CN102664855A - 一种基于ofdm的两层网络中信道分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于OFDM的两层网络中信道分配方法，该方法基于宏基站与家庭基站共存，两者共享频谱的平台，所述网络中的每个家庭基站对应一个初始颜色列表，每个颜色代表一个子信道，在保证满足宏用户信干噪比要求的前提下确定每个家庭基站可用的子信道集，再根据构造的家庭基站系统干扰图，动态地给每个用户分配所有可用的频谱资源；该方法减小了宏基站与家庭基站及家庭基站与家庭基站之间的干扰，同时在满足宏用户的需求下，尽量提高家庭基站的吞吐量。

Description

一种基于OFDM的两层网络中信道分配方法

技术领域

本发明涉及一种基于OFDM的两层网络中的信道分配方法，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。室内覆盖的好坏是移动网络服务质量的重要体现，对于手机用户来说，室内覆盖质量已成为影响客户在网稳定性的重要原因。为了满足室内用户的需求，得到更高的系统容量和数据速率，家庭基站正在慢慢兴起。家庭基站是一种小型，低功率，可安装在室内，配置灵活的基站。它能有效地解决室内覆盖的问题，更加适合家庭用户的使用，安装方便，且由于覆盖范围小，可以降低接入设备的发射功率，提高整个网络的性能，已被应用在3GPP的长期演进(LTE)项目中。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种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基于OFDM的两层网络中信道分配方法。

实现本发明目的的技术解决方案为一种基于OFDM的两层网络中信道分配方法，该方法基于宏基站与家庭基站共存，两者共享频谱的平台，所述网络中的每个家庭基站对应一个初始颜色列表，每个颜色代表一个子信道，包括以下步骤：

步骤1、调整分配给每个家庭基站的初始颜色列表，使得所有宏用户的信噪比满足门限值；

步骤2、根据调整后的新颜色列表，建立家庭基站的干扰图G＝(v，E，W)，其中点集V＝{v1，v2…vg}，g为家庭基站的个数，每个点代表1个家庭基站；边集E＝{e1，e2…eh}，h为边的条数，两点之间有边代表存在干扰；

步骤3、利用图论方式，为构建的干扰图中的家庭基站进行顶点着色，确定每个家庭基站最终可用的颜色列表，根据家庭基站的最终可用的子信道来实现家庭基站信道的动态分配，从而完成整个网络的信道分配。

优选地，本发明基于OFDM的两层网络中信道分配方法中，所述步骤1中调整分配给每个家庭基站的初始颜色列表，使得所有宏用户的信噪比满足门限值，具体如下：

步骤1-1选择一个宏用户；

步骤1-2计算该宏用户的信干噪比γ_m，其中

P_M，i和P_k，i分别是宏基站和家庭基站k在子信道i上的发射功率，G_M，m和G_k，m分别是宏基站和家庭基站k到宏用户m的路径增益，I_k为干扰的家庭基站集，N₀为热噪声密度，B为子信道带宽；

步骤1-3判断该宏用户的信干噪比γ_m是否满足门限值SINRt_hrm；

步骤1-4若γ_m＜SINR_thrm，则从I_k中移除干扰最大的家庭基站BS_f并从移除的家庭基站BS_f可用的颜色列表中去掉已分配给此宏用户使用的颜色，则该家庭基站BS_f对该宏用户无干扰，返回步骤1-2重新计算该宏用户的信干燥比，直至该宏用户的信干燥比满足门限值SINR_thrm，否则重复执行步骤1-2至步骤1-4；

