CN102355699B - 一种自适应的多小区单频网的资源分配方法 - Google Patents

Abstract

一种自适应的多小区组播广播单频网MBSFN的资源分配方法，是先利用基站的位置信息对区域内的所有多小区MBSFN的地域形状、大小及其拓扑关系进行建模，以便对其中每个单频网包含的小区基站个数和任意两个单频网之间的相对位置对同频干扰的影响进行量化；再根据发射功率对资源复用距离的影响，即基站的发射功率较大时，其对附近使用相同资源的MBSFN内用户的干扰也会较大，给出计算两个MBSFN区域之间资源复用距离的公式；再综合考虑上述因素，根据不同MBSFN区域之间资源复用距离的公式计算得到复用距离和动态分配资源块，减小各MBSFN之间的同频干扰，提高系统整体性能。本发明能在可用资源块的数量设定时，通过调整资源复用距离计算公式中的参数，获得网络性能的最大化。

Description

一种自适应的多小区单频网的资源分配方法

技术领域

本发明涉及一种自适应的多小区单频网的资源分配方法，用于解决多小区单频网中基于干扰抑制的资源分配问题，以便实现整个网络所消耗的资源块和速率、覆盖等各个网络性能之间的折中或均衡。属于移动通信的资源分配技术领域。

背景技术

3GPP Release6（R6）中引进的组播广播多媒体服务MBMS（Multicast/Broadcast Multimedia Services），不仅能实现低速的文本传输，还可以实现高速的多媒体广播组播业务，也是手机电视业务的技术基石。MBMS使用公共信道给多个接收者传送相同数据，增加了蜂窝网络的广播和组播的容量，还节省了网络资源。虽然经过长期的研究和发展，MBMS在R6和R7版本的3G系统中已经得到了完整的实现。但是，传统的单小区MBMS仍然无法满足日益增长的业务需求，尤其是4G系统的高速率、高服务质量的业务需求，因此，国内外业内科技人员都对多小区MBMS技术开展了广泛、深入的探索与研究。

众所周知，每个基站集合覆盖的区域所使用的资源相同、且同时传输的内容也相同时，该区域就被称为组播广播单频网MBSFN（Multicast/BroadcastSingle Frequency Network），即多小区MBMS。MBSFN克服了传统单小区模式在部署MBMS时，小区边缘区域用户的通信性能受到相邻小区严重干扰的问题，且获得的分集增益可以提高小区边缘用户的接收信干噪比，较好地解决了用户终端的通信性能会随着远离发射基站而逐渐下降的缺点，提升了长期演进LTE（Long-Term Evolution）网络的MBMS的性能。

多小区MBMS（即MBSFN）合并了从相邻小区发送来的带有较长循环前缀CP（Cyclic Prefix）的信号，解决了普通蜂窝小区边缘用户信噪比低、通信质量差的问题。MBSFN可以被构建成相交或不相交两种情况。若有相交区域，则需要分配不同的资源，以保证交叉区域的基站能够无冲突地传输数据，因为这些基站不能同时使用相同资源来传输不同内容。若无相交区域，则理论上MBSFN之间可以使用相同资源，但是，MBSFN区域的边缘用户所受的干扰不容小觑。

目前已有比较多的有关MBMS的研究成果，也有针对MBSFN网络的研究成果。例如，文献《Efficient Resource Allocation Strategies for Multicast BroadcastServices in3GPP Long Term Evolution Single Frequency Networks》给出了一种降低所需资源块数量的资源分配策略，该策略给有相交区域的MBSFN分配不同资源块，而互不相交的MBSFN区域则可使用相同资源。但是，该方案中处于MBSFN区域边缘的用户会遭受到很严重的、来自使用相同资源的相邻MBSFN的同频干扰，这种干扰是由相邻MBSFN所包含的所有基站发送信号合并而成的。为了解决该方案中相邻MBSFN干扰严重问题，文献《Research on ResourceAllocation in Multi-cell MBMS Single Frequency Networks》给出了优化算法，其主要思路是：同时满足不相交、且不相邻的MBSFN区域才能使用相同资源。该算法虽然能在一定程度上提高网络性能，但只有MBSFN区域面积相对较大时才有效，MBSFN区域面积较小时，性能增益并不明显，无法满足某些特定需求。这是由于MBSFN区域面积小，包含小区数少，分集增益不明显；而且，此时即使两个资源复用的MBSFN并不相邻，但是，因为它们之间相隔的距离也相对较小，仍然会使用户遭受较大干扰。

