CN103179573A - 一种频率资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种频率资源分配方法，包括对多个小区的干扰图中不同小区用户之间的边赋予权值以及对同一小区内用户之间的边赋予权值，得到干扰无向赋权图，所述权值用于度量边所连接的两个用户之间的干扰信号强度。所述方法还包括根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色，使得每条边连接的两个用户的颜色不同，并且对相同颜色的用户分配同一种频率资源。本发明适于实时调度场景以及非实时调度场景，本发明通过对链路相互间干扰信号的强度进行刻画，提高了调度的准确性，并且在一定程度上提升了系统吞吐量。

Description

一种频率资源分配方法

技术领域

本发明涉及无线资源管理技术，具体涉及一种频率资源分配方法。

背景技术

随着无线宽带技术的发展，频率资源越来越紧张，如何有效利用有限的频率资源成为人们关注的焦点。通常采用频率复用技术来解决这一问题，各个小区之间采用较大的频率复用因子固然能够有效的抑制小区之间的干扰问题，但确造成了频率资源的极大浪费。如果采用全频率复用算法，在小区负载较重的场景下，其运算复杂度较高，并且小区之间的干扰问题非常严重。软频率复用技术根据小区的地理位置将小区划分成两部分，分别称之为小区中心区域和小区边缘区域。对于小区中心区域，由于其距离自己的归属基站较近，来自邻近基站的干扰较小，所以采用的复用因子为1；而对于小区的边缘区域，由于其距离自己的归属基站距离较远，并且来自邻居小区的干扰非常强，所以采用较大的复用因子，从而尽可能的较少干扰。

传统的软频率复用方法是一种静态的软频率复用方法，各个小区都采用相同的部署。因而，在各个小区负载不同的情况下，不能够灵活地协调其他小区的资源，从而出现重负载小区无资源可用、轻负载小区资源浪费的情况。针对这种状况，可通过基于图着色算法的频率资源分配方法，来有效解决上述软频率复用场景下的问题。基于图着色算法来进行频率资源分配的基本思想是：小区中的用户用图中的节点建模，如果两个用户使用相同的频率会造成强烈的干扰，则在图中将标识该两个用户的节点用线连接起来，构建干扰图；接着利用图着色算法，对得到的干扰图进行着色，相互连线的两个节点不能着相同的颜色，表示某个频率资源不能同时分配给这两个用户，以避免相互干扰。基于图着色算法分配频率资源的优势在于可以将整个可用的频谱资源在多个小区组成的系统中灵活分配，而不是将特定的资源的分配限制在一个小区之内。

然而，这种基于图着色算法的频率资源分配方法在构建干扰图的过程中，仅仅利用用户在各个小区中的位置信息，刻画了如果分配相同的频率资源给两个用户，那么用户之间有或者没有受到来自相邻基站的干扰，而干扰的强度大小则完全没有纳入考虑范畴。从基站到用户的下行链路由于受到路径损耗和阴影衰落的影响，用户接收到的信号的随机性增加，因此仅刻画有没有干扰，则不恰当且不准确。此外，由于实时调度要求调度策略和资源分配需实时的、随着信道条件的变化而变化，所以上述方法通常只能用于非实时调度，而不能用于实时调度。在云基站场景下，运算中心一般具有很强的运算和处理能力，完全可以根据信道条件的变化，来实时的调整资源调度和资源分配策略，从而提高系统吞吐量和性能。因而，在云基站实时调度场景下，如何提高干扰刻画的精度，提高实时调度的准确性，对于整个调度和提高系统吞吐量都具有重要意义。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种频率资源分配方法，包括：

步骤1）、对多个小区的干扰图中不同小区用户之间的边赋予权值以及对同一小区内用户之间的边赋予权值，得到干扰无向赋权图，所述权值用于度量边所连接的两个用户之间的干扰信号强度；

步骤2）、根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色，使得每条边连接的两个用户的颜色不同，对相同颜色的用户分配同一种频率资源。

