CN113395699A - 一种基于协作的分簇与频率资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于协作的分簇与频率资源分配方法。本发明涉及超密集网络基站分值策略技术领域，本发明为了加强基站协作集间的协作，提升系统载波资源更加合理的使用，提供了一种基于重叠簇的基站协作集生成方法和一种基于优先级的频率资源分配方法。设计合理的基站协作集建立方案和有效的基站协作集间频率资源协调方式来合理的使用系统内的正交频率资源是保证系统内用户的满意比例，提升系统吞吐量的目的。基站协作集的建立方式影响着后续系统的载波频率分配方法。基站协作集合作的方式影响着系统的载波频率分配，进而影响系统用户的满意度。

Description

一种基于协作的分簇与频率资源分配方法

技术领域

本发明涉及超密集网络基站分值策略技术领域，是一种基于协作的分簇与频率资源分配方法。

背景技术

在超密集网络中，不同的基站分簇策略和频率分配方法对于超密集网络中系统容量，系统吞吐量和用户体验有着不同影响。单载波分簇就是一种常用在超密集网络中的基站协作集划分和频率分配方案，

在单载波分簇中，基站依据地理位置的远近划分基站的协作集，距离位置较近的基站会被划分在一个协作集内。在同一个协作集内基站通过使用OFDM技术正交化载波并发送信息，协作集内部的基站使用不同的载波进行发送，使得协作集内的基站之间不会产生干扰。对于不同的协作集，使用相同的载波频段，通过这种方式提升系统的频率复用因子，从而提升系统容量，满足用户需求。

然而，在超密集网络中使用单载波方案进行分簇与频率资源分配时，也存在一定的问题。首先，使用此方案时，由于在同一协作集内部，特定的正交载波只能使用一次，因此当系统内用户需求分布不均时，有高需求的协作集内部并不能满足用户的需求。同时，对于系统边缘的用户，由于相邻两个协作集之间的沟通不畅，因此也会导致一定程度的用户满意度问题。为了解决这个问题，可通过设计较为合理的基站协作集协作方式，通过簇间的优先级资源分配来协作集间的频率资源分配问题，达到提升用户的满意比例，提升系统吞吐量的目的。

发明内容

本发明为保证系统内用户的满意比例，提升系统吞吐量，本发明提供了一种基于协作的分簇与频率资源分配方法，本发明提供了以下技术方案：

一种基于重叠簇的基站协作集生成方法，包括以下步骤：

步骤1：随机选取K个基站作为初始的基站协作集中心，确定初始的协作集几何中心

步骤2：确定每个基站最短的欧式距离的基站协作集中心，作为协作集内的一个基站，利用基站的二维空间位置坐标计算每个基站协作集的几何中心，更新为新的基站协作集中心；

步骤3：重复步骤2，直到所有的基站协作集不再发生变化，建立初始的协作集；

步骤4：每个基站确定到剩余协作集中心的欧氏距离，并与所归属的协作集中心的欧氏距离相除，当比值小于1.15，则这两个基站协作集有共有的重叠基站，定义为两个基站协作集相邻；

步骤5：获取用户密集区域的中心，定义为热点区域，每个热点区域中心确定最短的欧氏距离的基站协作集中心，定义为热点区域归属于这个协作集，协作集服务这个热点区域；

步骤6：对于需要服务热点区域的基站协作集，设置成第一优先基站协作集，对于第一优先基站协作集中的每一个基站协作集，确定基站的中心指向每一个归属于第一优先基站协作集的热点区域中心的矢量，并确定矢量和均值，作为所述基站协作集中心的位移矢量；

步骤7：当协作集与第一优先基站协作集相邻，则设置为第二优先基站协作集，对于每一个第二优先基站协作集，确定每一个与相邻的第一优先级基站协作集的位移矢量和的均值，并把定义为基站协作集中心的位移矢量；

