CN105517060A - 一种无定形网络覆盖的频谱分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无定形网络覆盖的频谱分配方法。所述方法包括：无定形覆盖的无线网络有个基站和个游牧站点；每个基站感知自己覆盖范围内的空闲频带；然后，每个基站将获取的频带分配到通信链路，用户和基站进行上行通信；所有基站将空闲频带集合报告给移动交换中心，后者找出相同的频带集合；移动交换中心先将相同的频带分配给互不干扰的游牧站点和近端用户，再将剩下的互不重叠的频带分配给余下的游牧站点和近端用户；和游牧站点相连的远端用户、密集区域用户不仅被分配游牧站点的频带，还被分配不在干扰距离内的近端用户的频带。本方法根据基站感知得到的可用频带信息和游牧站点之间的干扰信息进行频带分配，在提升无线网络的容量和覆盖度同时提高频带利用率，适用于无定形覆盖的无线网络频谱分配。

Description

一种无定形网络覆盖的频谱分配方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种无定形网络覆盖的频谱分配方法。

背景技术

频谱资源以前都由政府管理，采用固定授权分配方式。近年来实测数据表明已经分配的频带利用率不高，在时间和空间上都存在大量空闲。另一方面，新型无线通信系统发展迅速，需要更多的频带来满足通信服务质量要求。在剩余可开发的频谱资源有限的情况下，提高频带利用率成为现实途径。认知无线电技术有望实现这一愿景，它允许非授权用户机会式地共享授权用户的频带，从而使得已经分配的频带能够容纳更多用户通信。

蜂窝网最初由正六边形的小区组成，便于中心式管理。但是这种覆盖框架存在小区边缘信号质量差、远近效应等问题。近年来随着小区分裂、中继等技术引入，蜂窝网的异构、分层特征越来越明显。特别最近人们考虑在蜂窝网中引入游牧站点，突破传统的正六边形覆盖框架，形成无定形覆盖，提升蜂窝网容量和小区边缘、热点区域的信号质量。无定形网络覆盖可以推广到无线局域网、无线网状网、无线传感器网络等其它无线网络，同样可以提升网络容量和覆盖度。

蜂窝网等无线网络的频谱分配方法得到广泛关注，人们已经提出很多基于最优化理论、图论、博弈论、生物学启发的频谱分配方法，抑制站点之间的干扰同时提高频带利用率，但是无定形网络覆盖的频谱分配方法还很少见。

发明内容

针对现有的无线网络频谱分配方法未考虑站点游牧的情形，本发明提出一种无定形网络覆盖的频谱分配方法，根据基站感知得到的可用频带信息和游牧站点之间的干扰信息进行频带分配，在提升无线网络的容量和覆盖度同时提高频带利用率。

本发明技术方案如下：

一种无定形覆盖的无线网络，包括N个基站和K个游牧站点。用户动态地进入/离开基站和游牧站点覆盖的区域，用户数不是固定的；在基站覆盖范围内的用户直接连接到基站，但是密集区域的用户数可能超过基站容量，需要游牧站点分担流量；不在基站覆盖范围内的用户则由游牧站点通过中继转发接入到基站；

一种无定形网络覆盖的频谱分配方法，具体包括如下步骤：

(1)游牧站点往不在基站覆盖范围内的用户和密集区域的用户移动，每个游牧站点的移动路线和游牧站点之间的协调由移动交换中心控制，保证游牧站点合理分布在用户活动区域以给不在基站覆盖范围内的用户和密集区域的用户提供接入，及保证每个游牧站点离任何基站的距离不超过基站的覆盖半径以使每个游牧站点可以接入到一个基站；

(2)游牧站点的移动周期性地进行，周期设为Ts；在游牧站点的一个移动周期开始时，移动交换中心预测游牧站点的移动路线，估计每个基站可能连接的游牧站点数和用户数；在游牧站点的一个移动周期结束时，每个游牧站点的位置确定，它们按照最近距离原则接入到基站；第n个基站接入的游牧站点数设为K_n，有 ${\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{K}_n=K.$

(3)用户同时也按照最近距离原则接入到游牧站点，和基站直接相连的近端用户跟基站之间的通信只要分配一个频带，通过游牧站点和基站相连的远端用户、密集区域用户跟基站之间的通信分两个时隙进行，也只要分配一个频带。设第n个基站接入的近端用户数为U_n，其接入远端用户的游牧站点记为S₁,…,这些游牧站点接入的远端用户数分别为r_n,1,…,其接入密集区域用户的游牧站点记为这些游牧站点接入的密集区域用户数分别为

(4)在游牧站点的一个移动周期开始时，每个基站根据移动交换中心估计的游牧站点数和用户数确定所需要的频带数，调节感知频带的范围去感知自己覆盖范围内的空闲频带，第n个基站获取的空闲频带集合记为其中M_n是第n个基站获知的空闲频带数。

