專利名稱：無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高效的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻譜分配方法，特別涉及一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高效的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法。
背景技術(shù)：
無線通信業(yè)務(wù)需求的持續(xù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致無線通信系統(tǒng)對(duì)無線頻譜資源的需求也不斷增加，使得目前適宜于無線通信服務(wù)的頻譜資源變得十分稀缺。研究表明目前適宜無線通信服務(wù)的頻譜資源一方面十分稀缺，一方面又浪費(fèi)嚴(yán)重。據(jù)美國(guó)FCC頻譜政策任務(wù)組的報(bào)告，已分配頻譜的實(shí)際使用情況隨時(shí)間和空間變化很大，在3GHz以下，已分配頻譜的使用效率從15% 85%不等；而3 6GHz的頻譜利用率甚至不到0. 5%，各種無線系統(tǒng)的總頻譜利用率在10%以下?，F(xiàn)今的無線頻譜政策是將固定大小的頻譜分配給提供特定服務(wù)的無線技術(shù)長(zhǎng)期使用。這種靜態(tài)的頻譜劃分方法有著明顯的缺點(diǎn)。首先，一大部分已分配的無線頻譜在很多地區(qū)很少使用；一些分配給軍用，政府和公共安全的頻譜甚至極少使用。其次，由于無線系統(tǒng)是按照忙時(shí)設(shè)計(jì)，分配的頻譜可以滿足無線系統(tǒng)在忙時(shí)的需求，而在剩余的絕大部分非忙時(shí)間內(nèi)利用率都很低。在傳統(tǒng)的頻譜管制政策下，這些在空間上和時(shí)間上沒有被有效利用的頻譜也不可以被其他系統(tǒng)使用，這就導(dǎo)致了很低的頻譜利用率。為了更加有效地使用無線頻譜這種稀缺的資源，歐洲D(zhuǎn)RiVE在文獻(xiàn) ‘‘IST-1999_12515DRiVE,"Dynamic Radio for IP-Services in Vehicular Environments" 中提出了動(dòng)態(tài)頻譜分配技術(shù)(Dynamic Spectrum Allocation :DSA)，主要用于不同商用網(wǎng)絡(luò)在時(shí)間和地域上共享頻譜資源。動(dòng)態(tài)頻譜分配技術(shù)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜共享的關(guān)鍵技術(shù)，是提高頻譜資源利用率的有效手段，目前已成為新一代異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)GG/B3G)中的關(guān)鍵技術(shù)。DSA旨在管理融合無線系統(tǒng)使用的頻譜資源，并在空域和時(shí)域上使各種無線網(wǎng)絡(luò)共享頻譜資源，以提高總的頻譜效率。動(dòng)態(tài)頻譜分配可以探索不同網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)強(qiáng)度在時(shí)間和地域上分布的不相關(guān)性來提高頻譜利用率。具體地，由于不同的網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)不同導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)強(qiáng)度隨時(shí)間的分布不同。例如UMTS網(wǎng)絡(luò)在上午9點(diǎn)到下午6點(diǎn)這個(gè)時(shí)間段經(jīng)歷業(yè)務(wù)高峰期，而DVB-T在晚上8點(diǎn)到晚上12點(diǎn)這個(gè)時(shí)間段出現(xiàn)業(yè)務(wù)高峰。使用動(dòng)態(tài)頻譜分配，UMTS和DVB-T共享一段頻譜資源。在UMTS的業(yè)務(wù)高峰期，給UMTS分配較多的頻譜，給DVB-T分配較少的頻譜。 當(dāng)DVB-T進(jìn)入業(yè)務(wù)高峰期后，減少分配給UMTS的頻譜，增加DVB-T的頻譜。相當(dāng)于固定頻譜分配來說，動(dòng)態(tài)頻譜分配可以使用較少的頻譜來滿足兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求，顯著地提高了頻譜利用率。不同網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)強(qiáng)度除了在時(shí)間上分布不同外，在地域分布上也呈現(xiàn)一定的差異。比如在住宅區(qū)廣播業(yè)務(wù)(如DVB-T)的需求較大，而在商業(yè)區(qū)雙向的單播業(yè)務(wù)(如 UMTS提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))的需求較大。如果利用動(dòng)態(tài)頻譜分配的方式在DVB-T和UMTS之間共享頻譜，在住宅區(qū)給DVB-T分配較多的頻譜，而在商業(yè)區(qū)給UMTS分配較多的頻譜，這樣也可以提高頻譜利用效率?？傊?，動(dòng)態(tài)頻譜分配可以利用不同無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)強(qiáng)度在時(shí)間和地域上的分布的不相關(guān)性來提高頻譜利用率。
