基于多背包问题的聚合频谱分配方法组成比例

技术编号:8658044 阅读:224 留言:0更新日期:2013-05-02 02:04
本发明专利技术公开了一种基于多背包问题的聚合频谱分配方法。主要解决传统分配方法频谱利用率低的问题,其实现过程为:基站收集用户的服务请求信息和系统频带中的空闲频段,并从低频到高频段对系统频带中的空闲频段进行聚合,获得可利用的M个聚合频段,依据最大化频谱利用效率准则,基站对M个聚合频段分配的判决过程模拟为多背包问题MKP,然后根据多背包问题MKP的求解原理,求解得到最终的分配结果,最后由基站将该分配结果发送给用户,完成当前的聚合频谱分配。本发明专利技术具有能够充分利用离散空闲频段的优点,可应用于支持频谱聚合SA的无线通信系统中,在满足用户宽带需求的同时,极大地提升频谱的使用效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
,涉及频谱资源的分配,可应用于支持频谱聚合SA的无线通信系统中。
技术介绍
随着高速无线通信数据业务的不断增长,频谱资源已成为当前无线通信系统中一种最重要,最稀缺的资源。由于当前不尽合理的频谱管理政策和频谱分配方法,使得连续的宽带频段非常稀缺,同时已授权的频段存在大量的空闲频段。传统的连续频谱分配方法在一个信道中只包含一个连续的频段,这种方法只能利用一些满足用户带宽需求的空闲频段,大部分较小的空闲频段就会成为不可利用的频谱碎片,造成非常低的频谱利用率。近年来,频谱聚合SA受到了越来越大的关注,它使无线电设备能够同时接入若干个不连续的频段,从而将它们聚合为一个具有更大带宽的信道,以支持高速率数据业务的带宽需求。在3GPP关于LTE-Advanced的提案中,为了满足更高的带宽需求,频谱聚合(在标准提案中称为载波聚合CA)作为重点解决的关键技术之一;在认知无线电网络中,认知用户检测获得的空闲频段通常是不连续的,且单一的频段往往满足不了用户的带宽需求,使用频谱聚合SA能有效解决该问题。在一个支持频谱聚合功能的网络系统架构中,基站和移动台可以同时接入若干个离散的空闲频段,能灵活使用大宽带的频谱资源。基站包含了频谱聚合的决策和控制功能,它通过接收移动台发送的通信需求信息,并收集当前无线电频谱的使用信息,在当前预知的可供分配使用的连续或离散的频段上,利用特定方法进行频谱聚合与分配决策,以满足用户宽带的需求,提升频谱的使用效率,增大系统容量。本专利技术涉及频谱聚合和分配的决策,在实施频谱聚合时,基站和移动台中的无线电设备由于受到硬件的限制,离散的空闲频段能否被聚合,需要通过聚合跨度这一概念来判断。聚合跨度是指无线电设备传数据时使用的最低频率和最高频率之间的距离。聚合跨度越大,则能够聚合的空闲频段就越多,或被聚合频段之间的距离就越远,更能适用于大宽带的通信系统中。针对频谱资源动态变化的实际情况,基站在频谱感知的基础上进行频谱聚合、分配的决策,由于有限的聚合跨度,复杂的频谱使用情形以及不同用户的业务带宽需求,使得聚合频谱分配要比传统的连续频谱分配复杂得多。文献“Aggregation AwareSpectrum Assignment in Cognitive Ad-hoc Networks” 给出了一种聚合预知频谱分配AASA方法,但该方法只支持相同的用户带宽,显然与实际情形不相符。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对传统方法的不足,提供一种,以充分利用离散的空闲频段,满足用户更大带宽需求,提高频谱利用率。实现本专利技术的技术思路是:从低频到高频段对频带中的空闲频段进行聚合,以获得可利用的聚合频段集合,依据最大化频谱利用效率准则,基站对聚合频段分配的判决过程模拟为一个多背包问题MKP,然后通过解决相应的多背包问题MKP,从而将用户最优或次优地分配到聚合频段中,其具体实现步骤包括如下:(I)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 =本文档来自技高网
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【技术保护点】
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,…,qr,…,qN},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,qr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,[fcL,fcU]表示第c个空闲频段,fcL、fcU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fcU<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,…,Bj,…,BM},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,tj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=1Nqixijs.t.Σj=1MΣi=1Nqixij≤|Bj|,j=1,···,M,---<1>Σj=1Mxij≤1,i=1,2,···,N,xij∈{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,qi表示用户i需求的带宽,i=1,2,…,N,xij为二元判决变量,若xij=1,则表示用户i被分配到聚合频段Bj中;若xij=0,则用户i未分配到聚合频段Bj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,|Bj|表示聚合频段Bj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,…,xj,…,xM],其中,表示对聚合频段Bj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Bj中;若二元判决值则表示用户i未分配到聚合频段Bj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。FDA00002720648400011.jpg,FDA00002720648400012.jpg,FDA00002720648400013.jpg,FDA00002720648400014.jpg,FDA00002720648400015.jpg,FDA00002720648400016.jpg,FDA00002720648400017.jpg,FDA00002720648400018.jpg,FDA00002720648400024.jpg,FDA00002720648400025.jpg,FDA00002720648400026.jpg,FDA00002720648400027.jpg,FDA00002720648400028.jpg,FDA00002720648400029.jpg,FDA000027206484000210.jpg,FDA000027206484000211.jpg...

【技术特征摘要】
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=Iq1, Q2, -,Qr,…,qN},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...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘伟李建东李承彪刘勤张文柱黄鹏宇李红艳盛敏
申请(专利权)人:西安电子科技大学
类型:发明
国别省市:

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