步骤1-5若γ_m≥SINR_thrm，返回步骤1-1，直至所有宏用户都选择过。

优选地，本发明基于OFDM的两层网络中信道分配方法中，所述步骤2中构建家庭基站之间的干扰图为无向干扰图，具体为：

步骤A：选择家庭基站f；

步骤B：根据调整后的新颜色列表，可以得出此家庭基站在各个信道上的干扰家庭基站集，计算此家庭基站的信干噪比γ_f，若γ_f＜SINR_thrf，则依次从它的干扰集I_k中移除干扰最大的家庭基站，此时被移除的家庭基站与该家庭基站之间形成权重为1的边，此边为无向边，存在边的两个家庭基站不能共用同一个子信道；其中γ_f＝min(γ_fi)， ${\mathrm{\γ}}_{f,i}=\frac{P_{l,i}\·G_{l,n}}{\underset{k\∈I_k}{\mathrm{\Σ}}{P}_{k,i}\·G_{k,n}+{\mathrm{\η}}_i\·P_{M,i}\·G_{M,n}+N_0\·B},$ η_i为0或1，代表宏用户是否占用子信道i；若宏用户占用子信道i，则为1，否则为0；P_l，i和P_k，i分别是家庭基站l和k在子信道i上的发射功率，G_l，n和G_k，n分别是家庭基站l和k到家庭用户n的路径增益，P_M，i是宏基站在子信道i上的发射功率，G_M，n是宏基站到此家庭用户的路径增益，I_k为干扰的家庭基站集，N₀为热噪声密度，B为子信道带宽；重复步骤B直至γ_f≥SINR_thrf；

步骤C：重复步骤A至步骤B，直至所有家庭基站都选择过，这样就可以获得所有家庭基站之间的边集；

步骤D：根据家庭基站及家庭基站之间的边来构建家庭基站之间的无向干扰图。

优选地，本发明基于OFDM的两层网络中信道分配方法中，所述步骤2中构建家庭基站之间的干扰图为有向权重图，具体为：

步骤a、选择家庭基站f，将家庭基站f划分一个以自身家庭用户为中心，半径不同的区域，该半径为家庭基站f的门限距离；

步骤b、判断其他家庭基站距此家庭基站的距离，若其他家庭基站离此家庭基站的距离小于此门限距离时，该家庭用户将受较大的干扰，则其他家庭基站与此家庭基站之间形成边，边上的权重值大小表示干扰的大小，权重值表示方式如下：

其中d_f2→1为干扰家庭基站f2到用户1的距离，d_thrf1为家庭用户1的门限距离，w_2→1为干扰图中家庭基站f2指向用户1的边上的权重值；

步骤c、重复步骤a步骤b，直至所有家庭基站都被选过，这样所有的家庭基站之间就形成权重值大小不同的边；

步骤d、根据家庭基站以及家庭基站之间权重值大小不同的边来构建家庭基站之间的有向权重图。

本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明在继承传统的OFDM系统的优点基础上克服了传统OFDM系统中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的缺陷；本发明将信道分配转化为图论顶点着色的问题更方便、简单的解决了信道分配；本发明在保证宏用户信干噪比的条件下，尽量提高家庭基站的吞吐量。

附图说明

图1为本发明OFDM系统两层网络模型图

图2为实施例1中构建的无向干扰示意图

图3为实施例2中构建的有向权重示意图

图4为家庭用户的门限距离示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种基于OFDM的两层网络中信道分配方法，该方法基于宏基站与家庭基站共存，两者共享频谱的平台，所述网络中的每个家庭基站对应一个初始颜色列表，每个颜色代表一个子信道，包括以下步骤：

步骤1、调整分配给每个家庭基站的初始颜色列表，使得所有宏用户的信噪比满足门限值；

步骤2、根据调整后的新颜色列表，建立家庭基站的干扰图G＝(V，E，W)，其中点集V＝{v1，v2…vg}，g为家庭基站的个数，每个点代表1个家庭基站；边集E＝{e1，e2…eh}，h为边的条数，两点之间有边代表存在干扰；所述构建的干扰图为无向图或有向权重图；(一)当干扰图为无向图，其构建方法如下：

