CN104023339B - 一种云无线接入异构网架构下的动态频率复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云无线接入异构网架构下的动态频率复用方法，所述云无线接入异构网包括宏远端射频头、微远端射频头、基站资源池和高速交换结构，特征是采取将异构网与云无线接入网结构相结合，采用基于图染色的频率资源分配方法以及基于图染色的频率资源分配调节方法，从而能够确保异构网中相邻近的同层或不同层的两个小区不使用同一段频率以避免同频干扰，并根据各小区中随时间变化的频谱资源需求量，动态地实现并调整频谱资源的分配以适应小区内不断变化的用户数量。本发明适用于全频带的正交频分复用系统，能够有效地提高频谱资源的利用率，增加每个小区的吞吐量。

Description

一种云无线接入异构网架构下的动态频率复用方法

技术领域

本发明属于无线通信系统中的频率复用方法技术领域，具体涉及在云无线接入异构网络架构下实现动态频率复用的方法。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术因为其能够获得更高的频谱利用率及更快的数据传输速率，在现代无线通信领域得到了愈加广泛的应用。同时，异构网这种包含有宏小区和微小区或更多不同层次小区的网络架构概念的提出，也为解决用户热点地区的覆盖问题并提高整个网络的性能提供了一种有效的方案。在基于正交频分复用技术的异构网络中，位于不同小区内的用户可以通过复用频谱的方式来提高频谱资源的利用率。但是当相邻两个小区中的用户使用同一段频率时，便会发生严重的同频干扰。现有的解决这种问题的方式，多为固定地将某些部分的频段划分给不同的小区以确保相邻的小区不使用相同的频率。《电器和电子工程师协会通信学报》(IEEETRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS，2012年第7期第60卷2029到2039页)“异构网络下部分频率复用的性能分析(Analytical Evaluation of Fractional Frequency Reuse forHeterogeneous Cellular Networks)”一文中提出一种在异构网下使用部分频率复用的策略来避免不同层中邻小区间的同频干扰。但在这种固定的频率资源分配方式会使得每个基带处理单元所提供的频谱资源都不能够得到充分的利用，且当区域中的用户分布均匀时，某些负载较高的小区中用户的需求可能难以被满足。

云无线接入网络(Cloud Radio Access Network，Cloud-RAN)为一种新的无线网络架构，由一系列的基带处理单元(Base Band Unit)所组成的基站资源池与若干远端射频头(Remote Radio Head)构成。《电器和电子工程师协会指定通信领域学报》(IEEE Journalon Selected Areas in Communications，2013年5月第31卷编号5第829到839页)“一种新的适应性的小小区架构(A New Adaptive Small-Cell Architecture)”一文对类似的架构进行了描述，架构中的每个远端射频头对一个小区进行覆盖，基带处理单元与远端射频头之间经由一个高速交换结构，通过光传输网络相连接；通过高速交换结构，每个小区中的远端射频头可根据需要与基站资源池中任意一个基带处理单元建立电路连接，即使用该基带处理单元提供的频谱资源；同时，每个基带处理单元可以通过高速交换结构同时与多个远端射频头相连接并为它们所覆盖下的小区中的用户提供频谱资源。相对于传统的分布式接入网系统，这种网络架构的优点在于系统能够根据覆盖下所有小区的业务量动态地调整处在工作状态的基带处理单元数量，提高频谱资源的利用率；同时将各小区的数据在一个资源池中进行集中处理，能够减少系统运营维护成本并降低能耗。将云无线接入网架构与异构网相结合，能够有效提高系统的频谱效率并降低能耗。但云无线接入网络本身由于未采用频率复用技术，相邻及不同层次中的小区间仍不可避免地存在着同频干扰问题，且至今还未有见将频率复用技术与基于云无线入网架构的异构网相结合的报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种云无线接入异构网中的动态频率复用方法，以在利用云无线接入网架构所特有的有点的同时，解决现有异构网架构下频率复用技术所面临的频谱利用率低下及无法适应用户业务量变化的问题。

本发明云无线接入异构网下的动态频率复用方法，适用于全频带的正交频分复用系统；其特征在于：采用基于图染色的频率资源分配方式根据各宏微小区的用户业务需求对系统中的宏小区和微小区中的用户进行频率资源分配；采用基于图染色的频率资源分配调节方式，在各小区用户业务需求发生变化时对已有的频谱资源的分配结果进行调节。

