CN103052073B - 异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，主要解决现有算法在LTE异构网络的频谱资源分配的时候，网络的吞吐量和公平性较低的问题。其实现方法是：在确定每个家庭基站的相邻家庭基站后，确定宏基站和每个家庭基站需求频谱资源块的数目；然后，根据家庭基站需求频谱资源块的数目给家庭基站分配颜色并确定家庭基站总共需求的频谱资源块的数目；接着，给宏基站和家庭基站动态分配频谱资源块；更新家庭用户的信干噪比，重新计算家庭基站需求的频谱资源块的数目并重新分配，经过多次循环，使系统性能达到最优。本发明提高了网络的吞吐量并保证了系统的公平性，可用于LTE下宏基站和家庭基站下行链路的频谱分配。

Description

异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及LTE异构网络的频谱资源分配技术，特别涉及一种基于用户速率需求的改进图论着色频谱资源分配方法，可用于LTE下宏基站和家庭基站下行链路的频谱分配。

背景技术

近些年来，无线通信技术得到了迅速的发展，随着无线通信技术的发展，无线用户的数量急剧增多，业务需求也急剧增加。同时，有三分之二的话音业务和70%的数据业务发生在室内，因此，为了满足发生在室内的大量业务需求，提高室内用户的服务质量，在宏基站的覆盖范围的建筑物内部署家庭基站成为了非常有效的方法。家庭基站的部署，能够降低宏基站的负载，提高家庭用户的服务质量以及极大地提高网络的吞吐量。

但是，由于宏基站和家庭基站的覆盖区域是相互重叠的，密集部署的家庭基站之间也有相互重叠的区域，因此，如何减轻宏基站和家庭基站以及家庭基站之间的干扰成为了一个非常重要的问题。动态频谱分配算法能够有效地减小不同基站之间干扰，提高网络的吞吐量，因此，通常采用动态频谱分配的方法来解决不同基站之间的干扰，提高网络的吞吐量。

目前，基于LTE下宏基站和家庭基站的频谱资源分配大多在分配的时候没有考虑到用户的速率需求，如Uygungelen,S.等在Vehicular Technology Conference(VTCSpring)，2011《Graph-Based Dynamic Frequency Reuse in Femtocell Networks》一文中，提出了一种基于图论着色算法动态分配频谱资源的方法，此方法以频谱资源的利用率达到最大为目的，但此方法的不足是没有考虑到用户的速率需求，从而有可能会造成有些速率需求高的家庭基站因为干扰情况而分配比较少的频谱资源，而另外一些速率需求小的家庭基站却分配非常多的频谱资源，从而造成频谱资源的浪费；在考虑了用户速率需求的情况下，网络的吞吐量又比较低，如Hatoum,A.等在IEEEInternationalConference on Communications(ICC)，2011《FCRA:Femtocell Cluster-basedResource Allocation Scheme for OFDMA Networks》一文中，通过最小最大化算法来分配频谱资源，这样保证了家庭基站之间的公平性，同时，采用将所有的家庭基站分为多组家庭基站来分别复用频谱资源的方法来降低算法的复杂度。这个算法为尽量保证每个家庭基站需求为目的，没有考虑到系统整体性能的问题，吞吐量无法达到最优。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，以提高网络的吞吐量并保证系统的公平性。

本发明的核心思想为：首先，根据用户的速率需求，确定宏基站以及每个家庭基站所需求的频谱资源块的数目；然后，根据每个家庭基站需求的频谱资源块的数目给家庭基站分配颜色并确定家庭基站总共所需求的频谱资源块的数目；最后，根据宏基站和家庭基站总共所需的频谱资源块的数目动态地分配频谱资源,提高网络的吞吐量和保证系统的公平性。

具体的实现步骤如下：

（1）根据家庭基站以及家庭用户的位置信息确定每个家庭基站的相邻家庭基站；

（2）根据宏用户的速率需求确定宏基站所需要的频谱资源块的数目N^Ma；

（3）初始化循环次数j＝0；

（4）根据家庭用户的速率需求确定每个家庭基站所需要的频谱资源块的数目，家庭基站k所需求的频谱资源块的数目为

（5）根据每个家庭基站所需求的频谱资源块的数目给家庭基站分配颜色：

（5a）初始化颜色集合Cl＝{1}，用一个非零自然数表示一个颜色，初始化家庭基站k获得的颜色集合Cl_k为空集，k∈{1,2,…,D}，D为家庭基站的总数目，初始化循环次数y＝0；