在一个实施例中，步骤1）之前还包括：

步骤0）、根据用户与其归属基站的距离以及用户之间的干扰信号强度建立多个小区的干扰图。

在进一步的实施例中，步骤0）还包括：

将同一小区内的每两个用户用边相连；

根据小区内的用户与其归属基站的距离确定每个小区内的边缘用户，将干扰信号强度大于预定阈值的不同小区的两个边缘用户之间用边相连。

在进一步的实施例中，根据小区内的用户与其归属基站的距离确定每个小区内的边缘用户包括：将与其归属基站的距离大于预定距离的小区内的用户确定为该小区内的边缘用户。

在一个实施例中，步骤1）中对所述干扰图中不同小区用户之间的边赋予权值包括：在非实时调度场景下确定所述边的权值；以及在实时调度场景下确定所述边的权值。

在进一步的实施例中，在非实时调度场景下确定所述边的权值包括：根据边连接的两个用户中每一个用户的归属基站的发射功率，以及每一个用户的归属基站与另一用户之间的距离，确定所述边的权值。

在一个实施例中，采用下式计算边的权值：

P_Ak(d_A,b)^-γ+P_Bk(d_B,a)^-γ，

其中，P_A和P_B分别表示基站A和B的发射功率，d_A,b和d_B,a分别表示基站A到用户b的距离以及基站B到用户a之间的距离，γ是路径损耗因子，k是与基站相关的参数，基站A和B分别为用户a和b的归属基站。

在另一个实施例中，采用下式计算边的权值：

max{P_Ak(d_A,b)^-γ,P_Bk(d_B,a)^-γ}。

在一个实施例中，在实时调度场景下确定所述边的权值包括：根据边连接的两个用户中每一个用户的归属基站对另一用户的实时干扰信号强度，以及每一个用户从其归属基站接收的实时有用信号强度，确定所述边的权值。

在一个实施例中，采用下式计算边的权值：

P_B,a/P_A,a+P_A,b/P_B,b，

其中，P_A,a表示用户a接收到的来自基站A的实时有用信号强度，P_B,b表示用户b接收到的来自基站B的实时有用信号强度，P_B,a表示用户a接收到的来自基站B的实时干扰信号强度，P_A,b表示用户b接收到的来自基站A的实时干扰信号强度,基站A和B分别为用户a和b的归属基站。

在另一个实施例中，采用下式计算边的权值：

max{P_B,a/P_A,a,P_A,b/P_B,b}，

在一个实施例中，步骤1）中对同一小区内用户之间的边赋予权值包括：用所述干扰图中所有不同小区用户之间的边的权值的平均值，为同一小区内用户之间的边赋予权值。

在一个实施例中，步骤2）中根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色包括：

步骤211）、在所述干扰无向赋权图的未处理节点集合中选择相连的边的权值之和最大的节点，选择与该节点邻居节点的颜色均不相同的颜色为该节点着色，如果没有可用颜色则不为该节点着色；

步骤212）、在干扰无向赋权图的未处理节点集合中删除该节点，如果删除该节点后的干扰无向赋权图的未处理节点集合不为空，回到步骤211）。

在进一步的实施例中，步骤2）中根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色还包括：

步骤210）、删除干扰无向赋权图中权值小于预定阈值的边。

在一个实施例中，步骤211）还包括：如果所述干扰无向赋权图的未处理节点集合中具有多个相连的边的权值之和最大的节点，随机选择其中一个节点。

在另一个实施例中，步骤2）中根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色包括：

步骤221）、在所述干扰无向赋权图的未处理节点集合中，选择相邻已着色节点的颜色最多的节点，如果具有多个这样节点，则在这些节点中选择相连的边的权值之和最大的节点；选择与该节点邻居节点的颜色均不相同的颜色为该节点着色，如果没有可用颜色则不为该节点着色；