上述云无线接入异构网下的动态频率复用方法中所述基于图染色的频率资源分配方式具体包括以下步骤：

第一步：基站资源池中的中央管理调度模块收集各小区不同区域在当前时刻的频谱资源需求情况，再根据已知的系统覆盖下小区间的位置关系生成小区间干扰拓扑结构图；该拓扑结构图由节点和连接两个节点的边所构成，每个节点表示一个宏小区或一个微小区；通过所设定的距离门限值来判断任意两个微远端射频头所覆盖的小区间是否可以复用同一段频率：当两个微远端射频头间的距离大于时，则所覆盖的小区可以复用同一段频率，否则不能；设微远端射频头和宏远端射频头之间的距离门限为当一个微远端射频头和一个宏远端射频头间的距离大于时，则它们所分别覆盖的小区可以复用同一段频率，否则不能；在小区间干扰拓扑结构图中，代表不能复用同一段频率的两个小区的两个节点之间用边相连接；每个节点k都有一个对应的负载值e_k，表示该小区的频谱资源需求量的大小，即所需的资源块的个数，这个值在构图时即等于节点k所对应的远端射频头所覆盖下小区的负载r_k；这里序号k用于标识不同的节点，包括宏节点和微节点；同时为每个节点k定义已用颜色向量和可用颜色向量其中，表示节点k已经被染为颜色c_i，反之表示节点k可以但是还未被染上颜色c_i，反之在染色过程中，每对一个节点进行染色，都要对图中所有节点的已用颜色向量和可用颜色向量进行更新；

第二步：选取同种负载值最高的节点k^*作为起始节点开始对整个图中的所有节点进行染色；若不止一个节点的负载值同为最高，则优先选取度数最大的节点；若还不止一个，则在度数最大的节点中任意选取一个；所述节点的度数指的是与节点相连接的边的个数；中央管理调度模块生成颜色c₁来对节点k^*进行染色；这里每种颜色c_i也有一个对应的负载值l(c_i)，表示该颜色所对应的频谱资源量，即资源块的个数，用颜色负载值向量l＝[l(c₁),l(c₂),...]来表示现有所有颜色的负载值；这里颜色c₁的负载值即等于节点k^*的负载值；

第三步：将与已染色节点相邻的所有未染色节点构成一个目标节点集合如果此时已染色节点没有相邻的未染色节点，则从整个图中找出负载值最大的节点t来构成目标节点集合

第四步：从目标节点集合中选取负载值最大的节点作为目标节点，再为目标节点选取其可用的目标颜色；若则中央管理调度模块需要生成一种新的颜色来对目标节点进行染色，新颜色的负载值就等于目标节点的负载值；若则表示可从图中选取已有颜色来对目标节点进行染色；优先选取满足条件且已染节点数最少的节点的颜色作为目标颜色；针对目标颜色负载值与目标节点的负载值之间的不同关系，分为以下三种情况进行处理；

第一种情况：当目标结点的负载值e_t大于目标颜色的负载值则对目标结点采用部分染色的方式，将节点部分染色为目标颜色染色后节点仍留在目标结点集合中，但目标结点节点的负载值更新为染色前自身负载值与目标颜色负载值的差值等待进行下一次染色；

第二种情况：当目标结点的负载值e_t等于目标颜色的负载值则将目标结点完全染色为目标颜色然后将目标结点从目标结点集合中去除；

第三种情况：当目标结点的负载值e_t小于目标颜色的负载值在当前图中已有颜色数为n_c的情况下，则从目标颜色中分裂出一种新的颜色该颜色的负载值为目标颜色负载值与目标结点负载值的差值同时目标颜色的负载值更新为目标节点的负载值e_t；然后将目标节点t染色为目标颜色后，从目标节点集合中去除；

重复该步骤直到集合为空集；

第五步：重复第三步和第四步，直到图中所有的节点均被染过颜色；计算所有颜色的负载值之和若则定义因子将所有颜色的负载值乘以该因子，更新为即减少每种颜色所对应的资源块的个数；若则不对每种颜色的负载值进行调整；