（5b）判断循环次数y与各个家庭基站需求的频谱资源块数目的最大值的关系，如果则执行步骤（5f），否则，初始化未被选择的家庭基站集合Fs为所有的家庭基站组成的集合；

（5c）判断未被选择的家庭基站集合Fs是否为空集，如果Fs为空集，则令循环次数y＝y+1，并返回到步骤（5b），否则，从Fs中选择饱和度最大的家庭基站为候选家庭基站f；

（5d）判断候选家庭基站f获得的颜色数|Cl_f|与候选家庭基站f需求的频谱资源块的数目的关系，如果将候选家庭基站f从Fs中移除，返回到步骤（5c）；否则，找出候选家庭基站f的可用颜色集合Cl_av；

（5e）判断候选家庭基站f的可用颜色集合Cl_av是否为空集，如果Cl_av不为空，则从Cl_av中找出最小的一个颜色分配给候选家庭基站f的颜色集合Cl_f，并将候选家庭基站f从未被选择的家庭基站集合Fs中移除，返回到步骤（5c），否则，给颜色集合Cl增加一个新的颜色，并将新的颜色分配给候选家庭基站f的颜色集合Cl_f，并将候选家庭基站f从未被选择的家庭基站集合Fs中移除，返回到步骤（5c）；

（5f）在分配完成后，统计每个颜色的使用次数；

（6）根据宏基站和家庭基站需求的频谱资源块的数目，以及各个家庭基站分配颜色的情况，动态分配频谱资源：

（6a）将频谱资源块数目N^Ma跟家庭基站总共需求的频谱资源块数目N^F求和N^Ma+N^F并与频谱资源块的数目N比较，N^F为家庭基站总共需求的频谱资源块的数目，如果N≥N^Ma+N^F，表明频谱资源充足，执行步骤（6b）；如果N＜N^Ma+N^F，表明频谱资源不足，执行步骤（6e）；

（6b）从N个系统总共的频谱资源块中取出N^Ma个频谱资源块分配给宏基站；

（6c）将步骤（5f）中统计的颜色使用次数进行降幂排列，依次给每个颜色分配一个未被分配的频谱资源块，直到所有的频谱资源块分配完毕；

（6d）根据上述每个颜色分配的频谱资源块，按照每个家庭基站获得的颜色给家庭基站分配相应的频谱资源块，分配结束；

（6e）从N个系统总共的频谱资源块中取出个频谱资源块分配给宏基站，取出个频谱资源块作为预留频谱资源块，其中，0＜α＜1；

（6f）将步骤（5f）中统计的颜色使用次数进行降幂排列，依次给每个颜色分配一个未被分配的频谱资源块，并将频谱资源块分配给获得该颜色的家庭基站，直到将剩余的N-N^Ma个频谱资源块分配完毕；

（6g）判断未分配频谱资源块的颜色数X与的关系，如果则将个频谱资源块依次分配给未被分配频谱资源块的颜色，并分配给获得该颜色的家庭基站；如果则从个频谱资源块中取出X个频谱资源块依次分配给未被分配频谱资源块的颜色，并分配给获得该颜色的家庭基站，将剩余的个频谱资源块分配给宏基站；

（7）根据频谱资源块的分配情况，重新计算出每个家庭用户的信干噪比，令循环次数j自增1；

（8）将循环次数j与设定的最多可重复执行的次数J比较，并将家庭用户信干噪比的均差与设定的家庭用户信干噪比的均差最大可接受的门限ε比较，δ_k,i表示家庭基站k下的第i个家庭用户第j-1次和j循环的信干噪比之差，如果j＝J或者则输出频谱资源的分配结果，否则，返回到步骤（4）。

本发明与现有技术相比具有如下主要优点：

1）本发明在进行动态地频谱资源分配的时候，以用户的需求为前提，避免了需求大的家庭基站分配比较少的频谱资源，而需求小的家庭基站分配非常多的频谱资源，造成频谱资源浪费的情况，从而保证了系统的公平性。

2）在分配频谱资源的时候，根据每个家庭基站需求的频谱资源块的数目给家庭基站分配颜色并确定家庭基站总共所需求的频谱资源块的数目，然后在宏基站和家庭基站之间动态地分配频谱资源块，提高了网络的吞吐量。

