专利名称：基于逆向拍卖的局部载频分配方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术中的载频分配方法，尤其是涉及一种基于逆向拍卖的局 部载频分配方法。
背景技术：
无线通信研究的两个主要目标就是最大化无线频率的利用率和最小化干扰的影 响。通信系统中，无线电频谱是非常重要的资源。但近年来对频谱资源的开发和利用远远 跟不上广播、电视和移动通信等领域对频谱需求的飞速增长。人们也日渐注意到这个问题， 新兴的无线通信技术，如认知无线电、蜂窝系统多载频技术等，均将提高频谱利用率作为最 重要的目标。由于网络内用户数目和增长速度的不均勻分布问题，小区分裂技术被广泛应 用。从而在原有的宏蜂窝(Macrocell)基础上，出现了微蜂窝(Microcell)和毫微微蜂窝 (Femtocell))等。由此，不难发现，小规模网络(或者某网络中的某一局部地区)的规划和 优化问题是十分重要的。同时我们不得不承认，无论是哪一个国家的哪一代网络(第一代 通信网、第二代通信网、第三代通信网等)，都已经完成了一定的基本建设。在现在和将来的 发展中，更多面临的是新增小区的问题。而对于新增小区问题，无论是建设运营商还是使用 者都希望新增小区对原有小区的资源分配情况产生很小的影响，甚至是不会影响原有的小 区。因此为了减少建网成本，提供便利的网络扩容条件，提高网络服务质量和容量，研究局 部载频分配方法，特别是新增小区的局部载频分配方法，具有相当重要的意义。但是从目前的研究和技术领域现状来看，大部分的算法和方法都是从全局的角度 出发，对全网的载频进行规划和优化。如专利申请号为200710047144. 2的中国专利申请采 用遗传算法对正交频分复用系统子载波进行分配。在2008年3月出版的软件学报上，郝丹 丹等人运用启发式动态频谱分配算法解决认知无线电中的频谱分配问题等。这些方法均是 从全局的角度解决分配问题，即没有考虑系统现状或历史信息，而单纯从优化分配的角度 出发解决分配问题。很明显，这样的方法一方面使得分配问题的复杂度和计算量增大，同时 由于没有考虑现有的分配情况，使得新的分配结果对原有小区的资源分配造成重大影响。 所以考虑现有分配情况的方法不仅可以降低分配问题的复杂度和计算量，而且可以尽可能 地减小对原有小区的影响，即可以尽可能地减少新分配所需的代价。此外，新增小区资源分配问题的研究现状，基本处于很原始的阶段。尤其是工程实 际应用中，很多情况下，甚至采用人为手动配置。显然，在当前信息化、自动化的现状下，这 是极不合适的。因此提出自适应的、高效的解决方法是十分必要的。大部分频率分配问题都可以转换为等价图的边着色问题。图的广义边着色问题是 NP完全问题，也就是说无法在多项式时间内求得问题的最优解，在收发信机和频率个数较 多的情况下想利用穷举搜索的方法求得问题的最优解在时间上是不可行的。因此，如何分 配好频谱资源，使得对频率的使用达到最佳或接近最佳具有重要意义。在工程实践中许多 NP完全问题使用一些近似算法得到问题的可行解。许多学者已经对频谱的有效利用进行了研究，张艳刚等(张艳刚等，基于模拟退火算法的固定频率分配问题，微计算机信息，2007， 26)指出，频率可以以一种最佳或接近最佳的方式分配给特定的通信网络。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于逆向拍卖的局部载频分配方法。本发明包括以下步骤1)建立网络中新增小区的载频分配问题的模型；2)采用基于逆向拍卖的局部载频分配方法对新增小区进行载频分配。在步骤1)中，所述建立网络中新增小区的载频分配问题的模型的具体方法如下(1)根据干扰约束条件，确定新增小区的邻居小区情况；(2)新增小区向其邻居小区发出建立逆向拍卖小组请求；(3)愿意为网络规划做出贡献的小区，应答同意加入；(4)由应答同意的小区和新增小区形成以一个新增小区为拍卖中心的逆向拍卖小组。在步骤2)中，所述采用基于逆向拍卖的局部载频分配方法对新增小区进行载频 分配的具体方法如下(1)以新增小区为中心建立逆向拍卖小组；(2)获得逆向拍卖小组中的载频使用情况，统计得到已使用的载频数目M ；(3)判断已使用载频数目M与可用载频总数N的大小关系；(4)若M < N,进入单步逆向拍卖，获得分配结果；若M > N，进入多步逆向拍卖，获 得分配结果。