除此之外，由于不同MBSFN内传输业务的服务质量QoS（Quality of Service）需求不同，各基站使用的发射功率也不同。当基站分配的发射功率相对较大时，其对附近使用相同资源的MBSFN内用户的干扰也较大，就需要适当加大复用距离。而且，有研究表明：通过调整发射功率，可以在单频网中获得大于99%的覆盖率，因此发射功率对干扰的影响不容忽视。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有的资源分配方案存在的上述缺陷，综合考虑网络拓扑结构和发射功率对资源分配的影响，提供一种自适应的多小区单频网的资源优化分配方法，本发明是一种通过调整资源复用距离来控制资源块消耗数量的方法，因而可以实现算法性能和资源块使用数量的折中和均衡。此外，该方法还能在可用的资源块数目设定的情况下，通过调整资源复用距离计算公式中的参数，获得网络性能的最大化。

为了达到上述发明目的，本发明提供了一种自适应的多小区组播广播单频网MBSFN（Multicast/Broadcast Single Frequency Network）的资源分配方法，其特征在于：先利用基站的位置信息对区域内的所有多小区MBSFN的地域形状、大小及其拓扑关系进行建模，以便对其中每个单频网包含的小区基站个数和任意两个单频网之间的相对位置对同频干扰的影响进行量化；然后根据发射功率对资源复用距离的影响，即基站的发射功率较大时，其对附近使用相同资源的MBSFN内用户的干扰也会较大，给出计算两个MBSFN区域之间资源复用距离的公式；再根据不同MBSFN区域之间资源复用距离的公式计算得到复用距离和动态分配资源块，减小各MBSFN之间的同频干扰，提高系统整体性能；所述方法包括下列操作步骤：

（1）先将网络中所有MBSFN按照各自包含的小区个数的多少进行降序排列的编号，并以S_i顺序标记之；式中，自然数下标i为MBSFN的序号；

（2）计算任意两个MBSFNS_i和S_j之间的最近距离，即任意两个MBSFN包含的各小区中相距最近的两个基站间的距离，得到一个维数为m×m的最小距离矩阵d_min，式中，下标i和j分别是两个不同单频网的序号，m为网络中MBSFN的总个数，即自然数i、j的最大值为m；

（3）根据资源复用距离计算公式，分别计算任意两个单频网S_i和S_j之间的资源复用距离d_i，j，得到一个维数为m×m的资源复用距离矩阵d；

（4）构造单频网的拓扑关系对称矩阵X：当两个单频网S_i和S_j的最小距离大于资源复用距离，即最小距离矩阵d_min中对应该两个单频网S_i和S_j的元素不小于资源复用距矩阵d中的对应元素时，设置其拓扑关系对称矩阵X中的对应元素x_i，j=0，表明该两个单频网之间的距离足够远，符合资源复用条件，能够使用相同资源而不造成严重干扰；否则，最小距离矩阵d_min中对应该两个单频网S_i和S_j的元素小于资源复用距离矩阵d中的对应元素时，则设置对称矩阵X中的该对应元素x_i，j=1，表明该两个单频网S_i和S_j之间的距离太近，不能使用相同资源；其中，对称矩阵X的对角线元素为0；

（5）按照设定步骤分配资源：先根据拓扑关系矩阵X得到第一个资源分配辅助矩阵C₀，再对矩阵C₀进行变换，即给第一个单频网S₁分配第1个资源块后，就对辅助矩阵C₀替换相应元素，得到第二个资源分配辅助矩阵C₁；然后，给第二个单频网S₂分配资源块后，再对辅助矩阵C₁替换相应元素，得到第三个资源分配辅助矩阵C₂；依次处理，就得到后续各个辅助矩阵C₃、C₄、...，直至得到第m+1个辅助矩阵C_m，该辅助矩阵C_m的m个对角线元素就是依次对每个单频网S₁到S_m分配的资源块序号，即整个网络的资源分配方案是针对拓扑关系对称矩阵X得出的。

本发明是针对现有的MBSFN资源分配算法存在的干扰问题，提出的一种基于干扰抑制的改进的自适应MBSFN资源分配方案，该方法对MBSFN区域形状、大小及拓扑关系进行数学建模，对同频干扰给出了量化表示，同时结合基站发射功率对MBSFN间同频干扰的影响，给出了完善的资源复用距离的计算公式，以确定资源分配方案，以提高网络整体性能。本发明方法在系统覆盖和速率上较现有算法均有明显改善，利用该方法能够通过调整资源复用距离来控制资源块消耗数量，取得资源块使用数量和算法性能之间的折中与平衡，更灵活、更适用于实际情况。而且，还能在可用的资源块数量设定的情况下，通过调整复用距离计算公式中的相关参数来尽可能提高网络性能，获得网络性能的最大化。