步骤A：选择家庭基站f；

步骤B：根据调整后的新颜色列表，可以得出此家庭基站在各个信道上的干扰家庭基站集，计算此家庭基站的信干噪比γ_f，若γ_f＜SINR_thrf，则依次从它的干扰集I_k中移除干扰最大的家庭基站，此时被移除的家庭基站与该家庭基站之间形成权重为1的边，此边为无向边，存在边的两个家庭基站不能共用同一个子信道；其中γ_f＝min(γ_f，i)， ${\mathrm{\γ}}_{f,i}=\frac{P_{l,i}\·G_{l,n}}{\underset{k\∈I_k}{\mathrm{\Σ}}{P}_{k,i}\·G_{k,n}+{\mathrm{\η}}_i\·P_{M,i}\·G_{M,n}+N_0\·B},$ η_i为0或1，代表宏用户是否占用子信道i；若宏用户占用子信道i，则为1，否则为0；P_l，i和P_k，i分别是家庭基站l和k在子信道i上的发射功率，G_l，n和G_k，n分别是家庭基站l和k到家庭用户n的路径增益，P_M，i是宏基站在子信道i上的发射功率，G_M，n是宏基站到此家庭用户的路径增益，I_k为干扰的家庭基站集，N₀为热噪声密度，B为子信道带宽；重复步骤B直至γ_f≥SINR_thrf；

步骤C：重复步骤A至步骤B，直至所有家庭基站都选择过，这样就可以获得所有家庭基站之间的边集；

步骤D：根据家庭基站及家庭基站之间的边来构建家庭基站之间的无向干扰图。

(二)当干扰图为有向权重图，其构建方式如下：

步骤a、选择家庭基站f，将家庭基站f划分一个以自身家庭用户为中心，半径不同的区域，该半径为家庭基站f的门限距离；

步骤b、判断其他家庭基站距此家庭基站的距离，若其他家庭基站离此家庭基站的距离小于此门限距离时，该家庭用户将受较大的干扰，则其他家庭基站与此家庭基站之间形成边，边上的权重值大小表示干扰的大小，权重值表示方式如下：

其中d_f2→1为干扰家庭基站f2到用户1的距离，d_thrf1为家庭用户1的门限距离，w_2→1为干扰图中家庭基站f2指向用户1的边上的权重值；

步骤c、重复步骤a-步骤b，直至所有家庭基站都被选过，这样所有的家庭基站之间就形成权重值大小不同的边；

步骤d、根据家庭基站以及家庭基站之间权重值大小不同的边来构建家庭基站之间的有向权重图。

步骤3、利用图论方式，为构建的干扰图中的家庭基站进行顶点着色，确定每个家庭基站最终可用的颜色列表，根据家庭基站的最终可用的子信道来实现家庭基站信道的动态分配，从而完成整个网络的信道分配。

(一)在满足宏用户要求的前提下，利用无向干扰图中每个点的新颜色列表，将颜色列表中的每个颜色对应1个簇，每个簇中包含不同的初始点，依次在每个簇中去除对其他点干扰最大的点，找到每个簇中的最大点数和属于各个簇的点集，最后获得每个点可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，从而完成对整个网络的信道分配；

具体实现过程如下：

A、利用上述形成的新颜色列表，为每个点着其相应颜色列表中任意一种颜色，作为该点最终确定可用的一种颜色；

B、选择一种颜色；

C、在所有点的新颜色列表中找出所有可着此色的点，作为簇

中的初始点；

D、若簇

非空，计算此簇中每个点与这个簇其他点之间相互边的条数，选出条数最大的那个点；

E、若这样的点有多个，则随机选一个，从簇

中移除；

F、更新簇

重复D-E，直至此簇中的点相互之间都没有边，则簇中剩余的点就是簇的最终元素；

G、重复执行B-F，直到所有的颜色都被选过，最终获得每个簇中最终元素，根据簇中最终元素即可知道每个点最终可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，从而完成对整个网络的信道分配。

