一种OFDM两层网络中基于极大团的簇优化资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种OFDM两层网络中基于极大团的簇优化资源分配方法。在OFDM两层网络中，在下行链路的场景下，宏基站与家庭基站频谱资源共享，一个家庭基站服务两个家庭用户。本发明专利技术首先保证宏用户的服务质量，并给宏用户优先分配子载波，在此基础上，建立基于图论的家庭基站到家庭用户各下行链路之间的干扰模型。然后，在建立的模型的基础上，采用Bron‑Kerbosch算法求取所有的极大团，根据得到的极大团求取簇。最后根据求得的簇来分配子载波。本发明专利技术提出的基于图论的动态资源分配方法有效的增加了系统的吞吐量，并降低了算法复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种OFDM两层网络中基于极大团的簇优化资源分配方法
本专利技术公开了一种OFDM两层网络中基于极大团的簇优化资源分配方法，属于无线通信的

技术介绍
在过去的五年内，移动数据流量增长了18倍。2016年底，全球移动数据流量达到每月7.2艾字节。在2016年，移动网络承载的业务量远远超过了蜂窝网，其中移动数据的60％是基于Wi-Fi或家庭基站实现的。对于运营商来说，提供高速率的链接以及大覆盖范围的网络是一项重要的议题。然而，由于容量的受限以及通过墙时的信号衰弱，传统的宏蜂窝系统已不能满足日益增加的速率需求和保证室内网络的高连通度，家庭基站能有效的弥补宏基站的不足而引起了人们的广泛关注。家庭基站因为用户的需要而状态会随时开关，这种“即插即用”的机制会对家庭基站拓扑网络造成一定的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。本专利技术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。本专利技术通过对极大团枚举算法的研究，引入一个低复杂度的Bron-Kerbosch算法，并在求得的极大团的基础上对簇进行求取。已知簇内的点与点之间没有边，因此在OFDM环境中，同一子载波可以被分配给同一簇内的所有家庭基站。本专利技术对非资源冲突区域进行资源分配，每一个簇都是一个非资源冲突区域，因此每个簇中的点的个数越多，频谱利用率越高。本专利技术首先对极大团的枚举，转而对簇进行求取，这种做法不仅可以降低复杂度，更可以大大的提高了频谱利用率。本专利技术是在OFDM的下行链路的场景下运行。OFDM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，其优点主要在于频谱利用率较高。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。在本专利技术中，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，本专利技术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，大大提高系统吞吐量。
技术实现思路
技术问题：本专利技术针对以往簇求取算法中资源利用效率不高和极大团枚举算法中算法复杂度较高的情况，提供一一种OFDM两层网络中基于极大团的簇优化资源分配方法。技术方案：1.一种OFDM两层网络中基于极大团的簇优化资源分配方法，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FUEi收集本家庭基站的信道瞬时信息，包括家庭基站Fi到FUEi的发射功率Pf以及瞬时信道增益gi,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FUEi的信道的发射功率Pf以及瞬时信道增益gj,i,其中j∈F，系统中的加性高斯白噪声N0，求得目的节点FUEi的瞬时的信干燥比为使家庭基站用户FUEi满足SINRi＞SINRth，(SINRth为信干燥比的下限，通常为一个给定的常数。)将对FUEi造成最大干扰的家庭基站加入集合Ii，并使得Ii中的家庭基站与FUEi之间的边的值为1，即直至满足条件。2)初始化：可分配的子带集合为Φ，根据步骤1)得到的图论模型可以得出每个家庭基站用户所对应的可用子带的集合U。在步骤过程中需要三个临时集合P，R，X，分别代表未被处理的点，得到的结果，已被处理的点，并且分别对这三个集合初始化：P＝V/S，极大团簇临时变量i＝1。3)求孤立点的集合：将所有在G＝(V,E)模型中度为零的点，即不受其他家庭基站干扰的点放在集合S中。在下面的步骤中，我们针对补集V/S求极大团并进行运算操作。4)求序列a：将补集V/S集合中所有的点按照度的大小降序排列得到序列a。5)若P为空，则转步骤6)；否则，根据步骤4)求得的序列a的点的顺序依次选择其中第i个点，即v＝a(i)。求出被选中的点v的所有邻点，并放在集合N(v)中。