本发明是一种描述网络中新增小区的载频分配方法，它是一种非基于网络拓扑的 载频分配方法。在满足干扰条件的情况下，分配时遵循提高载频利用率和降低对原有小区 影响的原则，进而实现提高网络容量和提高频率利用率的目的。所提供的载频分配方法更 为符合网络规划的要求，可以将问题在尽量小的范围内解决。本发明提供的基于逆向拍卖 的局部载频分配方法具有可适应网络拓扑变化，且很强的普适性。本发明所提供的描述网络中新增小区的载频分配方法，它源于经济中的逆向拍卖 行为。逆向拍卖(Reverse auction)也称为反向拍卖、出价(bidding)或招标(tendering) 系统，有别于传统的正向拍卖的一个卖方多个买方形式，逆向拍卖指一种存有一位买方和 许多潜在卖方的拍卖形式。在逆向拍卖中，买方会提供商品以供出价，潜在卖方持续喊出更 低的价格，直到不再有卖方喊出更低价为止。网络中新增小区便是逆向拍卖中的买方，买方 提供的商品则为所需的可用载频，而网络中的其它的小区和网络中其它可用的载频资源均 为潜在的卖方。价格则是买方获得该载频过程中，对应网络所花费的代价(如计算的复杂 度，切换时间等)。选取价格最低的卖方提供的商品，就是为新增小区分配一个对网络影响 最小的可用载频的过程。由此可见，本发明的突出优点在于提供了描述网络中新增小区的载频分配问题的 模型，即逆向拍卖模型。逆向拍卖模型不仅恰当地描述新增小区载频分配问题，而且更加符 合实际载频分配问题的要求。在逆向拍卖模型下，给出了一种局部载波分配方法。此方法 不仅解决了新增小区的载频分配问题，而且在尽可能小的代价下提高了网络容量。因此本
4发明提供的方法可以用于新增站点载频资源分配，以提高网络容量，进而提高网络中频率 利用率。
图1是本发明所述的逆向拍卖小组形成原理示意图。图2是基于逆向拍卖的局部载频分配方法流程图。图3是单步逆向拍卖流程图。图4是多步逆向拍卖流程图。图5是单步逆向拍卖实例示意图。图6是多步逆向拍卖实例示意图。在图5和6中，标记Cn(n = 1，2，......)代表η号小区，fm(m = = 1，2，......)代
表m号载频频点。
具体实施例方式以图1所示为例，来说明逆向拍卖小组的形成原理和过程。为了方便描述，使用 C(代表Cell)加阿拉伯数字对小区进行编号。当C7号小区被添加到网络中后，首先要根据 网络规划中对各小区覆盖范围的设置，以及信干比等要求，获得C7号小区和网络中原有的 小区的邻居关系。如图1所示，小区标号周围的圆圈表示此小区信号的覆盖情况，那么根据 交叠情况可知，原有的C2号小区、C3号小区、C5号小区和C6号小区是新增的C7号小区的 邻居小区。然后得到这样的邻区列表后，新增的C7号小区会向其所有的邻区发送逆向拍卖 的请求消息。邻居小区收到请求消息后，若愿意为网络的规划和优化做出贡献，则回复同意 应答消息。因为加入逆向拍卖小组后，小组内成员的载频就有可能发生变化，所以各小区可 以视情况决定是否参与逆向拍卖。在图1中所示的情况是C2号小区、C3号小区、C5号小区 和C6号小区均回复同意的应答消息。这样就形成了图中方框中所示的，以新增的C7号小 区为中心的逆向拍卖小组。在图1中，标记A为新增小区。基于逆向买卖的局部载频分配方法流程如图2所示。其中，根据逆向拍卖小组中 已经使用的载频数目和网络中可使用的载频数目的关系来判断逆向拍卖的类型。所谓单步 和多步逆向拍卖是从问题解决过程中形成的逆向拍卖小组的数目来划分的，如果只有一个 逆向拍卖小组则称之为单步逆向拍卖，否则就称之为多步逆向拍卖。单步逆向拍卖的流程如图3所示。以fm代表分配给小区的载频频点，m表示载频 频点号。若网络中可用的载频总数目N和已经使用的载频数目M的差为1，则意味着在此 网络的局部区域内只有一个空余的载频供新增小区使用。因此将剩余的载频分配给新增小 区，在这样的情况下新增小区对其周围已经存在小区的影响几乎没有。而若N和M的差大 于1，则意味着在此网络的局部区域内有多个载频可供新增小区使用。