附图说明

图1是现有的MBSFN网络模型示意图。

图2是本发明方法中的MBSFN拓扑关系模型示意图。

图3是本发明自适应的多小区单频网的资源分配方法操作步骤方框图。

图4（A）、（B）、（C）分别是单频网包含的小区个数对三种算法传输速率、系统覆盖率和消耗资源块的不同指标的影响（p=12，k=20）曲线示意图。

图5（A）、（B）、（C）分别是发射功率对三种算法传输速率、系统覆盖率和消耗资源块的不同指标的影响（k=20）曲线示意图。

图6（A）、（B）、（C）分别是参数k的值对三种算法传输速率、系统覆盖率和消耗资源块的不同指标的影响（p=12）曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，先介绍目前现有的MBSFN网络架构，即本发明方法的应用场景：图中不同标记的小区分别表示不同的MBSFN区域，其分别使用不同的资源块，承担不同的传输业务。小区C1为MBSFN2与MBSFN3的交叉区域，也就是其同时传输MBSFN2和MBSFN3的两种业务。MBSFN1和MBSFN4则是两个资源复用的区域，使用相同的资源块传输各自的业务。U1为MBSFN1中的用户，其接收到的有用信号是来自MBSFN1中包含的所有小区基站发送的合并信号，其受到的干扰是MBSFN4中所有小区基站发送信号合并的。因为整个单频网是动态组建的，其结构也需要进行实时动态调整。

由于来自于同一个MBSFN内部的多个基站传输的信号到达某个用户l的信号存在时延差，导致产生符号间干扰。因此，不同于单小区MBMS，现有的组播广播单频网为此设计更长的循环前缀CP，以降低或避免该单频网内部的符号间干扰。因此，本发明假设单频网内部各基站到达用户的传输时延都位于该CP范围内，则其中任一用户l接收的信干噪比

式中，P_t为第t个基站的发射功率，L_t，l为第t个基站到用户l的传输距离，β是路径损耗指数，|h_t，l|²为第t个基站到用户l之间信道的快衰落值，N_o是加性高斯白噪声AWGN信道的功率谱密度。系统带宽为B，Γ为用户l所在的MBSFN区域包含的小区集合。Ψ为与该用户所在的单频网使用相同资源的网络中所有小区集合。

由于多播速率取决于通信质量最差的用户，因此用户l所在的单频网区域能够达到的传输速率

式中，U为与用户l位于同一个MBSFN区域内的多播用户的总数或集合。

为了有效地衡量单频网的多播性能，本发明还设置性能指标：覆盖率

使S={l|l∈U，SINR_l>S_Thres}，式中，S_Thres为信干噪比设定门限，S是多播用户集合U中的信干噪比不小于设定门限值S_Thres的用户总数或集合。

因为本发明的优化目标是尽量提高系统传输速率和覆盖率，而从传输速率和覆盖率的两个计算公式看出，影响这两个指标的重要因素是使用相同资源的基站到用户的距离，即它与不同MBSFN之间的复用距离密切相关。由于MBSFN区域形状很不规则，故本发明定义资源复用距离d是两个资源复用的MBSFN区域内各自包含的小区中相距最近的两个基站间的距离。因此还要设计一种如何确定各MBSFN区域间最佳的资源复用距离的计算方法，以便利用资源复用策略提高多播系统的性能。

由于MBSFN之间的同频干扰与其区域大小密切相关：MBSFN区域越大，即其中包含的小区数越多；虽然多路信号合并后的分集增益大大提高了MBSFN区域内的接收性能，但是，众多基站对非MBSFN小区的干扰及其对相邻资源复用的MBSFN小区的干扰也同样是经过合并的，其危害性也会远强于单播系统内的小区间干扰。同时，MBSFN之间距离越近，因资源复用产生的相互干扰也越大。因此本发明对MBSFN区域的大小、形状和位置关系的进行建模，并将其用于资源分配中，以控制对MBSFN间的同频干扰。

参见图2，介绍本发明构建MBSFN拓扑关系的计算公式：

因蜂窝网络中基站位置信息是已知的，将每个组播广播单频网MBSFN区域中距离最远的两个基站进行连线，并求出各自的中点，即图2中的o₁、o₂、o₃。α_i，j和D_i，j分别表示两个单频网S_i和S_j的两条最远基站连线的夹角及两条连线的中心距离，如图中α_1，3和D_1，2、D_1，3所示。显然，中心距离D_i，j越大，两个单频网S_i和S_j之间的干扰也越小。而且，当D_i，j为设定距离时，α越大，MBSFN之间受严重干扰的小区数就越少，干扰也越小。而且，两个单频网S_i和S_j包含的小区数越多，各自合并后的信号就越强，相互间的干扰影响也越大。

