CN105228249A - 一种子载波分配方法、相关装置以及基站 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种子载波分配方法，用于提升异构通信网络的吞吐量。本发明实施例方法包括：基站确定每个子载波到每个用户的信道系数；并根据该信道系数确定每个子载波向每个用户传输数据的速率，然后根据该传输数据的速率，将S个基站的子载波分配给N个用户。本发明实施例还提供了相关的子载波分配装置以及基站。

Description

一种子载波分配方法、相关装置以及基站

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种子载波分配方法、相关装置以及基站。

背景技术

异构通信网络是区别于传统网络构架的新型网络结构，它在传统宏蜂窝基站(以下简称宏基站)的覆盖区域中部署了多种类型的低功率和较低处理能力的微蜂窝基站(以下简称微基站)，用于消除传统宏基站的覆盖“盲区”和“忙区”，理论上能够大幅度提高覆盖范围和单位区域的频谱效率。

吞吐量指的是通信网络在单位时间所传输的数据的数量，通信网络在结构一定的前提下，吞吐量越大，则能够传输的数据越多，通信网络的性能就越好，资源的利用效率就越高。因此，提升通信网络的吞吐量，具有重要的实际意义。

现阶段技术中，一般的异构通信网络的吞吐量不够高，不能满足大规模数据传输的要求。

发明内容

本发明实施例提供了一种子载波分配方法，能够提升异构通信网络的吞吐量。

本发明实施例的第一方面提供了一种子载波分配方法，应用于异构通信网络，所述异构通信网络中包括S个基站，所述S个基站的角色包括宏基站和/或微基站；每个所述基站上配置有M个子载波，且对于[1，M]中的任意正整数m，所述S个基站的第m个子载波的频带范围相同；所述通信网络中包括N个用户；其中，所述S、M和N均为正整数，所述方法适用于所述S个基站中的任意基站，所述方法包括：

分别确定所述S个基站的子载波和所述N个用户中，每个子载波到每个用户的信道系数；

根据所述每个子载波到所述每个用户的信道系数，分别确定所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率；

根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，并根据所述分配方案，将所述S个基站的子载波分配给所述N个用户。

结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第一种实现方式中，所述根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案包括：

根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，使得至少有一个用户分配有不少于两个基站的子载波，且所述S个基站的第m个子载波中，任意两个子载波均没有分配给同一用户。

结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第二种实现方式中，所述根据所述每个子载波到所述每个用户的信道系数，分别确定所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率包括：

根据公式计算第i个基站的第m个子载波向第n个用户传输数据的速率，其中：

${\mathrm{SINR}}_{i,n}^m=\frac{P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2}{{\mathrm{sum}}_n^m-P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2},{\mathrm{sum}}_n^m=\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}{P}_i^m|h_{i,n}^m{|}^2;$

其中，所述用于表示所述S个基站中第i个基站在第m个子载波上的功率，所述用于表示所述第i个基站的第m个子载波到第n个用户的信道系数，所述σ²用于表示加性高斯白噪声在一个子载波上的功率，1≤i≤S，1≤n≤N，1≤m≤M。

结合本发明实施例的第一方面、第一方面的第一种或第二种实现方式，本发明实施例的第一方面的第三种实现方式中，对于[1，M]中的任意正整数m，所述异构通信网络的结构等价于一个二部图，所述二部图以所述S个基站为第一顶点集，以所述N个用户作为第二顶点集，以第s个基站在第m个子载波上向第n个用户传输数据的速率，作为连接第s个基站和第n个用户的边的权重；

所述根据所述每个子载波向每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案包括：

对于第m个子载波，确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配；

将所述二部图的最大匹配，确定为所述第m个子载波的最优分配方案；

将所述M个子载波的最优分配方案，确定为所述子载波分配方案。

结合本发明实施例的第一方面的第三中实现方式，本发明实施例的第一方面的第四种实现方式中，所述确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配包括：