步骤222）、在干扰无向赋权图的未处理节点集合中删除该节点，如果删除该节点后的干扰无向赋权图的未处理节点集合不为空，回到步骤221）。

在进一步的实施例中，步骤2）中根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色还包括：

步骤220）、删除干扰无向赋权图中权值小于预定阈值的边。

在一个实施例中，步骤221）还包括：如果所述干扰无向赋权图的未处理节点集合中具有多个相邻已着色节点的颜色最多的节点，并且在这些节点中具有多个相连的边的权值之和最大的节点，则在多个相连的边的权值之和最大的节点中随机选择其中一个节点。

采用本发明可以达到如下的有益效果：

1.通过对干扰链路相互间干扰的大小（或称强度）进行刻画，提高了调度的准确性，并且在一定程度上提升了系统吞吐量；

2.对于不同应用场景可采用多种不同的刻画策略，从而极大增加了调度的灵活性；

3.本发明中提供的频率资源分配方法适用于云基站实时调度场景。

附图说明

此处所述的方法和系统的前述和其它目的、方面、特征和优点通过参考下述结合附图的细节描述将会更加明显并更易于理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的频率资源分配方法流程图；

图2是根据本发明一个实施例的多个小区下的用户分布示意图；以及

图3是根据图2的小区用户分布示意图得到的干扰图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明加以说明。

根据本发明一个实施，提供一种频率资源分配方法。如图1所示，该方法包括以下三个步骤：第一步、创建多个小区的干扰图。

在一个实施例中，可根据小区内用户的位置分布、基站的位置，以及链路之间的干扰状况来构建多个小区的干扰图。

图2示出了软频率复用场景下的多个小区下的用户分布的一个实施例，其中六边形用于表示小区。从图2可见，该图中包括三个小区，每个小区具有一个基站，分别以BS1、BS2和BS3表示，每个小区内具有的基站又称作该小区内用户的归属基站。三个小区下共有五个用户，将该用户分别编号为MS1-MS5。

根据图2构建干扰图，其中将小区中的用户用图中的节点来建模。首先，根据用户以及基站的位置，将每个小区内的用户分为该小区内的中心用户（即，位于小区中心区域的用户）和边缘用户。在一个实施例中，通过计算用户与该用户的归属基站之间的距离将该用户划分为中心用户或边缘用户：如果计算得到的距离大于某一预定距离阈值，则该用户为该小区内的边缘用户；否则，该用户为该小区内的中心用户。

接着，对不同类型的用户采用不同的策略来构建干扰图，具体的构建策略如下：

A.如果不同小区的边缘用户之间存在强烈的干扰，则在图中用线段将表示这两个用户的节点连接起来。在一个实施例中，每个用户可以测量来自其他用户（或链路，即基站到用户的下行链路）的干扰信号强度，判断该干扰信号强度是否大于某一预定阈值，若大于该预定阈值，则表示这两个用户之间存在强烈干扰。对于彼此存在强烈干扰的两个用户，可在干扰图中将这两个用户用边相连。

B.对于同一小区内的用户，在干扰图中用线段将表示这些用户的节点两两连接，这是因为同一个小区内的一种频率资源只能分配给该小区内的一个用户。

根据上述策略来判断表示用户的节点是否需要连线，最终得到如图3所示的干扰图（或称干扰无向图），其中为了显示的需要将节点的位置进行了一些调整，节点1-5分别表示图2中的用户MS1-MS5。

第二步、对所创建的干扰图中的边赋上权值

对于调度（包括实时或非实时调度）而言，如果能够对于干扰情况进行定量的刻画和描述（即度量用户或链路之间的干扰情况），对于频率资源的分配具有重要的意义，而且，频率资源分配的准确性的提高也能够带动整个系统吞吐量的提升。因此，可通过对干扰图的边赋权值来细致地描述链路（又称干扰链路）的干扰状况。考虑到干扰链路之间的不对称性，例如A基站下的用户受到的来自B基站的干扰与B基站下的用户受到的来自A基站的干扰是不一样的，可以将两个用户之间的边的权值进行归一化处理。两个用户之间的边的权值用于反映其中每个用户所归属的基站对另一用户的干扰，即两条链路之间的干扰。