附图说明

图1是本发明适用的应用场景图；

图2是本发明的流程图；

图3是本发明的仿真场景图；

图4是本发明的网络的吞吐量随循环次数变化情况的仿真图；

图5是本发明的系统的公平性随循环次数变化情况的仿真图；

图6是本发明与现有的动态频谱资源分配方法的网络吞吐量的比较图；

图7是本发明与现有的动态频谱资源分配方法的公平性比较图。

具体实施方式

以下对本发明的原理以及技术方案做进一步的描述：

本发明的实现场景如图1所示，其为一个宏基站的覆盖范围内随机部署着多个家庭基站。在这个场景中，共有一个宏基站，D个家庭基站，M个用户接入宏基站，接入宏基站的用户为宏用户，宏基站中第i个宏用户的速率需求为接入第k个家庭基站的用户为M_k个，接入家庭基站的用户为家庭用户，其中第i个家庭用户的速率需求为系统中存在着一个中心管理器，管理着宏基站与家庭基站之间的频谱资源的分配，系统总共有N个频谱资源块。

参照图2，本发明在图1所示场景中进行频谱资源分配的实现步骤如下：

步骤1，根据家庭基站以及家庭用户的位置信息确定每个家庭基站的相邻家庭基站，相邻家庭基站为对这个家庭基站的干扰超过一定范围的家庭基站。

1.1）计算每个家庭用户的虚拟信干噪比，家庭基站k中的第i个家庭用户的虚拟信干噪比为：

${\mathrm{\γ}}_{k,i}^F=\frac{P_{k,i}}{\underset{l\∈I_{k,i}}{\mathrm{\Σ}}{P}_{l,i}+N_o}$

其中，P_k,i为家庭基站k中的第i个家庭用户的接收功率，P_l,i为家庭基站k中的第i个家庭用户接收到的家庭基站l的信号功率，l≠k，I_k,i表示家庭基站k中第i个家庭用户的虚拟干扰家庭基站集合，初始化I_k,i＝{1,2,…,k-1,k+1,…D}，N₀为噪声功率；

1.2）把家庭基站k中的第i个家庭用户的与门限值γ_th进行比较，如果则将最大的P_l,i相对应的家庭基站作为家庭基站k的相邻家庭基站，并从集合I_k,i里面移除，并添加到家庭基站k中的第i个家庭用户的相邻家庭基站集合φ_k,i中，返回到步骤1.1），如果则执行步骤1.3）；

1.3）计算每个家庭基站的相邻家庭基站集合，其中，家庭基站k的相邻家庭基站集合为 ${\mathrm{\φ}}_k=\underset{i=1}{\overset{M_k}{\∪}}{\mathrm{\φ}}_{k,i};$

步骤2，根据宏用户的速率需求确定宏基站所需要的频谱资源块的数目N^Ma。

2.1）利用3GPP TR36.942中的公式，计算宏用户i使用一个频谱资源块所能支持的速率

$C_i^{\mathrm{Ma}}=\left\{\begin{array}{cc}0& {\mathrm{SINR}}_i^{\mathrm{Ma}}<{\mathrm{\&gamma;}}_{\min }\\ \mathrm{\&mu;B}{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_i^{\mathrm{Ma}})& {\mathrm{\&gamma;}}_{\min }<{\mathrm{SINR}}_i^{\mathrm{Ma}}<{\mathrm{\&gamma;}}_{\max }\\ {\stackrel{\&OverBar;}{C}}_{\max }& {\mathrm{SINR}}_i^{\mathrm{Ma}}>{\mathrm{\&gamma;}}_{\max }\end{array}\right.$

其中，μ为衰减因子，γ_min和γ_max分别为最小和最大信干噪比门限，为一个频谱资源块所能支持的最大传输速率，B为一个频谱资源块的带宽，为宏用户i的信干噪比。在本发明中，由于宏基站和家庭基站使用不同的频谱资源块，所以，宏用户不会接收到来自家庭基站的干扰，因此，宏用户i的信干噪比为 为宏用户i接收到的宏基站的功率，N₀为噪声功率；