(二)在满足宏用户要求的前提下，利用有向权重干扰图中每个点的新颜色列表，将颜色列表中的每个颜色对应1个簇，每个簇中包含不同的初始点，依次在每个簇中去除对其他点干扰最大的点，找到每个簇中的最大点数和属于各个簇的点集，最后获得每个点可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，完成对整个网络的信道分配；

具体实现过程如下：

a、利用上述形成的新颜色列表，为每个点着其相应颜色列表中任意一种颜色，作为该点最终确定可用的一种颜色；

b、选择一种颜色；

c、在所有点的新颜色列表中找出所有可着此色的点，作为簇

中的初始点；

d、若簇

非空，对此簇中每个点计算此点指向这个簇中其他点的边上的权重值之和，选出权重之和最大的那个点；

e、若这样的点有多个，则随机选一个，从簇中移除；

f、更新簇重复d-e，直至此簇中的点相互之间都没有边，则簇中剩余的点就是簇

的最终元素；

g、重复执行b-f，直到所有的颜色都被选过，最终获得每个簇中最终元素，根据簇中最终元素即可知道每个点最终可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，从而完成对整个网络的信道分配。

实施例1

如图2所示构建家庭基站之间的干扰图为无向图

步骤1、调整分配给每个家庭基站的初始颜色列表，使得所有宏用户的信噪比满足门限值，具体为：

步骤1-1选择一个宏用户；

步骤1-2计算该宏用户的信干噪比γ_m，其中P_M，i和P_k，i分别是宏基站和家庭基站k在子信道i上的发射功率，G_M，m和G_k，m分别是宏基站和家庭基站k到宏用户m的路径增益，I_k为干扰的家庭基站集，N₀为热噪声密度，B为子信道带宽；

步骤1-3判断该宏用户的信干噪比γ_m是否满足门限值SINR_thrm；

步骤1-4若γ_m＜SINR_thrm，则从I_k中移除干扰最大的家庭基站BS_f并从移除的家庭基站BS_f可用的颜色列表中去掉已分配给此宏用户使用的颜色，则该家庭基站BS_f对该宏用户无干扰，返回步骤1-2重新计算该宏用户的信干燥比，直至该宏用户的信干燥比满足门限值SINR_thrm，否则重复执行步骤1-2至步骤1-4；

步骤1-5若γ_m≥SINR_thrm，返回步骤1-1，直至所有宏用户都选择过。

步骤2、根据调整后的新颜色列表，建立家庭基站的无向干扰图G＝(V，E，W)，其中点集V＝{v1，v2…vg}，g为家庭基站的个数，每个点代表1个家庭基站；边集E＝{e1，e2…eh}，h为边的条数，两点之间有边代表存在干扰，具体为：

步骤A：选择家庭基站f；

步骤B：根据调整后的新颜色列表，可以得出此家庭基站在各个信道上的干扰家庭基站集。计算此家庭基站的信干噪比γ_f，若γ_f＜SINR_thrf，则依次从它的干扰集I_k中移除干扰最大的家庭基站，此时被移除的家庭基站与该家庭基站之间形成权重为1的边，此边为无向边，存在边的两个家庭基站不能共用同一个子信道；其中γ_f＝min(γ_f，i)， ${\mathrm{\γ}}_{f,i}=\frac{P_{l,i}\·G_{l,n}}{\underset{k\∈I_k}{\mathrm{\Σ}}{P}_{k,i}\·G_{k,n}+{\mathrm{\η}}_i\·P_{M,i}\·G_{M,n}+N_0\·B},$ η_i为0或1，代表宏用户是否占用子信道i；若宏用户占用子信道i，则为1，否则为0；P_l，i和P_k，i分别是家庭基站l和k在子信道i上的发射功率，G_l，n和G_k，n分别是家庭基站l和k到家庭用户n的路径增益，P_M，i是宏基站在子信道i上的发射功率，G_M，n是宏基站到此家庭用户的路径增益，I_k为干扰的家庭基站集，N₀为热噪声密度，B为子信道带宽；重复步骤B直至γ_f≥SINR_thrf；