在一个实施例中，可针对两种情况来分别进行边的权值（干扰信号强度）的刻画，即不同小区用户之间的干扰强度刻画以及同一小区内部用户之间的干扰刻画。

1.刻画不同小区用户之间的边的权值。

对于非实时调度场景，由于信道条件通常不发生变化，干扰信号强度的大小即可体现干扰的大小，因此可以通过基站与用户之间的距离以及基站的发射功率来度量该干扰图中两用户（即，由边相连的两个用户）之间的干扰情况。

在一个实施例中，可通过度量连续一段时间内（例如，几秒、几分钟以及更长的持续时间等）用户之间的干扰信号强度之和的平均值，来得到用户之间的边的权值。例如，可通过连续一段时间内基站A到用户b和基站B到用户a的干扰信号强度之和的平均值来度量。即，根据下式来计算例如小区A下的用户a和小区B下的用户b之间的边的权值（本文中，大写字母A、B表示基站，小写字母a、b分别表示基站A、B下的用户）：

P_Ak(d_A,b)^-γ+P_Bk(d_B,a)^-γ

其中，P_A和P_B分别表示基站A和B的发射功率；d_A,b和d_B,a分别表示基站A到用户b的距离以及基站B到用户a之间的距离；γ是路径损耗因子；k是与基站相关的参数，其可以是一个预定的常数，用于标识基站的高度等信息。在另一个实施例中，可使用基站A到用户b以及基站B到用户a的干扰信号中一段时间内平均强度最大的一个来对干扰图中用户a、b之间的边进行赋权，即：

max{P_Ak(d_A,b)^-γ,P_Bk(d_B,a)^-γ}

然而，对于实时调度场景来说，由于信道条件是可变化的，仅用用户间（链路间）实时的干扰信号强度不能准确体现干扰的大小，还需考虑用户接收到的来自其归属基站的实时的信号强度。

在一个实施例中，将用户a的干扰信号与其接收的有用信号的功率比以及用户b的干扰信号与其接收的有用信号的功率比的和来为用户a、b之间的边赋权：

P_B,a/P_A,a+P_A,b/P_B,b

其中P_A,a表示用户a接收到的来自其归属基站A的实时有用信号强度，P_B,a表示用户a接收到的来自基站B的实时干扰信号的强度，P_B,a/P_A,a则表示用户a的干扰信号与有用信号的功率比。

在另一个实施例中，还可以将用户a的干扰信号与有用信号的功率比以及用户b的干扰信号与有用信号的功率比的最大值来为用户a、b之间的边赋值：

max{P_B,a/P_A,a,P_A,b/P_B,b}

2.刻画同一小区内的用户之间的边的权值。

在一个实施例中，在对不同小区中的用户之间的边赋予权值之后，计算干扰图中所有不同小区的用户之间的边的权值的平均值，用该平均值为同一小区内的不同用户之间的边赋权值。

通过依据上述方法对干扰图中的所有边计算权值，从而进一步得到干扰无向赋权图。

第三步、对得到的干扰无向赋权图采用基于权值的图着色算法，进行频率资源的分配。

首先，根据上一步得到的干扰无向赋权图，提供一种基于权值的图着色算法，进行着色处理，其中，干扰无向赋权图中的相邻节点不能着相同的颜色，在这里所有可用的颜色个数表示可用的频率资源的总个数。然后，在着色完成之后，根据着色图的结果，来进行频率资源的分配。由于不同的颜色代表不同的频率资源，对相同颜色的用户分配同一种频率资源。

