CN108540984B - 一种频谱分配方法、基站及计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明请求保护一种频谱分配方法、基站及计算机可读介质，其中方法包括：确定目标用户组集合，并计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，其中，所述目标用户组集合中的用户组为位于所述基站的覆盖范围内但不能接入所述基站的用户组；使用频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞，根据所述频谱空洞生成目标频谱集合，并计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值；根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组。本发明实施例通过频谱借用可以提高系统的频谱资源利用率，降低不满意用户率，提升系统容量。

Description

一种频谱分配方法、基站及计算机可读介质
技术领域
本发明属于计算机应用技术领域，尤其涉及一种频谱分配方法、基站及计算机可读介质。
背景技术
在采用非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)技术的无线通信系统中，小区中用户的到达与离开具有一定的随机性，各个用户的业务也具有不确定性，因此，不同基站之间所承载的用户及其业务量可能具有较大差异。也就是说，部分基站由于接入的用户过多，即使通过NOMA技术对同一频谱资源进行复用，仍旧会出现频谱资源分配不足、部分用户无法接入到基站的问题；而部分基站由于接入的用户过少，频谱资源利用率较低，对频谱资源造成了极大浪费。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种通过频谱借用提高系统的频谱资源利用率、降低不满意用户率、提升系统容量的频谱分配方法、基站及计算机可读介质。本发明的技术方案如下：
一种频谱分配方法，应用于基站的频谱分配，其包括以下步骤：
确定目标用户组集合，并计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，其中，所述目标用户组集合中的用户组为位于所述基站的覆盖范围内但不能接入所述基站的用户组；
使用频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞，根据所述频谱空洞生成目标频谱集合，并计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值；
根据计算出的所述用户组的第一效用值和所述各个频谱的第二效用值，采用作差的方法将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组；
所述计算出目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，具体包括：
根据所述目标用户组集合中的各个用户组的带宽、所述各个用户组中的第一类用户的目标速率以及所述各个用户组中的第二类用户的目标速率，计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，计算公式为
Utility＝Bi(Ri,1,target+Ri,2,target)
式中，
Bi——用户组中第i个用户组的带宽，且有i＝1，2，…，M；
Ri,1,target——第i个用户组中UE1的目标速率
Ri,2,target——第i个用户组中UE2的目标速率；
所述计算出目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值，具体包括：
根据所述目标频谱集合中的各个频谱的频谱质量以及所述各个频谱的频谱空闲率，计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值，计算公式为：
Utilityb＝fq ridle
式中，
fq——频谱集合中的频谱质量
ridle——频谱集合中频谱空闲率
频谱质量fq可以利用链路质量来量化，用户组i与借用小区基站之间的信道链路质量可以表示为：
Figure GDA0003486041930000021
式中，
F(f)——频点函数
βi,1——用户i中UE1功率分配因子
βi,2——用户i中UE2功率分配因子
Pt——发射功率
频点函数F(f)如下式所示：
Figure GDA0003486041930000031
式中，
Gt——发射天线增益
Gr——接收天线增益
C——光速，单位为m/s
d——目标用户与服务基站之间的距离，单位为m
L——与传播无关的综合损耗因子
f——频谱频点
假设Gt＝Gr＝L＝1，因此F(f)可以简化为如下形式：
Figure GDA0003486041930000032
因此频谱效用值Utilityb具体表达式为：
Figure GDA0003486041930000033
ρN为基站的用户接入负载情况，Tb为所述第i个用户组需要借用频谱的时间。
进一步的，所述频谱感知技术为基于频域能量检测的频谱感知技术。
进一步的，所述根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组，具体包括：
判断所述目标用户组集合和所述目标频谱集合是否为空；
如果所述目标用户组集合和所述目标频谱集合均不为空，则将所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值分别与所述目标用户组中的各个用户组第一效用值作差，将最小差值对应的频谱分配给所述最小差值对应的用户组；