根据匈牙利算法，确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配。

本发明实施例的第二方面提供了一种子载波分配装置，应用于异构通信网络，所述异构通信网络中包括S个基站，所述S个基站的角色包括宏基站和/或微基站；每个所述基站上配置有M个子载波，且对于[1，M]中的任意正整数m，所述S个基站的第m个子载波的频带范围相同；所述通信网络中包括N个用户；其中，所述S、M和N均为正整数，所述子载波分配装置适用于所述S个基站中的任意基站，所述子载波分配装置包括：

参数确定模块，用于分别确定所述S个基站的子载波和所述N个用户中，每个子载波到每个用户的信道系数；

速率计算模块，用于根据所述每个子载波到所述每个用户的信道系数，分别确定所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率；

载波分配模块，用于根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，并根据所述分配方案，将所述S个基站的子载波分配给所述N个用户。

结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第一种实现方式中，所述载波分配模块具体用于：

根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，并根据所述分配方案，将所述S个基站的子载波分配给所述N个用户，使得至少有一个用户分配有不少于两个基站的子载波，且所述S个基站的第m个子载波中，任意两个子载波均没有分配给同一用户。

结合本发明实施例的第二方面，本发明实施例的第二方面的第二种实现方式中，所述速率计算模块具体用于：

根据公式计算第i个基站的第m个子载波向第n个用户传输数据的速率，其中：

${\mathrm{SINR}}_{i,n}^m=\frac{P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2}{{\mathrm{sum}}_n^m-P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2},{\mathrm{sum}}_n^m=\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}{P}_i^m|h_{i,n}^m{|}^2;$

其中，所述用于表示所述S个基站中第i个基站在第m个子载波上的功率，所述用于表示所述第i个基站的第m个子载波到第n个用户的信道系数，所述σ²用于表示加性高斯白噪声在一个子载波上的功率，1≤i≤S，1≤n≤N，1≤m≤M。

结合本发明实施例的第二方面、第二方面的第一种或第二种实现方式，本发明实施例的第二方面的第三种实现方式中，对于[1，M]中的任意正整数m，所述异构通信网络的结构等价于一个二部图，所述二部图以所述S个基站为第一顶点集，以所述N个用户作为第二顶点集，以第s个基站在第m个子载波上向第n个用户传输数据的速率，作为连接第s个基站和第n个用户的边的权重；

所述载波分配模块具体用于：

对于第m个子载波，确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配；

将所述二部图的最大匹配，确定为所述第m个子载波的最优分配方案；

将所述M个子载波的最优分配方案，确定为所述子载波分配方案。

结合本发明实施例的第二方面的第三种实现方式，本发明实施例的第二方面的第四种实现方式中，所述载波分配模块根据匈牙利算法，确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配。

本发明实施例的第三方面提供了一种基站，包括本发明实施例第二方面、第二方面的第一种至第四种实现方式中任一项所述的子载波分配装置。

本发明实施例提供了一种子载波分配方法，其中，基站确定每个子载波到每个用户的信道系数；并根据该信道系数确定每个子载波向每个用户传输数据的速率，然后根据该传输数据的速率，将S个基站的子载波分配给N个用户。由于子载波向用户传输数据的速率与通信网络的吞吐量有直接关系，异构通信网络中所有子载波向用户传输数据的速率和，就是异构通信网络的吞吐量，因此，通过确定每个子载波向每个用户传输数据的速率，使得基站能够计算出吞吐量较大的分配方案，有利于提升异构通信网络的吞吐量。

附图说明

图1为异构通信网络的基本架构示意图；

图2为本发明实施例中子载波分配方法一个实施例流程图；

图3(a)为二部图的一个原理示意图；

图3(b)为二部图的另一个原理示意图；

图4为本发明实施例中子载波分配装置一个实施例结构图；

图5为本发明实施例中子载波分配装置另一个实施例结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种子载波分配方法，用于提升异构通信网络中微基站的利用效率。本发明实施例还提供了相关的装置，以下将分别进行说明。