根据以上分析，得到两个MBSFNS_i和S_j之间的资源复用距离d_i，j的计算公式：式中，比例系数k为常数，且k>0；R为小区半径；cn=max(cn_i，cn_j)，其中cn_i和cn_j分别为两个单频网S_i和S_j各自包含的小区个数；cn₀=1，即以单小区结构作为基准。

以上是对MBSFN拓扑结构进行的简单建模。需要说明的是：当图2中的MBSFN2在不改变最远距离连线的情况下增加左侧小区（如图2中所示的小区C2），得到的拓扑结构参数可能与增加前的相同。但是，由于小区个数增加时，使得上述资源复用距离计算公式中的cn数值增大，因而资源复用距离d_i，j也会适当增大；且在资源分配过程中，要比较MBSFN1与MBSFN2之间小区的最小距离和求解得到的资源复用距离两者的大小，因而MBSFN2左侧小区增加时，使用本发明方法对MBSFN1干扰影响不大。而增加右侧小区（如图中的小区C3）时，由于其距离MBSFN1较远，对其干扰也相对较小，产生的影响可以忽略。

基站发射功率P对同频干扰的影响：因不同的MBSFN传输的业务有不同的QoS需求，当某个业务的QoS需求很高时，基站所分配的传输功率也相对较大，此时对周围MBSFN的干扰也会增加，尤其是处于MBSFN区域边缘的用户，其接收到的分级增益相对较小，却受到严重干扰，通信性能下降明显，因而应该适当增大资源复用距离。当基站的传输功率较小时，对其他MBSFN干扰也较小，可以适当减小资源复用距离，以节省资源块的使用。

为了能够考虑发射功率对资源复用距离的影响，本发明对上述资源复用距离计算公式进一步完善后，得到资源复用距离的优化计算公式：，

式中，p为MBSFN中的小区基站使用的实际发射功率，这里假设各个MBSFN都使用相同的发射功率，如果两个MBSFN S_i和S_j使用不同的发射功率，则p为其中的较大值，p₀为基站的最大发射功率。因为该计算公式得到的MBSFN间的复用距离综合考虑了拓扑关系和基站发射功率的影响，更适用于MBSFN形状不规则、分布随机且传输不同业务的实际情况。

本发明是一种自适应的多小区组播广播单频网MBSFN的资源分配方法，该方法是先利用基站的位置信息对区域内的所有多小区MBSFN的地域形状、大小及其拓扑关系进行建模，以便对其中每个单频网包含的小区基站个数和任意两个单频网之间的相对位置对同频干扰的影响进行量化；然后根据发射功率对资源复用距离的影响，即基站的发射功率较大时，其对附近使用相同资源的MBSFN内用户的干扰也会较大，给出计算两个MBSFN区域之间资源复用距离的公式；再综合考虑上述因素，根据不同MBSFN区域之间资源复用距离的公式计算得到复用距离和动态分配资源块，减小各MBSFN之间的同频干扰，提高系统整体性能。

参见图3，具体介绍本发明方法的操作步骤：

步骤1，先将网络中所有MBSFN按照各自包含的小区个数的多少进行降序排列的编号，并以S_i顺序标记之；式中，自然数下标i为MBSFN的序号。

步骤2，计算任意两个MBSFNS_i和S_j之间的最近距离，即任意两个MBSFN包含的各小区中相距最近的两个基站间的距离，得到一个维数为m×m的最小距离矩阵d_min，式中，下标i和j分别是两个不同单频网的序号，m为网络中MBSFN的总个数，即自然数i、j的最大值为m。

步骤3，根据资源复用距离计算公式，分别计算任意两个单频网S_i和S_j之间的资源复用距离d_i，j，得到一个维数为m×m的资源复用距离矩阵d。

该步骤3包括下列操作内容：

（31）分别在两个单频网S_i和S_j各自内部距离最远的两个基站之间连线，得到该两条接连线的中点o_i、o_j和该两条连接线的夹角α_i，j。

（32）计算该两个中点o_i、o_j之间的距离D_i，j，以及该两个单频网S_i和S_j各自包含的小区个数cn_i和cn_j。

（33）根据资源复用距离公式，计算该两个单频网S_i和S_j的资源复用距离

式中，大于零的常数k为比例系数，R为小区半径，cn=max(cn_i，cn_j)，即cn是该两个单频网S_i和S_j各自包含的小区个数cn_i和cn_j中的较大值，cn₀=1，即以单小区结构作为基准。