将所述最小差值对应的频谱从所述目标频谱集合中删除，并将所述最小差值对应的用户组从所述目标用户组集合中删除。
进一步的，所述目标频谱集合中的频谱的频谱质量为所述目标用户组集合中的用户组与所述频谱对应的基站之间的信道链路质量。
进一步的，所述对用户进行分组具体包括步骤：根据信道相关度和信道增益差，对所述基站的覆盖范围内的用户进行分组，得到至少两个用户组；其中，所述至少两个用户组中包括能够接入所述基站的用户组以及不能接入所述基站的用户组。
一种基于所述频谱分配方法的基站，其包括：
第一处理模块，用于确定目标用户组集合，并计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，其中，所述目标用户组集合中的用户组为位于所述基站的覆盖范围内但不能接入所述基站的用户组；
第二处理模块，用于使用能量检测频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞，根据所述频谱空洞生成目标频谱集合，并计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值；
分配模块，根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组。
一种基于频谱分配方法的基站，其包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，所述输入设备执行如权利要求1-5任一项所述的方法。
一种计算机可读存储介质，其所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如任一项所述的方法。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明实施例通过将能量检测频谱感知应用于NOMA系统中，可以动态感知相邻基站的频谱空洞，形成可借用的频谱集合，并将相邻基站的可借用频谱分配给本基站中由于频谱资源不足而不能接入的用户组，提高了系统的频谱资源利用率，使得原本不能接入本基站的用户组得以接入，从而降低了不满意用户率，提升了系统容量。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例提供的一种频谱分配方法的示意流程图；
图2是本发明实施例提供的另一种频谱分配方法的示意流程图；
图3是本发明实施例提供的一种基站的示意性框图；
图4是本发明实施例提供的另一种基站的示意性框图；
图5是本发明实施例提供的又一种基站的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
应当理解，本发明实施例所述的基站是公用移动通信基站，包括但不限于宏基站、微基站、微微基站、射频拉远基站等等可以进行频谱分配的基站，所述基站可以是全向站，也可以是定向站，本发明实施例对此不做任何限定。
首先请参见图1，是本发明实施例提供的一种频谱分配方法的示意流程图。具体实现中，该方法包括的各个步骤可以由基站执行。如图1所示的频谱分配方法可包括：
S11、确定目标用户组集合，并计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值。
具体地，基站可以通过接收用户反馈的信息，确定目标用户组集合。其中，所述目标用户组集合中的用户组为位于所述基站的覆盖范围内但不能接入所述基站的用户组。
具体地，基站可以根据所述目标用户组集合中的各个用户组的带宽、所述各个用户组中的第一类用户的目标速率以及所述各个用户组中的第二类用户的目标速率，计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值。
需要说明的是，所述第一类用户为位于所述基站的中心覆盖区域的高信道增益用户，所述第二类用户为位于所述基站的边缘覆盖区域的低信道增益用户。可以理解的是，当所述第一类用户(或所述第二类用户)的传输速率达到所述第一类用户(或所述第二类用户)的目标速率时，所述第一类用户(或所述第二类用户)才能正常接入所述基站，反之亦然。还可以理解的是，所述第一类用户的目标速率与所述第二类用户的目标速率不同。具体地，所述第一类用户的目标速率低于所述第二类用户的目标速率。
进一步具体地，当所述目标用户组集合中包括M个用户组时，所述目标用户组集合中的第i(i∈{1,2,...,M})个用户组的第一效用值Utility1可以具体为所述第i个用户组中的第一类用户的目标速率Ri,1,target与所述第i个用户组中的第二类用户的目标速率Ri,2,target之和与所述第i个用户组的带宽Bi的乘积，即所述目标用户组集合中的第i个用户组的第一效用值Utility1可以通过公式Utility1＝Bi(Ri,1,target+Ri,2,target)计算得到。
S12、使用频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞，根据所述频谱空洞生成目标频谱集合，并计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值。
在一个具体的实施例中，所述频谱感知技术为基于频域能量检测的频谱感知技术。所述基于频域能量检测的频谱感知技术不需要预先知道用户的全部信息就可以检测到频谱空闲，并且计算复杂度较低，灵活性较高。