步骤8：设当前已经完成了第i优先基站协作集的设置，对于剩余的基站协作集，当与第i优先基站协作集相邻，则设置为第i+1优先基站协作集；

对于每一个第i+1优先基站协作集，计算每一个与之相邻的第i优先级基站协作集的位移矢量和的均值，并把定义为基站协作集中心的位移矢量；

重复上述操作，直到每个基站协作集都确定了中心的位移矢量；

步骤9：对每一个基站协作集，进行位移为其中心的位移矢量的位移，对于每个基站找到最短的欧式距离的基站协作集中心，作为协作集内的一个基站；

步骤10：每个基站计算到剩余协作集中心的欧氏距离，并与所归属的协作集中心的欧氏距离相除，当其比值小于1.15，且两个基站协作集优先级等级并不相同，则确定这两个基站协作集有共有的重叠基站，重叠簇同时归属于两个协作集。

优选地，所述步骤2具体为：

对于坐标

为基站BS_b，

当：

则BS_b∈C_a

计算所有属于基站协作集a的基站坐标均值，更新

优选地，所述步骤4具体为：

使BS_b∈C_a，

且

则C_a与C_j相邻。

优选地，所述步骤6具体为：

设基站协作集a的中心坐标为

若其中某一个归属于它的热点区域中心坐标为

则此位移矢量

计算所有位移矢量，并求均值。

优选地，所述步骤10具体为：

使BS_b∈C_a，

且

则BS_b∈C_j。

一种基于优先级的频率资源分配方法，包括以下步骤：

S1：对于每一个基站协作集，建立高斯帕曲线映射关系，生成3阶高斯帕曲线，并以节点的顺序存储相对位置坐标，对于每一个基站协作集，使高斯帕曲线中心与其中心向重叠，范围为扩大1.3倍，建立每个基站协作集的高斯帕曲线；

S2：对于每个基站协作集中的基站，找到距离最近的属于本协作集的高斯帕曲线上的节点，记录高斯帕曲线节点编号，利用高斯帕曲线，把基站协作集划分成中心一个区域和边缘6个区域，利用基站的高斯帕曲线节点编号，判断所在的区域；

S3：对于优先级为1的基站协作集，先进行频率资源划分，判断热点区域中心是否在基站协作集边缘，当存在时，首先利用位于区域的重叠基站占用临近基站协作集的载波频率资源，在利用协作集合的载波资源进行资源分配，完成位于基站协作集合边缘的用户频率分配；

S4：对于优先级为1的基站协作集，在完成边缘区域基站资源分配后，在进行中心区域的频率资源分配；

S5：对于优先级为1的基站协作集，在完成含有热点区域的基站频率资源分配后，在剩下的区域中，使用重叠基站使用临近基站协作集的频率资源，再通过使用自身频率资源满足用户需求；

S6：对于剩余的基站协作集，相同优先级的基站协作集同时进行频率资源分配，不同优先级的基站协作集依照优先级次序进行分配；利用本身余下的频率资源进行分配，满足用户需求；

当不能满足用户的需求，利用重叠基站占用临近低等级基站协作集的频率资源；

重复S6，直到所有的基站簇的资源都分配完毕。

优选地，所述S1具体为：

基站协作集a的范围为

初始生成的高斯帕曲线范围为X_Gmax，X_Gmin Y_Gmax Y_Gmin；则对于初始高斯帕曲线作如下操作：

其中，α为1.3。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过设计合理的基站协作集建立方案和有效的基站协作集间频率资源协调方式来合理的使用系统内的正交频率资源是保证系统内用户的满意比例，提升系统吞吐量的目的。基站协作集的建立方式影响着后续系统的载波频率分配方法。基站协作集合作的方式影响着系统的载波频率分配，进而影响系统用户的满意度。本发明加强基站协作集间的协作，提升系统载波资源更加合理的使用。