异构通信网络的基本架构示意图请参阅图1，与传统的同构通信网络不同的，异构通信网络的每个小区中包括一个宏基站和多个微基站，但无论宏基站还是微基站，本发明实施例中均统一视为基站对其进行讨论。整个异构通信网络中包括S个基站。其中，异构通信网络的每个基站上配置包括M个子载波，整个异构通信网络中包括S×M个子载波。且该S个基站中，所有基站的第m个子载波的频带范围都相同，其中m为[1，M]中的任意正整数，第m个子载波指的是基站配置的该M个子载波中的第m个子载波。异构通信网络中包括N个用户。其中，S、M和N均为正整数。在异构通信网络中，基站可以通过光纤或其他渠道和其他基站进行数据交互，因此每个基站都能够确定整个异构通信网络的基站、子载波以及用户的信息。

正交频分多址接入技术(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，OFDMA)是一项重要的高速率宽带网络技术，OFDMA系统一般通过如下方法进行子载波分配：步骤一、系统中的用户为自身选择一个基站；步骤二、基站为选择该基站的用户分配子载波。一般的，用户在步骤一会选择能够为其提供最大功率的基站，这种基于信道的选择方法在现阶段的同构通信网络中能够得到很好的应用。但是在异构通信网络中，由于宏基站的功率远大于微基站，根据信道来选择基站会使得大多数用户都链接到宏基站上，从而造成微基站的利用率偏低，异构通信网络的吞吐量较小。

为了提升异构通信网络的吞吐量，本发明实施例在图1所示的异构通信网络的基础上提供了一种子载波分配方法，适用于异构通信网络的S个基站中的任意一个基站，该方法的基本流程请参阅图2，包括：

201、确定每个子载波到每个用户的信道系数；

基站确定异构通信网络的S个基站的每个子载波(共S×N个)到每个用户的信道系数，其中，信道系数用于描述子载波的信道衰减及衰落特性。

基站可以通过接收用户发送的数据探测包等方式，确定自身的每个子载波到每个用户的信道数据，然后并从其他基站处获取其他基站的每个子载波到每个用户的信道系数。基站也可以通过其他方法确定该S个基站的每个子载波到每个用户的信道系数，此处不做限定。

202、根据每个子载波到每个用户的信道系数，确定每个子载波向每个用户传输数据的速率；

为了尽可能的提升异构通信网络的吞吐量，基站可以根据信道系数，确定每个子载波向每个用户传输数据的速率，并根据该速率制定子载波分配方案。可以理解的，子载波向用户传输数据的速率，就是该子载波单位时间向该用户传输数据的数量；异构通信网络中所有子载波向用户传输数据的速率和，就是异构通信网络的吞吐量，异构通信网络中所有子载波向用户传输数据的速率和的最大值，就是异构通信网络的最大吞吐量。因此，通过确定每个子载波向每个用户传输数据的速率，使得基站理论上能够计算出吞吐量较大的分配方案，有利于提升异构通信网络的吞吐量。

203、根据每个子载波向每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，并根据该分配方案，将该S个基站的子载波分配给该N个用户。

基站根据每个子载波向每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案。可以理解的，基站可以尽可能确定子载波的速率和最大的分配方案，以求获得最大的吞吐量。在确定了分配方案后，基站按照该分配方案，将该S个基站的子载波分配给该N个用户。其中，每个用户分配有一个或多个子载波，但一个基站的一个子载波只能分配给一个用户。同时，为了避免基站之间的干扰，要避免频带范围有重叠的子载波被分配给同一个用户的现象，由于该S个基站中，不同的基站的第m个子载波的频带范围相同，因此需要保证该该S个基站的第m个子载波要么不被分配，要么被分配给不同的用户，即该S个基站的第m个子载波中任意两个子载波都没有被分配给相同的用户。

