CN104486766A - 基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配方法 - Google Patents

Abstract

基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配方法，涉及频谱聚合资源分配方法。是为了解决现有频谱频谱聚合算法在认知无线电技术条件下无法有效分配认知频谱资源的问题。其方法是：一、通过频谱感知算法获取认知频谱授权用户的信息和等效吞吐量；二、选择相应的认知频谱作为频谱聚合的成分载波，保证进行聚合的成分载波总吞吐量满足频谱聚合用户的需求；三、对待传输的用户数据进行优先级从大到小排序，保证用户数据传输的公平性；四、按照用户数据的优先级顺序分两种情况把用户数据分配到相应的成分载波上。本发明适用于频谱聚合资源分配。

Description

基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配方法

技术领域

本发明涉及频谱聚合资源分配方法。

背景技术

随着语音、数据、图像、视频等多媒体业务对传输速率越来越高的要求，用户对无线传输带宽的需求日益增长。在LTE-Advanced标准中，为了支持高达100MHz的无线带宽，引入了频谱聚合技术以满足其传输带宽的要求。在LTE-Advanced系统具有足够的连续或者离散的带宽的前提下，LTE-Advanced系统通过聚合连续的或者非连续的频谱带宽来满足LTE-Advanced系统最高100MHz无线带宽的需求。目前，许多学者在LTE-Advanced系统中对频谱聚合技术进行了大量研究，并提出了多种LTE-Advanced系统中频谱聚合资源分配算法，如成分载波选择和管理算法(随机选择算法、循环选择算法和最小负载算法等)、资源块分配算法(比例公平算法、跨成分载波比例公平算法等)，在LTE-Advanced系统中这些算法在负载均衡、公平性等方面具有良好性能。

然而，其它非LTE-Advanced系统(如无线集群通信系统等)同样有高传输速率业务的需求，但是没有LTE-Advanced系统那么足够的无线频谱带宽以用来频谱聚合。针对非LTE-Advanced系统没有足够的无线频谱带宽以供频谱聚合的问题，引入认知无线电技术，来解决没有足够无线频谱带宽的问题。通过认知无线电技术，感知空闲的频谱带宽，以供进行频谱聚合，满足用户对无线频谱带宽的需求。由于采用认知无线电技术获取的空闲频谱带宽是认知占用的，对其的占用受授权用户的影响，当授权用户使用此认知频段时，必须释放对此认知频段的占用，以免对授权用户造成有害干扰。

从而，在LTE-Advanced系统中性能良好的频谱聚合资源分配算法并不适合在采用认知无线电技术的系统中使用，受授权用户接入的影响，其性能将恶化，负载均衡和公平性将无法保证，从而无法满足采用认知无线电技术的非LTE-Advanced系统用户频谱聚合的需求。

发明内容

本发明是为了解决现有频谱频谱聚合算法在认知无线电技术条件下无法有效分配认知频谱资源的问题，从而提供一种基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配方法。

基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配方法，它由以下步骤实现：

步骤一、在待传输的用户数据到达时，判断是否已经选择频谱聚合的成分载波，如果判断结果为是，则执行步骤四；如果判断结果为否，则执行步骤二；

步骤二、通过频谱感知算法获取可用于频谱聚合的认知空闲频谱，获得相应认知空闲频谱的授权用户的到达率λ_i和服务率μ_i，

通过公式：

$P_{0,i}=1-\frac{{\mathrm{\λ}}_i}{{\mathrm{\μ}}_i}$

计算每个认知空闲频谱的空闲率P_0,i；

并通过公式：

C_i,eq＝P_0,iC_i

计算等效吞吐量C_i,eq；

式中：λ_i是第i个认知成分载波上授权用户的到达率；μ_i是第i个认知成分载波上授权用户的服务率；C_i是第i个认知成分载波的吞吐量；

步骤三、选择用于频谱聚合的成分载波；

所述选择的用于频谱聚合的成分载波满足：

$C\≤\underset{N}{\mathrm{\Σ}}{C}_{i,\mathrm{eq}}$

式中：N为认知成分载波的总数；

步骤四、按照公式：

$I_k=\frac{R_k}{{\tilde{R}}_k}$

对待传输的用户数据按照优先级由大到小的顺序进行排序；

式中：I_k是待传输的第k个用户数据的传输优先级大小；R_k是待传输的第k个用户数据块的大小，是第k个用户已经在此聚合频段传输的数据大小；

步骤五、按照用户数据的优先级顺序把用户数据分配到相应的成分载波上，具体为：

当存在空闲的成分载波时，优先选择等效吞吐量最大的成分载波i^*：

$i^{*}=\arg \underset{i}{\max }\left\{C_{i,\mathrm{eq}}\right\}$

如果没有空闲的成分载波，按照公式：

$i^{*}=\arg \underset{i}{\max }\left\{\frac{M_i}{C_{i,\mathrm{eq}}}\right\}$

进行成分载波i^*的分配；

步骤六、用户数据在相应的成分载波的物理层进行传输，完成基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配。

本发明解决了在LTE-Advanced系统中适用的频谱聚合资源分配算法无法应用于基于认知无线电技术的无线通信系统的问题，能够有效分配认知频谱资源，并在公平性和负载均衡具有良好的性能。