2.2）根据所述的计算宏基站需求的频谱资源块的数目N^Ma：

其中，为宏用户i所需的频谱资源块的数目，为宏用户i使用一个频谱资源块所能支持的速率，为宏用户i的速率需求。

步骤3，初始化循环次数j＝0。

步骤4，根据家庭用户的速率需求确定每个家庭基站需要的频谱资源块的数目。

4.1）利用3GPP TR36.942中的公式，计算家庭基站k中的第i个家庭用户使用一个频谱资源块所能支持的速率

$C_{k.i}^F=\left\{\begin{array}{cc}0& {\mathrm{SINR}}_{k,i}^F<{\mathrm{\&gamma;}}_{\min }\\ \mathrm{\&mu;B}{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{k,i}^F)& {\mathrm{\&gamma;}}_{\min }<{\mathrm{SINR}}_{k,i}^F<{\mathrm{\&gamma;}}_{\max }\\ {\stackrel{\&OverBar;}{C}}_{\max }& {\mathrm{SINR}}_{k,i}^F>{\mathrm{\&gamma;}}_{\max }\end{array}\right.$

为家庭基站k下的第i个家庭用户的信干噪比，由于在本发明中，相邻家庭基站不能使用相同的频谱资源块，所以，相邻家庭基站之间不存在干扰，家庭基站k下的第i个家庭用户的信干噪比为：

${\mathrm{SINR}}_{k,i}^F=\frac{P_{k,i}}{\underset{l\&Element;I_{k,i}^{\mathrm{rem}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_{l,i}+N_0}$

式中，P_k,i为家庭基站k中的第i个家庭用户的接收功率，P_l,i为家庭基站k中的第i个家庭用户接收到的家庭基站l的信号功率，l≠k，为家庭基站k的干扰家庭基站的集合，初始化为家庭基站k的非相邻家庭基站的集合，N₀为噪声功率；

4.2）根据所述的计算家庭基站k需求的频谱资源块的数目

其中，为第k个家庭基站的第i个家庭用户的速率需求。

步骤5，根据每个家庭基站所需求的频谱资源块的数目给家庭基站分配颜色。

5.1）初始化颜色集合Cl＝{1}，用一个非零自然数表示一个颜色，初始化家庭基站k获得的颜色集合Cl_k为空集，k∈{1,2,…,D}，初始化循环次数y＝0；

5.2）判断循环次数y与各个家庭基站需求的频谱资源块数目的最大值的关系，如果则执行步骤5.6），否则，初始化未被选择的家庭基站集合Fs为所有的家庭基站组成的集合；

5.3）判断未被选择的家庭基站集合Fs是否为空集，如果Fs为空集，则令循环次数y＝y+1，并返回到步骤5.2），否则，从Fs中选择饱和度最大的家庭基站为候选家庭基站f，家庭基站k的饱和度为家庭基站k的相邻家庭基站中分配的颜色与家庭基站k不同的家庭基站的数目；

5.4）判断候选家庭基站f获得的颜色数|Cl_f|与候选家庭基站f需求的频谱资源块的数目的关系，如果将候选家庭基站f从Fs中移除，返回到步骤5.3），否则，找出候选家庭基站f的可用颜色集合Cl_av，即家庭基站f的相邻家庭基站没有使用过的颜色的集合；

5.5）判断候选家庭基站f的可用颜色集合Cl_av是否为空集，如果Cl_av不为空，则从Cl_av中找出最小的一个颜色分配给候选家庭基站f的颜色集合Cl_f，并将候选家庭基站f从未被选择的家庭基站集合Fs中移除，返回到步骤5.3），否则，给颜色集合Cl增加一个新的颜色，并将新的颜色分配给候选家庭基站f的颜色集合Cl_f，并将候选家庭基站f从未被选择的家庭基站集合Fs中移除，返回到步骤5.3）；

5.6）在分配完成后，统计每个颜色的使用次数，并获得总共使用的颜色数N^F，该总共使用的颜色数N^F即为家庭基站总共需求的频谱资源块的数目。

步骤6.根据宏基站和家庭基站总共所需求的频谱资源块的数目以及家庭基站颜色分配的情况进行频谱资源的分配。

6.1）将频谱资源块数目N^Ma跟家庭基站总共需求的频谱资源块数目N^F求和N^Ma+N^F并与频谱资源块的数目N比较，如果N≥N^Ma+N^F，表明频谱资源充足，执行步骤6.2），如果N＜N^Ma+N^F，表明频谱资源不足，执行步骤6.5）；