（34）按照上述步骤（31）～（33），分别轮询任意两个单频网S_i和S_j之间的资源复用距离d_i，j，得到一个维数为m×m的复用距离矩阵d。

步骤4，构造单频网的拓扑关系对称矩阵X：当两个单频网S_i和S_j的最小距离大于资源复用距离，即最小距离矩阵d_min中对应该两个单频网S_i和S_j的元素不小于资源复用距矩阵d中的对应元素时，设置其拓扑关系对称矩阵X中的对应元素x_i，j=0，表明该两个单频网之间的距离足够远，符合资源复用条件，能够使用相同资源而不造成严重干扰；否则，最小距离矩阵d_min中对应该两个单频网S_i和S_j的元素小于资源复用距离矩阵d中的对应元素时，则设置对称矩阵X中的该对应元素x_i，j=1，表明该两个单频网S_i和S_j之间的距离太近，不能使用相同资源；其中，对称矩阵X的对角线元素为0；

步骤5，按照设定步骤分配资源：先根据拓扑关系矩阵X得到第一个资源分配辅助矩阵C₀，再对矩阵C₀进行变换，即给第一个单频网S₁分配第1个资源块后，就对辅助矩阵C₀替换相应元素，得到第二个资源分配辅助矩阵C₁；然后，给第二个单频网S₂分配资源块后，再对辅助矩阵C₁替换相应元素，得到第三个资源分配辅助矩阵C₂；依次处理，就得到后续各个辅助矩阵C₃、C₄、...，直至得到第m+1个辅助矩阵C_m，该辅助矩阵C_m的m个对角线元素就是依次对每个单频网S₁到S_m分配的资源块序号，即整个网络的资源分配方案实质是针对拓扑关系对称矩阵X得出的。

该步骤5中的分配资源进一步包括下列操作内容：

（51）在每个单频网都未分配资源时，根据拓扑关系矩阵X，设置第一个资源分配辅助矩阵：C₀=-1×X。

（52）先将第1个资源块分配给第1个单频网S₁，并使用第一个资源分配辅助矩阵C₀求解第二个资源分配辅助矩阵C₁：先设该辅助矩阵C₁中第1行第1列的对角线元素等于分配的第1个资源块的序号1，即c_1，1=1，再根据资源分配公式即将辅助矩阵C₀中第1行、第1列中等于-1的元素值都替换为分配的资源块序号c_q，q，未被替换的其余元素数值保持不变，如此得到第二个资源分配辅助矩阵C₁，用于给下一个单频网、即S₂分配资源时提供判断依据；式中，变量q为当前进行资源分配的单频网序号，此时q=1。

（53）继续按照资源分配公式

给后续各个单频网S_q分配序号为c_q，q的资源块，依次得到后续各个资源分配辅助矩阵C₂、C₃、C₄，......，C_m；且在给第q个单频网S_q分配的某个资源块c_q，q为已使用的资源块时，要判断辅助矩阵C_q-1中的第q行和第q列元素是否出现该资源块序号c_q，q，若是，则说明该单频网S_q周围的资源复用距离内已有其他单频网使用该资源块，不能将其分配给S_q，应在已经使用的各个资源块中，选择一个未出现于辅助矩阵C_q-1的第q行和第q列的资源块序号分配给S_q；若依次判断所有已经使用的资源块序号都有出现时，则给S_q分配一个尚未使用的新资源块R_q，该R_q序号为所有已使用过的资源块序号的最大值加1，以保证资源块是按序被使用的。

（54）先设辅助矩阵C_q的对角线元素c_q，q=R_q，并按上述资源分配公式将辅助矩阵C_q-1中的第q行第q列中等于-1的值都赋为分配的资源块序号R_q，其余元素值保持不变，得到辅助矩阵C_q。

（55）继续依次轮询，得到资源分配辅助矩阵C_q+1，直至得到最后一个资源分配辅助矩阵C_m，该辅助矩阵C_m中的m个对角线元素是依次对每个单频网S₁到S_m分配的资源块序号，即整个网络的资源分配方案的实质是针对拓扑关系对称矩阵X资源分配方案。

例如：对于某个网络，包含三个单频网S₁、S₂、S₃，通过前面4个步骤得到的拓扑关系矩阵X： $X=\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 1& 0& 1\\ 0& 1& 0\end{array}\right]$ （这里的1可理解为相应两个单频网距离过近，不能资源复用），本发明目的是对这个代表特定网络拓扑的拓扑关系矩阵X求解其资源分配矢量，故要执行下述步骤：