為了在頻譜高效利用的研究中占領(lǐng)一席之地，國(guó)內(nèi)外的一些重要研究項(xiàng)目在動(dòng)態(tài)頻譜共享方面展開了相應(yīng)的研究工作。美國(guó)國(guó)防部的DARPA XG項(xiàng)目首先提出了動(dòng)態(tài)頻譜接入的概念，研究了基于感知無線電的動(dòng)態(tài)頻譜接入方式。動(dòng)態(tài)頻譜接入使得感知無線電設(shè)備在不干擾主系統(tǒng)的前提下動(dòng)態(tài)地接入主系統(tǒng)的頻譜。感知無線電設(shè)備執(zhí)行快速地頻譜感知來探測(cè)頻譜空洞，并且使用協(xié)同的方式來機(jī)會(huì)地共享頻譜空洞。歐洲第五框架計(jì)劃(FPO支持的DRiVE\0verDRiVE項(xiàng)目研究了兩種動(dòng)態(tài)頻譜分配算法 時(shí)間動(dòng)態(tài)頻譜分配和空間動(dòng)態(tài)頻譜分配。隨后的第六框架(FP6)支持的E2R項(xiàng)目(參見文獻(xiàn)IST-2003-507995End-to-End Reconfigurability(E2R)是 DRiVE\OverDRiVE 的延伸，研究通過端到端重配置網(wǎng)絡(luò)和軟件無線電技術(shù)將不同類型的無線網(wǎng)絡(luò)融合起來。E2R定義了動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃管理、先進(jìn)頻譜管理和聯(lián)合無線資源管理來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的無線資源共享。第七框架計(jì)劃(FP7)中的E3(端到端效率)項(xiàng)目(參見文獻(xiàn) ICT-2007-216248End-to-End Efficiency)明確地將動(dòng)態(tài)頻譜分配納入研究范圍。我國(guó)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要O006-2020年)》將“新一代寬帶無線移動(dòng)通信”作為發(fā)展重點(diǎn)。為了加快“新一代寬帶無線移動(dòng)通信”的研發(fā)進(jìn)程，我國(guó)的國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)確立了一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目“頻譜資源共享無線通信系統(tǒng)”來研究動(dòng)態(tài)頻譜資源共享以提高整體頻譜利用率，和一個(gè)國(guó)家重大專項(xiàng)“IMT-Advanced頻譜聚合技術(shù)研發(fā)”來研究異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)頻譜分配方案和聯(lián)合無線資源管理方案。在動(dòng)態(tài)頻譜分配技術(shù)方面，文獻(xiàn)“CaoLili,Yang Lei,Zhou Xia, et al. Optimus SINR-driven spectrum distribution via constraint transformation. To Appear :IEEE Symposium on New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks(DySPAN 2010), Singapore,April 2010”中發(fā)表了最新的研究成果。該文獻(xiàn)的作者研究了物理干擾模型下的動(dòng)態(tài)頻譜分配問題，提出一種稱為Optimus的算法。然而，這種方法有如下兩個(gè)缺點(diǎn)⑴ 沒有考慮基站的頻譜需求，這導(dǎo)致了較低的頻譜利用效率。因?yàn)槿绻豢紤]頻譜需求，就有可能出現(xiàn)這種情況有些基站分配到了過多的頻譜，而有些基站則得不到需要的頻譜；(2) 迭代增強(qiáng)算法效率低下，降低了頻譜利用效率。因此，如何改進(jìn)現(xiàn)有動(dòng)態(tài)頻譜分配技術(shù)以提高頻譜利用效率，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高效的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法，以提高頻譜的利用率。為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高效的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法，包括步驟1) 一頻譜管理器將自己能使用的頻譜資源分為多個(gè)信道；幻處于所述頻譜管理器所管轄的區(qū)域內(nèi)的所有基站各自根據(jù)當(dāng)前負(fù)載情況預(yù)測(cè)下一分配周期內(nèi)各自所需的信道數(shù)目，并將各自所預(yù)測(cè)的信道數(shù)目發(fā)送給所述頻譜管理器；；3)所述頻譜管理器