6.2）从N个频谱资源块中取出N^Ma个频谱资源块分配给宏基站；

6.3）将步骤5.6）中统计的颜色使用次数进行降幂排列，依次给每个颜色分配一个未被分配的频谱资源块，直到所有的频谱资源块分配完毕；

6.4）根据上述每个颜色分配的频谱资源块，按照每个家庭基站获得的颜色给家庭基站分配相应的频谱资源块，分配结束；

6.5）从N个频谱资源块中取出个频谱资源块分配给宏基站，取出个频谱资源块作为预留频谱资源块，其中，0＜α＜1；

6.6）将步骤5.6）中统计的颜色使用次数进行降幂排列，依次给每个颜色分配一个未被分配的频谱资源块，并将频谱资源块分配给获得该颜色的家庭基站，直到将剩余的N-N^Ma个频谱资源块分配完毕；

6.7）判断未分配频谱资源块的颜色数X与的关系，如果则将个频谱资源块依次分配给未被分配频谱资源块的颜色，并分配给获得该颜色的家庭基站，如果则从个频谱资源块中取出X个频谱资源块依次分配给未被分配频谱资源块的颜色，并分配给获得该颜色的家庭基站，将剩余的个频谱资源块分配给宏基站。

步骤7.根据频谱资源块的分配情况，重新计算出每个家庭用户的信干噪比，循环次数j自增1。

步骤8.将循环次数j与设定的最多可重复执行的次数J比较，并将家庭用户信干噪比的均差与设定的家庭用户信干噪比的均差最大可接受的门限ε比较，δ_k,i表示家庭基站k下的第i个家庭用户第j-1次和j循环的信干噪比之差，如果j＝J或者则输出频谱资源的分配结果，否则，返回到步骤4，在本实例中，设定J＝10，ε＝0.1。

本发明的效果可通过仿真进一步说明：

1）仿真参数

图3为系统的仿真场景图，图3中，每个点代表一个家庭基站，小方框为家庭基站的覆盖范围，边长为10m，中心的方框为宏基站。

假设宏基站的覆盖范围下部署着D＝72个家庭基站，考虑网络下行链路场景，接入宏基站的宏用户数M＝50个，每个宏用户的速率需求在0～1Mbps中随机产生，为均匀分布；每个家庭基站下随机部署着1～5个家庭用户，宏基站的最大发射功率为46dBm，每个频谱资源块的发射功率为26dBm，覆盖半径为500m，家庭基站的最大发射功率为20dBm，每个频谱资源块的发射功率为0dBm，系统总共有N＝100个频谱资源块，每个频谱资源块的带宽为180KHz，宏基站的路径损耗公式为PL＝128+37.6log₁₀d，家庭基站的路径损耗公式为PL＝127+30log₁₀d，d为基站到用户的距离，单位为千米，α＝0.8，γ_min＝-10dBm，γ_max＝22dBm，μ＝0.6。

2）仿真内容与结果

仿真1，对本发明随着循环次数的增加所能达到的最大网络的吞吐量进行了仿真，其结果如图4。从图4可以看出，在家庭用户平均速率需求不同的条件下，随着循环次数的增加，网络的吞吐量提高，然后达到平稳。

仿真2，对本发明随着循环次数的增加所能达到的最大系统公平性进行了仿真，结果如图5。从图5可以看出，在家庭用户平均速率需求不同的条件下，随着循环次数的增加，系统的公平性提高，然后达到稳定状态。

仿真3，对本发明和基于图论的方法以及基于MinMax的FCRA方法随着家庭用户平均速率需求的增大系统所能获得的网络吞吐量进行仿真，结果如图6。从图6可以看出，在家庭用户的不同速率需求下，与基于图论的方法和基于MinMax的FCRA方法相比，本发明方法均可以提升网络的吞吐量。

仿真4，对本发明和基于图论的方法以及基于MinMax的FCRA方法随着家庭用户平均速率需求的增大所能达到的系统的公平性进行仿真，结果如图7。从图7可以看出，在家庭用户的不同速率需求下，本发明的公平性优于基于图论的方法，在家庭用户平均速率需求比较大的时候，本发明的公平性要略小于基于MinMax的FCRA方法。

Claims (4)

1.一种异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，包括如下步骤：

(1)根据家庭基站以及家庭用户的位置信息确定每个家庭基站的相邻家庭基站；

(2)根据宏用户的速率需求确定宏基站所需要的频谱资源块的数目N^Ma；

(3)初始化循环次数j＝0；

(4)根据家庭用户的速率需求确定每个家庭基站所需要的频谱资源块的数目，家庭基站k所需求的频谱资源块的数目为

(5)根据每个家庭基站所需求的频谱资源块的数目给家庭基站分配颜色：

(5a)初始化颜色集合Cl＝{1}，用一个非零自然数表示一个颜色，初始化家庭基站k获得的颜色集合Cl_k为空集，k∈{1,2,…,D}，D为家庭基站的总数目，初始化循环次数y＝0；

