[发明专利]基于图论的多小区两层网络的频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图论的多小区两层网络的联合频谱分配方法，属于通信技术领域。

背景技术

近年来，随着移动通信技术的不断发展，高速率数据业务需求的日益加剧，用户量也越来越多，如果仅仅依靠宏基站无法满足室内用户的服务要求。家庭基站因功耗小、安装方便、信号质量高等优点得到越来越多的应用。3GPP的长期演进（LTE）项目和先进的长期演进（LTE-Advanced）项目中使用了家庭基站解决室内覆盖的问题，提高了系统容量和数据速率。

LTE长期演进计划是一种具有强大竞争优势的无线接入技术，被视作从3G到4G演进的主流技术，它可以实现多带宽、高速率等性能指标。LTE下行链路主要采用OFDMA技术，它属于多载波调制（Multi-Carrier Modulation，MCM）技术。

OFDMA技术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。OFDM系统有着优越的性能，其优点主要包括：

(1)频谱利用率较高。OFDM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，提高频谱的利用率。这样，系统的容量也就更大。

(2)抗频率选择性衰落和窄带干扰能力强。OFDMA技术适用于多径衰落信道的高速数据传输中，在多载波系统中，由于多径产生的衰落只会影响到一个或几个子带，其他子带不受影响，具有较强的抗频率选择性衰落能力。

(3)抗符号间干扰能力强。OFDM通过在传输的数据块之间插入一个大于信道脉冲响应时间的保护间隔，消除了由于多径时延扩展引起的符号间干扰。

(4)OFDM系统可以方便地与其它接入方式结合使用，比如多载波码分多址MC-CDMA，跳频OFDMA，OFDM-TDMA等，拓展了OFDM的应用环境。

宏基站与家庭基站共存的两层网络模型中，若宏用户与家庭用户不共用频谱，虽能有效避免跨层干扰，但家庭基站只能使用一部分频谱，不利于吞吐量的提高。但当宏用户与家庭用户共用频谱时，利用OFDM系统中子带间的正交性，可有效消除宏小区和家庭基站内部的干扰，但家庭基站与家庭基站，宏基站与家庭基站之间还是会产生较大的干扰。如何减小它们之间的干扰，进行更好的频谱分配，是值得我们考虑的问题。我们既要保证在家庭基站附近死区域中宏用户的服务质量，也要考虑宏基站和其他家庭基站对家庭用户的干扰。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种基于图论的多小区两层网络的频谱分配方法，即是一种基于OFDM的多小区两层网络中减小宏用户和家庭基站及家庭基站与家庭基站之间干扰的联合频谱分配方法。该方法先构建宏用户的干扰图，用遗传算法求宏用户分配的频谱比例，接着建立家庭基站系统的干扰图，进行动态频谱分配。通过仿真结果可以看出，该方法法减小了跨层干扰和同层干扰，增加了系统的总吞吐量并为宏用户和家庭用户提供了较高的链路服务质量。

技术方案：本发明提供一种基于图论的多小区两层网络的频谱分配方法，该方法先构建宏用户的干扰图，用遗传算法求宏用户分配的频谱比例，接着建立家庭基站系统的干扰图，动态地给每个用户分配所有可用的频谱资源。

本发明首先对宏用户和家庭用户所占频谱的比例进行合理分配，给宏用户分配频谱。对所有小区的宏用户建立干扰图G_M=(V_M,E_M)，根据每个点的接收功率和干扰功率，通过逐步建立边来去除对这个点最大的干扰，使得它的接收信干噪比大于要求的门限值。宏用户占用的最小资源块问题可转化成求图的最大独立集或补图的最大独立团问题。

其次，给家庭用户分配频谱。建立家庭基站网络的干扰图。家庭基站网络的干扰图为带权图G_F=(V_F,E_F,W_F)，其中V_F为点集，代表家庭小区；E_F为边集，代表家庭基站与家庭用户之间的干扰，是有向的；W_F为权重。每个家庭基站对应一个颜色列表，每种颜色代表一个可使用的资源块。每个家庭基站的初始颜色列表都为所有的颜色。为保证边缘宏用户的SINR要求，对每个宏用户计算来自其他宏基站和家庭基站的干扰，若干扰大于门限，逐步去除对最大的来自家庭基站的干扰，同时家庭基站颜色列表中删除此宏用户使用的资源块对应的颜色，直至受到的总干扰低于要求的干扰门限值。然后建立多张干扰图动态分配频谱。