具体地，基站使用所述基于频域能量检测的频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞可以具体包括：将输入信号通过低通滤波器进行滤波处理，得到第一信号；将所述第一信号输入模拟信号/数字信号转换器进行模数转换处理，得到第二信号；对所述数字信号进行快速傅里叶变换，得到第三信号；对所述第三信号进行抽样平方求和，得到判决统计量；将所述判决统计量与预设门限值进行比较，根据比较结果确定频谱是否可用。
在一个具体的实施例中，基站在判决过程中使用单门限检测模型进行频域能量检测。此时，基站根据比较结果确定频谱是否可用可以具体包括：当所述判决统计量小于所述预设门限值时，基站可以确定频谱未被占用，即所述频谱当前可用；当所述判决统计量大于或等于所述预设门限值时，基站可以确定频谱已经被占用，即所述频谱当前不可用。
进一步地，基站将未被占用的各个频谱添加到目标频谱集合中。也就是说，所述目标频谱集合中的频谱均为基站通过频域能量检测确定出来的当前可用的频谱。
更进一步地，基站可以根据所述目标频谱集合中的各个频谱的频谱质量以及所述各个频谱的频谱空闲率，计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值。
具体地，当所述目标频谱集合中包括N个频谱时，所述目标频谱集合中的第j(j＝1,2,...,N)个频谱的第二效用值Utility2可以具体为所述目标频谱集合中的第j个频谱的频谱质量fq与所述目标频谱集合中的第j个频谱的频谱空闲率ridle的乘积，即所述目标频谱集合中的第j个频谱的第二效用值Utility2可以通过公式Utility2＝fq·ridle计算得到。
在一个具体的实施例中，频谱质量fq可以使用信道链路质量来量化。具体地，所述目标频谱集合中的第j个频谱的频谱质量fq可以具体为所述目标用户组集合中的第i个用户组与所述第j个频谱所属的基站之间的信道链路质量。
其中，所述第i个用户组与所述第j个频谱所属的基站之间的信道链路质量可以具体表示为
Figure GDA0003486041930000081
需要说明的是，F(f)为与频谱频点有关的函数。具体地，F(f)可以表示为F(f)＝GtGrC2/(4π)2d2Lf2。其中，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，C为光速，d为所述第i个用户组与所述第j个频谱所属的基站之间的距离，L为与传播无关的综合损耗因子，f为所述第j个频谱的频点。
还需要说明的是，由于基站中接入用户越多，频谱空闲率越低，因此频谱空闲率ridle服从参数为ρN的瑞利分布：
Figure GDA0003486041930000082
其中，ρN为基站的用户接入负载情况，tf为频谱不被占用的空闲时间。可以理解的是，当频谱空闲的时间大于或等于不满足目标速率的用户组需要借用频谱的时间时，可保证在空闲时间内借用该频谱。从而，能够借用频谱的概率pb可以表示为：
Figure GDA0003486041930000083
其中，Tb为所述第i个用户组需要借用频谱的时间。
在一个具体的实施例中，将频谱空闲率定义为频谱借用时间小于或等于频谱空闲时间的概率。从而，所述目标频谱集合中的第j个频谱的频谱空闲率ridle即为上述能够借用频谱的概率pb，即
Figure GDA0003486041930000084
S13、根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组。
具体地，基站根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组可以具体包括：
S131、判断所述目标用户组集合和所述目标频谱集合是否为空；
S132、如果所述目标用户组集合和所述目标频谱集合均不为空，则将所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值分别与所述目标用户组中的各个用户组第一效用值作差，将最小差值对应的频谱分配给所述最小差值对应的用户组；
S133、将所述最小差值对应的频谱从所述目标频谱集合中删除，并将所述最小差值对应的用户组从所述目标用户组集合中删除。
需要说明的是，基站持续执行步骤S131-S133直到基站判断出所述目标用户组集合为空或所述目标频谱集合为空为止。
在本发明实施例中，基站通过将能量检测频谱感知应用于NOMA系统中，可以动态感知相邻基站的频谱空洞，形成可借用的频谱集合，并将相邻基站的可借用频谱分配给该基站中由于频谱资源不足而不能接入的用户组，提高了系统的频谱资源利用率，使得原本不能接入该基站的用户组得以接入，从而降低了不满意用户率，提升了系统容量。
参见图2，是本发明实施例提供的另一种频谱分配方法的示意流程图。具体实现中，该方法包括的各个步骤可以由基站执行。如图2所示的频谱分配方法可包括：
S21、根据信道相关度和信道增益差，对基站的覆盖范围内的用户进行分组。
在一个具体的实施例中，基站根据信道相关度和信道增益差，对基站的覆盖范围内的用户进行分组可以具体包括：
S211、通过接收用户反馈的信道状态信息，生成用户信道状态信息集合S＝{h1,h2,...,hK}和用户信道状态衰减值αk，其中，hk为用户k的用户信道状态信息，k∈{1,2,...,K}，K为基站的覆盖范围内的用户总数；
S212、根据所述用户信道状态信息集合S和预置的信道相关度的计算公式，计算出各个用户的信道相关度，得到K行K列的信道相关度矩阵X；
S213、根据所述用户信道状态信息集合S和预置的信道增益差的计算公式，计算出各个用户的信道增益差，得到K行K列的信道增益差矩阵Y；
S214、根据第一预设变换规则对所述信道相关度矩阵X进行非线性变换，得到矩阵X1，根据第二预设变换规则对所述信道增益差矩阵Y进行线性变换，得到矩阵Y1，根据所述矩阵X1和矩阵Y1，生成K行K列的信道状态信息矩阵C，其中，C＝(X1+Y1)/2；