根据BKP(Bron-KerboschAlgorithmwithPivoting)算法求极大团R＝BKP(P∩N(v),R∪{v},X∩N(v))，则极大团Clique＝Clique∪{R}，更新P＝P\{v}，X＝X∪{v}，i＝i+1。重复步骤5)。6)根据步骤5)的重复迭代循环得到极大团Clique，已知这个结果是针对集合V/S得出的结果，则对于所有的点V对应的极大团Clique＝Clique∪{S}。7)若a为空，则转步骤10)；否则，临时集合r-cv＝Clique，a1＝a，转步骤8。8)若a1为空，则转步骤9)；否则，选择序列a1中的第一个点，即v＝a1(1)，将r-cv中包含v的团赋给cv，剩余的团赋给r-cv，更新：K＝K∪{v}，a1＝a1/cv。重复步骤8)。9)更新：Cluster＝Cluster∪{K}，a＝a/K。重复步骤7)。10)临时变量：j＝1。11)对应于集合U，将所有可着子带Φ(j)的点放在集合Set中。并根据公式和公式计算出集合Set中点所在簇的信干噪比。并将Φ(j)分配给信干噪比最大的簇中可着色的点。更新U,j＝j+1。12)若Φ为空，结束；否则，转步骤11)。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1.资源分配方面，本专利技术提供了一种OFDM两层网络中基于极大团的簇优化资源分配方法，该方法在对极大团和簇的性质的深入理解和学习上，在分配子载波时，通过使簇中点的个数最大，得到更好的系统容量性能。2.方法复杂度方面，原本的基于图论的建立的模型是一个NP-hard模型，为了简化系统模型以获得复杂度低的资源分配方法，通过本专利技术提供的Bron-Kerbosch方法，本专利技术首先枚举出所有的极大团，再通过一个简单的递归回溯算法求出所有簇，利用簇的概念进行优化分配，大大降低了资源分配的复杂度。3.和传统的簇求取算法不同，本专利技术是先通过对极大团的枚举，继而求簇，虽然极大团和簇是互为补集，但对于家庭基站这一动态的拓扑网络结构，灵活的对极大团和簇的使用可以极大的提高频谱利用效率。附图说明图1为本专利技术方法的两层家庭基站网络的结构示意图。图2为本专利技术方法的整体流程逻辑框图。具体实施方式下面结合实施例和说明书附图来对本专利技术作进一步的说明：一、两层OFDM家庭基站网络系统模型本专利技术中宏基站和家庭基站共享频谱资源，即同频分配。第一层是中心的宏基站网络，覆盖半径为Rm，分布了Nm个宏用户；第二层是家庭基站网络，有Nf个家庭基站，每个家庭基站的覆盖半径为Rf，每个家庭基站服务于2个家庭用户，因此家庭用户总数为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种OFDM两层网络中基于极大团的簇优化资源分配方法，其特征在于，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FUEi收集本家庭基站的信道瞬时信息，包括家庭基站Fi到FUEi的发射功率Pf以及瞬时信道增益gi,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FUEi的信道的发射功率Pf以及瞬时信道增益gj,i,其中j∈F，系统中的加性高斯白噪声N0，求得目的节点FUEi的瞬时的信干燥比

【技术特征摘要】
1.一种OFDM两层网络中基于极大团的簇优化资源分配方法，其特征在于，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FUEi收集本家庭基站的信道瞬时信息，包括家庭基站Fi到FUEi的发射功率Pf以及瞬时信道增益gi,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FUEi的信道的发射功率Pf以及瞬时信道增益gj,i,其中j∈F，系统中的加性高斯白噪声N0，求得目的节点FUEi的瞬时的信干燥比为使家庭基站用户FUEi满足SINRi＞SINRth，SINRth为信干燥比的下限，为一个给定的常数；将对FUEi造成最大干扰的家庭基站加入集合Ii，并使得Ii中的家庭基站与FUEi之间的边的值为1，即直至满足条件；2)初始化：可分配的子带集合为Φ，根据步骤1)得到的图论模型得出每个家庭基站用户所对应的可用子带的集合U；在步骤过程中需要三个临时集合P，R，X，分别代表未被处理的点，得到的结果，已被处理的点，并且分别对这三个集合初始化：P＝V/S，极大团簇临时变量i＝1；3)求孤立点的集合：将所有在G＝(V,E)模型中度为零的点，即不受其他家庭基站干扰的点放在集合S中；在下面的步骤中，针对补集V/S求极大团并进行运算操作；4)求序列a：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琦，季萍萍，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32