根據(jù)接收到的各基站所需的信道數(shù)目，計(jì)算出在
權(quán)利要求
1.一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高效的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法，其特征在于包括步驟1)一頻譜管理器將自己能使用的頻譜資源分為多個(gè)信道；2)處于所述頻譜管理器所管轄的區(qū)域內(nèi)的所有基站各自根據(jù)當(dāng)前負(fù)載情況預(yù)測(cè)下一分配周期內(nèi)各自所需的信道數(shù)目，并將各自所預(yù)測(cè)的信道數(shù)目發(fā)送給所述頻譜管理器；3)所述頻譜管理器根據(jù)接收到的各基站所需的信道數(shù)目，計(jì)算出在Vl^K+件下的maxC/n(『)的最優(yōu)解，并根據(jù)所述最優(yōu)解的整數(shù)部分MW “和最小干擾頻帶調(diào)整算法獲得各基站的信道數(shù)目的初始分配方案，其中，K為所述頻譜管理器所管轄區(qū)域內(nèi)所有基站的數(shù)目，Wi為第i個(gè)基站所分配到的信道數(shù)目，Cli為第i個(gè)基站所需的信道數(shù)目，M為所述頻譜管理器所具有的總的信道數(shù)目，^ P Ira，τ_表示第i個(gè)基站成功傳輸能忍受的最大干擾，r表示第j個(gè)基站對(duì)第Pli1JJi個(gè)基站的歸一化的干擾強(qiáng)度,Pi為第i個(gè)基站的發(fā)射功率，^表示第i個(gè)基站覆蓋小區(qū)的半徑，α為路徑損耗因子，β為信干噪比的門限值，N為噪聲功率；4)所述頻譜管理器在各基站的信道數(shù)目的初始分配方案的基礎(chǔ)上，采用迭代增強(qiáng)算法再對(duì)各基站所分配到的信道數(shù)目進(jìn)行調(diào)整，以獲得信道數(shù)目的調(diào)整分配方案；5)所述頻譜管理器將所獲得的信道數(shù)目調(diào)整分配方案發(fā)送至各基站，以便各基站在下一個(gè)分配周期內(nèi)使用。
2.如權(quán)利要求1所述的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高效的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法，其特征在于所述頻譜管理器所管轄的區(qū)域內(nèi)的所有基站分屬于不同的網(wǎng)絡(luò)。
3.如權(quán)利要求1所述的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高效的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法，其特征在于步驟 4)進(jìn)一步包括步驟(1)根據(jù)各基站所分配到的初始信道數(shù)目對(duì)各基站排序；(2)按照基站的排序，依序逐一在各基站初始信道數(shù)目基礎(chǔ)上添加信道直到達(dá)到基站需求或者沒有信道可以分配為止，且在添加信道時(shí)，使增加的信道上相應(yīng)基站的信干噪比不低于所述門限值。
4.如權(quán)利要求3所述的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高效的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法，其特征在于排序方式為降序。
5.如權(quán)利要求1所述的無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高效的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法，其特征在于所述頻譜管理器將頻譜資源分為帶寬相同的多個(gè)信道。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中高效的動(dòng)態(tài)頻譜分配方法，首先頻譜管理器將自己能使用的頻譜資源分為多個(gè)信道，而處于頻譜管理器所管轄的區(qū)域內(nèi)的所有基站各自根據(jù)當(dāng)前負(fù)載情況預(yù)測(cè)下一分配周期內(nèi)各自所需的信道數(shù)目，并將各自所預(yù)測(cè)的信道數(shù)目發(fā)送給頻譜管理器，然后頻譜管理器根據(jù)接收到的各基站所需的信道數(shù)目，計(jì)算出在條件下的的最優(yōu)解，并根據(jù)最優(yōu)解的整數(shù)部分和最小干擾頻帶調(diào)整算法獲得各基站的信道數(shù)目的初始分配方案后，再采用迭代增強(qiáng)算法再對(duì)各基站所分配到的信道數(shù)目進(jìn)行調(diào)整，以獲得信道數(shù)目的調(diào)整分配方案，并將調(diào)整分配方案發(fā)送至各基站，以便各基站在下一個(gè)分配周期內(nèi)使用，由此可提高頻譜利用率。
文檔編號(hào)H04W16/10GK102378182SQ201010252108
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者易輝躍, 楊旸, 王力, 王瑞, 胡宏林 申請(qǐng)人:常州碳石通信技術(shù)有限公司