S215、选取出所述信道状态信息矩阵C每行中的最小元素，并将选取出的最小元素添加到集合T中；
S216、选取出所述集合T中的最小元素Cij，并判断所述最小元素Cij的对称元素Cji是否为所述集合T中的元素；
S217、如果判断出所述对称元素Cji为所述集合T中的元素，则将用户i和用户j分为一组，然后执行步骤S219；
S218、如果判断出所述对称元素Cji不为所述集合T中的元素，则将所述最小元素Cij从所述集合T中删除，并执行步骤S216；
S219、将所述最小元素Cij所在的行和列的全部元素，以及所述对称元素Cji所在的行和列的全部元素从所述信道状态信息矩阵C中删除，并判断当前的用户组数是否为预设用户组数；如果判断出当前的用户组数小于预设用户组数，则执行步骤S215；如果判断出当前的用户组数等于预设用户组数，则结束分组操作。
在一个具体的实施例中，所述预置的信道相关度的计算公式可以具体为：
Figure GDA0003486041930000101
所述预置的信道增益差的计算公式可以具体为：
Figure GDA0003486041930000102
其中，corij1为用户i和用户j1之间的信道相关度，gdij1为用户i和用户j1之间的信道增益差，
Figure GDA0003486041930000111
和
Figure GDA0003486041930000112
分别为hi和hj1的共轭转置，i,j1∈{1,2,...,K}。
在一个具体的实施例中，所述第一预设变换规则可以具体为：使用
Figure GDA0003486041930000113
对所述信道相关度矩阵X进行非线性变换得到矩阵X1，所述第二预设变换规则可以具体为：Y1＝P-Y，其中，P为元素均为1的矩阵。可以理解的是，P为K行K列的矩阵。
需要说明的是，当αi和αj1的关系为αi＞αj1时，基站可以将用户分组结果表示为{i,j1}；当αi和αj1的关系为αi＜αj1时，基站可以将用户分组结果表示为{j1,i}。
S22、确定目标用户组集合。
S23、根据所述目标用户组集合中的各个用户组的带宽、所述各个用户组中的第一类用户的目标速率以及所述各个用户组中的第二类用户的目标速率，计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值。
S24、使用频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞，根据所述频谱空洞生成目标频谱集合。
S25、根据所述目标频谱集合中的各个频谱的频谱质量以及所述各个频谱的频谱空闲率，计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值。
需要说明的是，步骤S22-S25的具体技术细节可以参考本申请图1所示的步骤S11-S12的相关部分描述，在此不再赘述。
S26、根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组。
具体地，基站根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组可以具体包括：
S261、判断所述目标用户组集合和所述目标频谱集合是否为空；
S262、如果所述目标用户组集合和所述目标频谱集合均不为空，则将所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值分别与所述目标用户组中的各个用户组第一效用值作差，将最小差值对应的频谱分配给所述最小差值对应的用户组；
S263、将所述最小差值对应的频谱从所述目标频谱集合中删除，并将所述最小差值对应的用户组从所述目标用户组集合中删除。
需要说明的是，基站持续执行步骤S261-S263直到所述目标用户组集合为空或所述目标频谱集合为空为止。
在一个具体的实施例中，当所述目标用户组集合中包括M个用户组，所述目标频谱集合中包括N个频谱时，基站将所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值Utility1分别与所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值Utility2作差，得到M×N个差值，并将所述M×N个差值添加到M行N列的矩阵U中。其中，所述矩阵U中的元素uij为所述目标频谱集合中的第j个频谱的第二效用值Utility2与所述目标用户组集合中的第i个用户组的第一效用值Utility1之差。
进一步地，基站判断所述矩阵U是否为空矩阵；如果判断出所述矩阵U不为空矩阵，则基站选取出所述矩阵U每一行中的非负最小元素，并判断选取出的元素中是否存在列号相同的元素；如果存在，则基站选取出列号相同的所有元素中最小的元素，并将所述最小的元素的行号对应的频谱分配给其列号对应的用户组，以及将所述最小的元素所在的行和列的全部元素从所述矩阵U中删除，接着，基站执行所述判断所述矩阵U是否为空矩阵；如果不存在，则基站将选取出的各个元素的列号对应的频谱分配给其行号所在的用户组。
在本发明实施例中，基站首先通过对NOMA系统中的用户进行分组降低了用户之间的干扰，提升了系统容量，然后通过将能量检测频谱感知应用于NOMA系统中，可以动态感知相邻基站的频谱空洞，形成可借用的频谱集合，并将相邻基站的可借用频谱分配给该基站中由于频谱资源不足而不能接入的用户组，提高了系统的频谱资源利用率，使得原本不能接入该基站的用户组得以接入，从而降低了不满意用户率，进一步提升了系统容量。