先得到 $C_0=-1\×X=\left[\begin{array}{ccc}0& -1& 0\\ -1& 0& -1\\ 0& -1& 0\end{array}\right];$ 再将第1号资源块分配给第1个单频网S₁，即以C₀矩阵为基础，设资源分配辅助矩阵C₁的第1行第1列的对角线元素等于分配的资源块序号1，即c_1，1=1，得到 $\left[\begin{array}{ccc}1& -1& 0\\ -1& 0& -1\\ 0& -1& 0\end{array}\right];$ 然后该资源分配辅助矩阵C₀中第1行、第1列中等于-1的值都替换为分配的资源块的序号1，其余元素都保持不变，得到C₁： $C_1=\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 0\\ 1& 0& -1\\ 0& -1& 0\end{array}\right].$

在给第2个单频网S₂（即q=2）分配资源块时，根据步骤（53），先判断上一个资源分配辅助矩阵C₁的第2行和第2列有没有出现已使用的资源块序号1，由于判断结果为已出现，说明第2个单频网S₂附近复用距离内已有其他单频网使用第1号资源，因而第1号资源块不能再分配给第2个单频网S₂，应该分配新的资源块：第2号资源块，于是，就把辅助矩阵C₁中的第2行第2列的对角线元素改为分配的新资源块序号数2，即c_2，2=2，得到： $\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 0\\ 1& 2& -1\\ 0& -1& 0\end{array}\right].$

然后，再把第2行第2列中等于-1的元素替换成分配的新资源块的序号2，得到： $C_2=\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 0\\ 1& 2& 2\\ 0& 2& 0\end{array}\right].$ 接着，再给第3个单频网S₃（即q=3）分配资源块时，也是如此处理：

先判断上一个资源分配辅助矩阵C₂的第3行和第3列有没有出现已使用的资源块序号1，若1出现，则不能用；再判断是否出现已使用的资源块序号2，若2也出现，则需要分配新资源块3；由于本例中资源块序号1未出现在C₂的第3行和第3列中，因而可以为第3个单频网S₃分配第1号资源，即令c_3，3=1，得到 $\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 0\\ 1& 2& 2\\ 0& 2& 1\end{array}\right],$ 再把第3行第3列中等于-1的元素替换成分配的资源块的序号1，得到： $C_3=\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 0\\ 1& 2& 2\\ 0& 2& 1\end{array}\right].$ 因此，最后得到的第1、2、3个单频网S₁、S₂、S₃的资源分配方案就是资源分配矩阵C₃的对角线元素[1，2，1]。

需要说明的是，给哪个单频网分配资源，就只处理其对于资源分配辅助矩阵C的相应行和列即可，只需轮询一次，就能够知道所有单频网都被分配资源。

本发明已经进行了多次实施试验，下面简要说明实施例的试验情况：

实施例是基于图1的系统网络模型用Matlab软件进行蒙特卡洛仿真的。仿真区域为30km×30km的矩形区域，使用的蜂窝小区半径为1km，每个小区内随机分布10个用户，使用带宽为10MHz。在相同条件下，分别通过改变区域内MBSFN的个数（即改变MBSFN包含的小区数）和调整基站分配的发射功率来实现对本发明方法与传统方法的性能评估。

为了便于比较，实施例中额外考虑了不相邻算法，即不相交、且不相邻的两个MBSFN可使用相同资源；相隔2小区算法，即不相邻且至少相隔两个小区的MBSFN才使用相同资源，作为本发明方法各项指标的对比参考。

参见图4（A）～（C），图3（A）给出了MBSFN包含的小区个数变化时对应的系统速率。从图中可以看出，在相同条件下，本发明方法的系统传输速率明显优于其他算法，尤其在MBSFN包含小区个数相对较多时，传输速率的提升更加明显。而且，随着MBSFN包含小区个数的增加，传输速率呈上升趋势，这是由于每个MBSFN包含的小区数增加，即面积增大，此时两个资源复用的MBSFN之间距离也相应增大，因而干扰相应减小。

从图4（B）中可见，在相同条件下，本发明方法的系统覆盖较其他算法也有明显提升。且在MBSFN区域面积较小时，其获得的覆盖较不相邻算法提升更加明显，例如MBSFN包含的小区数为10个时，系统覆盖提升了约15%。从图中还可以看出，本发明方法的覆盖率随着MBSFN包含的小区个数增加而增加，这同样是由于干扰减小引起的。

