一种面向OFDMA蜂窝网络的动态信道分配方法组成比例

本专利提出了一种面向OFDMA蜂窝网络的信道分配方法，属移动通信技术领域。其实现步骤是：（1）用3种颜色对蜂窝网络进行着色，并找到彼此相邻的、信道需求数之和为最大的3色小区的信道需求数；（2）根据所找到的3色小区的信道需求数，产生编号从1开始且连续的OFDMA信道；（2）利用产生的OFDMA信道为蜂窝网络进行第一次OFDMA信道分配；（3）若第一次OFDMA信道分配不能满足所有小区对信道数的需求，则利用迟滞噪声混沌神经网络进行第二次OFDMA信道分配。本专利通过两次OFDMA信道分配，能够有效降低所需的OFDMA信道总数和动态信道分配的计算量，从而提高了OFDMA信道资源的利用率，保障了无线移动通信的实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向OFDMA蜂窝网络的动态信道分配方法
本专利设计一种面向OFDMA蜂窝网络的动态信道分配方法，属移动通信

技术介绍
正交频分多址接入（OFDMA）技术能够将频谱资源划分成若干个相互正交的信道，具有抗多径衰落、抗干扰和频谱资源利用率高等优点，已被广泛地应用于4G蜂窝网络的移动通信中，也成为下一代移动通信的候选空中接口技术。据统计，我国目前频谱资源缺口已达到1553MHz。随着移动用户终端数量的快速增长，频谱资源的缺口也将越来越大。因此，最大程度地提高信道资源的利用率一直是移动通信的研究热点。OFDMA蜂窝网络的动态信道分配，是根据蜂窝网络中各小区对OFDMA信道资源数的实时需求，在避免相邻小区产生严重同频干扰的条件下，动态地给各小区分配其所需的OFDMA信道资源数量，从而保障用户的服务质量并提高信道资源的利用率。国内外现有的动态信道分配方法，主要研究普通信道在蜂窝网络中的动态分配问题，即主要考虑由于普通信道的电磁兼容所形成的三种干扰约束：共道干扰约束、邻道干扰约束和同小区干扰约束。现有的动态信道分配方法主要有三类：第一类是基于图论的方法，主要是将蜂窝网络转化为图模型、将信道分配转化为图着色问题求解；第二类是基于启发式的方法，包括遗传算法、粒子群算法、免疫算法、模拟退火和禁忌搜索等方法；第三类是基于神经网络的方法，包括并行神经网络、暂态混沌神经网络和噪声混沌神经网络等方法。由于OFDMA信道相互正交，OFDMA蜂窝网络的动态信道分配只需考虑共道干扰约束。但现有的动态信道分配方法，没有根据OFDMA信道的特性制定出合理有效的信道分配策略，因而导致或者无法有效地提高OFDMA信道资源的利用率，或者需要较大的计算耗费。因此，如果将现有的动态信道分配方法直接应用于OFDMA蜂窝网络中，会面临两个需要解决的难题：首先，在信道资源比较紧缺的情况下，现有的动态信道分配方法由于没有尽可能地提高OFDMA蜂窝网络的信道资源利用率，其信道分配方案对信道数量的需求极易超出系统所规定的信道数量上限，从而导致阻塞率的上升，严重影响了用户的服务质量。其次，现有的动态信道分配方法为了提高OFDMA蜂窝网络的信道资源利用率，往往需要较大的计算量，从而造成较大的计算延迟，严重影响了移动通信的实时性。
技术实现思路
本专利的目的在于：提供一种面向OFDMA蜂窝网络的动态信道分配方法，不仅能够最大程度地提高OFDMA信道资源的利用率，而且能够保障移动通信的实时性。本专利是通过如下的技术方案来实现上述目的的：一种面向OFDMA蜂窝网络的动态信道分配方法，其特征在于：它包括以下步骤：（1）用A、B、C三种颜色对蜂窝网络中的小区进行着色，以使相邻小区的着色不相同，然后根据蜂窝网络内每个小区所需的信道数，找到3个彼此相邻的、信道数之和为最大的A色、B色、C色小区，并分别用a、b、c表示这3个小区所需的信道数；（2）分别为A色、B色、C色小区生成a、b、c个编号从1开始且连续的OFDMA信道，信道编号分别为1至a、a+1至a+b、a+b+1至a+b+c；（3）为蜂窝网络进行第一次OFDMA信道分配；（4）若第一次OFDMA信道分配不能满足所有小区对信道数的需求，则进行第二次OFDMA信道分配。其中，步骤（3）所述的第一次OFDMA信道分配，按如下执行：若某A色小区所需的信道数Na大于a，就为该A色小区分配编号为1至a的OFDMA信道，否则就为该A色小区分配编号为1至Na的OFDMA信道；若某B色小区所需的信道数Nb大于b，就为该B色小区分配编号为a+1至a+b的OFDMA信道，否则就为该B色小区分配编号为a+1至a+Nb的OFDMA信道；若某C色小区所需的信道数Nc大于c，就为该C色小区分配编号为a+b+1至a+b+c的OFDMA信道，否则就为该C色小区分配编号为a+b+1至a+b+Nc的OFDMA信道。其中，步骤（4）所述的第二次OFDMA信道分配，包括以下步骤：（4a）根据蜂窝网络内每个小区所需的信道数，分别找到A色小区所需的最大信道数amax、B色小区所需的最大信道数bmax、C色小区所需的最大信道数cmax；（4b）建立一个M行N列的信道分配矩阵VM×N，M为蜂窝网络的小区总数，N=amax+bmax+cmax为所需的最大信道数，并根据OFDMA信道第一次分配的结果为信道分配矩阵中的相应元素赋值：若编号为n的OFDMA信道分配给了小区m，则令Vmn=1，否则令Vmn=0；（4c）根据信道分配矩阵VM×N以及各小区所需的信道数构建能量函数，生成迟滞噪声混沌神经网络动态模型，并进行如下计算以使网络快速收敛：若信道分配矩阵VM×N某一行中元素1的个数等于相应小区所需的信道数，则不对该行中的任何元素进行计算更新；若信道分配矩阵VM×N某一行中元素1的个数不等于相应小区所需的信道数，则只对该行中不等于1的元素进行计算更新。本专利的优点在于：本专利基于两次信道分配策略实现整个OFDMA蜂窝网络的动态信道分配，有效地降低了动态信道分配的计算量。第一次信道分配首先找到彼此相邻的、所需信道数之和为最大的三色小区，然后根据该三色小区所需的信道数a、b、c来产生编号从1开始且连续的OFDMA信道资源，并利用这些信道资源对蜂窝网络中的三色小区进行信道分配，这不仅能够满足蜂窝网络中一部分小区的信道需求，而且能够有效地降低第二次信道分配的小区规模和信道规模。第二次信道分配首先是根据蜂窝网络中三色小区的最大信道数amax、bmax、cmax之和来限制OFDMA信道规模（即N=amax+bmax+cmax），然后再根据第一次信道分配的结果建立一个0-1信道分配矩阵，对于满足信道需求的小区，则跳过信道分配矩阵的对应行，不对其进行任何计算；而对于不满足信道需求的小区，则利用迟滞噪声混沌神经网络动态模型，只对信道分配矩阵相应行中的非1元素进行计算更新：对于不满足信道需求的A色、B色、C色小区，只需分别对N－a、N－b、N－c个信道进行计算更新。另外，本专利在两次OFDMA信道分配中均对信道总量进行了限制，从而免去了对多余信道的分配和计算，例如第一次OFDMA信道分配的信道总量为a+b+c，第二次OFDMA信道分配的信道总量为amax+bmax+cmax。而以前的混沌神经网络方法和噪声混沌神经网络方法，需要对其信道分配矩阵中的所有元素进行计算更新；另外，由于没有对分配的信道数量进行有效地限制，无法避免对多余信道的分配和计算。因此，与以前的混沌神经网络方法和噪声混沌神经网络方法相比，本专利的两次信道分配策略有效地降低了小区规模和信道规模，从而有效地降低了动态信道分配的计算量和计算延迟，并保证了移动通信的实时性。由于本专利的两次信道分配策略有效地降低了问题的规模，降低了动态信道分配的求解难度，因此有利于找到最优的信道分配结果，即能够用更少的信道数满足蜂窝网络中各小区对信道的需求，从而提高了信道资源的利用率。附图说明：图1是本专利实施例中具有12个小区的OFDMA蜂窝网络拓扑图；图2是本专利实施例中用A、B、C三色对图1的着色图；图3是本专利实施例中根据第一次OFDMA信道分配结果构建的信道分配矩阵V12×41；图4是本专利仿真中具有27个小区的OFDMA蜂窝网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向OFDMA蜂窝网络的动态信道分配方法，其特征在于：它包括以下步骤：（1）用A、B、C三种颜色对蜂窝网络中的小区进行着色，以使相邻小区的着色不相同，然后根据蜂窝网络内每个小区所需的信道数，找到3个彼此相邻的、信道数之和为最大的A色、B色、C色小区，并分别用a、b、c表示这3个小区所需的信道数；（2）分别为A色、B色、C色小区生成a、b、c个编号从1开始且连续的OFDMA信道，信道编号分别为1至a、a+1至a+b、a+b+1至a+b+c；（3）为蜂窝网络进行第一次OFDMA信道分配；（4）若第一次OFDMA信道分配不能满足所有小区对信道数的需求，则进行第二次OFDMA信道分配。