附图说明

图1是基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配方法的流程示意图；

图2是基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配方法的原理示意图；

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本具体实施方式，当新用户数据到达时，如果此时还没有通过认知无线电技术感知可聚合频段，先进行频谱感知，获取可用于聚合的空闲认知频谱的信息。

$P_{0,i}=1-\frac{{\mathrm{\λ}}_i}{{\mathrm{\μ}}_i}---\left(1\right)$

其中，λ_i和μ_i是第i个认知成分载波上授权用户的到达率和服务率，由频谱感知算法通过感知获得。我们可以通过下式获得第i个认知成分载波的等效吞吐量：

C_i,eq＝P_0,iC_i       (2)

其中，C_i是第i个认知成分载波的吞吐量，C_i,eq是第i个认知成分载波的等效吞吐量。在此基础上进行频谱聚合的成分载波选取，满足下式的要求：

$C\≤\underset{N}{\mathrm{\Σ}}{C}_{i,\mathrm{eq}}---\left(3\right)$

其中，C是进行频谱聚合的用户所要求的吞吐量。公式(3)可以保证进行聚合的成分载波总吞吐量满足频谱聚合用户的需求。

当频谱聚合的成分载波选取完成后，对待传输的用户数据进行优先级排队，首先把用户数据按照空口最小传输单元分块，放入调度传输队列中，然后按照下式进行从大到小的优先级排序：

$I_k=\frac{R_k}{{\tilde{R}}_k}---\left(4\right)$

其中，I_k是待传输的第k个用户数据的传输优先级大小。R_k是待传输的第k个用户数据块的大小，是第k个用户已经在此聚合频段传输的数据大小。由上式保证具有同样优先级的用户数据传输的公平性。然后把此队列的数据分配到各个成分载波进行数据传输。如果存在空闲的成分载波，按照下式选择相应的成分载波进行传输，优先选择等效吞吐量最大的成分载波。

$i^{*}=\arg \underset{i}{\max }\left\{C_{i,\mathrm{eq}}\right\}---\left(5\right)$

如果没有空闲的成分载波，按照下式进行成分载波的分配，以保证在认知条件下，进行频谱聚合时，用户负载均衡。

$i^{*}=\arg \underset{i}{\max }\left\{\frac{M_i}{C_{i,\mathrm{eq}}}\right\}---\left(6\right)$

完成以上步骤之后，由相应成分载波的物理层进行发送。

图2是基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配方法的原理示意图；图中，优先级排序模块对用户数据进行优先级排序，用户数据发送队列模块进行排序后的数据缓存，成分载波分配模块负责把用户数据发送队列中的数据分配到相应的成分载波进行数据发送。

本发明的方法解决了在LTE-Advanced系统中适用的频谱聚合资源分配算法无法应用于基于认知无线电技术的无线通信系统的问题，并在公平性和负载均衡具有良好的性能。本发明在使用认知无线电技术感知的无线信道时，能够获取更宽的频谱带宽，进而实现对认知无线电技术感知到的无线信道进行频谱聚合，从而满足认知用户对更宽带宽的需求。

Claims (1)

1.基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配方法，其特征是，它由以下步骤实现：

步骤一、在待传输的用户数据到达时，判断是否已经选择频谱聚合的成分载波，如果判断结果为是，则执行步骤四；如果判断结果为否，则执行步骤二；

步骤二、通过频谱感知算法获取可用于频谱聚合的认知空闲频谱，获得相应认知空闲频谱的授权用户的到达率λ_i和服务率μ_i，

通过公式：

$P_{0,i}=1-\frac{{\mathrm{\λ}}_i}{{\mathrm{\μ}}_i}$

计算每个认知空闲频谱的空闲率P_0,i；

并通过公式：

C_i,eq＝P_0,iC_i

计算等效吞吐量C_i,eq；

式中：λ_i是第i个认知成分载波上授权用户的到达率；μ_i是第i个认知成分载波上授权用户的服务率；C_i是第i个认知成分载波的吞吐量；

步骤三、选择用于频谱聚合的成分载波；

所述选择的用于频谱聚合的成分载波满足：

$C\≤\underset{N}{\mathrm{\Σ}}{C}_{i,\mathrm{eq}}$

式中：N为认知成分载波的总数；

步骤四、按照公式：

$I_k=\frac{R_k}{{\tilde{R}}_k}$

对待传输的用户数据按照优先级由大到小的顺序进行排序；

式中：I_k是待传输的第k个用户数据的传输优先级大小；R_k是待传输的第k个用户数据块的大小，是第k个用户已经在此聚合频段传输的数据大小；

步骤五、按照用户数据的优先级顺序把用户数据分配到相应的成分载波上，具体为：

当存在空闲的成分载波时，优先选择等效吞吐量最大的成分载波i^*：

$i^{*}=\arg \underset{i}{\max }\left\{C_{i,\mathrm{eq}}\right\}$

如果没有空闲的成分载波，按照公式：

$i^{*}=\arg \underset{i}{\min }\left\{\frac{M_i}{C_{i,\mathrm{eq}}}\right\}$

进行成分载波i^*的分配；

步骤六、用户数据在相应的成分载波的物理层进行传输，完成基于认知无线电技术的频谱聚合资源分配。