此时可以根据网络规 划要求的分配原则，如优选选用使用频率较高的载频(此原则可以从总体上节省使用的载 频)、优先选用干扰小的载频等，为新增小区选择一个该原则下较好的载频。图5给出一个单步逆向拍卖的实例，由于上面介绍的网络规划中存在着丰富多样 的载频分配原则，因此仅给出N-M = 1的实例。另外，此例中假设网络中可用的载频总数 N为4。fl3号小区为新增小区，fl fl2号小区为新增小所处的局部网络中原有的小区。Π fl2号小区彼此间的邻居关系如图5中虚线所示，有虚线连接说明这两个小区互为邻 居，不能分配相同的载频。在图5中，为了描述和区分不同的载频，我们同样使用阿拉伯数 字对载频进行编号，圆圈右下角的fm标记，数字m就表示fl至fl2号小区正在使用的载频 号。当fl3号小区加入后，基于逆向拍卖的局部载频分配方法实施过程如下。1)根据覆盖和信号约束条件，得到它的邻居小区共有5个，是f3 f7号小区，形 成逆向拍卖小组；2)根据f3 f7号小区目前使用的载频情况，得到已使用载频数目M = 3 ；3)由于N = 4，因此经判断，M < N，此逆向拍卖过程为单步逆向拍卖；4)经判断N-M = 1，所以将剩余的fl号载频分配给新增小区。多步逆向拍卖的流程如图4所示。基于逆向拍卖的局部载频分配方法中需要充分 利用已有的载频分配情况，使得新增小区对原有小区造成的影响最小，进而实现以最小的 代价添加小区的目的。但是一旦出现多步逆向拍卖的情况，意味着在不影响新增小区邻居 的情况下，载频分配问题是无法解决的，此时需要考虑如何使影响尽量小。所以进入多步 逆向拍卖的第一步要考察逆向拍卖小组中载频所对应的邻居数目。采用载频而不是小区 作为统计邻区数目的基载体，是因为在逆向拍卖中很可能存在着有两个非邻居关系的小区 使用着相同的载频。以新增小区对原有小区造成的影响最小的原则，应该尽量避免改变此 载频。因此以载频为统计邻区的基载体，一旦出现两个小区使用相同载频，则将它们的各自 的邻居数目相加。然后将此邻区数目和作为两个小区的邻区数目，就可以达到尽量避免改 变此载频的目的。第二步就是选取逆向拍卖小组中邻区数目最少邻区Ui及其对应的载频 fl。因为改变新增小区的邻区载频是不可避免的，所以选择邻区数目最小的新增小区的邻 区，可以使得此改变造成的影响最小。接下来新增小区变可以获得其邻区Ul的载频Π，此 时Ul就类似于新增小区。然后重新形成以Ul为中心的逆向拍卖小组，重新判断是否为单 步逆向拍卖问题。一旦出现单步逆向拍卖问题，就完成此次分配。众所周知，若可使用的载频总数固定，在一定的范围内小区的总数也一定是有上 限的。因此上述基于逆向拍卖的局部载频分配方法可在不超过此上限的基础上，以尽量小 的代价解决新增小区问题。图6给出一个多步逆向拍卖的实例，此例中仍假设网络中可用的载频总数N为4。 C14号小区为新增小区，Cl C13号小区为新增小所处的局部网络中原有的小区。Cl C13 号小区彼此间的邻居关系如图6中虚线所示，有虚线连接说明这两个小区互为邻居，不能 分配相同的载频。在图6中，为了描述和区分不同的载频，同样使用阿拉伯数字对载频进行 编号，圆圈右下角的fm标记中，数字m就表示Cl至C13号小区正在使用的载频号。当C14 号小区加入后，基于逆向拍卖的局部载频分配方法实施过程如下。1)根据覆盖和信号约束条件，得到它的邻居小区共有6个，即C3、C4、C8、C10、C11、 C12号小区，形成逆向拍卖小组；2)根据6个邻区目前使用的载频情况，得到已使用载频数目M = 4 ；3)由于N = 4，因此经判断，不满足M < N，此逆向拍卖过程为多步逆向拍卖；4)得到逆向拍卖小组中各载频对应的邻区数目，fl号载频(仅Cll号邻区使用， 其邻区数为3)的邻区数目为3，f2号载频(C4，C8号小区使用，其邻区数共6+5 = 11)的邻 区数目为11，f3号载频(C10号小区使用，其邻区数为4)的邻区数目为4，f4号载频(C3、C12号小区使用，其邻区数共6+4)的邻区数目为10 ；5)选择邻区数目最小的Cll号邻区和其对应的Π号载频；6)新增的C14号小区获得Cll号小区使用的Π号载频；7)形成以Cll号小区为中心，由C10、C12、C14构成的逆向拍卖小组；8)根据逆向拍卖小组中载频使用情况，得到已使用载频数目M = 3 ；9)由于N = 4，因此经判断，M < N，此逆向拍卖过程为单步逆向拍卖；10)经判断N-M = 1，所以将剩余的f2号载频分配给Cll号小区，此次分配结束。