图4（C）给出了几种方法的资源块消耗情况。从图中可见，本发明方法消耗的资源块略高，要比不相邻算法多消耗约1个左右资源块。

图5（A）给出了系统传输速率跟基站分配发射功率的关系。从图中可以看出，在相同条件下，本发明方法的传输速率明显优于其他算法。且从图中还可以看出，随着基站发射功率的增加，本发明方法的速率随之增加，这是由于其考虑了发射功率对干扰的影响来分配资源，在发射功率增加时，接收信号的有用功率增加的速度会快于干扰功率的增加速度，因此功率越大，性能越好。而对于其他算法，虽然有效接收功率增加，但干扰功率也随之增加，因此系统中所有用户的最小信噪比没有明显提升，相应地，传输速率没有随着发射功率的增加而增加。而在发射功率很小时，由于计算的资源复用距离较小，影响了资源分配方案，因此本发明方法的传输速率要略低于不相邻算法。

图5（B）中可见，本发明方法的系统覆盖率较其他算法也有明显提升，且随着分配的发射功率的增加，性能增益更加明显。且几种算法在发射功率增到10时，系统覆盖率趋于稳定，这是由于发射功率增加到一定程度时，用户接收端有用功率和干扰功率增加相当，系统覆盖率的提升不再明显。而图中也可以看出，当分配给单频网传输的功率较小时，无法获得理想的性能，因而采用单频网的方式传输业务时，需要合理地分配发射功率。此外，在实际应用中，通常要求的系统覆盖至少达到90%，从图中三条曲线趋于稳定后的覆盖值可以看出，在相同参数相同配置条件下，本发明更易达到或满足实际应用需求。

根据图5（C）可知，本发明方法消耗的资源块较其他算法稍多，且随着发射功率的增加而增加，这是由于用资源复用距离公式计算的资源复用距离与发射功率呈正比。而发射功率小于4时，本发明方法消耗的资源块数要比其他算法少，跟图5（A）、图5（B）中性能的下降相对应。由此可见，分配的功率越大，传输速率和覆盖率也增加；但是，使用的资源块也增加，所以在实际中应考虑性能参数和资源块消耗量的折中与均衡，合理分配发射功率。

图6（A）～（C）给出了参数k对本发明方法性能的影响曲线。图6（A）、6（B）显示，本发明方法传输速率和覆盖率均随k的增加而有明显提升，而图6（C）说明其消耗的资源块数也随着k值的增加而增加。由此可见，系统性能跟使用的资源块数目密切相关，而且，本发明方法给出了一种通过改变比例系数k值来控制资源块消耗数量，即k设定为较小值时，消耗的资源块也较少，性能也相对较低；反之，则效果也相反，因而可以实现算法性能和资源块使用数量的折中。而在可用资源块数量设定的情况下，也可以通过调整比例系数k值来尽可能提高算法性能。如根据图6（C），若可用资源块有5个，则可以令k=20，以充分利用资源块获得最优性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种自适应的多小区组播广播单频网MBSFN的资源分配方法，其特征在于：先利用基站的位置信息对区域内的所有多小区MBSFN的地域形状、大小及其拓扑关系进行建模，以便对其中每个单频网包含的小区基站个数和任意两个单频网之间的相对位置对同频干扰的影响进行量化；然后根据发射功率对资源复用距离的影响，即基站的发射功率较大时，其对附近使用相同资源的MBSFN内用户的干扰也会较大，给出计算两个MBSFN区域之间资源复用距离的公式；再根据不同MBSFN区域之间资源复用距离的公式计算得到复用距离和动态分配资源块，减小各MBSFN之间的同频干扰，提高系统整体性能；所述方法包括下列操作步骤： 

（1）先将网络中所有MBSFN按照各自包含的小区个数的多少进行降序排列的编号，并以S_i顺序标记之；式中，自然数下标i为MBSFN的序号； 

（2）计算任意两个MBSFNS_i和S_j之间的最近距离，即任意两个MBSFN包含的各小区中相距最近的两个基站间的距离，得到一个维数为m×m的最小距离矩阵d_min，式中，下标i和j分别是两个不同单频网的序号，m为网络中MBSFN的总个数，即自然数i、j的最大值为m； 