步骤C：重复步骤A至步骤B，直至所有家庭基站都选择过，这样就可以获得所有家庭基站之间的边集；

步骤D：根据家庭基站及家庭基站之间的边来构建家庭基站之间的无向干扰图。

步骤3、利用图论方式，为构建的无向干扰图中的家庭基站进行顶点着色，确定每个家庭基站最终可用的颜色列表，根据家庭基站的最终可用的子信道来实现家庭基站信道的动态分配，从而完成整个网络的信道分配的方法：在满足宏用户要求的前提下，利用无向干扰图中每个点的新颜色列表，将颜色列表中的每个颜色对应1个簇，每个簇中包含不同的初始点，依次在每个簇中去除对其他点干扰最大的点，找到每个簇中的最大点数和属于各个簇的点集，最后获得每个点可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，从而完成对整个网络的信道分配；

具体实现过程如下：

A、利用上述形成的新颜色列表，为每个点着其相应颜色列表中任意一种颜色，作为该点最终确定可用的一种颜色；

B、选择一种颜色；

C、在所有点的新颜色列表中找出所有可着此色的点，作为簇中的初始点；

D、若簇

非空，计算此簇中每个点与这个簇其他点之间相互边的条数，选出条数最大的那个点；

E、若这样的点有多个，则随机选一个，从簇

中移除；

F、更新簇

重复D-E，直至此簇中的点相互之间都没有边，则簇中剩余的点就是簇

的最终元素；

G、重复执行B-F，直到所有的颜色都被选过，最终获得每个簇中最终元素，根据簇中最终元素即可知道每个点最终可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，从而完成对整个网络的信道分配。

图2为无向干扰图中各个点最终可用信道和任意两点之间边的情况，点为1-10共10个点，信道为{1，2，3，4，5}5个信号。

分配前，各个点之间无边，且每个点可用的信道均为{1，2，3，4，5}；为保证宏用户信干噪比达到门限值，各个点可用的信道如图2所示，如点1最终可用的信道为{1，2，3，4，5}，点5最终可用的信道为{1，2，4，5}。按上述方法对家庭基站系统建立干扰图后，得到各点之间边的存在情况，如点1和点2之间存在边，点1和点3之间无边。

实施例2

如图3、图4所示，由于家庭基站和家庭用户分布的随机性，每个家庭用户接收到的有用功率和受到的干扰大小都不同，为了能更好的表示其他家庭基站对它的干扰情况，区分干扰大小，可以建立有向的权重图来解决这一问题。

一种基于OFDM的两层网络中信道分配方法，该方法基于宏基站与家庭基站共存，两者共享频谱的平台，所述网络中的每个家庭基站对应一个初始颜色列表，每个颜色代表一个子信道，包括以下步骤：

步骤1、调整分配给每个家庭基站的初始颜色列表，使得所有宏用户的信噪比满足门限值，具体为：

步骤1-1选择一个宏用户；

步骤1-2计算该宏用户的信干噪比γ_m，其中

P_M，i和P_k，i分别是宏基站和家庭基站k在子信道i上的发射功率，G_M，m和G_k，m分别是宏基站和家庭基站k到宏用户m的路径增益，I_k为干扰的家庭基站集，N₀为热噪声密度，B为子信道带宽；

步骤1-3判断该宏用户的信干噪比γ_m是否满足门限值SINR_thrm；

步骤1-4若γ_m＜SINR_thrm，则从I_k中移除干扰最大的家庭基站BS_f并从移除的家庭基站BS_f可用的颜色列表中去掉已分配给此宏用户使用的颜色，则该家庭基站BS_f对该宏用户无干扰，返回步骤1-2重新计算该宏用户的信干燥比，直至该宏用户的信干燥比满足门限值SINR_thrm，否则重复执行步骤1-2至步骤1-4；