以上所述仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于技术领域的技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改动和润色，这些改进和润色也应视为本 发明的保护范围。本发明提出的基于逆向拍卖的局部载频分配方法，首先是对十分常见的新增小区 载频分配问题进行建模，提供了逆向拍卖模型对新增小区载频分配问题进行描述，给出了 建模的过程以及各部分的作用；其次提出了在分配过程中适应网络拓扑变化、并非基于固 定网络拓扑思想，对逆向拍卖的类型和过程作了详细的分析和阐述，提供了单步逆向拍卖 和多步逆向拍卖的定义和判定，以及单步逆向拍卖和多步逆向拍卖的实现流程。本发明明确提出了从网络的局部思考问题探求解决方法的思想，避免了传统解决 方法计算复杂度高、对整网资源分配影响大的问题。本发明提供了基于逆向拍卖的局部载频分配方法。此方法从局部出发寻求解决载 频分配问题的方法。本着对网络中原有小区影响尽量小的原则，解决了对新增小区的载频 分配问题。从而在花费代价尽量小的情况下，实现了提升网络容量，提高频率利用率的目 的。本发明针对网络规划中十分常见的新增小区问题，建立一种描述新增小区问题的 模型。这一模型因与经济中逆向拍卖的模式很相似，所以称之为逆向拍卖模型。在逆向拍卖 模型的基础上，提供了一种新型局部载频分配方法。这一方法不同于以往基于拓扑的载频 分配方法，更加适合于网络拓扑变化的情况。基于逆向拍卖的局部载频分配方法不仅可以 解决新增小区的载频分配问题，而且在此过程中充分考虑了网络中原有的载频分配情况。 并且每次仅在很小的局部探寻载频分配方法，大大降低了获取分配方法过程的复杂度。使 得在载频分配过程中，对原有小区的影响尽量小，进而以尽可能小的代价完成了新增小区 的载频分配问题。达到了提高网络容量和提升频率利用率的目的。
权利要求
基于逆向拍卖的局部载频分配方法，其特征在于包括以下步骤1)建立网络中新增小区的载频分配问题的模型；2)采用基于逆向拍卖的局部载频分配方法对新增小区进行载频分配。
2.如权利要求1所述的基于逆向拍卖的局部载频分配方法，其特征在于在步骤1)中， 所述建立网络中新增小区的载频分配问题的模型的具体方法如下(1)根据干扰约束条件，确定新增小区的邻居小区情况；(2)新增小区向其邻居小区发出建立逆向拍卖小组请求；(3)愿意为网络规划做出贡献的小区，应答同意加入；(4)由应答同意的小区和新增小区形成以一个新增小区为拍卖中心的逆向拍卖小组。
3.如权利要求1所述的基于逆向拍卖的局部载频分配方法，其特征在于在步骤2)中， 所述采用基于逆向拍卖的局部载频分配方法对新增小区进行载频分配的具体方法如下(1)以新增小区为中心建立逆向拍卖小组；(2)获得逆向拍卖小组中的载频使用情况，统计得到已使用的载频数目M；(3)判断已使用载频数目M与可用载频总数N的大小关系；(4)若M< N,进入单步逆向拍卖，获得分配结果；若M > N，进入多步逆向拍卖，获得分 配结果。
全文摘要
基于逆向拍卖的局部载频分配方法，涉及无线通信技术中的载频分配方法。提供一种基于逆向拍卖的局部载频分配方法。建立网络中新增小区的载频分配问题的模型；采用基于逆向拍卖的局部载频分配方法对新增小区进行载频分配。是一种非基于网络拓扑的载频分配方法。在满足干扰条件的情况下，分配时遵循提高载频利用率和降低对原有小区影响的原则，进而实现提高网络容量和提高频率利用率的目的。所提供的载频分配方法更为符合网络规划的要求，可以将问题在尽量小的范围内解决。提供的基于逆向拍卖的局部载频分配方法具有可适应网络拓扑变化，且很强的普适性。
文档编号H04W72/04GK101917725SQ201010289358
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者姚彦, 张远见, 袁雁南, 高志斌, 黄联芬 申请人:厦门大学