第六步：检查系统中是否仍有节点可继续被染色：对任一节点k，若有则其仍可以被染上其他现有的颜色；中央管理调度模块通过计算得出每种颜色c_i被使用的次数b(c_i)；任一种颜色被使用的次数即表示该颜色所对应的频谱段所需要被复用的次数；同一段频谱被多复用一次即增加一个基带处理单元；则每种颜色被使用的次数中，最大值b^*＝max{b(c₁),b(c₂),...}即表示系统为满足云无线接入网中所有小区用户的业务需求所需要的总的基带处理单元数量；对图中所有的节点进行遍历，对于任一目标节点t，检查其可用颜色向量，若存在颜色的使用次数小于网络中所有用户总的基带处理单元需求量且满足条件则该颜色可以被使用；若同时存在多个可用颜色，则优先选择负载值与目标节点t的负载值最接近的颜色作为目标颜色；染色后，更新所有节点的可用颜色向量，再对下一个节点进行检查，直到所有节点均被遍历过；

第七步：中央管理调度模块根据基于图染色方法所得到的异构云无线接入网中各层小区的频谱资源分配结果，生成每个小区的远端射频头和资源池志宏基带处理单元的对应连接关系；每个远端射频头接受一个基带处理单元提供的频谱资源，被分配到相同频谱的多个远端射频头必须被连接在不同的基带处理单元上。

本发明云无线接入异构网下的动态频率复用方法中所述基于图染色的频率资源分配调节方式，是根据各小区中随时间变化的频谱资源需求量和前一时刻的频谱资源分配结果对频谱资源的分配进行调节，具体分为两种情况：

一种情况是，当某个节点k所对应的远端射频头覆盖下小区的频谱资源需求量从r_k变化为且即用户增加时，则具体调节方式如下：

如果则中央管理调度模块将寻找满足条件的颜色c_i对节点k进行染色，并将节点k的负载值更新为当前负载值与颜色c_i负载值的差值，即e_k＝e_k-l(c_i)；重复该过程直到找到满足这样条件的颜色当时，分配给节点k的颜色负载值总和大于节点自身的负载值需求，而当时，分配给节点k的颜色负载值总和则不能满足节点对应远端射频头的负载需求；将颜色分裂以生成一种新的颜色其中N_c为当前图中已有颜色数；新生成颜色的负载值为将颜色的负载值更新为并将N_c更新为N_c+1；同时更新图中所有节点的可用颜色向量和已用颜色向量，完成频谱资源分配的调节；

若且分配给节点k的颜色负载值总和仍不能满足节点对应远端射频头所覆盖下小区的负载需求时，则需要生成一种新的颜色对节点k进行染色，其负载值为更新所有节点的可用颜色向量和已用颜色向量；计算所有颜色的负载值之和若则定义因子将所有颜色的负载值乘以该因子，更新为即减少每种颜色所对应的资源块的个数；若则不对每种颜色的负载值进行调整；

所述云无线接入异构网下的动态频率复用方法，其中所述基于图染色的频率资源分配调节方式的另一种情况是，当某个节点k所对应的远端射频头覆盖下小区的频谱资源需求量从r_k变化为且即用户数减少时，则调节方式如下：

对于节点k，从其已用颜色向量中选取被其他节点使用次数最少、且满足条件的颜色c_i，令重复该过程直到满足以下条件的颜色被选中，即若则分配给节点k的颜色负载值总和大于节点自身的负载值需求，而当时，分配给节点k的颜色负载值总和则不能满足节点对应远端射频头的负载需求；保持

再将颜色分裂出一种新的颜色的负载为将颜色的负载值更新为并更新图中所有节点的已用颜色向量和可用颜色向量，完成频谱资源分配的调节。

本发明云无线接入异构网下的动态频率复用方法，由于采取了将异构网与云无线接入网结构相结合的策略，系统可根据当前覆盖小区中的业务量调整处在工作状态的基带处理单元的数量，与现有的异构网系统相比，可有效降低运营维护成本；同时，由于所采用的基于图染色的频率资源分配方法以及基于图染色的频率资源分配调节方法，能够确保异构网中相邻近的同层或不同层的两个小区不使用同一段频率以避免同频干扰，并根据各小区中随时间变化的频谱资源需求量，动态地实现并调整频谱资源的分配以适应小区内不断变化的用户数量，因而相对于现有异构网中固定的频率资源分配方式，本发明的动态频率复用方法能够有效地提高频谱资源的利用率，增加每个小区的吞吐量。