步骤1-5若γ_m≥SINR_thrm，返回步骤1-1，直至所有宏用户都选择过。

步骤2、根据调整后的新颜色列表，建立家庭基站的有向权重干扰图G＝(V，E，W)，其中点集V＝{v1，v2…vg}，g为家庭基站的个数，每个点代表1个家庭基站；边集E＝{e1，e2…eh}，h为边的条数，两点之间有边代表存在干扰，具体为：

步骤a、选择家庭基站f，将家庭基站f划分一个以自身家庭用户为中心，半径不同的区域，该半径为家庭基站f的门限距离；

步骤b、判断其他家庭基站距此家庭基站的距离，若其他家庭基站离此家庭基站的距离小于此门限距离时，该家庭用户将受较大的干扰，则其他家庭基站与此家庭基站之间形成边，边上的权重值大小表示干扰的大小，权重值表示方式如下：

其中d_f2→1为干扰家庭基站f2到用户1的距离，d_thrf1为家庭用户1的门限距离，w_2→1为干扰图中家庭基站f2指向用户1的边上的权重值；

步骤c、重复步骤a-步骤b，直至所有家庭基站都被选过，这样所有的家庭基站之间就形成权重值大小不同的边；

步骤d、根据家庭基站以及家庭基站之间权重值大小不同的边来构建家庭基站之间的有向权重图；

步骤3、利用图论方式，为构建的有向权重干扰图中的家庭基站进行顶点着色，确定每个家庭基站最终可用的颜色列表，根据家庭基站的最终可用的子信道来实现家庭基站信道的动态分配，从而完成整个网络的信道分配的方法：在满足宏用户要求的前提下，利用有向权重干扰图中每个点的新颜色列表，将颜色列表中的每个颜色对应1个簇，每个簇中包含不同的初始点，依次在每个簇中去除对其他点干扰最大的点，找到每个簇中的最大点数和属于各个簇的点集，最后获得每个点可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，完成对整个网络的信道分配；

具体实现过程如下：

a、利用上述形成的新颜色列表，为每个点着其相应颜色列表中任意一种颜色，作为该点最终确定可用的一种颜色；

b、选择一种颜色；

c、在所有点的新颜色列表中找出所有可着此色的点，作为簇

中的初始点；

d、若簇

非空，对此簇中每个点计算此点指向这个簇中其他点的边上的权重值之和，选出权重之和最大的那个点；

e、若这样的点有多个，则随机选一个，从簇

中移除；

f、更新簇

重复d-e，直至此簇中的点相互之间都没有边，则簇中剩余的点就是簇

的最终元素；

g、重复执行b-f，直到所有的颜色都被选过，最终获得每个簇中最终元素，根据簇中最终元素即可知道每个点最终可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，从而完成对整个网络的信道分配。

图3为各个点最终可用信道和任意两点之间边的情况，点为1-10，信道为{1，2，3，4，5}。分配前，各个点之间无边，且每个点可用的信道均为{1，2，3，4，5}。为保证宏用户信干噪比达到门限值，各个点可用的信道如图所示，如点1最终可用的信道为{1，2，3，4，5}，点5最终可用的信道为{1，2，4，5}。按上述方法对家庭基站系统建立干扰图后，得到各点之间边的存在情况，如点1和点2之间存在点1指向点2的有向边，边上的权重为0.21，点1和点3之间无边。

这样，就可以确定每个点最终可占用哪些子信道，整个网络的信道也就分配好了；本专利的算法通过建立家庭基站系统的干扰图，并采用簇形成改进算法来完成对各个家庭基站的子信道分配，既保证了一定的公平性，也提高了频谱利用效率，使各个子信道得到最大程度的复用。

Claims (6)

1.一种基于OFDM的两层网络中信道分配方法，该方法基于宏基站与家庭基站共存，两者共享频谱的平台，所述网络中的每个家庭基站对应一个初始颜色列表，每个颜色代表一个子信道，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、调整分配给每个家庭基站的初始颜色列表，使得所有宏用户的信噪比满足门限值；