本实施例提供了一种子载波分配方法，其中，基站确定每个子载波到每个用户的信道系数；并根据该信道系数确定每个子载波向每个用户传输数据的速率，然后根据该传输数据的速率，将S个基站的子载波分配给N个用户。由于子载波向用户传输数据的速率与通信网络的吞吐量有直接关系，异构通信网络中所有子载波向用户传输数据的速率和，就是异构通信网络的吞吐量，因此，通过确定每个子载波向每个用户传输数据的速率，使得基站能够计算出吞吐量较大的分配方案，有利于提升异构通信网络的吞吐量。

上文的论述中提到：每个用户分配有一个或多个子载波。在本发明的一些实施例中，部分(至少一个)用户可以分配有两个或两个以上的基站的子载波，使得该部分用户能够通过不同的子载波接入不同的基站，这样该部分用户不仅能够接入宏基站，还有机会接入传输速率较高的微基站。这样就大大提升了用户接入微基站的概率，提升了异构通信网络中微基站的利用率，提高了通信网络的覆盖范围和单位区域的频谱效率。

上文的论述中提到，基站根据每个子载波到每个用户的信道系数，计算每个子载波向每个用户传输数据的速率。其中，若第i个基站的第m个子载波向第n个用户传输数据的速率为则的一种计算方法为：

$R_{i,n}^m=log(1+{\mathrm{SINR}}_{i,n}^m),$

其中， ${\mathrm{SINR}}_{i,n}^m=\frac{P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2}{{\mathrm{sum}}_n^m-P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2},{\mathrm{sum}}_n^m=\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}{P}_i^m|h_{i,n}^m{|}^2;$

其中，用于表示第i个基站在第m个子载波上的功率，为第i个基站的第m个子载波到第n个用户的信道系数，σ²用于表示加性高斯白噪声(AWGN，AdditiveWhiteGaussianNoise)在一个子载波上的功率。

设变量表示第n个用户在第i个基站的第m个子载波上是否通信，取1时表示通信，取0时表示不通信，则吞吐量最大的子载波的分配方案可以转化为求解如下问题：

$Q1:max\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{x}_{i,n}^m{R}_{i,n}^m,$ 其中 $\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_{i,n}^m\≤1,$ 且 $\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}{x}_{i,n}^m\≤1.$

在上面的论述中已经提到，每个基站的配置中包括M个子载波，且不同基站的第m个子载波的频率范围相同，即：整个异构通信网络的子载波包括M个频率范围，第m个频率范围的子载波即为S个不同基站的第m个子载波。由于不同基站的子载波之间互不影响，因此Q1可以针对M个频率范围的子载波分解为M个子问题Q2，即对于第m个频率范围的S个子载波：

$Q2:max\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_{i,n}^m{R}_{i,n}^m,$ 其中 $\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_{i,n}^m\≤1,$ 且 $\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}{x}_{i,n}^m\≤1.$

当对[1，M]中的所有整数值m求解Q2后，就得到了理论上异构通信网络吞吐量最大的子载波的分配方案。

其中，Q2是一个组合优化问题，可以等价转化为二部图匹配问题来求解。

二部图(BipartiteGraph)是图论中的一种特殊模型，其顶点集可以分成两个不相交的子集，在同一个子集内的顶点没有共同边。二部图的原理示意图请参阅图3(a)与图3(b)，其中，我们把左侧顶点的集合称为第一顶点集，右侧顶点的集合称为第二顶点集，连接任意两个顶点的线称为边。在图3(a)中，第一顶点集中的顶点之间没有共同边，第二顶点集中的顶点也没有共同边，因此是一个二部图；图3(b)中，第一顶点集中的顶点之间有共同边，因此不是一个二部图。二部图中，所有边的集合称为边集。若二部图的边集中，任意两条边都没有公用的顶点，则称该边集为二部图的一个匹配。若边集中每一条边都具有权重，则权重和最大的匹配称为二部图的最大匹配。