附图说明

图1为基于重叠簇的基站协作集生成流程图；

图2为基于优先级的频率资源分配流程图；

图3为3阶高斯帕曲线示意图；

图4为热点区域边缘基站频率可复用示意图；

图5为边缘热点区域的基站频率可复用示意图；

图6为簇内资源分配限制；

图7为资源借用限制；

图8使用重叠簇进行分簇的效果图；

图9吞吐量对比；

图10被满足的用户比例对比。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。

具体实施例一：

根据图1至图10所示，本发明提供一种基于协作的分簇与频率资源分配方法，

基于协作的分簇与频率资源分配方法，包括以下步骤：

根据图1所示，一种基于重叠簇的基站协作集生成方法，包括以下步骤：

步骤1：随机选取K个基站作为初始的基站协作集中心。

具体方法如下：确定初始的协作集几何中心

步骤2：每个基站找到与其最短的欧式距离的基站协作集中心，成为以此中心为代表的协作集内的一个基站，然后利用基站的二维空间位置坐标计算每个基站协作集的几何中心，更新为新的基站协作集中心。

具体方法：

对于坐标

为基站BS_b，

若：

则BS_b∈C_a

然后计算所有属于基站协作集a的基站坐标均值，更新

步骤3：重复步骤2，直到所有的基站协作集不再发生变化，建立初始的协作集。

步骤4：每个基站计算自己到其他协作集中心的欧氏距离，并与自己到自己所归属的协作集中心的欧氏距离相除，若其比值小于1.15，则认为这两个基站协作集有共有的重叠基站，定义为两个基站协作集相邻。

具体方法：

使BS_b∈C_a，

且

则C_a与C_j相邻。

步骤5：利用先验知识，获取用户密集区域的中心，定义为热点区域。每个热点区域中心找到与其最短的欧氏距离的基站协作集中心，定义为此热点区域归属于这个协作集，这个协作集服务这个热点区域。

步骤6：对于需要服务热点区域的基站协作集，把它们设置成第一优先基站协作集。对于在此集合中的每一个基站协作集，计算由它们的中心指向每一个归属于此基站协作集的热点区域中心的矢量，并计算他们的矢量和均值，为此基站协作集中心的位移矢量。

具体方法为：

设基站协作集a的中心坐标为

若其中某一个归属于它的热点区域中心坐标为

则此位移矢量

计算所有位移矢量，并求均值。

步骤7：若协作集与第一优先基站协作集相邻，则设置为第二优先基站协作集。对于每一个第二优先基站协作集，计算每一个与之相邻的第一优先级基站协作集的位移矢量和的均值，并把它定义为此基站协作集中心的位移矢量。

步骤8：设当前已经完成了第i优先基站协作集的设置。对于余下的基站协作集，若与第i优先基站协作集相邻，则设置为第i+1优先基站协作集。对于每一个第i+1优先基站协作集，计算每一个与之相邻的第i优先级基站协作集的位移矢量和的均值，并把它定义为为此基站协作集中心的位移矢量。重复上述操作，直到每个基站协作集都确定了中心的位移矢量。

步骤9：对每一个基站协作集，进行位移为其中心的位移矢量的位移。对于每个基站找到与其最短的欧式距离的基站协作集中心，成为以此中心为代表的协作集内的一个基站。

步骤10：每个基站计算自己到其他协作集中心的欧氏距离，并与自己到自己所归属的协作集中心的欧氏距离相除，若其比值小于1.15，且两个基站协作集优先级等级并不相同，则认为这两个基站协作集有共有的重叠基站，重叠簇同时归属于两个协作集。

具体方法为：

使BS_b∈C_a，

且

则BS_b∈C_j。

根据图2所示，一种基于优先级的频率资源分配方法。

步骤1：对于每一个基站协作集，建立高斯帕曲线映射关系。首先，依据图3生成3阶高斯帕曲线，并以节点的顺序存储他们的相对位置坐标。对于每一个基站协作集，使高斯帕曲线中心与其中心向重叠。范围为原来的1.3 倍。通过这种方式，建立每个基站协作集的高斯帕曲线。

具体方法：

设已知基站协作集a的范围为

初始生成的高斯帕曲线范围为X_Gmax，X_Gmin Y_Gmax Y_Gmin。则对于初始高斯帕曲线作如下操作：

其中α为1.3。

步骤2：对于每个基站协作集中的基站，找到与其距离最近的属于本协作集的高斯帕曲线上的节点，记录其高斯帕曲线节点编号。可利用高斯帕曲线，把基站协作集划分成中心一个区域和边缘6个区域。利用基站的高斯帕曲线节点编号，判断其所在的区域。

