中的家庭基站与FUE_i之间的边的值为1，即直至满足条件。

2)初始化：子带总数为R，所有用户的已被分配子带的集合为M。