在一个实施例中，对干扰无向赋权图进行基于权值的图着色包括：

a.对干扰无向赋权图进行处理，根据事先给定的一个阈值W，将图中权值小于该阈值的边擦除。

b.对于处理后的无向赋权图，将每个节点的度定义为与该节点相邻的已着色节点中不同颜色的个数，其中，在初始都没有着色的时候，可将所有节点的度设置为0。选择图（或者非连通图中的子图）中度数最大的节点开始着色，从该节点的可用的着色集中随机选择一个颜色，其中该节点的可用着色集为所有颜色的集合减去该节点相邻节点的颜色。在一个实施例中，如果图中有多个节点的度相同，则在度相同的这些节点中随机选择一个节点来进行处理。在另一个实施例中，如果图中有多个节点的度相同，则首先着色其中某个节点，其中，与该节点相连的边的权值（或称该节点的链路权值）之和最大。在进一步的实施例中，如果存在多个节点其相连的边的权值之和相同且最大，则在这些节点中随机选择一个节点进行处理。

c.如果可用着色集没有颜色，那么这个节点不着色。

d.重复过程b，c,直到处理完图中所有的节点。此处，处理指对节点进行着色或不着色处理。

在另一个实施例中，可以对干扰较大的节点优先进行处理。在该实施例中，对干扰无向赋权图进行基于权值的图着色包括：

a1.对干扰无向赋权图进行处理，根据事先给定的一个阈值W，将图中权值小于该阈值的边擦除。

b1.选择图中相连边的权值之和最大的节点首先进行着色，从该节点可用的着色集中随机选择一种颜色为该节点着色。其中，可用着色集为所有颜色的集合减去该节点相邻节点的颜色。再进一步的实施例中，如果图中有若干个节点具有相同的链路权值，则从这些具有相同的链路权值的节点中随机选择一个节点来处理。

c1.如果没有可用的颜色，那这个节点不着色。

d1.重复过程b1,c1直到处理完干扰无向赋权图中所有的节点。

在处理完所有节点后，根据上述干扰无向赋权图的着色结果，对具有相同颜色的节点（即对应的用户）分配相同的频率资源。对于处理后没有着色的节点，在一个实施例中，可先不分配频率资源。

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

Claims (18)

1.一种频率资源分配方法，包括：

步骤1）、对多个小区的干扰图中不同小区用户之间的边赋予权值以及对同一小区内用户之间的边赋予权值，得到干扰无向赋权图，所述权值用于度量边所连接的两个用户之间的干扰信号强度；

步骤2）、根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色，使得每条边连接的两个用户的颜色不同，对相同颜色的用户分配同一种频率资源。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤1）之前还包括：

步骤0）、根据用户与其归属基站的距离以及用户之间的干扰信号强度建立多个小区的干扰图。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤0）还包括：

将同一小区内的每两个用户用边相连；

根据小区内的用户与其归属基站的距离确定每个小区内的边缘用户，将干扰信号强度大于预定阈值的不同小区的两个边缘用户之间用边相连。

4.根据权利要求3所述的方法，其中根据小区内的用户与其归属基站的距离确定每个小区内的边缘用户包括：

将与其归属基站的距离大于预定距离的小区内的用户确定为该小区内的边缘用户。

5.根据权利要求1-4中任何一个所述的方法，步骤1）中对所述干扰图中不同小区用户之间的边赋予权值包括：在非实时调度场景下确定所述边的权值；以及在实时调度场景下确定所述边的权值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中在非实时调度场景下确定所述边的权值包括：

根据边连接的两个用户中每一个用户的归属基站的发射功率，以及每一个用户的归属基站与另一用户之间的距离，确定所述边的权值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，采用下式计算边的权值：