二部图的最大匹配可以用穷举法求解，但是穷举法的复杂度较高，在实际应用中不具备可行性。较为可行的，可以使用匈牙利算法来求解。匈牙利算法是一种利用增广路来求解二部图的最大匹配的算法，本发明实施例中对此算法不做赘述。

本发明实施例中，当m确定时，异构通信网络的结构可以抽象为一个二部图。具体的，可以以异构通信网络中的S个基站作为第一顶点集，以异构通信网络中的N个用户作为第二顶点集，以第i个基站的第m个子载波上向第n个用户传输数据的速率作为连接第s个基站和第n个用户的边的权重，得到二部图。其中，1≤i≤S，1≤n≤N。由于且因此实质上为二部图的一个匹配。由此可以看出，抽象出的二部图的最大匹配，就是Q2的解。因此，对[1，M]中的所有整数值m求解Q2等价的二部图后，得到的就是异构通信网络吞吐量最大的子载波分配方案。

申请人经过大量仿真实验后发现，基于二部图来根据传输数据的速度分配子载波，会将整个异构通信网络的吞吐量提升10％或以上。

为了便于理解上述实施例，下面将以上述实施例的一个具体应用场景为例进行描述。

异构通信网络中有3个小区，每个小区中有一个宏基站和三个微基站，整个异构通信网络共12个基站。宏基站每个子载波的功率为40×10^-3W，微基站每个子载波的的功率为1×10^-3W，噪声在每个子载波的上的功率为1×10^-3W，每个基站有1024个子载波，每个子载波的带宽为15kHZ，每个小区的用户数为30，整个异构通信网络共90个用户。

以其中一个小区的一个基站为例，该基站确定每个基站的每个子载波到每个用户的信道系数，其中第i个基站的第m个子载波到第n个用户为

基站根据计算第i个基站的第m个子载波向第n个用户传输数据的速率其中：

${\mathrm{SINR}}_{i,n}^m=\frac{P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2}{{\mathrm{sum}}_n^m-P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2},{\mathrm{sum}}_n^m=\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}{P}_i^m|h_{i,n}^m{|}^2;$

其中，用于表示所述S个基站中第i个基站在第m个子载波上的功率，若第i个基站是宏基站，则若第i个基站是微基站，则 σ²用于表示加性高斯白噪声在一个子载波上的功率，取值为1×10^-3W。其中，1≤i≤12，1≤n≤90，1≤m≤1024。

在基站计算出了所有的后，对于确定的m值，基站通过匈牙利算法确定与异构通信网络等价的二部图的最大匹配，其中，该二部图的第一顶点集为异构通信网络中的12个基站，第二顶点集为异构通信网络中的90个用户，连接第s个基站和第n个用户的边的权重为求得的最大匹配即为每个基站的第m个子载波的分配方案。

基站对[1，1024]中的所有m求解了等价的二部图的最大匹配后，就得到了整个异构通信网络的子载波分配方案。基站按照该方案将异构通信网络的子载波分配给该90个用户。

本发明实施例还提供了一种子载波分配装置，用于实现上面的实施例所提供的方法，请参阅图4，该子载波分配装置具体包括：

参数确定模块401，用于分别确定S个基站的子载波和N个用户中，每个子载波到每个用户的信道系数；

速率计算模块402，用于根据每个子载波到每个用户的信道系数，分别确定每个子载波向每个用户传输数据的速率；

载波分配模块403，用于根据每个子载波向每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，并根据分配方案，将S个基站的子载波分配给N个用户。

本实施例提供了一种子载波分配装置，其中，参数确定模块401确定每个子载波到每个用户的信道系数；速率计算模块402每个子载波到每个用户的信道系数，分别确定每个子载波向每个用户传输数据的速率；载波分配模块403根据每个子载波向每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，并根据分配方案，将S个基站的子载波分配给N个用户。由于子载波向用户传输数据的速率与通信网络的吞吐量有直接关系，异构通信网络中所有子载波向用户传输数据的速率和，就是异构通信网络的吞吐量，因此，通过确定每个子载波向每个用户传输数据的速率，使得基站能够计算出吞吐量较大的分配方案，有利于提升异构通信网络的吞吐量。