附图说明

图1为本发明中的云无线接入异构网的结构示意图。

图2为依据图1的异构小区结构所构造的小区间干扰拓扑结构图。

图3为实施例1中基于图染色的频率资源分配方法的最终结果示意图。

图4为实施例2中基于图染色的频率资源分配调节方法的最终结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明中的云无线接入异构网的结构示意图。该系统包括基站资源池112、高速交换结构116和12个远端射频头，12个远端射频头中，有三个远端射频头为宏远端射频头，分别为第一宏远端射频头113、第二宏远端射频头114和第三宏远端射频头115；这三个宏远端射频头分别对第一宏小区101、第二宏小区102和第三宏小区103进行覆盖；另有9个微远端射频头，分别为第一微远端射频头104到第九微远端射频头112，它们分别对各自周围覆盖范围内的用户提供服务；基站资源池112由中央管理调度模块117和4个基带处理单元所构成；4个基带处理单元分别为第一基带处理单元118到第四基带处理单元121。图中的单线“——”表示光纤，双线“＝＝＝＝”表示控制信令传输线路。其中，3个宏远端射频头和9个微远端射频同通过光纤连接到高速交换结构116，再经由光纤连接到基站资源池内的4个基带处理单元上；基站资源池中的中央管理调度模块分别与高速交换结构109和基站资源池内的4个基带处理单元通过控制信令传输线路相连接。这里设每个基带处理单元所提供的频谱资源量均为整个系统所能提供的总的频谱资源量，为15a兆赫兹。本发明云无线接入异构网下的动态频率复用方法，适用于全频带的正交频分复用系统；其中的云无线接入异构网架构包括远端射频头、基站资源池和高速交换结构，所述远端射频头经光纤连接到高速交换结构后再经光纤连接到基站资源池；其中远端射频头中采用N_m个发射功率较高的宏远端射频头负责对宏小区进行覆盖，同时采用N_p个发射功率较低的微远端射频头负责对微小区覆盖；所述的基站资源池中，M个基带处理单元并行通过控制信令传输线路与一个中央管理调度模块相连接；每个基带处理单元所提供的频谱资源量均为整个系统所能提供的总的频谱资源量B，单位为兆赫兹；总的频谱资源被划分为N_R个资源块(Resource Block)，每个资源块的带宽为a，单位为兆赫兹；每个用户每次占用其中的一个资源块进行通信或数据传输；本发明方法通过在现有云无线接入网架构中分别采用宏远端射频头和微远端射频头对宏小区和微小区进行覆盖的方式，将云无线接入网架构与异构网相结合；采用基于图染色的频率资源分配方式统一地对系统中的宏小区和微小区中的用户进行频率资源分配；采用基于图染色的频率资源分配调节方式，根据各个小区中随时间变化的频谱资源需求量对频谱资源的分配进行调节。

实施例1：

本发明中所述基于图染色的频率资源分配方法，在一些现有文献中已有提出过类似的方法，如发表在《电子和电器工程师协会通信通讯》(IEEE COMMUNICATION LETTERS，2013年9月第17卷编号5第1718到第1721页)的文章“毫微微蜂窝网络中基于图的动态信道分配策略(Graph-Based Dynamic Channel Assignment Scheme for FemtocellNetwork)”中即提出一种基于图染色的应用于毫微微蜂窝网络中的频率资源分配方法，但该方法仅能适用于单层的毫微微蜂窝网络而非多层异构网。本发明所提出的云无线接入网架构下的动态频率复用方法中的基于图染色的频率资源分配方式能够适用于包含多层网络结构的异构网，同时还考虑了每个小区中不同的频率资源需求，从而使得频率资源的分配更加高效合理。本实施例中针对某个业务量场景，提供一种云无线接入网架构下的动态频率复用方法中的基于图染色的频率资源分配方式具体实施过程的详细举例说明如下：