P_Ak(d_A,b)^-γ+P_Bk(d_B,a)^-γ，

其中，P_A和P_B分别表示基站A和B的发射功率，d_A,b和d_B,a分别表示基站A到用户b的距离以及基站B到用户a之间的距离，γ是路径损耗因子，k是与基站相关的参数，基站A和B分别为用户a和b的归属基站。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，采用下式计算边的权值：

max{P_Ak(d_A,b)^-γ,P_Bk(d_B,a)^-γ}，

其中，P_A和P_B分别表示基站A和B的发射功率，d_A,b和d_B,a分别表示基站A到用户b的距离以及基站B到用户a之间的距离，γ是路径损耗因子，k是与基站相关的参数，基站A和B分别为用户a和b的归属基站。

9.根据权利要求5所述的方法，其中在实时调度场景下确定所述边的权值包括：

根据边连接的两个用户中每一个用户的归属基站对另一用户的实时干扰信号强度，以及每一个用户从其归属基站接收的实时有用信号强度，确定所述边的权值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，采用下式计算边的权值：

P_B,a/P_A,a+P_A,b/P_B,b，

其中，P_A,a表示用户a接收到的来自基站A的实时有用信号强度，P_B,b表示用户b接收到的来自基站B的实时有用信号强度，P_B,a表示用户a接收到的来自基站B的实时干扰信号强度，P_A,b表示用户b接收到的来自基站A的实时干扰信号强度,基站A和B分别为用户a和b的归属基站。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，采用下式计算边的权值：

max{P_B,a/P_A,a,P_A,b/P_B,b}

其中，P_A,a表示用户a接收到的来自基站A的实时有用信号强度，P_B,b表示用户b接收到的来自基站B的实时有用信号强度，P_B,a表示用户a接收到的来自基站B的实时干扰信号强度，P_A,b表示用户b接收到的来自基站A的实时干扰信号强度,基站A和B分别为用户a和b的归属基站。

12.根据权利要求1-4中任何一个所述的方法，步骤1）中对同一小区内用户之间的边赋予权值包括：

用所述干扰图中所有不同小区用户之间的边的权值的平均值，为同一小区内用户之间的边赋予权值。

13.根据权利要求1-4中任何一个所述的方法，步骤2）中根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色包括：

步骤211）、在所述干扰无向赋权图的未处理节点集合中选择相连的边的权值之和最大的节点，选择与该节点邻居节点的颜色均不相同的颜色为该节点着色，如果没有可用颜色则不为该节点着色；

步骤212）、在干扰无向赋权图的未处理节点集合中删除该节点，如果删除该节点后的干扰无向赋权图的未处理节点集合不为空，回到步骤211）。

14.根据权利要求13所述的方法，步骤2）中根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色还包括：

步骤210）、删除干扰无向赋权图中权值小于预定阈值的边。

15.根据权利要求13所述的方法，步骤211）还包括：

如果所述干扰无向赋权图的未处理节点集合中具有多个相连的边的权值之和最大的节点，随机选择其中一个节点。

16.根据权利要求1-4中任何一个所述的方法，步骤2）中根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色包括：

步骤221）、在所述干扰无向赋权图的未处理节点集合中，选择相邻已着色节点的颜色最多的节点，如果具有多个这样节点，则在这些节点中选择相连的边的权值之和最大的节点；选择与该节点邻居节点的颜色均不相同的颜色为该节点着色，如果没有可用颜色则不为该节点着色；

步骤222）、在干扰无向赋权图的未处理节点集合中删除该节点，如果删除该节点后的干扰无向赋权图的未处理节点集合不为空，回到步骤221）。

17.根据权利要求16所述的方法，步骤2）中根据边的权值对干扰无向赋权图中的用户进行着色还包括：

步骤220）、删除干扰无向赋权图中权值小于预定阈值的边。

18.根据权利要求16所述的方法，步骤221）还包括：

如果所述干扰无向赋权图的未处理节点集合中具有多个相邻已着色节点的颜色最多的节点，并且在这些节点中具有多个相连的边的权值之和最大的节点，则在多个相连的边的权值之和最大的节点中随机选择其中一个节点。

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