其中，载波分配模块403确定的子载波分配方案中，至少有一个用户分配有不少于两个基站的子载波，且该S个基站的第m个子载波中，任意两个子载波均没有分配给同一用户。

其中，速率计算模块402可以根据如下公式计算每个子载波向每个用户传输数据的速率

$R_{i,n}^m=log(1+{\mathrm{SINR}}_{i,n}^m),$ 其中：

${\mathrm{SINR}}_{i,n}^m=\frac{P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2}{{\mathrm{sum}}_n^m-P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2},{\mathrm{sum}}_n^m=\underset{i=I}{\overset{S}{\Σ}}{P}_i^m|h_{i,n}^m{|}^2.$

其中，用于表示第i个基站在第m个子载波上的功率，为第i个基站的第m个子载波到第n个用户的信道系数，σ²用于表示AWGN在一个子载波上的功率。

本发明实施例中，当m确定的情况下，异构通信网络的结构可以等价抽象为一个二部图。具体的，可以以异构通信网络中的S个基站作为第一顶点集，以异构通信网络中的N个用户作为第二顶点集，以作为连接第s个基站和第n个用户的边的权重，得到二部图。其中，1≤i≤S，1≤n≤N。抽象出的二部图的最大匹配，就是每个基站的第m个子载波的分配方案。对[1，M]中的所有整数值m求解异构通信网络等价的二部图后，得到的就是异构通信网络吞吐量最大的子载波分配方案。其中，基站可以根据匈牙利算法或其它算法，求解异构通信网络等价的二部图的最大匹配。

为了便于理解上述实施例，下面将以上述实施例的一个具体应用场景为例进行描述。

异构通信网络中有3个小区，每个小区中有一个宏基站和三个微基站，整个异构通信网络共12个基站。宏基站每个子载波的功率为40×10^-3W，微基站每个子载波的功率为1×10^-3W，噪声在每个子载波上的功率为1×10^-3W，每个基站有1024个子载波，每个子载波的带宽为15kHZ，每个小区的用户数为30，整个异构通信网络共90个用户。

以其中一个小区的一个基站为例，该基站上配置有子载波分配装置，该子载波分配装置的参数确定模块501确定每个基站的每个子载波到每个用户的信道系数，其中第i个基站的第m个子载波到第n个用户为

参数确定单元5021计算第i个基站的第m个子载波向第n个用户传输数据的速率 $R_{i,n}^m:R_{i,n}^m=\log (1+{\mathrm{SINR}}_{i,n}^m),{\mathrm{SINR}}_{i,n}^m=\frac{P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2}{{\mathrm{sum}}_n^m-P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2},$ 其中，用于表示所述S个基站中第i个基站在第m个子载波上的功率，若第i个基站是宏基站，则若第i个基站是微基站，则σ²用于表示加性高斯白噪声在一个子载波上的功率，取值为1×10^-3W。其中，1≤i≤12，1≤n≤90，1≤m≤1024。

在参数确定单元5021计算出了所有的后，对于确定的m值，方案确定单元5022通过匈牙利算法确定与异构通信网络等价的二部图的最大匹配，其中，该二部图的第一顶点集为异构通信网络中的12个基站，第二顶点集为异构通信网络中的90个用户，连接第s个基站和第n个用户的边的权重为求得的最大匹配即为每个基站的第m个子载波的分配方案。

方案确定单元5022对[1，1024]中的所有m求解了等价的二部图的最大匹配后，就得到了整个异构通信网络的子载波分配方案。方案确定单元5022按照该方案将异构通信网络的子载波分配给该90个用户。

上面从单元化功能实体的角度对本发明实施例中的子载波分配装置进行了描述，下面从硬件处理的角度对本发明实施例中的子载波分配装置进行描述，请参阅图5，本发明实施例中的子载波分配装置500另一实施例包括：