第一步：基站资源池中的中央管理调度模块根收集各小区不同区域在当前时刻的频谱资源需求情况。每个用户在一个时刻内只能占用一个频谱资源块进行通信，则每个小区的频谱资源需求量即可用该小区中的用户数目与每个频谱资源块的带宽的乘积来表示。第一宏小区101的频谱资源需求量为6a兆赫兹，第二宏小区102的频谱资源需求量为4a兆赫兹，第三宏小区103的频谱资源需求量为5a兆赫兹；第一微远端射频头104、第二微远端射频头105、第三微远端射频头106、第四微远端射频头107、第五微远端射频头108和第七微远端射频头110所覆盖下微小区的频谱资源需求量均为a兆赫兹，第六微远端射频头109、第八微远端射频头111和第九微远端射频头112所覆盖下微小区的频谱资源需求量均为2a兆赫兹。之后，中央管理调度模块根据已知的图1所示的系统中各个宏远端射频头和微远端射频头之间的位置关系，根据事先确定的距离门限生成小区间干扰拓扑结构图。在本实施例中，所使用的宏远端射频头的发射功率为46分贝毫，微远端射频头的发射功率为30分贝毫，两个微远端射频头之间的距离门限设置为70米，微远端射频头和宏远端射频头之间的距离门限为200米。图2为依据图1的异构小区结构所构造的小区间干扰拓扑结构图。如图2所示，图中的正方形节点为宏节点，对应图1中的宏远端射频头，圆形节点为微节点，对应图1中的微远端射频头。单线“——”表示连接两个节点的边。其中第一宏节点201到第三宏节点203分别对应图1中的第一宏远端射频头113到第三宏远端射频头115；第一微节点204到第九微节点212分别对应图1中的第一微远端射频头104到第九微远端射频头112。通过边相的两个节点为相邻节点，说明两个节点所对应的远端射频头之间的距离要小于所设定的距离门限，因而它们的边缘区域不能使用同一段频谱资源，否则就会导致较严重的同频干扰的产生。各个节点的负载值随之也得到确定，即为所对应远端射频头覆盖下小区内的频谱资源需求量。

第二步：选取同种负载值最高的节点作为起始节点开始对整个图中的所有节点进行染色。这里第一宏节点201的负载值最高，则中央管理调度模块生成颜色c₁对其进行染色，颜色c₁的负载值为l(c₁)＝6a。

第三步：将与已染色节点相邻的所有未染色节点构成一个集合时图中的已染色节点为第一宏节点201，则与其相邻的五个节点：第二宏节点202，第三宏节点203，第一为节点204，第二微节点205和第三微节点206构成目标节点集合

第四步：从目标节点集合中选取负载值最大的节点作为目标节点进行染色，这里第三宏节点203的负载值最高，因而以其作为目标节点。此时图中只有一种颜色c₁，则第三宏节点203的可用颜色向量为[0]，因而中央管理调度模块需要生成一种新的颜色c₂对齐进行染色，c₂的负载值l(c₂)即为第三宏节点的负载值5a兆赫兹。此时第三宏节点染色完成，从目标节点集合中去除。此时集合非空，继续从集合中寻找下一个负载值最大的节点作为目标节点，同理，可得接下来中央管理调度模块需要生成新的颜色c₃对第二宏节点202进行染色，颜色c₃的负载值l(c₃)为4a兆赫兹，之后将第二宏节点202从集合中去除。此时集合中剩余的三个节点负载值相同，则优先选取度数最大的第一微节点204作为目标节点，其可用颜色向量为[0,1,1]，即其可以使用颜色c₂或颜色c₃进行染色。这里优先选取负载值与第一微节点204的负载值更为接近的颜色c₃作为目标颜色。根据发明内容中所陈述的染色方法，将颜色c₃分裂产生一种新的颜色c₄，颜色c₄的负载值l(c₄)为颜色c₃的负载值4a与第一微节点204的负载值a的差值3a，颜色c₃的负载值更新为第一微节点204的负载值a。同理，可得此时集合中剩余的两个节点第二微节点205和第三微节点206应分别被染色为颜色c₄和新生成的颜色c₅。

第五步：此时目标节点集合为空，重复以上步骤，根据发明内容中所陈述的染色方法，构造新的目标节点集合对图中剩余的未染色节点进行染色，直到图中所有节点均被染色。计算所有颜色的负载值之和其值为15a兆赫兹，等于每个基带处理单元所能提供的总频谱资源量，则不需要进行每种颜色负载值的调整。