本发明实施例还提供一种基站，该基站用于执行本申请图1所示的方法的模块和单元。具体地，参见图3，是本发明实施例提供的一种基站的示意性框图。如图3所示的基站可以包括：第一处理模块31、第二处理模块32和分配模块33。其中，
所述第一处理模块31，用于确定目标用户组集合，并计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，其中，所述目标用户组集合中的用户组为位于所述基站的覆盖范围内但不能接入所述基站的用户组。
所述第二处理模块32，用于使用频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞，根据所述频谱空洞生成目标频谱集合，并计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值。
所述分配模块33，用于根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组。
需要说明的是，本发明实施例提供的基站的具体工作流程请参考本发明实施例提供的方法流程部分，在此不再赘述。
在本发明实施例中，基站通过将能量检测频谱感知应用于NOMA系统中，可以动态感知相邻基站的频谱空洞，形成可借用的频谱集合，并将相邻基站的可借用频谱分配给该基站中由于频谱资源不足而不能接入的用户组，提高了系统的频谱资源利用率，使得原本不能接入该基站的用户组得以接入，从而降低了不满意用户率，提升了系统容量。
本发明实施例还提供另一种基站，该基站用于执行本申请图2所示的方法的模块和单元。具体地，参见图4，是本发明实施例提供的另一种基站的示意性框图。如图4所示的基站可以包括：分组模块41、第一处理模块42、第二处理模块43和分配模块44。其中，
所述分组模块41，用于根据信道相关度和信道增益差，对所述基站的覆盖范围内的用户进行分组，得到至少两个用户组，其中，所述至少两个用户组中包括能够接入所述基站的用户组以及不能接入所述基站的用户组
所述第一处理模块42，用于确定目标用户组集合，并计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，其中，所述目标用户组集合中的用户组为位于所述基站的覆盖范围内但不能接入所述基站的用户组。
具体地，所述第一处理模块42执行所述计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值时，具体用于根据所述目标用户组集合中的各个用户组的带宽、所述各个用户组中的第一类用户的目标速率以及所述各个用户组中的第二类用户的目标速率，计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值。
所述第二处理模块43，用于使用频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞，根据所述频谱空洞生成目标频谱集合，并计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值。
在一个具体的实施例中，所述频谱感知技术为基于频域能量检测的频谱感知技术。
具体地，所述第二处理模块43执行所述计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值时，具体用于根据所述目标频谱集合中的各个频谱的频谱质量以及所述各个频谱的频谱空闲率，计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值。
进一步具体地，所述目标频谱集合中的频谱的频谱质量可以使用所述目标用户组集合中的用户组与所述频谱对应的基站之间的信道链路质量来量化，即所述目标频谱集合中的频谱的频谱质量具体可以为所述目标用户组集合中的用户组与所述频谱对应的基站之间的信道链路质量。
所述分配模块44，用于根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组。
具体地，所述分配模块44可以具体包括：判断单元441、分配单元442和删除单元443。其中，
所述判断单元441，用于判断所述目标用户组集合和所述目标频谱集合是否为空。
所述分配单元442，用于当所述判断单元441判断出所述目标用户组集合和所述目标频谱集合均不为空时，将所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值分别与所述目标用户组中的各个用户组第一效用值作差，将最小差值对应的频谱分配给所述最小差值对应的用户组。
所述删除单元443，用于将所述最小差值对应的频谱从所述目标频谱集合中删除。
所述删除单元443，还用于将所述最小差值对应的用户组从所述目标用户组集合中删除。
需要说明的是，本发明实施例提供的基站的具体工作流程请参考本发明实施例提供的方法流程部分，在此不再赘述。
在本发明实施例中，基站首先通过对NOMA系统中的用户进行分组降低了用户之间的干扰，提升了系统容量，然后通过将能量检测频谱感知应用于NOMA系统中，可以动态感知相邻基站的频谱空洞，形成可借用的频谱集合，并将相邻基站的可借用频谱分配给该基站中由于频谱资源不足而不能接入的用户组，提高了系统的频谱资源利用率，使得原本不能接入该基站的用户组得以接入，从而降低了不满意用户率，进一步提升了系统容量。
参见图5，是本发明实施例提供的又一种基站的示意性框图。如图5所示的本实施例中的基站可以包括：一个或多个处理器51、一个或多个输入设备52、一个或多个输出设备53和存储器54。上述处理器51、输入设备52、输出设备53和存储器54通过总线55连接。存储器54用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令。