(5b)判断循环次数y与各个家庭基站需求的频谱资源块数目的最大值的关系，如果则执行步骤(5f)，否则，初始化未被选择的家庭基站集合Fs为所有的家庭基站组成的集合；

(5c)判断未被选择的家庭基站集合Fs是否为空集，如果Fs为空集，则令循环次数y＝y+1，并返回到步骤(5b)，否则，从Fs中选择饱和度最大的家庭基站为候选家庭基站f；

(5d)判断候选家庭基站f获得的颜色数|Cl_f|与候选家庭基站f需求的频谱资源块的数目的关系，如果将候选家庭基站f从Fs中移除，返回到步骤(5c)；否则，找出候选家庭基站f的可用颜色集合Cl_av；

(5e)判断候选家庭基站f的可用颜色集合Cl_av是否为空集，如果Cl_av不为空，则从Cl_av中找出最小的非零自然数表示的颜色分配给候选家庭基站f的颜色集合Cl_f，并将候选家庭基站f从未被选择的家庭基站集合Fs中移除，返回到步骤(5c)，否则，给颜色集合Cl增加一个新的颜色，并将新的颜色分配给候选家庭基站f的颜色集合Cl_f，并将候选家庭基站f从未被选择的家庭基站集合Fs中移除，返回到步骤(5c)；

(5f)在分配完成后，统计每个颜色的使用次数；

(6)根据宏基站和家庭基站需求的频谱资源块的数目，以及各个家庭基站分配颜色的情况，动态分配频谱资源：

(6a)将频谱资源块数目N^Ma跟家庭基站总共需求的频谱资源块数目N^F求和N^Ma+N^F并与频谱资源块的数目N比较，N^F为家庭基站总共需求的频谱资源块的数目，如果N≥N^Ma+N^F，表明频谱资源充足，执行步骤(6b)；如果N<N^Ma+N^F，表明频谱资源不足，执行步骤(6e)；

(6b)从N个系统总共的频谱资源块中取出N^Ma个频谱资源块分配给宏基站；

(6c)将步骤(5f)中统计的颜色使用次数进行降幂排列，依次给每个颜色分配一个未被分配的频谱资源块，直到所有的频谱资源块分配完毕；

(6d)根据上述每个颜色分配的频谱资源块，按照每个家庭基站获得的颜色给家庭基站分配相应的频谱资源块，分配结束；

(6e)从N个系统总共的频谱资源块中取出个频谱资源块分配给宏基站，取出个频谱资源块作为预留频谱资源块，其中，0<α<1；

(6f)将步骤(5f)中统计的颜色使用次数进行降幂排列，依次给每个颜色分配一个未被分配的频谱资源块，并将频谱资源块分配给获得该颜色的家庭基站，直到将剩余的N-N^Ma个频谱资源块分配完毕；

(6g)判断未分配频谱资源块的颜色数X与的关系，如果则将个频谱资源块依次分配给未被分配频谱资源块的颜色，并分配给获得该颜色的家庭基站；如果从个频谱资源块中取出X个频谱资源块依次分配给未被分配频谱资源块的颜色，并分配给获得该颜色的家庭基站，将剩余的个频谱资源块分配给宏基站；

(7)根据频谱资源块的分配情况，重新计算出每个家庭用户的信干噪比，令循环次数j自增1；

(8)将循环次数j与设定的最多可重复执行的次数J比较，并将家庭用户信干噪比的均差与设定的家庭用户信干噪比的均差最大可接受的门限ε比较，δ_k,i表示家庭基站k下的第i个家庭用户第j-1次和j循环的信干噪比之差，如果j＝J或者则输出频谱资源的分配结果，否则，返回到步骤(4)，其中，M_k为接入第k个家庭基站的用户。

2.根据权利要求1所述的异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，其中步骤(1)所述的确定每个家庭基站的相邻家庭基站，按如下步骤进行：

(1.1)计算每个家庭用户的虚拟信干噪比，家庭基站k中的第i个家庭用户的虚拟信干噪比为：

${\mathrm{\&gamma;}}_{k,i}^F=\frac{P_{k,i}}{\underset{l\&Element;I_{k,i}}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_{l,i}+N_o}$