(5)每个基站将获取的频带分配到通信链路，用户和基站进行上行通信；所有基站将空闲频带集合报告给移动交换中心，移动交换中心找出相同的频带集合；移动交换中心计算两个游牧站点、游牧站点和近端用户之间的干扰距离，它保证两个站点之间的相互干扰低于可以接受的阈值。

(6)移动交换中心先将相同的频带分配给相距超过干扰距离的游牧站点和近端用户，再将剩下的互不重叠的频带分配给余下的游牧站点和近端用户；和游牧站点相连的远端用户、密集区域用户不仅被分配游牧站点的频带，还被分配不在干扰距离内的近端用户的频带；每个游牧站点连接的用户不使用相同的频带，每个基站连接的游牧站点和近端用户也不使用相同的频带；

(7)在游牧站点的下一个移动周期，每个游牧站点的位置发生变化，基站感知到的频带集合也可能发生变化；移动交换中心重新按照上述步骤分配频带到通信链路。

本发明的有益效果为：本发明根据基站感知得到的可用频带信息和游牧站点之间的干扰信息进行频带分配，在提升无线网络的容量和覆盖度同时提高频带利用率，适用于无定形覆盖的无线网络频谱分配，具有频带利用率高、可适应站点游牧和可用频带资源动态变化等优点。

附图说明

图1为无定形覆盖的无线网络示意图；

图2为无定形网络覆盖基站x₁的频谱分配示意图；

图3为无定形网络覆盖中基站x₂的频谱分配示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，无定形覆盖的无线网络有N个基站和K个游牧站点。用户动态地进入/离开基站和游牧站点覆盖的区域，用户数不是固定的。在基站覆盖范围内的用户可以直接连接到基站，但是密集区域的用户数可能超过基站容量，需要游牧站点分担流量。不在基站覆盖范围内的用户则由游牧站点通过中继转发接入到基站。游牧站点往不在基站覆盖范围内的用户和密集区域的用户移动，每个游牧站点的移动路线和游牧站点之间的协调由移动交换中心控制，保证游牧站点合理分布在用户活动区域以给不在基站覆盖范围内的用户和密集区域的用户提供接入、每个游牧站点离任任何基站的距离不超过基站的覆盖半径以使每个游牧站点可以接入到一个基站。我们不考虑游牧站点的最优移动路线规划。游牧站点的移动周期性地进行，周期设为Ts。

在游牧站点的一个移动周期开始时，移动交换中心预测游牧站点的移动路线，估计每个基站可能连接的游牧站点数和用户数。我们不考虑移动路线预测的具体方式。在游牧站点的一个移动周期结束时，每个游牧站点的位置确定，它们按照最近距离原则接入到基站。第n个基站接入的游牧站点数设为K_n，有用户也按照最近距离原则接入到游牧站点。和基站直接相连的近端用户跟基站之间的通信只要分配一个频带。通过游牧站点和基站相连的远端用户、密集区域用户跟基站之间的通信分两个时隙进行，也只要分配一个频带。设第n个基站接入的近端用户数为U_n，其接入远端用户的游牧站点记为S₁,…,这些游牧站点接入的远端用户数分别为r_n,1,…,其接入密集区域用户的游牧站点记为这些游牧站点接入的密集区域用户数分别为

在游牧站点的一个移动周期开始时，每个基站根据移动交换中心估计的游牧站点数和用户数确定所需要的频带数，调节感知频带的范围去感知自己覆盖范围内的空闲频带，第n个基站获取的空闲频带集合记为其中M_n是第n个基站获知的空闲频带数。然后，每个基站将获取的频带分配到通信链路，用户和基站进行上行通信。所有基站将空闲频带集合报告给移动交换中心，后者找出相同的频带集合。移动交换中心计算两个游牧站点、游牧站点和近端用户之间的干扰距离，它保证两个站点之间的相互干扰低于可以接受的阈值。移动交换中心先将相同的频带分配给相距超过干扰距离的游牧站点和近端用户，再将剩下的互不重叠的频带分配给余下的游牧站点和近端用户。和游牧站点相连的远端用户、密集区域用户不仅被分配游牧站点的频带，还被分配不在干扰距离内的近端用户的频带。每个游牧站点连接的用户不使用相同的频带，每个基站连接的游牧站点和近端用户也不使用相同的频带。