具体地，处理器51被配置用于调用所述程序指令执行：
确定目标用户组集合，并计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，其中，所述目标用户组集合中的用户组为位于所述基站的覆盖范围内但不能接入所述基站的用户组；
使用频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞，根据所述频谱空洞生成目标频谱集合，并计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值；
根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组。
可选地，所述频谱感知技术为基于频域能量检测的频谱感知技术。
可选地，处理器51被配置用于调用所述程序指令执行所述根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组时具体执行：
判断所述目标用户组集合和所述目标频谱集合是否为空；
如果所述目标用户组集合和所述目标频谱集合均不为空，则将所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值分别与所述目标用户组中的各个用户组第一效用值作差，将最小差值对应的频谱分配给所述最小差值对应的用户组；
将所述最小差值对应的频谱从所述目标频谱集合中删除，并将所述最小差值对应的用户组从所述目标用户组集合中删除。
可选地，处理器51被配置用于调用所述程序指令执行所述计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值时具体执行：
根据所述目标用户组集合中的各个用户组的带宽、所述各个用户组中的第一类用户的目标速率以及所述各个用户组中的第二类用户的目标速率，计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值。
可选地，处理器51被配置用于调用所述程序指令执行所述计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值时具体执行：
根据所述目标频谱集合中的各个频谱的频谱质量以及所述各个频谱的频谱空闲率，计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值。
可选地，所述目标频谱集合中的频谱的频谱质量为所述目标用户组集合中的用户组与所述频谱对应的基站之间的信道链路质量。
可选地，处理器51被配置用于调用所述程序指令还执行：
根据信道相关度和信道增益差，对所述基站的覆盖范围内的用户进行分组，得到至少两个用户组；
其中，所述至少两个用户组中包括能够接入所述基站的用户组以及不能接入所述基站的用户组。
应当理解，在本发明实施例中，所称处理器51可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
输入设备52可以包括触控板、指纹采传感器(用于采集用户的指纹信息和指纹的方向信息)、麦克风等，输出设备53可以包括显示器(液晶显示屏(Liquid CrystalDisplay，LCD)等)、扬声器等。
该存储器54可以包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)和随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，并向处理器51提供计算机程序和数据。存储器54的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器54还可以存储设备类型的信息。
具体实现中，本发明实施例中所描述的处理器51、输入设备52、输出设备53可执行本申请图1或图2所示的频谱分配方法的实现方式，在此不再赘述。
在本发明实施例中，处理器51调用存储在存储器54中的程序指令，通过将能量检测频谱感知应用于NOMA系统中，可以动态感知相邻基站的频谱空洞，形成可借用的频谱集合，并将相邻基站的可借用频谱分配给本基站中由于频谱资源不足而不能接入的用户组，提高了系统的频谱资源利用率，使得原本不能接入本基站的用户组得以接入，从而降低了不满意用户率，提升了系统容量。
在本发明的实施例中还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序中包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行本申请图1或图2所示的频谱分配方法。
所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的基站的内部存储单元，例如基站的硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是所述基站的外部存储设备，例如所述基站上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述计算机可读存储介质还可以既包括所述基站的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述基站所需的其他程序和数据。所述计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组合得到及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种频谱分配方法，应用于基站的频谱分配，其特征在于，包括以下步骤：
