[发明专利]基于多背包问题的聚合频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及频谱资源的分配，可应用于支持频谱聚合SA的无线通信系统中。

背景技术

随着高速无线通信数据业务的不断增长，频谱资源已成为当前无线通信系统中一种最重要，最稀缺的资源。由于当前不尽合理的频谱管理政策和频谱分配方法，使得连续的宽带频段非常稀缺，同时已授权的频段存在大量的空闲频段。传统的连续频谱分配方法在一个信道中只包含一个连续的频段，这种方法只能利用一些满足用户带宽需求的空闲频段，大部分较小的空闲频段就会成为不可利用的频谱碎片，造成非常低的频谱利用率。近年来，频谱聚合SA受到了越来越大的关注，它使无线电设备能够同时接入若干个不连续的频段，从而将它们聚合为一个具有更大带宽的信道，以支持高速率数据业务的带宽需求。在3GPP关于LTE-Advanced的提案中，为了满足更高的带宽需求，频谱聚合(在标准提案中称为载波聚合CA)作为重点解决的关键技术之一；在认知无线电网络中，认知用户检测获得的空闲频段通常是不连续的，且单一的频段往往满足不了用户的带宽需求，使用频谱聚合SA能有效解决该问题。

在一个支持频谱聚合功能的网络系统架构中，基站和移动台可以同时接入若干个离散的空闲频段，能灵活使用大宽带的频谱资源。基站包含了频谱聚合的决策和控制功能，它通过接收移动台发送的通信需求信息，并收集当前无线电频谱的使用信息，在当前预知的可供分配使用的连续或离散的频段上，利用特定方法进行频谱聚合与分配决策，以满足用户宽带的需求，提升频谱的使用效率，增大系统容量。

本发明涉及频谱聚合和分配的决策，在实施频谱聚合时，基站和移动台中的无线电设备由于受到硬件的限制，离散的空闲频段能否被聚合，需要通过聚合跨度这一概念来判断。聚合跨度是指无线电设备传数据时使用的最低频率和最高频率之间的距离。聚合跨度越大，则能够聚合的空闲频段就越多，或被聚合频段之间的距离就越远，更能适用于大宽带的通信系统中。针对频谱资源动态变化的实际情况，基站在频谱感知的基础上进行频谱聚合、分配的决策，由于有限的聚合跨度，复杂的频谱使用情形以及不同用户的业务带宽需求，使得聚合频谱分配要比传统的连续频谱分配复杂得多。文献“Aggregation Aware Spectrum Assignment in Cognitive Ad-hoc Networks”给出了一种聚合预知频谱分配AASA方法，但该方法只支持相同的用户带宽，显然与实际情形不相符。

发明内容

本发明的目的在于针对传统方法的不足，提供一种基于多背包问题的聚合频谱分配方法，以充分利用离散的空闲频段，满足用户更大带宽需求，提高频谱利用率。

实现本发明的技术思路是：从低频到高频段对频带中的空闲频段进行聚合，以获得可利用的聚合频段集合，依据最大化频谱利用效率准则，基站对聚合频段分配的判决过程模拟为一个多背包问题MKP，然后通过解决相应的多背包问题MKP，从而将用户最优或次优地分配到聚合频段中，其具体实现步骤包括如下：

(1)基站收集用户的服务请求信息，得到当前用户需求的带宽集合Q＝{q₁,q₂,…,q_r,…,q_N}，同时收集当前系统频带中的空闲频段，得到离散的空闲频段集合其中，q_r为第r个用户需求的带宽，r＝1，2,…,N-1，N为不小于1的自然数，表示并集，[f_cL,f_cU]表示第c个空闲频段，f_cL、f_cU分别表示第c个空闲频段的起始频点和终止频点，第c+1个空闲频段的起始频点大于第c个空闲频段的终止频点f_cU＜f_(c+1)L，c＝1,2,…,H-1，H表示系统频带包含的空闲频段数；

(2)根据无线电设备的聚合跨度，基站对上述的空闲频段聚合A，从低频到高频带进行聚合，得到聚合频段集合F：

F＝{B₁,B₂,…,B_j,…,B_M}，