具体方法：

高斯帕曲线为同构的拓扑图形，提供了一种由位置坐标向内部编号的一种方法。当使用三阶高斯帕曲线图形作为映射方式时，一共7^3＝343个点，由于是同构的拓扑结构，因此每49个点划分一个区域。其中第3组为曲线的中心区域。

步骤3：对于优先级为1的基站协作集，先进行频率资源划分。判断热点区域中心是否在基站协作集边缘。若存在，依据图5和图7，则首先利用位于此区域的重叠基站占用临近基站协作集的载波频率资源，在利用本身协作集合的载波资源进行资源分配，完成位于基站协作集合边缘的用户频率分配。若不存在则跳过此步骤。

具体方法：

若使用基于比例公平算法进行资源分配，若存在热点区域中心不在基站协作集3号区域当中，则应当对归属于这些区域中基站的用户进行优先分派。依据图4和图7首先依照优先级，依次对归属于这些区域中的重叠基站的用户进行资源分配，使用与之相邻的基站簇的资源。然后，通过使用本基站协作集的频率资源进行分配。

步骤4：对于优先级为1的基站协作集，在完成边缘区域基站资源分配后，然后在进行中心区域的频率资源分配。

具体方法：

若使用基于比例公平算法进行资源分配，若存在热点区域中心在基站协作集3号区域当中，则应当对归属于这些区域中基站的用户进行优先分派。通过使用本基站协作集的频率资源进行分配。

步骤5：对于优先级为1的基站协作集，在完成含有热点区域的基站频率资源分配后，再剩下的区域中，依据图6和图7，首先使用重叠基站使用临近基站协作集的频率资源，然后再通过使用自身频率资源满足用户需求。

具体方法：

若在优先级为1的基站协作集当中，若其仍然有区域没有进行分配，依据图6和图7，依照顺序依次对归属于这些区域中的重叠基站的用户进行资源分配，使用与之相邻的基站簇的资源。然后，通过使用本基站协作集的频率资源进行分配。

步骤6：对于余下的基站协作集，相同优先级的基站协作集同时进行频率资源分配，不同优先级的基站协作集依照优先级次序进行分配。首先利用本身余下的频率资源进行分配，满足用户需求。若不能满足用户的需求，则再进一步，利用重叠基站占用临近低等级基站协作集的频率资源。重复步骤6，直到所有的基站簇的资源都分配完毕。

下面通过仿真验证本发明的可行性。仿真条件设置如下表1。

表1仿真条件

按照上述参数进行仿真结果如图8，图9和图10所示，其中图8使用重叠簇进行分簇的效果图，图9为满意度比例对比，图10为系统的吞吐量对比。从图中我们可以看到，当使用了本算法之后，用户的满意度比例和系统的吞吐量都有了一定程度的提高。

以上所述仅是一种基于协作的分簇与频率资源分配方法的优选实施方式，一种基于协作的分簇与频率资源分配方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于重叠簇的基站协作集生成方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：随机选取K个基站作为初始的基站协作集中心，确定初始的协作集几何中心

步骤2：确定每个基站最短的欧式距离的基站协作集中心，作为协作集内的一个基站，利用基站的二维空间位置坐标计算每个基站协作集的几何中心，更新为新的基站协作集中心；

步骤3：重复步骤2，直到所有的基站协作集不再发生变化，建立初始的协作集；

步骤4：每个基站确定到剩余协作集中心的欧氏距离，并与所归属的协作集中心的欧氏距离相除，当比值小于1.15，则这两个基站协作集有共有的重叠基站，定义为两个基站协作集相邻；

步骤5：获取用户密集区域的中心，定义为热点区域，每个热点区域中心确定最短的欧氏距离的基站协作集中心，定义为热点区域归属于这个协作集，协作集服务这个热点区域；

步骤6：对于需要服务热点区域的基站协作集，设置成第一优先基站协作集，对于第一优先基站协作集中的每一个基站协作集，确定基站的中心指向每一个归属于第一优先基站协作集的热点区域中心的矢量，并确定矢量和均值，作为所述基站协作集中心的位移矢量；