其中，P_k,i为家庭基站k中的第i个家庭用户的接收功率，P_l,i为家庭基站k中的第i个家庭用户接收到的家庭基站l的信号功率，l≠k，I_k,i表示家庭基站k中第i个家庭用户的虚拟干扰家庭基站集合，初始化I_k,i＝{1,2,…,k-1,k+1,…D}，N₀为噪声功率；

(1.2)把家庭基站k中的第i个家庭用户的与门限值γ_th进行比较，如果则将最大的P_l,i相对应的家庭基站作为家庭基站k的相邻家庭基站，并从集合I_k,i里面移除，并添加到家庭基站k中的第i个家庭用户的相邻家庭基站集合φ_k,i中，然后返回步骤(1.1)；如果则执行步骤(1.3)；

(1.3)计算每个家庭基站的相邻家庭基站集合，其中，家庭基站k的相邻家庭基站集合为M_k为家庭基站k的家庭用户数。

3.根据权利要求1所述的异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，其中步骤(2)中所述的根据宏用户的速率需求确定宏基站所需要的频谱资源块的数目N^Ma，按如下步骤进行：

(2.1)利用3GPP TR36.942中的公式，计算宏用户i使用一个频谱资源块所能支持的速率

$C_i^{\mathrm{Ma}}=\left\{\begin{array}{cc}0& {\mathrm{SINR}}_i^{\mathrm{Ma}}<{\mathrm{\&gamma;}}_{\min }\\ \mathrm{\&mu;B}{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_i^{\mathrm{Ma}})& {\mathrm{\&gamma;}}_{\min }<{\mathrm{SINR}}_i^{\mathrm{Ma}}<{\mathrm{\&gamma;}}_{\max }\\ {\stackrel{\&OverBar;}{C}}_{\max }& {\mathrm{SINR}}_i^{\mathrm{Ma}}>{\mathrm{\&gamma;}}_{\max }\end{array}\right.$

其中，μ为衰减因子，γ_min和γ_max分别为最小和最大信干噪比门限，为一个频谱资源块所能支持的最大传输速率，B为一个频谱资源块的带宽，为宏用户i的信干噪比，为宏用户i接收到的宏基站的功率，N₀为噪声功率；

(2.2)根据所述的速率计算宏基站需求的频谱资源块的数目N^Ma：

其中，M为宏用户数，为宏用户i的需求速率。

4.根据权利要求1所述的异构无线网络中基于用户速率需求的频谱资源分配方法，其中步骤(4)所述的根据家庭用户的速率需求确定每个家庭基站所需要的频谱资源块的数目，按如下步骤进行：

(4.1)利用3GPP TR36.942中的公式，计算家庭基站k中的第i个家庭用户使用一个频谱资源块所能支持的速率

$C_{k.i}^F=\left\{\begin{array}{cc}0& {\mathrm{SINR}}_{k,i}^F<{\mathrm{\&gamma;}}_{\min }\\ \mathrm{\&mu;B}{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_{k,i}^F)& {\mathrm{\&gamma;}}_{\min }<{\mathrm{SINR}}_{k,i}^F<{\mathrm{\&gamma;}}_{\max }\\ {\stackrel{\&OverBar;}{C}}_{\max }& {\mathrm{SINR}}_{k,i}^F>{\mathrm{\&gamma;}}_{\max }\end{array}\right.$

其中，为家庭基站k下的第i个家庭用户的信干噪比，其表示为：

${\mathrm{SINR}}_{k,i}^F=\frac{P_{k,i}}{\underset{l\&Element;I_{k,i}^{\mathrm{rem}}}{\mathrm{\&Sigma;}}{P}_{l.i}+N_0}$

式中，P_k,i为家庭基站k中的第i个家庭用户的接收功率，P_l,i为家庭基站k中的第i个家庭用户接收到的家庭基站l的信号功率，l≠k，为家庭基站k的干扰家庭基站的集合，初始化为家庭基站k的非相邻家庭基站的集合，N₀为噪声功率，μ为衰减因子，B为一个频谱资源块的带宽，γ_min和γ_max分别为最小和最大信干噪比门限，为一个频谱资源块所能支持的最大传输速率；

(4.2)根据所述的计算家庭基站k需求的频谱资源块的数目

其中，为第k个家庭基站的第i个家庭用户的需求速率。