【技术特征摘要】
1.一种面向OFDMA蜂窝网络的动态信道分配方法，其特征在于：它包括以下步骤：（1）用A、B、C三种颜色对蜂窝网络中的小区进行着色，以使相邻小区的着色不相同，然后根据蜂窝网络内每个小区所需的信道数，找到3个彼此相邻的、信道数之和为最大的A色、B色、C色小区，并分别用a、b、c表示这3个小区所需的信道数；（2）分别为A色、B色、C色小区生成a、b、c个编号从1开始且连续的OFDMA信道，信道编号分别为1至a、a+1至a+b、a+b+1至a+b+c；（3）为蜂窝网络进行第一次OFDMA信道分配；（4）若第一次OFDMA信道分配不能满足所有小区对信道数的需求，则进行第二次OFDMA信道分配。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤（3）所述的第一次OFDMA信道分配，其特征在于：若某A色小区所需的信道数Na大于a，就为该A色小区分配编号为1至a的OFDMA信道，否则就为该A色小区分配编号为1至Na的OFDMA信道；若某B色小区所需的信道数Nb大于b，就为该B色小区分配编号为a+1至a+b的OFDMA信道，否则就为该B色小区分配编号为a+1至a+Nb的OFDMA信道；若某C色小区所需的信道数Nc大于c，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙明，张辉，王淑梅，马媛媛，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23