步骤7：当协作集与第一优先基站协作集相邻，则设置为第二优先基站协作集，对于每一个第二优先基站协作集，确定每一个与相邻的第一优先级基站协作集的位移矢量和的均值，并把定义为基站协作集中心的位移矢量；

步骤8：设当前已经完成了第i优先基站协作集的设置，对于剩余的基站协作集，当与第i优先基站协作集相邻，则设置为第i+1优先基站协作集；

对于每一个第i+1优先基站协作集，计算每一个与之相邻的第i优先级基站协作集的位移矢量和的均值，并把定义为基站协作集中心的位移矢量；

重复上述操作，直到每个基站协作集都确定了中心的位移矢量；

步骤9：对每一个基站协作集，进行位移为其中心的位移矢量的位移，对于每个基站找到最短的欧式距离的基站协作集中心，作为协作集内的一个基站；

步骤10：每个基站计算到剩余协作集中心的欧氏距离，并与所归属的协作集中心的欧氏距离相除，当其比值小于1.15，且两个基站协作集优先级等级并不相同，则确定这两个基站协作集有共有的重叠基站，重叠簇同时归属于两个协作集。

2.根据权利要求1所述的一种基于协作的分簇与频率资源分配方法，其特征是：所述步骤2具体为：

对于坐标

为基站BS_b，

当：

则BS_b∈C_a

计算所有属于基站协作集a的基站坐标均值，更新

3.根据权利要求2所述的一种基于协作的分簇与频率资源分配方法，其特征是：所述步骤4具体为：

使BS_b∈C_a，

且

则C_a与C_j相邻。

4.根据权利要求3所述的一种基于协作的分簇与频率资源分配方法，其特征是：所述步骤6具体为：

设基站协作集a的中心坐标为

若其中某一个归属于它的热点区域中心坐标为

则此位移矢量

计算所有位移矢量，并求均值。

5.根据权利要求4所述的一种基于协作的分簇与频率资源分配方法，其特征是：所述步骤10具体为：

使BS_b∈C_a，

且

则BS_b∈C_j。

6.一种基于优先级的频率资源分配方法，其特征是：包括以下步骤：

S1：对于每一个基站协作集，建立高斯帕曲线映射关系，生成3阶高斯帕曲线，并以节点的顺序存储相对位置坐标，对于每一个基站协作集，使高斯帕曲线中心与其中心向重叠，范围为扩大1.3倍，建立每个基站协作集的高斯帕曲线；

S2：对于每个基站协作集中的基站，找到距离最近的属于本协作集的高斯帕曲线上的节点，记录高斯帕曲线节点编号，利用高斯帕曲线，把基站协作集划分成中心一个区域和边缘6个区域，利用基站的高斯帕曲线节点编号，判断所在的区域；

S3：对于优先级为1的基站协作集，先进行频率资源划分，判断热点区域中心是否在基站协作集边缘，当存在时，首先利用位于区域的重叠基站占用临近基站协作集的载波频率资源，在利用协作集合的载波资源进行资源分配，完成位于基站协作集合边缘的用户频率分配；

S4：对于优先级为1的基站协作集，在完成边缘区域基站资源分配后，在进行中心区域的频率资源分配；

S5：对于优先级为1的基站协作集，在完成含有热点区域的基站频率资源分配后，在剩下的区域中，使用重叠基站使用临近基站协作集的频率资源，再通过使用自身频率资源满足用户需求；

S6：对于剩余的基站协作集，相同优先级的基站协作集同时进行频率资源分配，不同优先级的基站协作集依照优先级次序进行分配；利用本身余下的频率资源进行分配，满足用户需求；

当不能满足用户的需求，利用重叠基站占用临近低等级基站协作集的频率资源；

重复S6，直到所有的基站簇的资源都分配完毕。

7.根据权利要求6所述的一种基于优先级的频率资源分配方法，其特征是：所述S1具体为：

基站协作集a的范围为

初始生成的高斯帕曲线范围为X_Gmax，X_Gmin Y_Gmax Y_Gmin；则对于初始高斯帕曲线作如下操作：

其中，α为1.3。

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