步骤2、根据调整后的新颜色列表，建立家庭基站的干扰图G＝(V，E，W)，其中点集V＝{v1，v2…vg}，g为家庭基站的个数，每个点代表1个家庭基站；边集E＝{e1，e2…eh}，h为边的条数，两点之间有边代表存在干扰；

步骤3、利用图论方式，为构建的干扰图中的家庭基站进行顶点着色，确定每个家庭基站最终可用的颜色列表，根据家庭基站的最终可用的子信道来实现家庭基站信道的动态分配，从而完成整个网络的信道分配。

2.根据权利要求1所述的基于OFDM的两层网络中信道分配方法，其特征在于，所述步骤1中调整分配给每个家庭基站的初始颜色列表，使得所有宏用户的信噪比满足门限值，具体如下：

步骤1-1选择一个宏用户；

步骤1-2计算该宏用户的信干噪比γ_m，其中

P_M，i和P_k，i分别是宏基站和家庭基站k在子信道i上的发射功率，G_M，m和G_k，m分别是宏基站和家庭基站k到宏用户m的路径增益，I_k为干扰的家庭基站集，N₀为热噪声密度，B为子信道带宽；

步骤1-3判断该宏用户的信干噪比γ_m是否满足门限值SINR_thrm；

步骤1-4若γ_m＜SINR_thrm，则从I_k中移除干扰最大的家庭基站BS_f并从移除的家庭基站BS_f可用的颜色列表中去掉已分配给此宏用户使用的颜色，则该家庭基站BS_f对该宏用户无干扰，返回步骤1-2重新计算该宏用户的信干燥比，直至该宏用户的信干燥比满足门限值SINR_thrm，否则重复执行步骤1-2至步骤1-4；

步骤1-5若γ_m≥SINR_thrm，返回步骤1-1，直至所有宏用户都选择过。

3.根据权利要求1所述的基于OFDM的两层网络中信道分配方法，其特征在于，所述步骤2中构建家庭基站之间的干扰图为无向干扰图，具体为：

步骤A：选择家庭基站f；

步骤B：根据调整后的新颜色列表，得出此家庭基站在各个信道上的干扰集I_k，计算此家庭基站的信干噪比γ_f，若γ_f＜SINR_thrf，则依次从它的干扰集I_k中移除干扰最大的家庭基站，此时被移除的家庭基站与该家庭基站之间形成权重为1的边，此边为无向边，存在边的两个家庭基站不能共用同一个子信道；其中γ_f＝min(γ_f，i)， ${\mathrm{\γ}}_{f,i}=\frac{P_{l,i}\·G_{l,n}}{\underset{k\∈I_k}{\mathrm{\Σ}}{P}_{k,i}\·G_{k,n}+{\mathrm{\η}}_i\·P_{M,i}\·G_{M,n}+N_0\·B},$ η_i为0或1，代表宏用户是否占用子信道i；若宏用户占用子信道i，则为1，否则为0；P_l，i和P_k，i分别是家庭基站l和k在子信道i上的发射功率，G_l，n和G_k，n分别是家庭基站l和k到家庭用户n的路径增益，P_M，i是宏基站在子信道i上的发射功率，G_M，n是宏基站到此家庭用户的路径增益，I_k为干扰的家庭基站集，N₀为热噪声密度，B为子信道带宽；重复步骤B直至γ_f≥SINR_thrf；