输入装置501、输出装置502、处理器503和存储器504(其中子载波分配装置500中的处理器503的数量可以一个或多个，图5中以一个处理器503为例)。在本发明的一些实施例中，输入装置501、输出装置502、处理器503和存储器504可通过总线或其它方式连接，其中，图5中以通过总线连接为例。

其中，通过调用存储器504存储的操作指令，处理器503用于执行如下步骤：

分别确定所述S个基站的子载波和所述N个用户中，每个子载波到每个用户的信道系数；

根据所述每个子载波到所述每个用户的信道系数，分别确定所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率；

根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，并根据所述分配方案，将所述S个基站的子载波分配给所述N个用户。

本发明的一些实施例中，处理器503还用于执行如下步骤：

根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，使得至少有一个用户分配有不少于两个基站的子载波，且所述S个基站的第m个子载波中，任意两个子载波均没有分配给同一用户。

本发明的一些实施例中，处理器503还用于执行如下步骤：

根据公式计算第i个基站的第m个子载波向第n个用户传输数据的速率，其中：

${\mathrm{SINR}}_{i,n}^m=\frac{P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2}{{\mathrm{sum}}_n^m-P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2},{\mathrm{sum}}_n^m=\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}{P}_i^m|h_{i,n}^m{|}^2;$

其中，所述用于表示所述S个基站中第i个基站在第m个子载波上的功率，所述用于表示所述第i个基站的第m个子载波到第n个用户的信道系数，所述σ²用于表示加性高斯白噪声在一个子载波上的功率，1≤i≤S，1≤n≤N，1≤m≤M。

本发明的一些实施例中，对于[1，M]中的任意正整数m，所述异构通信网络的结构等价于一个二部图，所述二部图以所述S个基站为第一顶点集，以所述N个用户作为第二顶点集，以第s个基站在第m个子载波上向第n个用户传输数据的速率，作为连接第s个基站和第n个用户的边的权重；处理器503还用于执行如下步骤：

对于第m个子载波，确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配；

将所述二部图的最大匹配，确定为所述第m个子载波的最优分配方案；

将所述M个子载波的最优分配方案，确定为所述子载波分配方案。

本发明的一些实施例中，处理器503还用于执行如下步骤：

根据匈牙利算法，确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配。

本发明实施例还提供了一种基站，包括如图4至图5中任一实施例中的子载波分配装置。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种子载波分配方法，应用于异构通信网络，其特征在于，所述异构通信网络中包括S个基站，所述S个基站的角色包括宏基站和/或微基站；每个所述基站上配置有M个子载波，且对于[1，M]中的任意正整数m，所述S个基站的第m个子载波的频带范围相同；所述通信网络中包括N个用户；其中，所述S、M和N均为正整数，所述方法适用于所述S个基站中的任意基站，所述方法包括：

分别确定所述S个基站的子载波和所述N个用户中，每个子载波到每个用户的信道系数；

根据所述每个子载波到所述每个用户的信道系数，分别确定所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率；

根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，并根据所述分配方案，将所述S个基站的子载波分配给所述N个用户。

2.根据权利要求1所述的子载波分配方法，其特征在于，所述根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案包括：

根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，使得至少有一个用户分配有不少于两个基站的子载波，且所述S个基站的第m个子载波中，任意两个子载波均没有分配给同一用户。

3.根据权利要求1所述的子载波分配方法，其特征在于，所述根据所述每个子载波到所述每个用户的信道系数，分别确定所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率包括：

根据公式计算第i个基站的第m个子载波向第n个用户传输数据的速率，其中：

${\mathrm{SINR}}_{i,n}^m=\frac{P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2}{{\mathrm{sum}}_n^m-P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2},$ ${\mathrm{sum}}_n^m=\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}{P}_i^m|h_{i,n}^m{|}^2;$