（3）根据资源复用距离计算公式，分别计算任意两个单频网S_i和S_j之间的资源复用距离d_i，j，得到一个维数为m×m的资源复用距离矩阵d； 

（4）构造单频网的拓扑关系对称矩阵X：当两个单频网S_i和S_j的最小距离大于资源复用距离，即最小距离矩阵d_min中对应该两个单频网S_i和S_j的元素不小于资源复用距矩阵d中的对应元素时，设置其拓扑关系对称矩阵X中的对应元素x_i，j=0，表明该两个单频网之间的距离足够远，符合资源复用条件，能够使用相同资源而不造成严重干扰；否则，最小距离矩阵d_min中对应该两个单频网S_i和S_j的元素小于资源复用距离矩阵d中的对应元素时，则设置对称矩阵X中的该对应元素x_i，j=1，表明该两个单频网S_i和S_j之间的距离太近，不能使用相同资源； 其中，对称矩阵X的对角线元素为0； 

（5）按照设定步骤分配资源：先根据拓扑关系矩阵X得到第一个资源分配辅助矩阵C₀，再对矩阵C₀进行变换，即给第一个单频网S₁分配第1个资源块后，就对辅助矩阵C₀替换相应元素，得到第二个资源分配辅助矩阵C₁；然后，给第二个单频网S₂分配资源块后，再对辅助矩阵C₁替换相应元素，得到第三个资源分配辅助矩阵C₂；依次处理，就得到后续各个辅助矩阵C₃、C₄、...，直至得到第m+1个辅助矩阵C_m，该辅助矩阵C_m的m个对角线元素就是依次对每个单频网S₁到S_m分配的资源块序号，即整个网络的资源分配方案是针对拓扑关系对称矩阵X得出的。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）进一步包括下列操作内容： 

（31）分别在两个单频网S_i和S_j各自内部距离最远的两个基站之间连线，得到两条接连线的中点o_i、o_j和该两条连接线的夹角α_i，j； 

（32）计算该两个中点o_i、o_j之间的距离D_i，j，以及该两个单频网S_i和S_j各自包含的小区个数cn_i和cn_j； 

（33）根据资源复用距离公式，计算该两个单频网S_i和S_j的资源复用距离 

式中，大于零的常数k为比例系数，R为小区半径，cn=max(cn_i，cn_j)，即cn是该两个单频网S_i和S_j各自包含的小区个数cn_i和cn_j中的较大值，cn₀=1，即以单小区结构作为基准； 

（34）按照上述步骤（31）～（33），分别轮询任意两个单频网S_i和S_j之间的资源复用距离d_i，j，得到一个维数为m×m的复用距离矩阵d。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（5）中的分配资源进一步包括下列操作内容： 

（51）在每个单频网都未分配资源时，根据拓扑关系矩阵X，设置第一个资源分配辅助矩阵：C₀=-1×X；. 

（52）先将第1个资源块分配给第1个单频网S₁，并使用第一个资源分配辅助矩阵C₀求解第二个资源分配辅助矩阵C₁：先设该矩阵C₁中第1行第1列的对角线元素等于分配的第1个资源块的序号1，即c_1，1=1，再根据资源分配公式 

即将辅助矩阵C₀中第1行、第1列中等于-1的元素值都替换为分配的资源块序号c_q，q，未被替换的其余元素数值保持不变，如此得到第二个资源分配辅助矩阵C₁，用于给下一个单频网、即S₂分配资源时提供判断依据；式中，变量q为当前进行资源分配的单频网序号，此时q=1； 

（53）继续按照资源分配公式

给后续各个单频网S_q分配序号为c_q，q的资源块，依次得到后续各个资源分配辅助矩阵C₂、C₃、C₄，......，C_m；且在给第q个单频网S_q分配的某个资源块c_q，q为已使用的资源块时，要判断辅助矩阵C_q-1中的第q行和第q列元素是否出现该资源块序号c_q，q，若是，则说明该单频网S_q周围的资源复用距离内已有其他单频网使用该资源块，不能将其分配给S_q，应在已经使用的各个资源块中，选择一个未出现于辅助矩阵C_q-1的第q行和第q列的资源块序号分配给S_q；若依次判断所有已经使用的资源块序号都有出现时，则给S_q分配一个尚未使用的新资源块R_q，该R_q序号为所有已使用过的资源块序号的最大值加1，以保证资源块是按序被使用的； 

（54）先设辅助矩阵C_q的对角线元素c_q，q=R_q，并按上述资源分配公式将辅助矩阵C_q-1中的第q行第q列中等于-1的值都赋为分配的资源块序号R_q，其余元素值保持不变，得到辅助矩阵C_q； 

（55）继续依次轮询，得到资源分配辅助矩阵C_q+1，直至得到最后一个资源分配辅助矩阵C_m，该辅助矩阵C_m中的m个对角线元素是依次对每个单频网S₁到S_m分配的资源块序号。 

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