步骤C：重复步骤A至步骤B，直至所有家庭基站都选择过，这样就可以获得所有家庭基站之间的边集；

步骤D：根据家庭基站及家庭基站之间的边来构建家庭基站之间的无向干扰图。

4.根据权利要求1所述的OFDM两层网络中信道分配方法，其特征在于，所述步骤2中构建家庭基站之间的干扰图为有向权重图，具体为：

步骤a、选择家庭基站f，将家庭基站f划分一个以自身家庭用户为中心，半径不同的区域，该半径为家庭基站f的门限距离；

步骤b、判断其他家庭基站距此家庭基站的距离，若其他家庭基站离此家庭基站的距离小于此门限距离时，该家庭用户将受较大的干扰，则其他家庭基站与此家庭基站之间形成边，边上的权重值大小表示干扰的大小，权重值表示方式如下：其中d_f2→1为干扰家庭基站f2到用户1的距离，d_thrf1为家庭用户1的门限距离，w_2→1为干扰图中家庭基站f2指向用户1的边上的权重值；

步骤c、重复步骤a-步骤b，直至所有家庭基站都被选过，这样所有的家庭基站之间就形成权重值大小不同的边；

步骤d、根据家庭基站以及家庭基站之间权重值大小不同的边来构建家庭基站之间的有向权重图。

5.根据权利要求3所述的基于OFDM的两层网络中信道分配方法，其特征在于，利用图论方式，为构建的无向干扰图中的家庭基站进行顶点着色，确定每个家庭基站最终可用的颜色列表，根据家庭基站的最终可用的子信道来实现家庭基站信道的动态分配，从而完成整个网络的信道分配的方法：在满足宏用户要求的前提下，利用无向干扰图中每个点的新颜色列表，将颜色列表中的每个颜色对应1个簇，每个簇中包含不同的初始点，依次在每个簇中去除对其他点干扰最大的点，找到每个簇中的最大点数和属于各个簇的点集，最后获得每个点可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，从而完成对整个网络的信道分配；

具体实现过程如下：

A、利用上述形成的新颜色列表，为每个点着其相应颜色列表中任意一种颜色，作为该点最终确定可用的一种颜色；

B、选择一种颜色；

C、在所有点的新颜色列表中找出所有可着此色的点，作为簇

中的初始点；

D、若簇

非空，计算此簇中每个点与这个簇其他点之间相互边的条数，选出条数最大的那个点；

E、若这样的点有多个，则随机选一个，从簇

中移除；

F、更新簇

重复D-E，直至此簇中的点相互之间都没有边，则簇中剩余的点就是簇

的最终元素；

G、重复执行B-F，直到所有的颜色都被选过，最终获得每个簇中最终元素，根据簇中最终元素即可知道每个点最终可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，从而完成对整个网络的信道分配。

6.根据权利要求4所述的基于OFDM的两层网络中信道分配方法，其特征在于，利用图论方式，为构建的有向权重干扰图中的家庭基站进行顶点着色，确定每个家庭基站最终可用的颜色列表，根据家庭基站的最终可用的子信道来实现家庭基站信道的动态分配，从而完成整个网络的信道分配的方法：在满足宏用户要求的前提下，利用有向权重干扰图中每个点的新颜色列表，将颜色列表中的每个颜色对应1个簇，每个簇中包含不同的初始点，依次在每个簇中去除对其他点干扰最大的点，找到每个簇中的最大点数和属于各个簇的点集，最后获得每个点可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，完成对整个网络的信道分配；

具体实现过程如下：

a、利用上述形成的新颜色列表，为每个点着其相应颜色列表中任意一种颜色，作为该点最终确定可用的一种颜色；

b、选择一种颜色；

c、在所有点的新颜色列表中找出所有可着此色的点，作为簇

中的初始点；

d、若簇

非空，对此簇中每个点计算此点指向这个簇中其他点的边上的权重值之和，选出权重之和最大的那个点；

e、若这样的点有多个，则随机选一个，从簇

中移除；

f、更新簇

重复d-e，直至此簇中的点相互之间都没有边，则簇中剩余的点就是簇

的最终元素；

g、重复执行b-f，直到所有的颜色都被选过，最终获得每个簇中最终元素，根据簇中最终元素即可知道每个点最终可用的颜色列表，利用家庭基站的颜色列表来表示每个家庭基站可用的信道，实现家庭基站信道的动态分配，从而完成对整个网络的信道分配。

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