第六步，检查检查系统中是否仍有节点可继续被染色，由于所有节点的负载值均已被满足，因而此步骤可以跳过。

第七步：中央管理调度模块根据基于图染色方法所得到的异构云无线接入网中各层小区的频谱资源分配结果，生成每个小区的远端射频头和资源池志宏基带处理单元的对应连接关系。

最终所得到的频谱资源分配结果及远端射频头与基站资源池中基带处理单元的连接关系如图3所示。图3中第一基带处理单元118和第二基带处理单元119为在当前用户数量场景下所需开启的基带处理单元，两个基带处理单元上不同的黑白阴影图案部分对应着被分配到每个小区不同区域的频谱资源段。图3中，a₁₀₁、a₁₀₂和a₁₀₃分别表示颜色c₁、颜色c₉和颜色c₁₀所对应的频谱资源段，这三段频谱资源段由第一基带处理单元118所提供，被分配给个第一宏远端射频头113覆盖下的宏小区；a₁₀₄、a₁₀₅、a₁₀₆和a₁₀₇分别表示颜色c₂、颜色c₄、颜色c₆和颜色c₇所对应的频谱资源段，这四段频谱资源段由第一基带处理单元118所提供，被分配给第二宏远端视频头114覆盖下的宏小区；a₁₀₈、a₁₀₉和a₁₁₀分别表示颜色c₃、颜色c₅和颜色c₈所对应的频谱资源段，这三段频谱资源段由第一基带处理单元118搜索提供，被分配给第三宏远端射频头115覆盖下的宏小区。这里高速交换结构即建立了第一宏远端射频头113、第二宏远端射频头114和第三宏远端射频头115到第一基带处理单元118的连接。a₂₀₁到a₂₁₀同样表示颜色c₁到c₉所对应的频谱资源段，所不同的是这些频谱资源段都是由第二基带处理单元119提供的。a₂₀₁表示颜色c₁所对应的频谱资源段，被配给第九远端射频头113所覆盖下的微小区；a₂₀₂表示颜色c₉所对应的频谱资源段，被分配给第七远端射频头111覆盖下的微小区；a₂₀₃表示未被使用的频谱资源段；a₂₀₄表示颜色c₂对应的频谱资源段，被分配给第六微远端射频头110覆盖下的微小区；a₂₀₅表示颜色c₄对应的频谱资源段，被分配给第一微远端射频头104覆盖下的微小区；a₂₀₆表示颜色c₆对应的频谱资源段，被分配给第二微远端射频头105覆盖下的微小区；a₂₀₇表示颜色c₇对应的频谱资源段，被分配给第三微远端射频头106覆盖下的微小区；a₂₀₈表示颜色c₃对应的频谱资源段，被分配给第八微远端射频头112覆盖下的微小区；a₂₀₉表示颜色c₅对应的频谱资源段，被分配给第四微远端射频头107覆盖下的微小区；a₂₁₀表示颜色c₈对应的频谱资源段，被分配给第五微远端射频头108覆盖下的微小区。从分配结果来看，所有的微远端射频头均通过高速交换结构，被连接到了第二基带处理单元119上。则至此完成基于图染色的频率资源分配。

实施例2：

本实施例中针对某个业务量场景，提供一种云无线接入网架构下的动态频率复用方法中的基于图染色的频率资源分配调节方式具体实施过程的详细举例说明如下：

本实施例中所设定的场景为：基于实施例1中所提出的业务量场景，第一远端射频头113所覆盖下的小区的频谱资源需求从6a兆赫兹减少为4a兆赫兹，其余远端射频头所覆盖下的各个小区中的频谱资源需求量不变。此时需要采用所提出的基于图染色的频率资源分配调节方法对原有的频谱资源分配结果进行调整。

先根据实施例1中的频谱资源分配结果，此时第一宏节点113的已用颜色向量为[1,0,0,0,0,0,0,0,1,1]，即其使用了颜色c₁、颜色c₉和颜色c₁₀。颜色c₁₀在图中总共只被使用的次数最少，只有一次，且满足条件若用该颜色c₁₀去染第一宏节点113，则分配给第一宏节点113的颜色负载值总和大于节点自身的负载值需求，而若不用该颜色c₁₀去染第一宏节点113时，分配给第一宏节点113的颜色负载值总和则不能满足该节点对应远端射频头的负载需求；

然后将颜色c₁₀分裂产生一种新的颜色c₁₁，颜色c₁₁的负载l(c₁₁)为2a兆赫兹，颜色c₁₀的负载更新为a兆赫兹，第一宏节点113的已用颜色向量更新为[1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0]，其余节点的已用颜色向量也分别进行相应的更新，则可完成频谱资源分配的调节。最终的频率资源分配调节结果如图4所示，频谱资源的分配结果基于实施例1中的场景没有大的变动，只是颜色c₁₀的负载值进行了调整，并生成了一种新的颜色c₁₁。但实际上基于现有的用户业务需求情况，新生成的颜色c₁₁所对应的频谱资源段没有分配给任何一个远端射频头所覆盖的小区。图4为本实施例2中基于图染色的频率资源分配调节方法的最终结果示意图。如图4所示，图中b₁₀₄即表示新生成的颜色c₁₁所对应的频谱资源段，没有被分配给任何一个小区，b₁₀₃为分裂后的颜色c₁₀，负载值已变为a兆赫兹。其余各宏、微小区的频谱资源情况不变，与基带处理单元的连接方式也不变。