确定目标用户组集合，并计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，其中，所述目标用户组集合中的用户组为位于所述基站的覆盖范围内但不能接入所述基站的用户组；
使用频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞，根据所述频谱空洞生成目标频谱集合，并计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值；
根据计算出的所述用户组的第一效用值和所述各个频谱的第二效用值，采用作差的方法将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组；
所述计算出目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，具体包括：
根据所述目标用户组集合中的各个用户组的带宽、所述各个用户组中的第一类用户的目标速率以及所述各个用户组中的第二类用户的目标速率，计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，计算公式为
Utility＝Bi(Ri,1,target+Ri,2,target)
式中，
Bi——用户组中第i个用户组的带宽，且有i＝1，2，…，M；
Ri,1,target——第i个用户组中UE1的目标速率
Ri,2,target——第i个用户组中UE2的目标速率；
所述计算出目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值，具体包括：
根据所述目标频谱集合中的各个频谱的频谱质量以及所述各个频谱的频谱空闲率，计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值，计算公式为：
Utilityb＝fqridle
式中，
fq——频谱集合中的频谱质量
ridle——频谱集合中频谱空闲率
频谱质量fq可以利用链路质量来量化，用户组i与借用小区基站之间的信道链路质量可以表示为：
Figure FDA0003486041920000021
式中，
F(f)——频点函数
βi,1——用户i中UE1功率分配因子
βi,2——用户i中UE2功率分配因子
Pt——发射功率
频点函数F(f)如下式所示：
Figure FDA0003486041920000022
式中，
Gt——发射天线增益
Gr——接收天线增益
C——光速，单位为m/s
d——目标用户与服务基站之间的距离，单位为m
L——与传播无关的综合损耗因子
f——频谱频点
假设Gt＝Gr＝L＝1，因此F(f)可以简化为如下形式：
Figure FDA0003486041920000023
因此频谱效用值Utilityb具体表达式为：
Figure FDA0003486041920000031
ρN为基站的用户接入负载情况，Tb为所述第i个用户组需要借用频谱的时间。
2.根据权利要求1所述的一种频谱分配方法，其特征在于，所述频谱感知技术为基于频域能量检测的频谱感知技术。
3.根据权利要求1或2所述的一种频谱分配方法，其特征在于，所述根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组，具体包括：
判断所述目标用户组集合和所述目标频谱集合是否为空；
如果所述目标用户组集合和所述目标频谱集合均不为空，则将所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值分别与所述目标用户组中的各个用户组第一效用值作差，将最小差值对应的频谱分配给所述最小差值对应的用户组；
将所述最小差值对应的频谱从所述目标频谱集合中删除，并将所述最小差值对应的用户组从所述目标用户组集合中删除。
4.根据权利要求1所述的一种频谱分配方法，其特征在于，所述目标频谱集合中的频谱的频谱质量为所述目标用户组集合中的用户组与所述频谱对应的基站之间的信道链路质量。
5.根据权利要求1所述的一种频谱分配方法，其特征在于，所述对用户进行分组具体包括步骤：根据信道相关度和信道增益差，对所述基站的覆盖范围内的用户进行分组，得到至少两个用户组；其中，所述至少两个用户组中包括能够接入所述基站的用户组以及不能接入所述基站的用户组。
6.一种基于权利要求1所述频谱分配方法的基站，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于确定目标用户组集合，并计算出所述目标用户组集合中的各个用户组的第一效用值，其中，所述目标用户组集合中的用户组为位于所述基站的覆盖范围内但不能接入所述基站的用户组；
第二处理模块，用于使用能量检测频谱感知技术感知与所述基站相邻的基站的频谱空洞，根据所述频谱空洞生成目标频谱集合，并计算出所述目标频谱集合中的各个频谱的第二效用值；
分配模块，根据计算出的所述第一效用值和所述第二效用值，将所述目标频谱集合中的频谱分配给所述目标用户组集合中的用户组。
7.一种基于频谱分配方法的基站，其特征在于，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，所述输入设备执行如权利要求1-5任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1-5任一项所述的方法。
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