在游牧站点的下一个移动周期，每个游牧站点的位置发生变化，基站感知到的频带集合也可能发生变化。移动交换中心重新按照上述步骤分配频带到通信链路。

如图2和图3所示，无定形覆盖的无线网络有2个基站和3个游牧站点。不失一般性，2个基站分别记为x₁、x₂。在游牧站点的一个移动周期结束时，和x₁相连的游牧站点记为S₁，和x₂相连的游牧站点记为S₂、S₃。x₁和x₂分别连接2个近端用户，记为c₁、c₂；c₃、c₄。S₁和S₂分别连接2个远端用户，记为c₅、c₆；c₇、c₈。S₃连接密集区域的5个用户，记为c₉、c₁₀、c₁₁、c₁₂、c₁₃。

基站x₁、x₂感知到的空闲频带集合各记为{f₁、f₂、f₃}、{f₁、f₂、f₃、f₄、f₅}。相同的频带集合是{f₁、f₂、f₃}。游牧站点S₁、S₂的距离较远，超过干扰距离，因此为S₁、S₂分配相同频带f₁。S₃如果被分配频带f₁会对S₂造成干扰，因此S₃被分配频带f₂。c₁、c₂被分配频带f₂、f₃，c₃、c₄被分配频带f₃、f₄。c₅、c₆离x₁较远，和c₁、c₂不相互干扰，因此分别为c₅、c₆分配频带f₂、f₃。c₇、c₈离x₂较远，和c₃、c₄不相互干扰，因此分别为c₇、c₈分配频带f₃、f₄。以此类推，c₉、c₁₀、c₁₁、c₁₂、c₁₃分别被分配频带f₁、f₂、f₃、f₄、f₅。

Claims (3)

1.一种无定形网络覆盖的频谱分配方法，其特征在于，

一种无定形覆盖的无线网络中包括N个基站和K个游牧站点，用户动态地进入/离开基站和游牧站点覆盖的区域，用户数为非固定的；在基站覆盖范围内的用户直接连接到基站，但对于用户数可能超过基站容量的密集区域，由游牧站点分担流量；不在基站覆盖范围内的用户则由游牧站点通过中继转发接入到基站；所述方法具体包括如下步骤：

(1)游牧站点往不在基站覆盖范围内的用户和密集区域的用户移动，每个游牧站点的移动路线和游牧站点之间的协调由移动交换中心控制，保证游牧站点合理分布在用户活动区域以给不在基站覆盖范围内的用户和密集区域的用户提供接入，并保证每个游牧站点离任何基站的距离不超过基站的覆盖半径以使每个游牧站点可以接入到一个基站；游牧站点的移动周期性地进行，周期设为Ts；

(2)在游牧站点的一个移动周期开始时，移动交换中心预测游牧站点的移动路线，估计每个基站可能连接的游牧站点数和用户数；在游牧站点的一个移动周期结束时，每个游牧站点的位置确定，游牧站点按照最近距离原则接入到基站；第n个基站接入的游牧站点数设为K_n，有

(3)用户也按照最近距离原则接入到游牧站点，和基站直接相连的近端用户跟基站之间的通信只要分配一个频带；通过游牧站点和基站相连的远端用户、密集区域用户跟基站之间的通信分两个时隙进行，也只要分配一个频带；

(4)在游牧站点的一个移动周期开始时，每个基站根据移动交换中心估计的游牧站点数和用户数确定所需要的频带数，调节感知频带的范围去感知自己覆盖范围内的空闲频带，第n个基站获取的空闲频带集合记为其中M_n是第n个基站获知的空闲频带数；

(5)每个基站将获取的频带分配到通信链路，用户和基站进行上行通信；所有基站将空闲频带集合报告给移动交换中心，移动交换中心找出相同的频带集合；移动交换中心计算两个游牧站点、游牧站点和近端用户之间的干扰距离，保证两个站点之间的相互干扰低于可以接受的阈值；

(6)移动交换中心先将相同的频带分配给相距超过干扰距离的游牧站点和近端用户，再将剩下的互不重叠的频带分配给余下的游牧站点和近端用户；和游牧站点相连的远端用户、密集区域用户不仅被分配游牧站点的频带，还被分配不在干扰距离内的近端用户的频带；

(7)在游牧站点的下一个移动周期，每个游牧站点的位置发生变化，基站感知到的频带集合也可能发生变化，移动交换中心重新按照上述步骤分配频带到通信链路。

2.如权利要求1所述的无定形网络覆盖的频谱分配方法，其特征在于，所述步骤(3)中基站和游牧站点接入的用户数为：

设第n个基站接入的近端用户数为U_n，接入远端用户的游牧站点记为这些游牧站点接入的远端用户数分别为第n个基站接入密集区域用户的游牧站点记为这些游牧站点接入的密集区域用户数分别为

3.如权利要求1所述的无定形网络覆盖的频谱分配方法，其特征在于，所述步骤(6)中移动交换中心分配的过程中还包括，每个游牧站点连接的用户不使用相同的频带，每个基站连接的游牧站点和近端用户也不使用相同的频带。