Claims (2)

1.一种云无线接入异构网下的动态频率复用方法，适用于全频带的正交频分复用系统；采用基于图染色的频率资源分配方式根据各宏微小区的用户业务需求对系统中的宏小区和微小区中的用户进行频率资源分配；采用基于图染色的频率资源分配调节方式，在各小区用户业务需求发生变化时对已有的频谱资源的分配结果进行调节；其特征在于所述基于图染色的频率资源分配方式具体包括以下步骤：

第一步：基站资源池中的中央管理调度模块收集各小区不同区域在当前时刻的频谱资源需求情况，再根据已知的系统覆盖下小区间的位置关系生成小区间干扰拓扑结构图；该拓扑结构图由节点和连接两个节点的边所构成，每个节点表示一个宏小区或一个微小区；通过所设定的距离门限值来判断任意两个微远端射频头所覆盖的小区间是否可以复用同一段频率：当两个微远端射频头间的距离大于时，则所覆盖的小区可以复用同一段频率，否则不能；设微远端射频头和宏远端射频头之间的距离门限为当一个微远端射频头和一个宏远端射频头间的距离大于时，则它们所分别覆盖的小区可以复用同一段频率，否则不能；在小区间干扰拓扑结构图中，代表不能复用同一段频率的两个小区的两个节点之间用边相连接；每个节点k都有一个对应的负载值e_k，表示该小区的频谱资源需求量的大小，即所需的资源块的个数，这个值在构图时即等于节点k所对应的远端射频头所覆盖下小区的负载r_k；这里序号k用于标识不同的节点，包括宏节点和微节点；同时为每个节点k定义已用颜色向量和可用颜色向量其中，表示节点k已经被染为颜色c_i，反之 表示节点k可以但是还未被染上颜色c_i，反之在染色过程中，每对一个节点进行染色，都要对图中所有节点的已用颜色向量和可用颜色向量进行更新；

第二步：选取同种负载值最高的节点k^*作为起始节点开始对整个图中的所有节点进行染色；若不止一个节点的负载值同为最高，则优先选取度数最大的节点；若还不止一个，则在度数最大的节点中任意选取一个；所述节点的度数指的是与节点相连接的边的个数；中央管理调度模块生成颜色c₁来对节点k^*进行染色；这里每种颜色c_i也有一个对应的负载值l(c_i)，表示该颜色所对应的频谱资源量，即资源块的个数，用颜色负载值向量l＝[l(c₁),l(c₂),...]来表示现有所有颜色的负载值；这里颜色c₁的负载值即等于节点k^*的负载值；

第三步：将与已染色节点相邻的所有未染色节点构成一个目标节点集合K；如果此时已染色节点没有相邻的未染色节点，则从整个图中找出负载值最大的节点t来构成目标节点集合K；

第四步：从目标节点集合K中选取负载值最大的节点作为目标节点，再为目标节点选取其可用的目标颜色；若则中央管理调度模块需要生成一种新的颜色来对目标节点进行染色，新颜色的负载值就等于目标节点的负载值；若则表示可从图中选取已有颜色来对目标节点进行染色；优先选取满足条件且已染节点数最少的节点的颜色作为目标颜色；针对目标颜色负载值与目标节点的负载值之间的不同关系，分为以下三种情况进行处理；

第一种情况：当目标结点的负载值e_t大于目标颜色的负载值则对目标结点采用部分染色的方式，将节点部分染色为目标颜色染色后节点仍留在目标结点集合K中，但目标结点节点的负载值更新为染色前自身负载值与目标颜色负载值的差值等待进行下一次染色；