其中，所述用于表示所述S个基站中第i个基站在第m个子载波上的功率，所述用于表示所述第i个基站的第m个子载波到第n个用户的信道系数，所述σ²用于表示加性高斯白噪声在一个子载波上的功率，1≤i≤S，1≤n≤N，1≤m≤M。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的子载波分配方法，其特征在于，对于[1，M]中的任意正整数m，所述异构通信网络的结构等价于一个二部图，所述二部图以所述S个基站为第一顶点集，以所述N个用户作为第二顶点集，以第s个基站在第m个子载波上向第n个用户传输数据的速率，作为连接第s个基站和第n个用户的边的权重；

所述根据所述每个子载波向每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案包括：

对于第m个子载波，确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配；

将所述二部图的最大匹配，确定为所述第m个子载波的最优分配方案；

将所述M个子载波的最优分配方案，确定为所述子载波分配方案。

5.根据权利要求4所述的子载波分配方法，其特征在于，所述确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配包括：

根据匈牙利算法，确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配。

6.一种子载波分配装置，应用于异构通信网络，其特征在于，所述异构通信网络中包括S个基站，所述S个基站的角色包括宏基站和/或微基站；每个所述基站上配置有M个子载波，且对于[1，M]中的任意正整数m，所述S个基站的第m个子载波的频带范围相同；所述通信网络中包括N个用户；其中，所述S、M和N均为正整数，所述子载波分配装置适用于所述S个基站中的任意基站，所述子载波分配装置包括：

参数确定模块，用于分别确定所述S个基站的子载波和所述N个用户中，每个子载波到每个用户的信道系数；

速率计算模块，用于根据所述每个子载波到所述每个用户的信道系数，分别确定所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率；

载波分配模块，用于根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，并根据所述分配方案，将所述S个基站的子载波分配给所述N个用户。

7.根据权利要求6所述的子载波分配装置，其特征在于，所述载波分配模块具体用于：

根据所述每个子载波向所述每个用户传输数据的速率，确定子载波分配方案，并根据所述分配方案，将所述S个基站的子载波分配给所述N个用户，使得至少有一个用户分配有不少于两个基站的子载波，且所述S个基站的第m个子载波中，任意两个子载波均没有分配给同一用户。

8.根据权利要求6所述的子载波分配装置，其特征在于，所述速率计算模块具体用于：

根据公式计算第i个基站的第m个子载波向第n个用户传输数据的速率，其中：

${\mathrm{SINR}}_{i,n}^m=\frac{P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2}{{\mathrm{sum}}_n^m-P_i^m|h_{i,n}^m{|}^2+{\mathrm{\σ}}^2},$ ${\mathrm{sum}}_n^m=\underset{i=1}{\overset{S}{\Σ}}{P}_i^m|h_{i,n}^m{|}^2;$

其中，所述用于表示所述S个基站中第i个基站在第m个子载波上的功率，所述用于表示所述第i个基站的第m个子载波到第n个用户的信道系数，所述σ²用于表示加性高斯白噪声在一个子载波上的功率，1≤i≤S，1≤n≤N，1≤m≤M。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的子载波分配装置，其特征在于，对于[1，M]中的任意正整数m，所述异构通信网络的结构等价于一个二部图，所述二部图以所述S个基站为第一顶点集，以所述N个用户作为第二顶点集，以第s个基站在第m个子载波上向第n个用户传输数据的速率，作为连接第s个基站和第n个用户的边的权重；

所述载波分配模块具体用于：

对于第m个子载波，确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配；

将所述二部图的最大匹配，确定为所述第m个子载波的最优分配方案；

将所述M个子载波的最优分配方案，确定为所述子载波分配方案。

10.根据权利要求9所述的子载波分配装置，其特征在于，所述载波分配模块根据匈牙利算法，确定所述异构通信网络等价的二部图的最大匹配。

11.一种基站，其特征在于，包括权利要求6至10中任一项所述的子载波分配装置。