第二种情况：当目标结点的负载值e_t等于目标颜色的负载值则将目标结点完全染色为目标颜色然后将目标结点从目标结点集合K中去除；

第三种情况：当目标结点的负载值e_t小于目标颜色的负载值在当前图中已有颜色数为n_c的情况下，则从目标颜色中分裂出一种新的颜色该颜色的负载值为目标颜色负载值与目标结点负载值的差值同时目标颜色的负载值更新为目标节点的负载值e_t；然后将目标节点t染色为目标颜色后，从目标节点集合K中去除；

重复该步骤直到集合K为空集；

第五步：重复第三步和第四步，直到图中所有的节点均被染过颜色；计算所有颜色的负载值之和若则定义因子将所有颜色的负载值乘以该因子，更新为即减少每种颜色所对应的资源块的个数；若则不对每种颜色的负载值进行调整；

第六步：检查系统中是否仍有节点可继续被染色：对任一节点k，若有则其仍可以被染上其他现有的颜色；中央管理调度模块通过计算得出每种颜色c_i被使用的次数b(c_i)；任一种颜色被使用的次数即表示该颜色所对应的频谱段所需要被复用的次数；同一段频谱被多复用一次即增加一个基带处理单元；则每种颜色被使用的次数中，最大值b^*＝max{b(c₁),b(c₂),...}即表示系统为满足云无线接入网中所有小区用户的业务需求所需要的总的基带处理单元数量；对图中所有的节点进行遍历，对于任一目标节点t，检查其可用颜色向量，若存在颜色的使用次数小于网络中所有用户总的基带处理单元需求量且满足条件则该颜色可以被使用；若同时存在多个可用颜色，则优先选择负载值与目标节点t的负载值最接近的颜色作为目标颜色；染色后，更新所有节点的可用颜色向量，再对下一个节点进行检查，直到所有节点均被遍历过；

第七步：中央管理调度模块根据基于图染色方法所得到的异构云无线接入网中各层小区的频谱资源分配结果，生成每个小区的远端射频头和资源池志宏基带处理单元的对应连接关系；每个远端射频头接受一个基带处理单元提供的频谱资源，被分配到相同频谱的多个远端射频头必须被连接在不同的基带处理单元上。

2.如权利要求1所述云无线接入异构网下的动态频率复用方法，特征在于所述基于图染色的频率资源分配调节方式，是根据各小区中随时间变化的频谱资源需求量和前一时刻的频谱资源分配结果对频谱资源的分配进行调节，具体分为两种情况：

一种情况是，当某个节点k所对应的远端射频头覆盖下小区的频谱资源需求量从r_k变化为且即用户增加时，则具体调节方式如下：

如果则中央管理调度模块将寻找满足条件的颜色c_i对节点k进行染色，并将节点k的负载值更新为当前负载值与颜色c_i负载值的差值，即e_k＝e_k-l(c_i)；重复该过程直到找到满足这样条件的颜色当时，分配给节点k的颜色负载值总和大于节点自身的负载值需求，而当时，分配给节点k的颜色负载值总和则不能满足节点对应远端射频头的负载需求；将颜色分裂以生成一种新的颜色其中N_c为当前图中已有颜色数；新生成颜色的负载值为将颜色的负载值更新为并将N_c更新为N_c+1；同时更新图中所有节点的可用颜色向量和已用颜色向量，完成频谱资源分配的调节；

若且分配给节点k的颜色负载值总和仍不能满足节点对应远端射频头所覆盖下小区的负载需求时，则需要生成一种新的颜色对节点k进行染色，其负载值为更新所有节点的可用颜色向量和已用颜色向量；计算所有颜色的负载值之和若则定义因子将所有颜色的负载值乘以该因子，更新为即减少每种颜色所对应的资源块的个数；若则不对每种颜色的负载值进行调整；

所述云无线接入异构网下的动态频率复用方法，其中所述基于图染色的频率资源分配调节方式的另一种情况是，当某个节点k所对应的远端射频头覆盖下小区的频谱资源需求量从r_k变化为且即用户数减少时，则调节方式如下：

对于节点k，从其已用颜色向量中选取被其他节点使用次数最少、且满足条件的颜色c_i，令重复该过程直到满足以下条件的颜色被选中，即若则分配给节点k的颜色负载值总和大于节点自身的负载值需求，而当时，分配给节点k的颜色负载值总和则不能满足节点对应远端射频头的负载需求；保持

再将颜色分裂出一种新的颜色的负载为将颜色的负载值更新为并更新图中所有节点的已用颜色向量和可用颜色向量，完成频谱资源分配的调节。